光伏农业:绿色新路

将太阳能发电与现代农业的种植、养殖、灌溉、病虫害防治以及农业机械动力等过程相结合,就是光伏农业.作为一种新兴的农业形式,光伏农业为现代农业指明了一条“类工业”的绿色发展道路.由于光伏发电不仅解决了取水灌溉、机械动力所需要的供电问题,还可以产出多余的电力上网输出,因此光伏农业是符合生物链关系和生产原料能量系统要求的重要农业工程形式.从长远来看,发展光伏农业不仅可以解决光伏产业与农业发展争地的现状,对于我国的农业转型也具有重要意义.

农业是光伏应用的重要领域

说到光伏产业的具体应用,多数人的脑海里都会出现在西部戈壁滩或者沙漠建设的光伏电站,或者在工业厂房屋顶建设的分布式电站.由于太阳辐射能量密度低,建设光伏电站一般需要大面积的廉价土地,比如戈壁滩、半固定的沙漠和盐碱地等.长期以来,我国主要在新疆、青海、甘肃、内蒙古等地发展光伏产业.但由于这些地区适合建设的地方十分有限,且把这些电从沙漠地区运输到工业比较发达的沿海和南部地区成本比较高,所以中国目前的光伏电站已经遭遇了发展的瓶颈,西部地区的电站建设速度也逐渐放缓.

那么光伏产品能不能应用到农业一线生产中呢?答案是肯定的,比如利用太阳能的浇灌方式,太阳能照明、杀虫等等已经有了很多应用,而进一步将光伏发电电池板或者薄膜作为农业工程的一部分进行建设,就形成了目前的分布式光伏应用的一种新的模式——光伏农业.

据介绍,目前光伏农业主要有两种应用模式,一是通过在农业大棚上架设不同透光率的太阳能电池板或者光伏薄膜来实现.其优势在于：首先,由于其具备一定的透光性,不仅能满足不同作物的采光需求,可种植有机农产品、名贵苗木等各类高附加值作物,还能够养殖牲畜、发展渔业,或者实现作物的反季种植.其次,光伏农业大棚利用的是农业大棚的棚顶,因此能够节约土地资源.最后,作为一种新型的农业生产经营模式,在带动区域农业科学技术推广和应用的同时,通过实现农业科技化、农业产业化,将成为区域农业增效和农民增收的支柱型产业.比如光伏农业大棚把农业、生态和旅游业结合起来,利用田园景观、农业生产活动、农业生态环境和生态农业经营模式,以贴近自然的特色旅游项目吸引周边城市游客在周末及节检测日作短期停留,以最大限度利用资源,增加旅游收益.

光伏农业的另外一种应用模式是将光伏发电系统独立出来,作为电站来提供电力.采用光伏发电,不仅能解决荒漠土地、林地或者大棚周边的取水灌溉、鱼塘供氧、荒漠治理、草原畜牧、海水淡化等领域的供电问题,并且无需架设电网、无需储能装置,既经济又环保.

比如光伏提水灌溉系统的应用就可以很大程度上解决我国农业浇灌和人民生产生活水资源短缺问题.国家气象局太阳能资源调查数据显示,我国荒漠太阳能资源总面积约为130万平方公里,按照每平方公里安装40MW的估计,装机潜力容量可达到500GW.在这些无电地区,通过建立光伏电站发电,实现荒漠作物的提水灌溉.治沙女英雄牛玉琴治理的毛乌素沙漠就是很好的例子,治沙基地使用Solartech光伏扬水系统,在防沙治沙的同时还种植了玉米、大豆等各类经济作物.

而从目前的发展趋势来看,我国光伏农业市场的产品供应和需求都在逐步放大之中.其中的主要产品门类也已经从单纯的太阳能电池和太阳能电力系统拓展到光伏水泵（光伏滴灌、喷灌、微灌产品）、太阳能污水净化系统、农业用太阳能转光膜、农业用光伏玻璃、太阳能马灯、太阳能充电器、太阳能照明灭蚊灯、太阳能杀虫灯等.

因此,光伏农业科技不仅能够有效利用太阳能资源,产出清洁绿色能源,还能实现高效种植,为绿色农业生产提供一条新的路径.光伏农业的本质是一场实现农场变工厂,田间变车间的过程.现代农业是需要科技和新能源的推理和动力,而光伏技术的应用对现代农业的支撑是恰逢其时,也是历史必然.

光伏农业市场需求空间巨大

应该说,我国从一开始对光伏农业的市场前景认识程度并不高.记者跟踪了多年光伏产业的变化,我国光伏产业最开始主要针对的是欧美市场,其产品主要为光伏电池板,虽然控制器、蓄电池组、逆变器等设备的技术水平在不断上升,但是一直以来,农业都不是光伏产业的目标.一直到2012年欧美与我国光伏电池的双反事件的爆发,才让众多的企业重视起分布式光伏乃至农业光伏领域的存在.

NPDSolarbuzz分析师韩启明表示：“中国的农业光伏市场曾经被下游光伏供应商及安装商忽视.在中国光伏出口面临欧美双反限制的不利情况下,在本土发掘更多的需求将成为光伏产业界的重要课题,农业光伏则是众多应用中最具前景的一种.在农业光伏项目中,最普遍的类型就是光伏大棚,因为除了供应电力它们还具有其他优势.位于温室顶部的光伏电池板可以遮阳吸热,替代建筑材料,并增加整体美观.”

目前,与农业高度结合的商业光伏设施正在我国得到一线光伏开发商的支持,这一新的光伏应用类别预计在未来几年内会迅速增长.比如应用到生态农业大棚中的仿生态转光膜技术,这种技术能根据不同植物生长对不同波长光吸收的需求,对透过转光膜的太阳光进行波长转换,以便农作物更容易吸收,提高了光合作用的效率.这种新型农业大棚能完全实现能源自给,既节能环保,又极易维护,相比于传统大棚,有成本低廉、农产品量质皆高的优点.

2014年初,总面积3024平方米的国内首个拥有自主知识产权集成创新的智慧温室在北京通州投产.该温室的特点就是将光伏能源、现代农业装备以及物联网技术进行了有机融合,集成应用了物联网技术、无土栽培技术与自动化装备,通过可视化管理和智能化决策,实现作物精准化高效生产.这里通过装备利用太阳能集热系统、太阳能薄膜光伏发电系统、草莓高产栽培装置、苗木移植机器人、基于植物生长检测的物联网系统、智能型自动转移喷灌机等,可以满足温室生产的灌溉、施肥、补光、补温等不同用电的需求.同时,还具有融雪功能,提高了温室透光率和抗风雪性能.在国家相关政策抑制大型集中式地面电站建设、分布式发展又遭遇“好屋顶难求”的背景下,光伏蔬菜大棚、“渔光互补”水产养殖、太阳能杀虫等一系列农业领域的应用,为国内光伏农业的发展带来了新的机会.

光伏技术和产品在现代农业中有着广泛的运用前景和重大的现实意义.有专家计算,如果在全国大面积、大范围地推广光伏农业产品,其市场可达千亿元规模,在5年内可达到万亿元规模.

光伏农业项目建设遍地开花

由于建设农业与光伏一体化电站,将传统农业种植与光伏发电相结合,提高光伏发电项目土地的综合利用率,实现阳光、土地资源的立体高效利用.因此得到了众多地区的青睐.

2013年4月,河南省西峡县中菇香菇专业合作社的光伏香菇产业项目全面实施.该项目利用西峡香菇种植基地的优势,引入太阳能光伏发电,全面提升该县香菇产业发展水平.作为河南省惟一一家获得鲜菇出口资质的企业,中菇合作社年产标准化香菇3000万袋.光伏香菇产业项目计划在3年内,把合作社现有的1200亩种植基地建设成集40兆瓦装机容量的光伏电站和1000万袋香菇高效种植基地为一体的光伏农业示范基地.

2013年9月,江西省兴国县与恒天电力光伏有限公司签订恒天电力兴国20MW光伏农业科技大棚（电站）项目,项目总投资约3亿元.该项目一期建设10MW光伏农业科技大棚,占地面积600亩,投资1.8亿元；二期建设10MW光伏农业科技大棚,投资1.2亿元.

据了解,该项目的一期工程位于兴国县埠头乡龙沙村龙沙湾,以大棚棚顶安装高效晶体硅电池组件采集电量为特色.采取双向运营,利用棚顶光伏发电,打造“自发自用、余量上网、电网调节”的运营模式；在棚内种植苗木、茶叶、花卉、蔬菜等农产品,打造以现代农业为主的科技大棚旅游区.该项目建成后将成为该县首家以光伏发电与现代农业、旅游观光有机结合起来的新型农业产业化项目.

2013年10月,五原晟宇100MW光伏一期项目具备发电条件.晟宇100兆瓦光伏设施农业项目总投资4.12亿元,是由内蒙古山路能源集团有限责任公司投资建设、集光伏发电与设施农业为一体的示范工程.项目分三部分组成：建设占地200亩的光伏温室,在温室顶部安装光伏太阳板,实现空中发电、棚内种植；利用原有旧排干改造,建设占地80亩的鱼塘电站；采取节水设施农业喷灌技术,建设占地1200亩的地面电站,并间隙种植优质牧草及中草药,实现农业与工业的有机结合.

2013年10月,江苏连云港市目前正兴建首座蔬菜大棚光伏电站——二龙山光伏农业生态科技园,项目总投资1.5亿元,设计装机规模15兆瓦.建成后,年发电量可达2000万千瓦时,园区蔬菜大棚年产各类水果400余吨.这里温室里的照明、通风、供暖等用电问题通过光伏发电解决,在同等面积的土地上形成立体的生产,实现了大棚和电站的双向受益.”

2013年11月,国家金太阳示范工程—“中国蔬菜之乡”寿光首个蔬菜大棚光伏发电项目正式并入国家电网.该项目年均发电量近160万千瓦时,除满足蔬菜大棚用电外,大部分将输送给周边居民使用,实现了发电、种菜双丰收.

据笔者不完全统计,到2014年3月,我国光伏蔬菜大棚、“渔光互补”水产养殖、光伏畜禽养殖大棚项目等已经达到400多个.对于我国光伏产业来说,在农业领域应用的市场价值和市场空间正在快速发展.

光伏企业紧盯光伏农业发展

目前,国家正在大力倡导并推进分布式光伏发电项目的实施,光伏发电与新型农业、科技农业、旅游观光相结合的绿色能源与现代农业相结合的经济发展模式正在吸引光伏企业的眼球.从2013年以来的市场发展来看,目前在中国许多省市,尤其是新疆、湖南和河北,越来越多的光伏项目开发商开始优先考虑包括光伏农业在内的光伏应用新机遇.

以中国节能环保集团公司为例,该公司在去年就谋划运作总量超过100兆瓦的农业光伏项目.2013年2月,中节能太阳能公司应城光伏农业科技有限公司注册成立,成为太阳能第22家下属子公司.据悉,中节能已顺利取得由应城市工商管理局颁发的中节能（应城）光伏农业科技有限公司企业法人营业执照,应城项目公司正式成立,该子公司的成立将加快推动应城10MW光伏农业科技项目的建设.2013年8月6日,中节能（汉川）农业光伏科技大棚项目并网成功,向大棚输送电能.这标志着湖北首个农业光伏科技大棚正式投运.

此外,中海阳能源集团、追日电气、东方日升、保定天威保变、英利、汉能控股等企业都在抓紧实施与光伏农业相关的项目.比如中海阳能源集团公司已于近日成功中标中节能乐平20兆瓦光伏农业科技大棚电站项目,项目是江西省引入的首家将光伏新能源应用于农业领域的项目,同时也是目前全国规模最大的光伏农业大棚项目.而作为该项目的EPC总承包商,中海阳将为其提供全方位解决方案.据了解,中节能乐平20兆瓦光伏农业大棚项目通过在农业大棚上架设太阳能电池板,在不改变农用地性质的同时,将大棚屋顶光伏发电系统产生的电流接入就近变电站并网发电.安装在大棚上的太阳能电池板还将起到隔绝红外线作用,处理好传统农业大棚保温、升温问题.此外,太阳能电池板所发电力还能为农业大棚的LED植物灯系统、生物杀虫灯、地源热泵、加温和散热设备、拍水泵和营养液循环系统、植保设施等使用,从而达到棚上清洁发电、棚下高效种植的效果.

而我国两家著名的薄膜光伏产品公司,保定天威保变和汉能公司也纷纷与光伏农业结缘.保定天威保变电气股份有限公司透露,天威薄膜公司一期技术升级新产品——薄膜光伏叠层组件,成功签订山东光伏农业项目供货合同.天威集团总经理丁强介绍,该光伏农业项目位于山东省,包括16个蔬菜大棚,采用叠层120W型组件,总装机容量0.69兆瓦.这是继2010年天威薄膜公司17千瓦透光组件在山东寿光薄膜光伏农业透光大棚成功应用后,再次承建该工程的二期项目.

2013年10月,汉能控股集团内蒙古汉能发电有限公司与九原区人民政府、包头市万科现代农业开发有限责任公司签订了合作意向书,正式落户哈业胡同镇万科现代农业园区.项目计划总投资约10亿元,建设100MW大型薄膜太阳能发电基地,项目总占地面积约1万亩；据悉,项目将在满足万科现代农业公司农业种植需要的基础上,利用大棚棚顶安装、搭建薄膜太阳能发电设施,达到“一棚双用”.该项目的落实,将有效把种植收入、发电收入、观光收入、碳权收入相结合,在提高土地利用率和产出率的同时,实现企业间的互利共赢.

我国从最开始的“吃饱”到丰富“菜篮子”,发展到现在追求饮食营养和质量安全,农业正在告别小、散、乱的模式进入现代产业化阶段.从这个角度说,农业也是“新兴产业”.光伏农业是一种与农业生产相结合,棚顶太阳能发电、棚内发展农业生产的新型光伏系统工程,是现代农业发展的一种新模式.光伏农业着重把农业、生态和工业结合起来,是农业产业化发展的一种新的方式.集光伏发电、农业种植及农业技术为一体的光伏农业,正在以其最大限度利用资源和贴近自然的特色,为我国两型社会建设、发展低碳经济、节能减排、开发绿色清洁新能源探索一条新路.