光伏农业，就是将太阳能发电广泛应用到现代农业研究、种植、养殖、灌溉、病虫害防治以及农业机械动力提供等领域的一种新型农业。光伏农业的核心是晶体或薄膜太阳能设施农业一体化并网发电站，集合了晶体或薄膜太阳能发电、农业光电子工程、现代农业种植和养殖、加工和综合利用、人才培训、观光农业、农产品物流等高新技术。
光伏农业的发展，不仅能够有效利用太阳能资源，生产出清洁绿色能源，还能实现高效种植、养殖，综合保护种植和养殖环境，为种植、养殖及后续农产品加工供给能源，也为绿色农业生产提供一条新的路径。如光伏农业大棚不仅能种蔬菜，还能通过多晶光伏组件或薄膜组件组成的棚顶吸收太阳能来发电，在满足自身用电之余将富余电力输送到国家电网，这样既环保又节能。另外，从短期来看，光伏农业在一定程度上是解决目前光伏产业出现困境的有效措施，实现了农场变工厂、田间变车间。从长远来看，现代农业需要科技和新能源作为推进的动力，而光伏技术的应用对现代农业的支撑和对于我国的农业转型具有重要意义。
目前，我国设施农业工厂化水平与现代化装备水平处于“低投入-低产出-低效益”的落后模式。由于设施农业环境逆境抵御能力弱，低温、雪灾、连续阴天及雾霾频发等极端天气往往会造成极大的生产危害和经济损失。在过去30a里，我国盲目扩大设施农业规模，单纯提高设施栽培面积，虽能在一定程度上提高农产品产值、增加农民就业，但耕地等农业资源占用量大等因素导致生产及产业效益低的问题日益突出。要改变目前耕地资源利用效率低、环境控制水平低、生态环境影响突出等问题，就必须向“适投入-高产出-高效益”模式转化，以提高单位土地资源利用效率，节省土地资源，强化生态环境保护作用。因此，发展光伏农业，可以在一定程度上推进设施农业的转型，从而提高环境控制及装备水平，是设施农业可持续发展的优选之路。
1、光伏农业发展历史与现状
1.1、国内外光伏农业的现状
据不完全统计，我国现有农业大棚333万hm2以上，主要集中在山东、江苏、江西等农业大省，这些省份阳光较为充足，能够同时为植物和光伏设施提供光能。目前已有多省完成了光伏农业大棚的建设并开始运营，截至2014年3月，我国已有400多个具一定规模的光伏蔬菜大棚、光伏畜禽养殖大棚、“渔光互补”水产养殖、光伏畜禽养殖大棚等项目。2013年底国家审批通过的农业光伏和渔光互补项目超过2.9GW，而2014年1~7月，正在建设或已签约拟建的光伏农业项目超过2GW。近2年来，英利、保利协鑫、青岛昌盛等知名光伏企业开始投建光伏农业项目，使得光伏农业产业发展更加迅猛。纵观其他农业大国，日本农林水产领域在2013年放宽了有关农业型光伏发电的规定：若发电设备的阴影造成的农作物减收比例在20%以内，则支柱的地基部分便认可转用为暂时性农用地。澳大利亚、美国等地域宽广的农业大国则较多为光伏屋顶发电，较少与农业结合。
1.2、光伏农业发展中存在的问题
①产业发展与市场发展不平衡
“十一五”期间我国太阳能电池产量飞速增长，我国太阳能产业已经在技术研发、产业制造、产业体系管理等方面有了一定的基础。但是，我国光伏发电产业存在“两头在外”的情况，即90%以上的硅材料依赖进口，90%以上的产品销售依赖海外市场。尽管我国相关光伏企业一直不断创新以降低晶硅光伏组件的生产成本，但是中国的消费能力仍与国际市场的售价有很大差距。中国太阳能产业发展时间较短，在工艺、技术和人才等方面基础薄弱，国内设备研制和光伏市场的发展明显滞后，中国光伏产业发展和市场发展极不平衡，这使得中国光伏产业的发展受到海外市场的严重制约，并与中国能源和环境的可持续发展方向不相协调。
②政策支持等不到位
从各国的光伏产业发展分析，众多国家太阳能电池的发展主要受益于政府对光伏产业的政策扶持和价格补贴。可是，我国政府现今对光伏设施应用的支持政策体系仍不完善，相关的市场促进政策也不能促使形成支持光伏产业持续发展的长效机制，同时，很多已经出台的相关目标规划文件已跟不上光伏产业的发展要求。虽然2012年国家工信部发布的《太阳能光伏产业“十二五”规划》文件中，已将太阳能光伏发电生态农业大棚的模式划为光伏建筑一体化示范项目，可以获得国家的财政补贴，但落到实处还需一个过程。
③光伏组件的电池不统一
光伏行业发展有3个重要的指标：一是转化率高，二是可靠性好，三是成本低。现在我们国内光伏电池主要分为晶硅电池和薄膜电池。在“十一五”末期，我国晶硅电池产量占太阳能电池总产量的95%以上。就目前的报道得知，晶硅电池的光能转化率高于薄膜电池，另外晶硅电池的可靠性已经通过至少25年的验证，而薄膜电池却没有可靠验证过其使用寿命，这样的不确定性使比薄膜电池成本高的晶硅电池仍占据国内光伏产业的主要市场。
④光伏产业会对环境造成一定的污染
太阳能晶硅电池的生产会产生大量的污染，有大量的含氟废水排放。近年来，“洛阳中硅”、“浙江海宁晶科能源多晶硅污染”等事件的发生，引发了人们对于新能源企业重污染的讨论，光伏产业企业如何从本质上解决对环境污染和破坏的重要问题现今备受广大人民关注。
⑤光伏与农业的结合仍缺乏理论研究
光伏电站为节省土地面积和架构成本，力争把光伏电池排列紧密，但不同农作物的采光生长模式不同，因此光伏电池的排列必须考虑农业大棚里不同农作物物对不同采光强度的要求，使光伏电池的排列不影响农作物采光。同时根据当地对不同农作物的需求情况，结合当地土地资源与环境特征设计不同农作物所需的不同规格的光伏电站农业大棚。另外，光伏农业一体化项目集合了设施农业、观光旅游、光伏发电功能，在总平面规划设计时，除要考虑发电工艺合理需求外，还应关注合理布置农业生产工艺流程，实现观光、旅游、示范功能，在功能区划分、道路规划、人流和物流组织等方面统筹考虑。
⑥目前的光伏农业推广模式较少，且项目建设存在问题
目前国内很多光伏企业推广的多是“光伏农业大棚”、“渔光互补”等模式。虽然有分析指出通过利用当地的自然景观、农业生态环境与农业生产模式，结合光伏发电、农业生产、生态保护和观光旅游为一体，提高土地单位产出，增加农户收益，最大限度利用资源，增加生态和社会收益。但这些仅仅是企业的大胆设想，目前国内还没有详细具体的成功案例，在光伏农业一体化项目建设实施过程中，有可能会遇到未知的问题。如“渔光互补”模式中，在水面上铺开的太阳能板不能面积过小，又因为大面积建设离不开架构，架构离不开支撑。而各个点水深与水下地质环境并不一样，这不但需要比陆地上消耗更多的材料，而且给设计施工带来很大难度。另外，所需的支撑材料需长期浸泡在水中，这对材质提出很高的要求，即耐腐蚀，防腐问题将带来很大挑战。除此之外，还要考虑到承重能力，设计支架要抗得住风浪的力量，铺设太阳能板的面还要与水面保持一定的距离，以防风浪损坏电气设备。在水面上建设光伏电站要比在陆地上建设复杂得多，不仅不易设计，而且耗时、费工、耗材，建成运行后续维护也存在很大问题，且不说鱼塘上的光伏电池板对鱼塘管理造成的不良影响，单就光伏电站而言，其利用率并未充分提高，且增加了投资成本。
2、我国发展光伏农业的主要技术及优势
2.1、发展光伏农业运用的技术
①集光伏发电、特征光谱LED照明一体的多功能农业设施包括具有顶棚和侧壁的温室，具体是在温室顶棚装置分光式薄膜太阳能电池板，这种电池板可直接吸收短波波段(570nm以下)的光，并透过部分长波波段(600nm以上)的光，在利用光能发电的同时为植物提供所需的光照。温室内设有特征光谱LED灯，该特征光谱LED灯所发出光的光谱及半波宽度与所栽培植物的特征光谱相互适合，以满足植物生长的需求。该设施不仅节能省电，而且利于植物生长，还可以在很大程度上提高农产品的品质和产量。
②太阳能作物害虫诱杀装置该项技术是一种以太阳能为电能和热能来源的，涉及物理、生物双效应的农业作物害虫诱杀装置，该发明处于国际领先地位。该技术包括光伏发电技术、光感三位追踪技术、太阳能光热技术、高压放电技术、半导体紫外线发射技术、昆虫性激素释放技术。通过一套独立高效的太阳能系统，可以在田间自动跟踪太阳发电，通过特殊设计的蓄电装置最大限度蓄积电能，同时将光热管产生的热能收集存储。晚上，该系统自动启动诱杀趋光性害虫的黑光发生器和高压电装置，同时打开浸在热水中的害虫性激素密封容器，让性激素缓慢地均匀挥发、扩散，大量的趋光性害虫和受性激素引诱的害虫扑向本装置，触及本装置外围的高压线而被杀灭，通过该方法可以大量杀灭害虫。
③光伏水泵系统利用太阳电池发出的电力，通过最大功率点跟踪、变换和控制等环节，驱动直流永磁电机或高效异步电机以带动高效水泵的一种光机电一体化系统，可用于农田灌溉、景观喷泉、鱼池增氧、高速公路绿化、海滨盐场供排水等领域[4]。2004年8月至2007年4月期间，广东湛江市、茂名市先后建立了20个光伏扬水示范工程，解决了当地农田灌溉用水问题。自主研发的小型湿式永磁潜水电机，替代传统的潜水电机机械密封工艺，效率比目前市场广泛使用的同规格交流异步潜水电机提高20%以上。
④太阳能光伏广谱灭虫灯该灭虫灯包括设立在支柱上的太阳能板和蓄电池，灭虫灯灯体挂在支柱上，灯体周围设有电网，且下面设有接虫袋。该灭虫灯灯体中间设有连接变频控制器的起辉灯管，可以针对不同环境下的不同害虫种类进行诱捕，对害虫的杀伤力大、针对范围广，并且可以根据田地的大小进行频率控制，使灭虫灯达到最仕的工作效率。
⑤光伏并网发电系统光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系统组成。逆变器的工作原理是将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。太阳能产生直流电，可以通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电流，馈入电网。而目前的光伏并网逆变器主要有3种主电路形式：工频变压器隔离、无变压器隔离和高频变压器隔离。当前业界最先进的技术是主电路采用高频变压器隔离，控制回路采用光藕隔离。由于具有高品质与高可靠性，它是应用范围最广的产品。
2.2、在我国发展光伏农业的优势
①需求优势
我国土地资源有限，发展光伏农业有利于实现土地资源利用最大化，契合我国土地集约化生产的需求。光伏农业不但不存在土地指标问题，而且还可以节省庞大的成本，每667mZ可以节约数万元。光伏农业是一个高效设施农业项目，如薄膜光伏太阳能发电农业大棚，由于薄膜太阳电池可做成透光的，所以不影响设施大棚下的农业生产，不需要担心光照度的问题。同时充分利用设施农业大棚顶部的空间铺设薄膜太阳电池进行太阳能发电，既能很好地节约和充分利用土地资源，又能为设施农业提供电量并为当地电网提供电力，节省生产成本，提高收益。此外，太阳能作为一种新兴的可再生能源，可以节能减排。光伏农业将太阳能与农业结合，能真正实现低碳农业，达到很好的社会效益、经济效益和生态效益。与传统太阳能电站相比，光伏农业的电站建在人口密集的地方，可以减少输电过程中的电量损耗。
自改革开放以来，我国取得了举世瞩目的成就，同时也出现了新的问题和挑战，尤其是近2a的环境问题更是令人忧心。而太阳能主要来自太阳光的辐射能量，是一种绿色的、清洁可再生的能源，能有效缓解环境污染、能源紧张。在土地、电力、环境上，光伏能源符合我国资源需求，在水利方面，光伏市场也具有强大的需求优势。从水利这一层面来说，利用光伏扬水技术能够进行节水灌溉、水利抗旱提水等，在很大程度上解决农业灌溉水资源缺少的环境问题。如果我国采用光伏扬水技术进行灌溉，仅1%的旱地就能实现每年250t/667mZ浇灌量，带来高达400GW的光伏市场需求。
②资源优势
在我国发展光伏农业，有着太阳能资源的优势。太阳能的资源分布与多种因素有关，如各地的经纬度、地理状况和气候条件等，一般以全年总辐射量和全年口照总时数这两个指标来表示当地太阳能资源的多少。我国属于典型的太阳能丰富地区，我国各地太阳年辐射总量达335837kJ，因此我国发展光伏发电产业有着丰富的资源优势，并且我国电力紧缺的地方往往是光照强度较强的地区，在这些地区建设光伏农业大棚可以在一定程度上改善传统电网无法到达而导致的供电短缺问题。
我国面临的能源资源形势十分严峻，传统能源以煤为主，而煤炭为不可再生能源，且带来很大的环境污染问题。光伏产业的太阳能作为一种可再生的清洁能源，是改变我国能源结构的有效途径。
③政策优势发展
光伏发电产业已经成为我国“十二五”的重要方略之一。目前，我国的光伏发电产业已经具备了进一步发展的产业基础。而实施鼓励光伏发电发展的政策是进一步促进光伏产业健康发展的重要举措。
自20世纪70年代以来，国家部门发布了《节约能源法》、《电力法》以及《大气污染防治法》等法律法规。这些法律法规有利于支持广大农村地区的太阳能的开发与利用。到了20世纪90年代，国家部门又相继颁布了《建筑节能“九五”计划和2010年规划》、((1996-2010年太阳能发展纲要》、《资源节约与资源综合利用“十五”规划》与《中华人民共和国节约能源法》等政策文件。2013年，政府更是推出《国务院关于促进光伏产业健康发展的若十意见》，其中就提出“到2015年总装机容量要达到3500万kW以上”，这一规划将此前的目标一举提高了75%。同时，对并网、电量收购、补贴、土地政策进行了逐一细化，为分布式光伏项目、电站投资开发提供了多重保障。这些政策文件的推出，表明光伏行业期待已久的一系列扶持政策终于落地，也表明了在加快太阳能产业步伐方面中国政府所下的决心。
2014年，国家能源局提出了全年14000MW的光伏发电目标，大规模的光伏发电应用也随着这一目标的提出正式提上议程。2014年7月中旬，我国出台了《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》，该文件提出“利用废弃土地、荒山荒坡、农业大棚、滩涂、鱼塘、湖泊等土地资源建光伏发电项目。”这是我国首次将农业大棚、鱼塘等正式列入分布式光伏项目中，并提出了执行当地的光伏电站标杆电价(即地面电站)政策的建议。
这些政策优势有效地解决了光伏行业在发电量收购、融资困难、补贴发放不到位等方面的困扰，令国内从事光伏行业的企业信心倍增。随着光伏优势政策口趋明朗，农业领域的光伏市场前景也一片大好，光伏生态农业大棚一体化项目指引着分布式光伏电站的建设，使企业实现对光伏电站电费的收入。该项目还可以通过在生态农业大棚内种植作物为公司带来更可观的经济效益和社会效益。
④发展优势
从长远发展来看，建设光伏农业大棚要求比较高，其使用年限在25a以上，远远超过了普通大棚的使用年限，从而避免了每年由于重复建设农业大棚造成的资源浪费，节约了大量的生产成本和社会资源。另外，在光伏农业的整个系统运行过程中，光伏组件和超白钢化玻璃的搭配可以有效过滤太阳辐射中对农作物的有害光波，例如紫外线通过光伏农业系统对农作物的伤害将会减小。当前，随着化肥农药等过度使用，农业生产环境遭受到较为严重的破坏，土地恶化、天敌受损、水质下降、病虫害严重，已严重危及人们的生存环境和身心健康(例如，农作物上残留的农药会对人们的身体健康产生不良的影响，甚至还有可能致癌、致畸、致突变等;过度的使用化学产品对环境造成严重的污染，严重影响了生态平衡;大量灭杀天敌，打乱了自然界原有的秩序，动植物生态链濒临断裂)。而发展光伏农业，广泛应用光伏大棚、光伏养殖场、太阳能杀虫灯、太阳能植物生长灯、太阳能灭菌灯等都能有效地减少农药、化肥的使用量和废气排放量，改善生态环境。
3、发展前景预测与建议
3.1、未来发展光伏农业的方向趋势
发展现代农业需要能源的推动，而在能源短缺的今天，太阳能的利用正好填补了能源在农业上的短缺。光伏一直被认为是众多新能源中最具前景的能源利用形式之一，而且我国农业大棚面积居世界第一，光伏与农业相结合，是我国在光伏应用领域以及农业领域的又一新突破，并成为新的投资热点。
2015年中央一号文件《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若十意见》中指出：因地制宜采取电网和光伏等供电方式，以解决无电人口的用电问题。在《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》中，也将光伏大棚作为光伏建筑一体化示范项目，享受国家财政补贴。在国家政策大力支持光伏农业以及能源紧缺的宏观环境下，2015年光伏农业将会迎来新的发展契机。
在保证农业正常生产的前提下，在农业大棚安装光伏发电设备，是促进农业、能源产业可持续发展的最好路径。未来光伏农业的发展方向，也应该首要考虑如何能够更有利于农业生产，提高种植、养殖环境，这样才能更容易被农业生产者所接受。3.2对发展光伏农业的建议
①增加光伏大棚建设的财政资助在我国，薄膜光伏太阳能大棚的建设刚刚起步，全国示范点的建设极少，相关研究及调研也开展得比较少。因此，要大力发展现代农业，优先发展设施农业、精品农业，建议政府科技部门增加原有的专项资助资金，优先资助各地科研院所，特别是在南方与北方结合研究的院所，促使其联合开展相关技术的研究。除此之外，还需加强立项的质量与数量管理，在确保质量的同时，借助财政资助，鼓励企业申报相关的大棚建设项目。
②加强科技人才培养以及科学技术支撑光伏农业是发展现代农业的一种新模式，因此需要政府的大力支持以及科研院所与相关行业企业的合作与共同研发。建议每年都可将薄膜太阳能在大棚上的应用研究列为科技支撑计划，专门设立项目资金，鼓励相关科研院所与光伏太阳能企业紧密合作，创新性地开展技术研究和应用的可行性研究。
③针对性地开展相关研究针对不同类型的农业大棚，如生产蔬菜的光温调控大棚或生产高档花卉的智能化玻璃温室，鼓励科研院所开展太阳能电池与不同类型大棚的融合研究，使光伏太阳能电池能有效地运用到主流农业大棚上。降低晶硅太阳能电池的制造成本、提高晶硅电池的转换效率和使用寿命以及提高薄膜电池的光能转化率将成为光伏产业发展的一个重要方向，因此应加强相应研究。此外还要加强晶硅太阳能农业大棚的耐荫蔬菜、花卉、中药材等植物及其他农作物的筛选和适应性研究。
④加强光伏太阳能电池与设施农业的结合把光伏产业与农业产业有效地结合起来，进而发展智能化立体精品农业。将太阳能光伏发电系统应用在设施农业领域，尤其是近期出现的智能化植物工厂，可以大大地实现设施农业的高效生产。
⑤加强联合电力部门，为薄膜光伏太阳能大棚提供并网技术上的支持一直以来，太阳能大棚的发电量与大多数相应设备如水泵、喷灌系统等用电量匹配不当，制约了光伏产业的发展。因此在大棚发电自给充足的情况下，把电网接入当地电网从而输出剩余电量，这需要当地电力部门的财政与技术支持。
⑥加强我国光伏农业产业系统的标准体系建设鼓励科研单位与科研院所，结合我国自主知识产权与光伏产业技术的实际水平，研究和建立健全有关新产品认证、监测制度，同时加强对光伏农业产业生产的产品质量标准的管理，以避免假冒伪劣产品进入市场，从而推动光伏农业产业往标准化、规范化方向发展。
