湯俊超，吳宜文，張 姚，曹慶穗，吳照學(xué)，夏禮如，鮑恩財(cái)

（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014;2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，合肥 230036）

0 引言

民以食為天，作為中國三大支柱產(chǎn)業(yè)之一的農(nóng)業(yè)，已然成為社會(huì)的“穩(wěn)定器”、“壓艙石”，在國民生活乃至國家發(fā)展中起著舉足輕重的作用。中國是世界公認(rèn)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)在社會(huì)穩(wěn)定與國家發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色[1]。但是，目前中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過度依賴傳統(tǒng)化石能源，這就大大增加了化石能源等不可再生能源的消耗，也對環(huán)境造成了污染，并且增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益。面臨著增產(chǎn)、增收、提高經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)需求，同時(shí)又面臨化石燃料的短缺，這促使中國農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)一步創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型[2]。

光伏農(nóng)業(yè)將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，通過利用光伏太陽能發(fā)電所產(chǎn)生的電能來輔助開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能源的自給自足，多余的電能還可以并入國家電網(wǎng)獲取收益，是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式[3-4]。在2021年的博鰲亞洲論壇上，“碳達(dá)峰、碳中和”成了熱門話題，習(xí)近平總書記發(fā)表重要講話和指示“現(xiàn)階段促進(jìn)中國能源轉(zhuǎn)型與綠色發(fā)展尤為重要，光伏發(fā)電過程清潔、無污染，必將成為中國未來重要能源來源之一”?！吨袊夥a(chǎn)業(yè)清潔生產(chǎn)研究報(bào)告》指出，光伏發(fā)電的碳排放量僅為燃燒化石燃料發(fā)電的1/20～1/10，且光伏發(fā)電能量回收周期僅為1.3年，使用壽命卻長達(dá)25年。然而，目前中國光伏發(fā)電僅占發(fā)電總量的3.5%[5-6]，所占比重較小。中國地域遼闊，光熱資源十分豐富，陸地表面每年可以接受太陽輻射能為50×1018kJ，非常適合發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)。其中西部地區(qū)多為廣闊的沙漠和高原，存在土地難以利用但光照資源充足的情況，發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)有利于帶動(dòng)西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展，完美契合了“一帶一路”建設(shè)，遵循保護(hù)環(huán)境的基本國策，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興提供強(qiáng)勁引擎。數(shù)據(jù)表明，從2013—2019年，中國光伏發(fā)電裝機(jī)容量每年都有穩(wěn)步增長，其中2017年單年新增裝機(jī)容量達(dá)到53.06 GW，2013—2019年中國光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量如圖1所示。截至2019年，中國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量已處于世界首位，達(dá)到全球光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量的32%，是名副其實(shí)的光伏大國，2019年全球各國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量分布情況如圖2所示。

圖1 2013—2019中國光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量

圖2 2019年全球各國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量分布情況

近年來，“光伏+”產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。在耕地“非農(nóng)化”、“非糧化”的政策輻射下，可用于光伏發(fā)電的土地越來越少，所以將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“一地多用”就顯得尤為重要。本研究主要探究“光伏+農(nóng)業(yè)”的新型生產(chǎn)模式，包括“光伏+種植業(yè)”、“光伏+畜禽業(yè)”以及“光伏+漁業(yè)”3種結(jié)合形式。分析了各結(jié)合形式的研究現(xiàn)狀和面臨的問題，并對光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行了合理展望，以期為未來光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 光伏農(nóng)業(yè)的業(yè)態(tài)

1.1 光伏+種植業(yè)

“光伏+種植業(yè)”的主要模式有“光伏+設(shè)施園藝”、“光伏+大田種植”和“光伏+食用菌”?！肮夥?設(shè)施園藝”是將光伏發(fā)電與溫室種植相結(jié)合，在滿足溫室內(nèi)花卉、蔬菜等種植作物正常生長光照的情況下，在棚頂安裝太陽能光伏板，利用太陽光能發(fā)電，滿足溫室內(nèi)電能需求[7]，充分利用大棚控光、控溫和防病蟲害的優(yōu)勢，更加高效的生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品。“光伏+大田種植”則是有效避免了耕地“非農(nóng)化”、“非糧化”的問題，實(shí)現(xiàn)一地多用，產(chǎn)生的電能可用于大田種植領(lǐng)域灌溉、配套設(shè)施、大田種植物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的供電等。“光伏+食用菌”是光伏發(fā)電與食用菌工廠化栽培結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了棚內(nèi)種菇、棚頂發(fā)電的新型生態(tài)高效生產(chǎn)方式。

光伏與種植業(yè)的結(jié)合利用光伏發(fā)電的新技術(shù)，讓光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢更加明顯：一是光伏太陽能板一般設(shè)置在大棚頂部或種植田上空，不占據(jù)地面空間，節(jié)省土地資源；二是光伏發(fā)電生產(chǎn)的電能可以滿足供應(yīng)采暖、通風(fēng)、照明、滴灌以及環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)的電力需求；三是發(fā)展光伏農(nóng)場，提供休閑娛樂場所。

1.1.1 “光伏+設(shè)施園藝”光伏發(fā)電與設(shè)施園藝相結(jié)合的典型應(yīng)用有“光伏日光溫室”、“光伏塑料大棚”和“光伏玻璃溫室”等類型，這也是光伏農(nóng)業(yè)應(yīng)用前景最廣、對配套技術(shù)要求最高的應(yīng)用領(lǐng)域之一[8-9]，光伏園藝設(shè)施在使用壽命、經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能環(huán)保等方面要優(yōu)于傳統(tǒng)園藝設(shè)施，普通園藝設(shè)施與光伏園藝設(shè)施綜合比較如表1所示。

表1 普通園藝設(shè)施與光伏園藝設(shè)施綜合比較

（1）“光伏日光溫室”。

“光伏日光溫室”目前采用的主要模式有支架式與平鋪式兩種?！爸Ъ苁焦夥展鉁厥摇保ㄈ鐖D3所示）通常將光伏板安裝在日光溫室北側(cè)6 m高度處。這樣可以減少光伏板對溫室內(nèi)作物的“遮蔭”影響，也可通過增大日光溫室南北跨度來進(jìn)一步降低其不良影響。“平鋪式光伏日光溫室”（如圖4所示）是將光伏設(shè)備鋪設(shè)在日光溫室頂部，確保滿足溫室內(nèi)作物光合作用需求的同時(shí)，盡量增大太陽能板的鋪設(shè)面積。此鋪設(shè)方式對太陽能板透光率有一定的要求，一般要求控制在30%左右。

圖3 支架式光伏日光溫室

圖4 平鋪式光伏日光溫室

（2）“光伏塑料大棚”。

“光伏塑料大棚”用棚頂作為載體安裝太陽能組件，不占用地面空間，節(jié)省土地資源，“光伏塑料大棚”要求光伏裝置安裝在大棚棚頂以上2 m左右的位置[10]，且多數(shù)位于大棚頂部北側(cè)，其內(nèi)部圖和布置示意圖如圖5所示?！肮夥芰洗笈铩敝饕幸韵聨追N組合方式：連棟農(nóng)光結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)、雙膜雙網(wǎng)棚與光伏結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)、中小拱棚與光伏結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)等[11-12]。

圖5 光伏塑料大棚

（3）“光伏玻璃溫室”。

“光伏玻璃溫室較為常見的應(yīng)用方式是玻璃溫室與無邊框晶體組件和薄膜組件結(jié)合開展光伏發(fā)電，對光伏板透光性有一定要求，將光伏組件正南朝向平鋪在玻璃溫室頂部，且不采用外遮陽機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部圖和布置示意圖如圖6所示。

圖6 光伏玻璃溫室

光伏溫室項(xiàng)目是跨行業(yè)項(xiàng)目，需要光伏行業(yè)、設(shè)施園藝行業(yè)以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)人員的協(xié)作。2013年，中國第一個(gè)蔬菜大棚光伏發(fā)電項(xiàng)目在“中國蔬菜之鄉(xiāng)”山東省壽光市正式建成并入網(wǎng)。據(jù)悉，該項(xiàng)目年均發(fā)電量近160萬kW·h，在滿足蔬菜大棚日常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境調(diào)控用電外，其余大部分均并網(wǎng)給居民使用，保障居民生活[13-15]。

1.1.2 “光伏+大田種植”光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的生產(chǎn)模式快速發(fā)展，為避免對耕地資源的不合理占用，國家有關(guān)部門出臺規(guī)定，禁止光伏項(xiàng)目占用基本耕地與農(nóng)田。因此，要想在農(nóng)田中應(yīng)用光伏發(fā)電，只有將光伏項(xiàng)目與大田種植相結(jié)合。“光伏+大田種植”的生產(chǎn)方式又叫“敞開式光伏設(shè)施”，較為適合種植低矮或藤生作物，如瓜類、茶樹、紅薯、油牡丹等（種植效果如圖7所示）。為確保光伏板下作物能獲取充足的太陽輻射，要求板與地面距離不小于2.5 m，并根據(jù)種植作物對光照的喜好不同適當(dāng)改變板與板之間的間距。此方式光伏組件布置較方便，所產(chǎn)生的電能可用于大田種植領(lǐng)域灌溉、配套設(shè)施、大田種植物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的供電等[16-18]。2011年，中國首套“太陽能提水抗旱澆麥系統(tǒng)”在河南省方城縣成功運(yùn)行，旱期利用太陽能清潔能源產(chǎn)生的電能進(jìn)行抗旱灌溉農(nóng)田，非旱期可將多余電量并入國家電網(wǎng)，這一系統(tǒng)很好的解決了電網(wǎng)沒有覆蓋地區(qū)的農(nóng)田灌溉問題[19-21]。

圖7 光伏發(fā)電與大田種植結(jié)合舉例

1.1.3 “光伏+食用菌”中國食用菌生產(chǎn)已從家庭式轉(zhuǎn)變成工廠化栽培，工廠在選址時(shí)由于用電問題受到較大限制，然而一些偏遠(yuǎn)山區(qū)更需要這樣的栽培技術(shù)[22-23]。所以根據(jù)食用菌生產(chǎn)需避光遮陽的特性，在食用菌生產(chǎn)大棚上搭建分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在不改變土地性質(zhì)的前提下，光伏發(fā)電與工廠化栽培結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了棚內(nèi)種菇、棚頂發(fā)電的新型生態(tài)高效生產(chǎn)方式（如圖8所示），常見種植品種有：平菇、金針菇、香菇、杏鮑菇、雙孢菇、黒木耳等菌種。在解決用電限制問題的同時(shí)，還減少了環(huán)境污染，增加了農(nóng)民的收入[24-26]。海寧市袁花鎮(zhèn)長嘯村農(nóng)光互補(bǔ)食用菌基地占地面積713 m2，頂層太陽能光伏發(fā)電設(shè)施由浙江晶科能源有限公司投資建設(shè)，安裝太陽能多晶硅組件18880塊，安裝容量為5 MW，年均利用太陽能可發(fā)電約550萬kW·h，節(jié)約標(biāo)煤1680 t，減排二氧化碳4350 t[27]。

圖8 光伏發(fā)電與食用菌種植結(jié)合舉例

1.2 “光伏+畜禽業(yè)”

“光伏+畜禽業(yè)”又叫畜光互補(bǔ)，畜光互補(bǔ)是將光伏發(fā)電與畜禽產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，主要形式包括在畜禽舍屋頂安裝光伏板、光伏與屋面養(yǎng)殖設(shè)施結(jié)合、光伏與露天散養(yǎng)結(jié)合3種形式。圖9為光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖結(jié)合的舉例。

圖9 光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖結(jié)合舉例

“在畜禽舍屋頂安裝光伏板形式”是將傳統(tǒng)的畜禽養(yǎng)殖大棚改裝成有一定承重能力的鋼架結(jié)構(gòu)新型養(yǎng)殖棚，并在棚頂安裝太陽能光伏板，上面是光伏發(fā)電，下面是畜禽養(yǎng)殖。棚頂?shù)墓夥蹇稍谙募菊趽蹶柟?，為棚?nèi)畜禽創(chuàng)造舒適的內(nèi)部環(huán)境，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能可以用于舍內(nèi)環(huán)境調(diào)控的電力來源。光伏產(chǎn)業(yè)與畜禽養(yǎng)殖優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)資源相互利用，也稱為“上光下養(yǎng)”?！肮夥c屋面養(yǎng)殖設(shè)施結(jié)合形式”是在普通農(nóng)房房頂安裝太陽能板，板下用于養(yǎng)殖家禽，對空間進(jìn)行充分利用，具有很好的借鑒意義[28]。“光伏與露天散養(yǎng)結(jié)合形式”是在露天場地安裝太陽能板，板下種植牧草，在為牛、羊等畜禽提供充足的食料的同時(shí)，也為畜禽提供“蔭涼”，避免過度暴曬，造成灼傷，此結(jié)合形式要求太陽能板高度大于3 m，以免被畜禽損壞[29-31]。

1.3 光伏+漁業(yè)

中國有著豐富的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，但存在的問題是養(yǎng)殖水域面積過大，造成水域空間嚴(yán)重浪費(fèi)[32]?！肮夥?漁業(yè)”是將光伏發(fā)電與水產(chǎn)養(yǎng)殖相結(jié)合，被稱為漁光互補(bǔ)，包括“工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖車間頂部安裝光伏板”、“光伏與水產(chǎn)溫室結(jié)合”、“光伏與水域養(yǎng)殖結(jié)合”3種形式。

“工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖車間頂部安裝光伏板”可以有效的利用養(yǎng)殖車間屋頂空間，且光伏發(fā)電可用于車間內(nèi)的生產(chǎn)供電，圖10為青島博尚智漁農(nóng)漁光數(shù)字模塊化循環(huán)水養(yǎng)殖車間內(nèi)部、外部圖。光伏發(fā)電在水產(chǎn)溫室上的結(jié)合應(yīng)用同樣有著節(jié)省空間與節(jié)能減排的作用。但應(yīng)用最多的還是“光伏與水域養(yǎng)殖結(jié)合”的形式，“光伏與水域養(yǎng)殖結(jié)合”實(shí)現(xiàn)了水上光伏發(fā)電，水下水產(chǎn)養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)了“一地兩用”和垂直產(chǎn)業(yè)新模式，大大提高單位面積水域的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還可以減少水體蒸發(fā)和抑制藍(lán)藻繁殖，保護(hù)水資源，可以達(dá)到“1+1”大于2的效果[33-35]。“光伏與水域養(yǎng)殖結(jié)合”光伏系統(tǒng)按基礎(chǔ)固定模式可分為“樁基礎(chǔ)固定式”和“水面漂浮式”，如圖11所示?！皹痘A(chǔ)固定式”適用于淺水區(qū)域的光伏系統(tǒng)，在水底打樁延伸至水面，將光伏板固定在水面一端。“水面漂浮式”則是適用于深水區(qū)域，一般指深度超過6 m的水域，不易在水底打樁的水域，在水面設(shè)置浮筒，再將光伏板固定在浮筒之上，用鋼索將所有浮筒連接起來，四周也用鋼索與岸邊連接固定。以上兩項(xiàng)技術(shù)都相對成熟[36-37]。

圖10 青島博尚智漁農(nóng)漁光數(shù)字模塊化循環(huán)水養(yǎng)殖車間

圖11 光伏與水域養(yǎng)殖結(jié)合光伏系統(tǒng)

2 光伏農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 “光伏+種植業(yè)”研究現(xiàn)狀及存在的問題

由于光伏板與溫室內(nèi)作物在同一空間存在“競爭”光源問題，所以光伏溫室設(shè)施的設(shè)計(jì)與建造面臨的難題最多[38]。光伏溫室的主要建造方式是在大棚頂部安裝太陽能光伏板，光伏板有著不同的透光度，其板面角度可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)太陽能板就可以創(chuàng)造出適宜不同植物生長光照強(qiáng)度的溫室環(huán)境，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。王藝等[39]研究表明，在光伏發(fā)電與溫室大棚結(jié)合的案例中，當(dāng)光伏板覆蓋率低于20%時(shí)，溫室大棚內(nèi)有效光輻射較無遮擋有所降低，但并未對植物的光合作用與生長產(chǎn)生影響，甚至還有促進(jìn)作用。當(dāng)光伏板覆蓋率大于30%時(shí)，溫室大棚內(nèi)有效光源逐漸不能滿足植株的正常光合作用，光合作用開始受到抑制。當(dāng)光伏板覆蓋率大于50%時(shí)，棚內(nèi)植株光合作用會(huì)受到明顯抑制。當(dāng)其覆蓋率大于70%時(shí)，植株可接收到的光照已寥寥無幾，無法滿足棚內(nèi)植株的正常生長。根據(jù)這一理論知識，在設(shè)計(jì)光伏溫室時(shí)，要明確溫室大棚建造的主要目的：是優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)還是優(yōu)先發(fā)展光伏發(fā)電[40-41]。優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)，棚頂光伏板覆蓋率就不能高于30%；優(yōu)先發(fā)展光伏發(fā)電，光伏板覆蓋率高于50%時(shí)其發(fā)電效率才能提高，獲取收益[42]。劉正義[43]研究表明，重點(diǎn)發(fā)展光伏發(fā)電，以農(nóng)業(yè)為輔的經(jīng)濟(jì)效益要明顯高于重農(nóng)輔電。在溫室大棚內(nèi)光照不足的情況下，可以通過局部人工補(bǔ)光來彌補(bǔ)，將棚頂光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能直接用于棚內(nèi)的補(bǔ)光；也可以種植不喜光作物，例如菇類、人參、蛇莓等，同樣具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

陳鋼[44]研究發(fā)現(xiàn)，不同波長的光照對植物的光合作用有著不同的作用，不同植物對光質(zhì)也有著不同的喜好。植物吸收的光一般為波長集中在595～700 nm的紅橙光[10]，其他波段的光例如藍(lán)光、紫光等相較于紅橙光來說，被植物吸收用作光合作用的量較小。由此，可以將光照分為有效光照和無效光照[45]。在2021第六屆國際設(shè)施園藝研討會(huì)上，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉文教授就提出來一個(gè)解決棚頂光伏板與棚內(nèi)植株“爭光”問題的方案：研發(fā)出一種聚合物多層濾光膜，此膜可以透射太陽光譜中光合有效輻射波段，反射剩余波段，利用其進(jìn)行高倍聚光發(fā)電。目前此聚合物多層膜已經(jīng)研發(fā)成功，但面臨的缺陷是光合效率太低且成本高，后面還需要進(jìn)一步研究與改進(jìn)。

2.2 “光伏+畜禽業(yè)”研究現(xiàn)狀及存在的問題

畜禽場大多設(shè)址在遠(yuǎn)離城市、村莊以及居民點(diǎn)的地方，這些地方因?yàn)檫h(yuǎn)離居民區(qū)[46]，現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)尚未到達(dá)而太陽能光照資源較為豐富，這是限制畜禽發(fā)展的一個(gè)重要因素[47]。光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖相結(jié)合就能充分解決這一問題，且光伏發(fā)電是清潔能源與可再生能源。光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖結(jié)合的方式要根據(jù)畜禽養(yǎng)殖場的實(shí)際情況并結(jié)合畜禽的種類而定，如果是奶牛、綿羊這種大型圍欄散養(yǎng)動(dòng)物，適合做地面光伏發(fā)電。而雞、鴨這種籠養(yǎng)或室內(nèi)養(yǎng)殖的則適合在屋頂鋪設(shè)光伏板進(jìn)行發(fā)電[48-49]。畜光互補(bǔ)不僅提供清潔能源，還可與生態(tài)養(yǎng)殖相結(jié)合，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益與社會(huì)效益。但也存在畜禽損壞光伏裝置的問題，給設(shè)備維護(hù)檢修造成一定的困擾。

2.3 “光伏+漁業(yè)”研究現(xiàn)狀及存在的問題

漁光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)在國外研究已相對比較成熟，尤其在日本，擁有一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈。而中國漁光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)起步相對較晚，直到2015年才相繼設(shè)計(jì)實(shí)施小型水面光伏電站項(xiàng)目。2016年國家能源局實(shí)施“光伏領(lǐng)跑者”基地規(guī)劃，將兩淮地區(qū)采煤沉陷區(qū)規(guī)劃建設(shè)3.2 GW的水面光伏電站，引導(dǎo)漁光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[50]。

中國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，有關(guān)數(shù)據(jù)表明，中國人民食品中約1/3的動(dòng)物性蛋白來源于水產(chǎn)品，可見水產(chǎn)養(yǎng)殖在中國食品安全中的重要地位[51]。東南地區(qū)水域面積廣闊，但人口密度大、土地資源少，“漁光互補(bǔ)”作為一種新型土地綜合利用方式很好的解決了東南沿海土地資源緊缺的問題[52]?！皾O光互補(bǔ)”有發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多重效益，光伏板反射太陽光進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)，還可以大大減少到達(dá)水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的光照，降低了藻類以及光合細(xì)菌的光合作用，避免水產(chǎn)養(yǎng)殖的生態(tài)系統(tǒng)被破壞，提高水體環(huán)境，從而培育出品質(zhì)更優(yōu)良的產(chǎn)品[53]。近年來，國家能源部門相繼出臺了一系列相關(guān)政策與文件，鼓勵(lì)光伏發(fā)電與水產(chǎn)養(yǎng)殖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“一地多用”和“立體生產(chǎn)”模式，節(jié)省土地資源[54]。

但“漁光互補(bǔ)”也存在一定的弊端，主要是光伏板遮擋陽光，水中的水產(chǎn)品就無法獲得足夠的光照，間接影響其品質(zhì)[55]。解決這一問題的方法就是加大光伏板之間的間距，讓水產(chǎn)品有充足的光照區(qū)域[52]。光伏板的設(shè)置同樣會(huì)對水中捕撈作業(yè)產(chǎn)生一定的不利影響，可通過增加光伏板支架高度以及光伏板之間的間距來解決。另外，水上光伏系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如高溫、高濕、高鹽，水汽、鹽霧會(huì)進(jìn)入光伏板內(nèi)部，從而縮短光伏板的使用周期，今后的研究需要針對光伏板的密封性問題與使用材料進(jìn)行試驗(yàn)與篩選[56]。“漁光互補(bǔ)”在選址上也有講究，需要滿足：太陽光能豐富，距離變電站近，交通便利；還要避免：小水庫、泄洪區(qū)、鹽場以及通航水域等[52]。

3 “光伏+農(nóng)業(yè)”發(fā)展趨勢

“光伏+農(nóng)業(yè)”作為一種新興的農(nóng)業(yè)形式，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)指明了一條綠色發(fā)展道路，是一個(gè)聯(lián)合光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全新產(chǎn)業(yè)模式[57-58]。光伏能源是推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新能源，對促進(jìn)中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向綠色、健康、高效的新時(shí)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型有著非常重要的作用。將環(huán)保、可再生的光伏發(fā)電與綠色健康的農(nóng)產(chǎn)品相結(jié)合，使得光伏農(nóng)業(yè)在未來發(fā)展中大有可為[59]。

3.1 “光伏+種植業(yè)”發(fā)展趨勢

隨著生活水平的提升，人們對食品的健康與環(huán)保越來越重視，無公害蔬菜在國內(nèi)需求量高，市場前景寬闊。由于無公害蔬菜在農(nóng)藥與化肥等方面有著嚴(yán)格的把控，導(dǎo)致其抗逆性一般較弱，所以需要在光伏溫室大棚中通過利用光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能進(jìn)行人工環(huán)境控制，創(chuàng)造適宜蔬菜生長的環(huán)境，且種植蔬菜種類也在逐步擴(kuò)展[60]。

3.2 “光伏+畜禽業(yè)”發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，中國畜禽養(yǎng)殖更偏向于散養(yǎng)，尤其是畜牧業(yè)。未來的目標(biāo)是將畜禽業(yè)與光伏發(fā)電相結(jié)合，發(fā)展產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；c可持續(xù)現(xiàn)代化的畜禽養(yǎng)殖模式。在地面鋪設(shè)太陽能板，太陽能板下方種植牧草，而光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能可用于處理畜禽糞污，經(jīng)過處理的糞污又可用作牧草的肥料，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 “光伏+漁業(yè)”發(fā)展趨勢

“光伏+漁業(yè)”跨界整合的優(yōu)勢明顯，其未來發(fā)展方向必定是生產(chǎn)規(guī)?；?、技術(shù)專業(yè)化、管理智能化。通過對水上水下的集中、科學(xué)管理，有效解決養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖污水的處理問題，同時(shí)借助光伏電站建設(shè)養(yǎng)殖系統(tǒng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，方便管理；另外，光伏發(fā)電并網(wǎng)的收益可用于魚塘的日常維護(hù)，推動(dòng)魚塘養(yǎng)殖規(guī)?；?、專業(yè)化、智能化發(fā)展[61]。

目前，中國光伏農(nóng)業(yè)已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ)，但仍處于起步階段，面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如建造成本高、能量轉(zhuǎn)化率低、配套技術(shù)不成熟、缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等[62]。必須有效解決光伏與農(nóng)業(yè)爭光的矛盾，才能不斷提升光伏系統(tǒng)產(chǎn)物的質(zhì)量并增加其多樣性。響應(yīng)“菜籃子”工程，不僅要提高產(chǎn)品質(zhì)量，還要控制產(chǎn)品價(jià)格，新產(chǎn)業(yè)是用來造福人們的，對價(jià)格的把控至關(guān)重要。多樣性方面可以在光伏農(nóng)業(yè)大棚、光伏漁場的基礎(chǔ)上，增加景觀與休閑項(xiàng)目，發(fā)展成大型光伏農(nóng)場，在豐富人們生活的同時(shí)，增加農(nóng)民收入。

4 小結(jié)

光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合是一種全新的生產(chǎn)模式，在鄉(xiāng)村振興的大背景下，可以通過這一新模式帶動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，提高農(nóng)民收入。本研究通過對“光伏+農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)模式的探討，分析了“光伏+種植業(yè)”、“光伏+畜禽業(yè)”、“光伏+漁業(yè)”3種模式的業(yè)態(tài)、研究現(xiàn)狀及存在的問題，可以得出光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)相結(jié)合的可行性與必要性，將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，輔助以科學(xué)的管理方式，光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景廣闊。