陳 健，王玲俊

（1.南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué) 中國特色生態(tài)文明建設(shè)與林業(yè)發(fā)展研究院，南京 210037；3.南京工程學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，南京 211167）

2018年4月，工業(yè)和信息化部聯(lián)合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家能源局、國務(wù)院扶貧辦等部門聯(lián)合印發(fā)了《智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，提出開展智能光伏建筑、交通、農(nóng)業(yè)、電站、扶貧應(yīng)用示范，其中，智能光伏建筑、農(nóng)業(yè)、電站和扶貧應(yīng)用示范均涉及光伏在農(nóng)業(yè)方面的融合應(yīng)用。2009年，中國光伏農(nóng)業(yè)電站的裝機(jī)容量不到0.001GW，2014年則達(dá)到1.18GW。而據(jù)本課題組搜集的中國儲(chǔ)能網(wǎng)數(shù)據(jù)資料，截至2019年，中國并網(wǎng)發(fā)電的農(nóng)業(yè)光伏累計(jì)裝機(jī)容量為14.15GW。光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合領(lǐng)域出現(xiàn)了很多概念，比較常見的有光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用、農(nóng)業(yè)光伏、農(nóng)光互補(bǔ)和光伏農(nóng)業(yè)等。這些概念看似較為相似，導(dǎo)致了一些概念混淆和混用現(xiàn)象的出現(xiàn)。鑒于此，本文在國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對上述概念進(jìn)行了闡釋，厘清了各概念之間的關(guān)系，對該領(lǐng)域理論和實(shí)踐工作的開展具有重要意義。

1 光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

①光伏灌溉。上述各項(xiàng)應(yīng)用中，光伏灌溉的提出最早。隨后，Katzman和Matlin結(jié)合燃料成本等因素對太陽能光伏灌溉系統(tǒng)的成本效益和商業(yè)可行性進(jìn)行了分析，并指出光伏在農(nóng)業(yè)灌溉中應(yīng)用的最佳時(shí)機(jī)應(yīng)在2000年以后[1]。由于沒有任何燃料成本，且維護(hù)成本低，光伏灌溉系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在一些無法可靠獲得電網(wǎng)電力和燃料的偏遠(yuǎn)地區(qū)[2]。我國西北地區(qū)干旱少雨且太陽能資源豐富，可在西部大開發(fā)中應(yīng)用光伏提水，從而在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、扶貧和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展等目的[3-4]。此外，如果要使光伏灌溉系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，需結(jié)合應(yīng)用地點(diǎn)和作物種類等進(jìn)行綜合考慮[5]。

②光伏作物保護(hù)。由于動(dòng)物的威脅和人為干擾，每年農(nóng)產(chǎn)品都會(huì)遭受大量損失，這會(huì)影響許多農(nóng)民的收入。為了保護(hù)農(nóng)場免受動(dòng)物和侵入者的侵害，可使用光伏柵欄和光伏驅(qū)鳥器等設(shè)備[2]。

③光伏病蟲害防治。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要用殺蟲劑和農(nóng)藥進(jìn)行農(nóng)業(yè)病蟲害防治，導(dǎo)致了農(nóng)藥殘留、土地肥力下降甚至生態(tài)環(huán)境破壞等問題。光伏病蟲害防治主要利用光伏殺蟲燈等設(shè)備，有效地解決了上述問題[6]。

④光伏農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存。一方面，光伏農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存可以通過光伏制冷手段達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品保鮮目的[7]。另一方面，還可以使用光伏烘干技術(shù)將農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行干燥，從而使農(nóng)產(chǎn)品中的水分含量降低到安全和理想的水平，延長農(nóng)產(chǎn)品的使用壽命[2]。

⑤光伏照明。光伏照明具有無燃料消耗、運(yùn)營和維護(hù)方便等特點(diǎn)。尤其對于邊遠(yuǎn)地區(qū)，其地域廣闊，輸電線路架設(shè)困難，如果將光伏發(fā)電用于農(nóng)業(yè)照明，可突破這一限制[8]。

⑥光伏通風(fēng)。通風(fēng)是室內(nèi)畜牧養(yǎng)殖的關(guān)鍵問題，因?yàn)橥L(fēng)不暢可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題或動(dòng)物不適。被動(dòng)通風(fēng)是一個(gè)自然過程，通過開口和自然通風(fēng)（對流）去除異味和水分。當(dāng)有必要使用機(jī)械通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)，光伏通風(fēng)可以取得令人滿意的效果[2]。

此外，光伏發(fā)電還能為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供動(dòng)力來源，解決其油耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題[9]。在農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的大背景下，光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用能促進(jìn)農(nóng)業(yè)智慧化的實(shí)現(xiàn)[10-11]，并有助于推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展[12]。

2 農(nóng)業(yè)光伏與農(nóng)光互補(bǔ)

2.1 農(nóng)業(yè)光伏

農(nóng)業(yè)光伏，也被稱為農(nóng)光一體化，是指在同一土地上進(jìn)行光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其強(qiáng)調(diào)的是一地兩用。因此，與光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用不同，農(nóng)業(yè)光伏更加注重光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相互影響，競合關(guān)系以及耦合共生。早在1982年，Goetzberger和Zastrow便提出了太陽能轉(zhuǎn)化和作物種植可以共存（coexistence）這一想法，而在此之前，用于太陽能轉(zhuǎn)化的土地被認(rèn)為無法作為它用[13]。大約過了30年，這一想法才被Dupraz等表述為“agrivoltaic”[14]，也即農(nóng)業(yè)光伏，并在世界范圍開始了大規(guī)模的項(xiàng)目實(shí)踐[15]。如今，農(nóng)業(yè)光伏已不僅僅表現(xiàn)為光伏與農(nóng)業(yè)的“共存”，還體現(xiàn)出了兩者的“共生”[16]，以及在此過程中可能出現(xiàn)的協(xié)同效應(yīng)[17]。鑒于此，Schindele等提出，農(nóng)業(yè)光伏應(yīng)能實(shí)現(xiàn)主要的農(nóng)作物生產(chǎn)，同時(shí)最佳地利用兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)[18]。隨著農(nóng)業(yè)光伏技術(shù)（以下簡稱農(nóng)光技術(shù)）的發(fā)展和農(nóng)業(yè)光伏項(xiàng)目（以下簡稱農(nóng)光項(xiàng)目）的推廣應(yīng)用，其內(nèi)涵也在不斷豐富，農(nóng)業(yè)光伏不僅指農(nóng)業(yè)種植與光伏發(fā)電的耦合，還包括了農(nóng)業(yè)溫室系統(tǒng)、漁業(yè)養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖等與光伏發(fā)電的耦合，由此形成了以下各種農(nóng)業(yè)光伏模式。

①光伏農(nóng)業(yè)大棚。光伏農(nóng)業(yè)大棚是光伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)的結(jié)合，一般是在農(nóng)業(yè)溫室大棚棚頂或設(shè)施農(nóng)業(yè)建筑物頂部進(jìn)行光伏板的鋪設(shè)。這一形式不會(huì)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生“爭地”矛盾，并且能將農(nóng)業(yè)大棚棚頂和設(shè)施農(nóng)業(yè)建筑物頂部的空間利用起來。

②農(nóng)光互補(bǔ)。農(nóng)光互補(bǔ)是最典型的農(nóng)業(yè)光伏模式（以下簡稱農(nóng)光模式），該模式是光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)種植的耦合。具體的做法是將光伏設(shè)施提高到地面上方一定高度，并增加它們之間的間距，以避免對作物造成過度遮擋。農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目一般種植喜陰經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，常見的有菌菇、生菜和黃瓜等。

③林光互補(bǔ)。林光互補(bǔ)是光伏發(fā)電與林業(yè)種植的耦合，其與農(nóng)光互補(bǔ)的區(qū)別在于所種植作物不同，林光互補(bǔ)項(xiàng)目則一般種植經(jīng)濟(jì)林作物，如花卉、苗木和果樹等。

④牧光互補(bǔ)。牧光互補(bǔ)是光伏發(fā)電與畜牧養(yǎng)殖的耦合，具體可設(shè)計(jì)成與下文漁光互補(bǔ)一樣的形式，也即在畜牧養(yǎng)殖場所的上方進(jìn)行光伏發(fā)電。另外，也可將光伏設(shè)施設(shè)計(jì)為畜牧養(yǎng)殖的圍擋。

⑤漁光互補(bǔ)。漁光互補(bǔ)是指利用魚塘或?yàn)┩繚竦?，支上光伏組件進(jìn)行發(fā)電，形成“上可發(fā)電、下可養(yǎng)魚”的模式，既充分利用空間、節(jié)約土地資源，又能利用光伏電站調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境。

⑥光伏治沙。光伏治沙是指在沙化的土地上進(jìn)行光伏發(fā)電，事實(shí)上，該模式所占用的土地并不適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕種。但光伏板的架設(shè)減少了陽光對土地的直接照射，減少了土地中的水分蒸發(fā)，使得光伏板下方的土地變得適合植物生長。由于這一模式“創(chuàng)造”了農(nóng)業(yè)，所以也是農(nóng)光模式的一種。并且，該模式還能防止水土流失，起到治理土地沙化的作用。

2.2 農(nóng)光互補(bǔ)

相對于國外所提的農(nóng)業(yè)光伏，國內(nèi)一般將其稱之為農(nóng)光互補(bǔ)。魏來指出，農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)是指在光伏電站建設(shè)過程中，利用所架設(shè)光伏板下方的空間進(jìn)行農(nóng)作物種植所形成的一種復(fù)合系統(tǒng)[19]。與農(nóng)業(yè)光伏類似，農(nóng)光互補(bǔ)也有廣義和狹義之分。狹義的農(nóng)光互補(bǔ)僅指農(nóng)業(yè)種植與光伏發(fā)電的耦合，廣義的農(nóng)光互補(bǔ)還包括2.1中列出的各種農(nóng)光模式。高智丹和任超認(rèn)為，我國農(nóng)光互補(bǔ)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，目前的主要應(yīng)用形式有光伏農(nóng)業(yè)大棚、光伏種植和光伏養(yǎng)殖等，未來農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目會(huì)將觀光旅游納入進(jìn)來[20]。何旨羿認(rèn)為，農(nóng)光互補(bǔ)可以提高土地利用率，降低光伏發(fā)電成本，并能提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[21]。

3 光伏農(nóng)業(yè)

相較于光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和農(nóng)業(yè)光伏，光伏農(nóng)業(yè)是我國特有的提法。彭梅牙最早提出了這一概念，認(rèn)為光伏農(nóng)業(yè)是集光伏產(chǎn)品和現(xiàn)代種養(yǎng)技術(shù)于一體，并利用現(xiàn)代管理方法來進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)，是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和光能高效利用的綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。同時(shí)，他指出光伏農(nóng)業(yè)本質(zhì)上是一種創(chuàng)新的能量轉(zhuǎn)換方式，也是觀光休閑農(nóng)業(yè)、都市生態(tài)農(nóng)業(yè)的一部分，生態(tài)社會(huì)效益高，可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)[22]。

隨后，簡火仔將光伏農(nóng)業(yè)定義為：將光伏發(fā)電應(yīng)用至農(nóng)業(yè)種養(yǎng)、灌溉、病蟲害防治和農(nóng)機(jī)動(dòng)力提供等領(lǐng)域的一種新型農(nóng)業(yè)，其有利于環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提升和農(nóng)民增收，同時(shí)也能促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[23]。這一概念得到了更廣的傳播，后續(xù)很多研究都采用了該定義[24-25]。

隨著項(xiàng)目實(shí)踐的開展，學(xué)者對光伏農(nóng)業(yè)提出了新的定義。阮曉東認(rèn)為光伏農(nóng)業(yè)是一種重要的農(nóng)業(yè)工程形式[26]，劉文科提出光伏農(nóng)業(yè)是將光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)光電子工程應(yīng)用至現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種養(yǎng)和農(nóng)產(chǎn)品加工綜合利用的高技術(shù)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)[27]。

隨著項(xiàng)目實(shí)踐的深入，出現(xiàn)了一些借光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景東風(fēng)“圈地、騙錢”謀取暴利的企業(yè)。有關(guān)專家呼吁需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)范行業(yè)發(fā)展，防止上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。而標(biāo)準(zhǔn)建立首先要考慮的便是光伏農(nóng)業(yè)的概念界定，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行行業(yè)的規(guī)范管理以及實(shí)施相應(yīng)的激勵(lì)措施。之后，中國光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟對光伏農(nóng)業(yè)進(jìn)行了初步定義，將其稱為一種在農(nóng)業(yè)之上服務(wù)于農(nóng)業(yè)、有利于農(nóng)業(yè)發(fā)展和效益提高的光電與農(nóng)業(yè)復(fù)合系統(tǒng)[28]。

4 結(jié)論

由上可知，光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用是光伏在其他部門應(yīng)用中的一種，出現(xiàn)于光伏技術(shù)成熟之后，主要用以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的能源短缺以及綠色生產(chǎn)等問題[29-30]，而隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用成本得以下降，最終會(huì)促進(jìn)光伏在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。農(nóng)業(yè)光伏或農(nóng)光互補(bǔ)則是農(nóng)業(yè)各部門與光伏發(fā)電的耦合，它體現(xiàn)了光伏發(fā)電對土地資源的需求，使得一部分光伏電站不可避免地建設(shè)在了農(nóng)地上。但農(nóng)地的性質(zhì)不能因此而改變，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要繼續(xù)進(jìn)行，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“爭地”和“爭光”的矛盾[31]。為了解決這一矛盾，農(nóng)業(yè)光伏要處理好光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的競爭合作關(guān)系，充分發(fā)揮兩者的協(xié)同效應(yīng)，提升農(nóng)業(yè)光伏效益和土地利用效率。而從光伏農(nóng)業(yè)的定義來看，其有兩個(gè)特點(diǎn)：①側(cè)重點(diǎn)在農(nóng)業(yè)。不論是最早提出的綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，還是后續(xù)提出的新型農(nóng)業(yè)和高技術(shù)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，都將其看作是農(nóng)業(yè)體系的一部分。②重視光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耦合。除了農(nóng)產(chǎn)品，光伏電力也是這一耦合系統(tǒng)的重要產(chǎn)出，在不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需電力的同時(shí)，應(yīng)盡可能地生產(chǎn)更多的光伏電力，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。從上述兩個(gè)特點(diǎn)不難看出，我國所提的光伏農(nóng)業(yè)既包括了光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，同時(shí)也包括農(nóng)業(yè)光伏，三者之間的關(guān)系如圖1所示。光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用是光伏與農(nóng)業(yè)具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)的結(jié)合，農(nóng)業(yè)光伏則是光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)各子部門的耦合，兩者同屬于光伏農(nóng)業(yè)。這一結(jié)論厘清了三者之間的關(guān)系，有助于該領(lǐng)域理論和實(shí)際工作的開展。

圖1 光伏在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用、農(nóng)業(yè)光伏與光伏農(nóng)業(yè)的關(guān)系圖