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摘要：實現“雙碳"目標已被提升至國家戰略層面。近年來，全國光伏產業的迅猛發展和各級政策的持續推動，光伏與農業的結合已探索出多樣化的發展模式。這些模式不僅顯著提升了土地的利用效率，還促進了農業的低碳轉型。展望未來，科技的、技術的整合以及創新的融合將共同塑造“光伏農業"的新篇章，我們有潛力進一步拓寬光伏農業的應用領域。這不僅將為光伏農業的持續發展注入新動力，也將為實現國家的“雙碳"目標貢獻重要力量。
關鍵詞：光伏農業；農光互補；“雙碳"
傳統能源的過度依賴導致氣候狀況日益嚴峻，開發和利用新能源已成為國際社會的共同目標。2020年9月在第七十五屆大會上的講話中宣告，中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和"。于我國而言，積極開發清潔能源是實現“雙碳"目標的關鍵途徑。在現有的清潔能源中，水電和風電的開發受到地理和環境因素的較大限制，而氫能和核聚變等前沿能源技術尚未成熟。相比之下，太陽能以其清潔、易獲取、安全可靠以及應用范圍廣泛的特性，加之其幾乎無限的資源潛力，已經成為增長速度的可再生能源之一。當前太陽能利用的方式是利用光伏電池的光生伏應，將太陽輻射能直接轉換成電能，即光伏。光伏發電技術已經成為我國大力支持的可再生能源發電方式之一。得益于技術進步、設備制造、產業鏈*等方面的優勢，我國光伏產業在競爭中占據了有利地位。這不僅推動了我國光伏產業向價值鏈的中邁進，也為我國能源結構的轉型升級和“雙碳"目標的實現提供了重要支撐。
然而，地面光伏電站作為光伏發電的主要形式，在建設過程中往往需要占用大量土地，成為光伏產業發展的制約因素。為了保護生態環境，國內許多地區已經為光伏項目設置了生態保護紅線，這無疑在一定程度上限制了光伏產業的發展空間。此外，根據數據，我國公益林面積達到18.5億畝，占全國林地總面積的43.4%。除了公益林外，各省市還擁有大量的省級和市縣級公益林。根據現行規定，國家和省級以上的公益林均將光伏項目列為禁止性項目，不允許以光伏開發為名進行公益林的調整或變更用途。這進一步凸顯了在生態保護和光伏產業發展之間尋求平衡的重要性和緊迫性。鑒于此，有學者提出了光伏農業。
光伏農業，其含義包括光伏在農業中的應用和農光互補兩個方面，通常指在種植、養殖等農業活動中整合光伏發電系統，旨在提高土地利用率和產出效率。中國，作為農業重地，其廣袤的農田為光伏技術的集成提供了理想場所。光伏系統不僅能夠穩定供應清潔電力，滿足現代農業需求，還通過并網為電網貢獻綠色能源，同時增加農民收入。光伏農業的推廣對于提升生產效率、促進農村經濟多樣化、實現國家的“雙碳"目標均至關重要。因此，不斷優化光伏農業模式，對于加速農業現代化和能源結構轉型，具有深遠的戰略意義。
分光伏農業包括光伏在農業中的應用和農業光伏或農光互補。光伏在農業中的應用代表了光伏技術與農業生產環節的具體融合，其核心目的在于緩解偏遠地區農業生產中普遍面臨的能源短缺問題，并推動綠色生產實踐。這種應用不僅為農業生產提供了一種可持續的能源解決方案，而且有助于降低對化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放。農業光伏或農光互補模式強調的是光伏發電系統與農業生產各子部門之間的深度整合。這種模式超越了單一的能源供應，更加關注光伏發電與農業生產之間的相互影響、競爭與合作關系。通過精心設計和科學管理，可以實現光伏設施與農作物種植、畜禽養殖等農業活動的有機結合，從而大化農地資源的利用效率，實現農業生產與清潔能源發電的雙贏。光伏農業不僅能夠提高土地的綜合產出，還能夠為實現農業的可持續發展和國家的“雙碳"目標作出貢獻。
（一）光伏在農業中的應用
光伏技術與農業的結合在灌溉領域得到應用。兩者的結合顯著增強了灌溉系統的能源自給自足能力，并為偏遠地區的農業用水問題開辟了新路徑。技術演進及應用拓展使得光伏不僅應用于灌溉，還覆蓋了病蟲害防治、農產品儲存保鮮及農業照明等多個領域。這一多樣化應用提升了農業生產效率，增強了可持續性，同時減輕了對環境的影響，可助力農業向綠色智能化轉型。
1.光伏灌溉。光伏灌溉技術通過太陽能光伏板轉換陽光為電能，直接驅動水泵抽水至農田，有效滿足灌溉需求。這項技術以其環保、節能和高自動化的特點，特別適合電力不穩定或偏遠地區，那里傳統電力供應要么不可及，要么成本過高。以中國西北地區為例，其干旱氣候與豐富的太陽能資源使該地區成為光伏提水技術應用的理想之地。這項技術在西部大開發戰略中發揮著關鍵作用，不僅確保了農業生產的穩定水源，還促進了節能、環保，并支持了貧困地區的經濟提升，推動了該區的可持續發展。光伏提水技術有助于改善當地能源結構，加速綠色農業的發展，同時為國家實現“雙碳"目標貢獻力量。
2.光伏溫室。光伏溫室技術將光伏發電與農業設施創新結合，通過在屋頂安裝太陽能發電裝置，不僅有效利用太陽能，還為作物提供理想生長環境。這些溫室通過高效空間利
用，實現土地資源節約，為農民帶來額外收入，推動農業結構優化。光伏溫室不僅適用于傳統作物，也適合對光照和溫度有特殊要求的作物，如食用菌。隨著技術進步和成本降低，光伏溫室有望成為現代農業和鄉村振興的驅動力，同時對農業的可持續發展和能源結構轉型作出重要貢獻。
3.光伏病蟲害防治。光伏病蟲害防治技術采用太陽能殺蟲燈等設備，利用特定波長的光吸引害蟲，并以物理方式捕捉或消滅它們，有效減少農藥依賴。這種方法不僅保障了食品安全，降低了環境污染，還保護了生態系統平衡。相較于傳統化學防治，光伏技術顯著減少了對土地肥力和生態環境的破壞。隨著技術成熟和成本降低，光伏殺蟲燈將成為農業綠色防控的有效替代方案，推動農業向可持續和環境友好型發展轉型。
4.光伏農產品儲存。光伏供電的制冷系統通過維持佳溫濕度，有效延長了農產品的保鮮期；同時，光伏烘干技術通過太陽能去除農產品中多余水分，達到安全儲存標準，延
長了儲存時間。此外，光伏電力還助力農產品的初步加工，如去皮和切片，這不僅增強了市場價值，也便于儲存和運輸，增強了光伏農業的經濟和市場競爭力。
5.光伏照明。光伏照明技術將太陽能轉換為電能，供照明使用，具有環保、節能、技術、壽命長、維護簡便等優點。隨著自然資源稀缺和能源成本上升，這種清潔、可再生的照明方式日益重要，有潛力取代傳統照明。在電網不發達的偏遠地區，光伏照明尤為重要，能有效解決地域廣闊帶來的輸電難題和高昂成本。它為農業提供穩定的光源，增強了農業生產的自給自足和適應性，特別是在溫室、養殖棚和田間作業區的應用，顯示了其獨立性和靈活性的優勢。
（二）農光互補
農光互補模式通過在光伏板下進行農業生產，同時利用光伏板捕獲太陽能發電，實現土地的高效利用。這一模式不僅提高了土地使用效率，還為農民帶來了額外的能源收入，促進了經濟收益的增加。農光互補推動了農業與可再生能源的融合，為農業的可持續發展開辟了新路徑。
1.溫室光伏大棚。科技進步使溫室大棚成為農業生產的關鍵設施，但溫度仍是農戶的挑戰。光伏農業大棚通過集成薄膜光伏組件，有效調節溫度并提供穩定的照明和電力
供應，同時節約土地資源。其產生的過剩電力可并網使用，而離網系統與LED照明的結合進一步優化了植物生長周期。這一集成方案不僅提升了能源利用效率，還提高了作物產量和質量，彰顯了光伏農業大棚在提升設施性能和推動可持續發展方面的巨大潛力。
2.光伏養殖。光伏生態養殖模式是光伏發電與農業融合的創新實踐，專注于在家禽散養區上方架設光伏組件。此模式以低成本、簡易設計和易于維護的優勢，優化了土地使用，同時產生綠色能源，降低能耗，并促進生態養殖，提升了土地的綜合效益，還推動了農業的綠色、可持續發展。
3.光伏種植。光伏種植模式在農業大棚或開闊地帶安裝太陽能電池板，在實現發電的同時，種植對光照需求不高的作物，如蔬菜、瓜果、食用菌和中藥材。這種模式通過智能
系統調節光照和溫度，優化作物生長環境，促進健康生長，并節約能源。它不僅提升了土地利用率，還推動了農業向現代化、智能化的轉型，為農業從業者帶來了經濟和環境雙重利益。
近年來，我國光伏產業在西部省區荒漠地帶開發建設大型風光一體化基地的同時，也大力推進了以“千家萬戶沐光行動"為代表的分布式光伏發電項目。這些項目不僅有助于緩解土地資源的緊缺問題，還促進了綠色能源的開發和利用。從實際效果來看，“公共屋頂+光伏互補"模式在有效利用公共屋頂資源的同時，還為公共單位在發展綠色能源和實現“雙碳"目標方面樹立了示范作用。在政府的獎勵補助政策支持下，“私有屋頂+光伏互補"模式有效地利用了城鎮建筑資源，推動了綠色能源的發展。預計“建筑屋頂+光伏互補"將成為未來綠色建筑的標準配置。此外，“農漁產業+光伏互補"模式通過結合“農（牧）業+光伏互補"和“漁業+光伏互補"等方式，創造了一種“上層光伏發電、下層種植養殖經營"的科學模式。這種模式不僅大化了土地資源的空間利用和經濟效益，而且實現了綠色農業產業發展與綠色能源產業建設的有機結合，為農業產業的可持續發
（一）提升土地效率，推動農業綠色轉型安裝在土地上方的光伏組件，配合下方的種植和養殖活動，實現了土地的高效多層次利用。整合觀光旅游和科技展示，進一步提升了土地的經濟價值和使用效率。光伏系統為農業提供了穩定的清潔能源，支持其向低碳化和數字化轉型，同時減少了能源傳輸損失，滿足了現代農業對清潔電力的需求。
（二）銜接脫貧成果與鄉村振興
光伏農業的融合策略實現了土地的雙重收益，農業生產的傳統收入與光伏發電自給自足，降低了成本。額外發電量通過并網銷售，為農民增收。光伏產業的發展促進了基礎設施改進和就業機會創造，推動了地方經濟增長。“十三五"期間，光伏扶貧項目有效支持了脫貧攻堅。未來，光伏與農業的結合將進一步在鄉村振興中扮演關鍵角色，為農民提供穩定增收途徑，實現經濟、社會和環境效益的多方面提升。
（三）推動農業低碳化，實現“雙碳"目標農業低碳發展需提升化肥利用效率、優化畜禽糞污處理方式，同時融合固碳技術。同樣關鍵的是，推動可再生能源替代傳統能源。確保現代農業機械化與智能化過程中清潔能源的穩定供應，對促進農業減排至關重要。例如，一個1000kW光伏發電項目，占地20—25畝，不影響農業生產，預計年發電量150萬kWh，相當于年節約標煤540噸，減排二氧化碳1600噸。光伏農業是實現節能減排和“雙碳"目標的有效策略。盡管光伏農業在技術集成、成本節約及政策支持等方面存在挑戰，但通過政府、企業與科研機構的協作以及技術創新和管理革新，可以推動其科學發展。光伏農業的普及對農業的可持續性與鄉村振興具有重要意義，其實踐有助于開拓農業與新能源融合的新途徑，為產業升級提供動力。
3.1平臺概述
Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。
微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。
3.2平臺適用場合
系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。
3.3系統架構
本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層
4.1實時監測
微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。
系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。
系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。
圖1系統主界面
子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。
4.1.1光伏界面
圖2光伏系統界面
本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
4.1.2儲能界面
圖3儲能系統界面
本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖4儲能系統PCS參數設置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。
圖5儲能系統BMS參數設置界面
本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。
圖6儲能系統PCS電網側數據界面
本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。
圖7儲能系統PCS交流側數據界面
本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。
圖8儲能系統PCS直流側數據界面
本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。
圖9儲能系統PCS狀態界面
本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。
圖10儲能電池狀態界面
本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。
圖11儲能電池簇運行數據界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。
4.1.3風電界面
圖12風電系統界面
本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
4.1.4充電站界面
圖13充電站界面
本界面用來展示對充電站系統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數據等。
4.1.5視頻監控界面
圖14微電網視頻監控界面
本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。
4.1.6發電預測
系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。
圖15光伏預測界面
4.1.7策略配置
系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動態擴容等。
具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。
圖16策略配置界面
4.1.8運行報表
應能查詢各子系統、回路或設備*時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平谷時段電量等。
圖17運行報表
4.1.9實時報警
應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。
圖18實時告警
4.1.10歷史事件查詢
應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
圖19歷史事件查詢
4.1.11電能質量監測
應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。
1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；
3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。
6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。
圖20微電網系統電能質量界面
4.1.12遙控功能
應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。
圖21遙控功能
4.1.13曲線查詢
應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖22曲線查詢
4.1.14統計報表
具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。
圖23統計報表
4.1.15網絡拓撲圖
系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
圖24微電網系統拓撲界面
本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。
4.1.16通信管理
可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。
圖25通信管理
4.1.17用戶權限管理
應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
圖26用戶權限
4.1.18故障錄波
應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。
圖27故障錄波
4.1.19事故追憶
可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。
