廈門光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展前景初探

張小杭，崔壽福，劉福平

(福建省亞熱帶植物研究所，福建省亞熱帶植物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 361006)

光伏農(nóng)業(yè)是把太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，它不僅有益于光伏產(chǎn)業(yè)本身，同時(shí)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型也具有十分重要的意義，一方面通過(guò)提高土地的綜合利用率達(dá)到土地、陽(yáng)光資源的高效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)發(fā)電和農(nóng)業(yè)的雙向收益，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的;另一方面，光伏農(nóng)業(yè)在追求經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)效益的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。2004年，廈門市出臺(tái)《關(guān)于鼓勵(lì)使用清潔能源的通知》，并研究探索利用財(cái)政、稅收和價(jià)格等激勵(lì)政策推動(dòng)節(jié)能工作的新路子;2013年7月15日，國(guó)務(wù)院頒布《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》和《太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》，把太陽(yáng)能光伏生態(tài)大棚電站的模式列為光伏建筑一體化示范項(xiàng)目，國(guó)家財(cái)政給予補(bǔ)貼，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)光伏農(nóng)業(yè)向縱深發(fā)展。光伏農(nóng)業(yè)與我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)相契合，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種全新模式。

1 廈門市的地理氣候條件

廈門市位于我國(guó)東南部，地處東經(jīng)118°04'04″、北緯24°26'46″，背靠漳州、泉州平原，瀕臨臺(tái)灣海峽，距北回歸線約1.5度，氣溫變化小，四季區(qū)分較不明顯，南亞熱帶季風(fēng)型海洋性氣候，很少出現(xiàn)連續(xù)多天見(jiàn)不到太陽(yáng)的天氣。區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)能資源豐富，平均年日照時(shí)數(shù)2233.5 h，全年日照百分率51%，太陽(yáng)能年輻射強(qiáng)度約5250 MJ/m2，輻射總量居全國(guó)中等偏上水平。7月份日照時(shí)數(shù)最大，2月份日照時(shí)數(shù)最小。廈門全市土地總面積1565.09 km2，海域面積300多km2，具有大規(guī)?？衫锰?yáng)能的自然資源。綜合考慮廈門市的自然、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是可行的。

2 光伏農(nóng)業(yè)模式及其在廈門市的應(yīng)用潛力分析

廈門市具有持續(xù)利用太陽(yáng)能非常有利的條件，太陽(yáng)能在發(fā)展廈門農(nóng)業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用范圍，以下就5種光伏農(nóng)業(yè)模式在廈門市的應(yīng)用潛力進(jìn)行分析。

2.1 光伏農(nóng)業(yè)大棚

光伏農(nóng)業(yè)大棚把光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)種植有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)分光技術(shù)把太陽(yáng)能輻射分為適合于植物光合作用所需的光波和適用于光伏發(fā)電的光波，為大棚內(nèi)加溫、補(bǔ)光、地源熱泵等設(shè)備供電，同時(shí)保證室內(nèi)作物光合作用，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)高效、綠色環(huán)保。如果將這些傳統(tǒng)溫室大棚的透光屋面充分利用起來(lái)，將透光太陽(yáng)能薄膜電池安裝在大棚棚頂，利用溫室本身作為光伏發(fā)電的建筑基礎(chǔ)，可以節(jié)約大量的土地資源。

廈門市地處沿海，熱帶風(fēng)暴天氣比較多，傳統(tǒng)蔬菜種植受天氣影響很大，造成了廈門市蔬菜供應(yīng)具有很強(qiáng)的不確定性。2000～2011年，廈門市蔬菜種植面積在2萬(wàn)hm2左右，而近些年來(lái)，由于廈門城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，島內(nèi)外的蔬菜基地大都被征用，蔬菜種植面積不斷減少。與之相反的是，廈門市的城鎮(zhèn)人口快速增長(zhǎng)，使蔬菜供求關(guān)系更加緊張，蔬菜價(jià)格明顯上漲，并對(duì)CPI走勢(shì)產(chǎn)生較大影響。因此，政府在推進(jìn)城市化進(jìn)程中，在無(wú)法增加蔬菜種植面積的情況下，應(yīng)大力發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)，加大對(duì)現(xiàn)代植物工廠、溫室大棚的政策和資金支持力度，提高蔬菜生產(chǎn)的集約化、標(biāo)準(zhǔn)化程度。而發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)大棚設(shè)施栽培，對(duì)增強(qiáng)廈門市蔬菜綜合生產(chǎn)能力和抵御自然災(zāi)害能力，推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展必將產(chǎn)生重要作用。

2.2 光伏殺蟲(chóng)燈

光伏殺蟲(chóng)燈技術(shù)是利用太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)光后轉(zhuǎn)換成的電能，根據(jù)昆蟲(chóng)具有趨色性、趨波性、趨光性的生理特點(diǎn)選擇特定的波長(zhǎng)光源，使害蟲(chóng)被殺蟲(chóng)燈的光源所吸引，飛往燈光處觸電死亡。該技術(shù)還可應(yīng)用光譜變頻技術(shù)，將有效引誘光波范圍變得更加廣譜，從而誘殺更多種類和數(shù)量的害蟲(chóng)，達(dá)到減輕甚至避免害蟲(chóng)對(duì)農(nóng)作物的危害。光伏殺蟲(chóng)燈的應(yīng)用可以取代農(nóng)藥或減少農(nóng)藥的使用，提高農(nóng)產(chǎn)品的食用安全性。同時(shí)光伏殺蟲(chóng)燈具不需架設(shè)常規(guī)的電纜設(shè)施，安裝極其方便，一臺(tái)光伏殺蟲(chóng)燈可以輻射2 hm2面積的農(nóng)田，使用壽命超過(guò)10年。因此，光伏殺蟲(chóng)燈的應(yīng)用很快受到農(nóng)民尤其是綠色農(nóng)業(yè)種植戶的歡迎，發(fā)展迅速，是迄今為止太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)中推廣應(yīng)用較多的產(chǎn)品類型。廈門市廣大的蔬菜農(nóng)田、果樹(shù)每年由于果蠅的危害造成了巨大的損失，如果將光伏殺蟲(chóng)燈用于殺蟲(chóng)，既節(jié)能環(huán)保，又節(jié)省勞力，具有推廣意義。

2.3 光伏養(yǎng)殖場(chǎng)

作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)支柱之一的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)占用大面積的水資源，近20年來(lái)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的池塘、流水、網(wǎng)箱等養(yǎng)殖方式。工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)地把生物、物理及化學(xué)的方法有機(jī)結(jié)合在一起進(jìn)行水處理，使水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程不受自然條件影響，這種循環(huán)式的高密度養(yǎng)殖方式具有生產(chǎn)連續(xù)性、無(wú)季節(jié)性和主動(dòng)控制性等特點(diǎn)，其核心控制技術(shù)環(huán)節(jié)，如水體循環(huán)、水體控溫、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、生物過(guò)濾、充氣增氧、臭氧脫色、餌料投喂、死魚(yú)收集、污水處理等，正逐步從機(jī)械化進(jìn)入自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制，成為用電大戶。光伏養(yǎng)殖場(chǎng)使現(xiàn)代清潔能源工程與傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合在一起，在養(yǎng)殖場(chǎng)屋頂建設(shè)光伏電站，為傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)提供綠色能源。當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖業(yè)普遍存在排放量大、治污水平低的問(wèn)題，因而畜禽養(yǎng)殖業(yè)是重點(diǎn)污染排放監(jiān)管行業(yè)。為此，許多養(yǎng)殖戶將畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)選擇在遠(yuǎn)離村莊、城區(qū)的地方，這些地方經(jīng)常缺電但太陽(yáng)能資源豐富，極適宜發(fā)展光伏養(yǎng)殖場(chǎng)，利用太陽(yáng)能就地發(fā)電，可節(jié)省傳統(tǒng)的輸電設(shè)施。

近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)水產(chǎn)、畜禽產(chǎn)品的需求量上升，生產(chǎn)利潤(rùn)可觀，廈門市水產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)中所占比重日益增大。發(fā)展太陽(yáng)能光伏養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)促進(jìn)廈門市的未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展有著傳統(tǒng)能源不可比擬的優(yōu)勢(shì)，且具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.4 光伏水泵 (太陽(yáng)能動(dòng)力水泵)

光伏水泵是利用太陽(yáng)能電池發(fā)電，通過(guò)跟蹤、變換及控制等裝置，驅(qū)動(dòng)各種類型電機(jī)帶動(dòng)高效水泵的光電機(jī)一體化系統(tǒng)，在無(wú)須任何外來(lái)能源的情況下可以機(jī)動(dòng)靈活地用于農(nóng)田灌溉，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新提供了極好的手段。與傳統(tǒng)的氣柴油抽水機(jī)相比較，光伏水泵具有壓倒性的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，它省略了蓄電環(huán)節(jié)，降低了投資成本及運(yùn)營(yíng)成本，既環(huán)保節(jié)能，又能實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放。

廈門市的海、河、湖、塘等水源十分豐富，對(duì)廈門市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著十分重要的作用。眾多蔬菜產(chǎn)區(qū)都在應(yīng)用地下水灌溉蔬菜。因此，應(yīng)用光伏水泵及太陽(yáng)能提灌設(shè)施——光伏水泵系統(tǒng)，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化成電能來(lái)抽提水到灌區(qū)或養(yǎng)殖場(chǎng)，用于農(nóng)作物的灌溉或淡水、海水養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行，既節(jié)省了燃油，又減少了二氧化碳、二氧化硫等的排放。

2.5 太陽(yáng)能污水凈化系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，污水是其中一大問(wèn)題。太陽(yáng)能污水凈化系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏板、支架、逆變器、蓄電池、曝氣系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、微電腦控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)等設(shè)備組成，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能可供曝氣設(shè)施、回流設(shè)施使用，多余的能量貯存于蓄電池之中;通過(guò)微電腦控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，自動(dòng)運(yùn)行曝氣設(shè)施、回流設(shè)施和攪拌設(shè)施。太陽(yáng)能污水凈化系統(tǒng)比傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能、熱能之后再運(yùn)用到污水處理工藝中，此過(guò)程所有的能量供給全部來(lái)自太陽(yáng)光，無(wú)須任何電費(fèi)、基本無(wú)須專人看守、運(yùn)行費(fèi)基本為零、二次污染少，具有極強(qiáng)的推廣價(jià)值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)城鎮(zhèn)飲用水源近1/5不達(dá)標(biāo)，廈門市也深受其害。鑒于太陽(yáng)能污水凈化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，廈門市可因地制宜，大力發(fā)展。

3 廈門市發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)的進(jìn)展與展望

2010年，廈門市委市政府一號(hào)文件提出廈門市要大力發(fā)展智慧型都市農(nóng)業(yè)。隨即廈門市農(nóng)業(yè)局決定在翔安區(qū)新店鎮(zhèn)沙美村建設(shè)海峽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)園，要求把園區(qū)建設(shè)成為廈門市智慧型都市農(nóng)業(yè)的“樣板”和“示范窗口”。根據(jù)規(guī)劃，建成之后的海峽農(nóng)業(yè)高新技術(shù)園將被打造成引領(lǐng)智慧型都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的標(biāo)志性示范基地、農(nóng)業(yè)部 (廈門市)對(duì)臺(tái)農(nóng)業(yè)交流合作基地的核心區(qū)、國(guó)家對(duì)臺(tái)農(nóng)業(yè)交流合作的重要窗口，更是具有重要影響力的集生活、生產(chǎn)、生態(tài)等多功能于一體的農(nóng)業(yè)高科技園區(qū)。其中，最令人矚目的當(dāng)屬未來(lái)園區(qū)內(nèi)的太陽(yáng)能智能植物工廠，在國(guó)內(nèi)率先建設(shè)集光伏、LED、水肥一體化、智能控制、無(wú)公害種植等先進(jìn)技術(shù)于一體的太陽(yáng)能智能植物工廠，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能、健康高效的農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，一座集生產(chǎn)、生活、科研于一身的技術(shù)園已初現(xiàn)雛形，并展現(xiàn)出勃勃生機(jī)。

光伏農(nóng)業(yè)是快速發(fā)展的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，光伏太陽(yáng)能在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用遠(yuǎn)不止上述幾個(gè)方面，在科研人員的不斷努力下，相信先進(jìn)的科技產(chǎn)品會(huì)層出不窮地被開(kāi)發(fā)出來(lái)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供方便的同時(shí)，也能推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技水平提高，促進(jìn)農(nóng)村建設(shè)加快轉(zhuǎn)型，提升農(nóng)民的生產(chǎn)及生活水平。光伏農(nóng)業(yè)是廈門市農(nóng)業(yè)發(fā)展的新契機(jī)，是建設(shè)廈門現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、實(shí)現(xiàn)美麗廈門的重要組成部分，把握住這次農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)革命的機(jī)會(huì)，也將助推廈門市的現(xiàn)代化港口風(fēng)景旅游城市建設(shè)。

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