农业用地上的光伏安装自光伏发展初期便已存在。
在许多情况下，农业活动已被取代，土地使用转向了发电。
随着光伏采用率的提高，对土地的竞争加剧，一些国家通过立法或严格的招标条件来限制农业用地用于光伏安装。
然而，农业地区仍然是太阳能光伏潜力的主要未开发领域。
农光互补提供了一种独特的方法，使土地能够同时用于食品和能源生产。
光伏系统可以通过保护作物和牲畜免受日益频繁的极端气候事件的影响，为农民提供有价值的服务，同时产生额外的收入。
农业用地上安装光伏的潜力及其对可再生能源目标的贡献受到了广泛关注。尽管政府和开发商对这一领域的兴趣日益增长，但一些农民组织和公众对此持反对态度。人们开始担心所谓的
“
掩护农业
”
所带来的风险，以及建立适当的监管框架以缓解土地使用冲突的必要性。立法者面临着在实现可再生能源生产目标与保障粮食生产之间取得平衡的挑战。
由于能源生产在综合活动中占据主导地位，因此存在农业和电力生产收入失衡的风险。在某些情况下，仅来自光伏安装土地租赁的收入可能超过实际农业生产活动的收入。
自
2003
年以来，日本等一些先行国家已建立了
“
太阳能共享
”
的概念，德国、法国和意大利最近也已实施了国家框架。然而，许多国家尚未制定出这一快速发展市场领域的有效战略。
需要采取新的战略来最大限度地发挥农光互补的潜力，例如BayWa的水果种植系统。图片：Weinsberg (D.)2022/BaywaRe。
要发展农光互补项目，必须吸引来自两个行业的参与者，并解决将两种土地用途结合起来所带来的经济和合同复杂性问题。必须精心制定合同、所有权结构、报酬方案、风险分担机制和控制水平，以平衡绩效目标与现有限制。此外，确定如何在能源开发商、土地所有者和农民之间分配价值，并不仅仅是土地租赁协议的问题。
通过高效利用土地和水资源以及产生正外部性，可以创造新的价值。在农民和能源公司之间建立
“
双赢
”
框架，可以进一步释放农光互补的潜力。
480GW！农业光伏潜力超过欧盟2030年目标
根据 Becquerel Institute的市场潜力分析，假设选定农业区域 (UAA)的利用率为 1%，欧盟的技术潜力为480GWp。这将大大有助于实现到2030 年750GW 的REPowerEU 光伏目标。即使只实现这一潜力的一小部分，到2023年底也足以超过目前累计安装容量约266GW的水平。
其他国家也对农业用地的光伏潜力进行了研究。在日本，地图显示，
10%
的农业用地可以容纳
440GW
的光伏发电量，而截至
2023
年，日本累计安装的光伏发电容量为
91GW
。韩国的目标是到
2030
年达到
10GW
，占
2023
年底累计安装容量的三分之一以上(
27.8GW)
。
面对这一重要的光伏潜力，政府和光伏开发商的兴趣也随之增加。
然而，在接下来的一年里，可能只需要利用一小部分农业用地即可。
这可能是因为未来几年，几乎所有现有的农场都将拥有一座光伏发电厂。
图示为在1%的情景下(选取了已利用农业用地，密度为0.42MWp/ha)，选定国家中农光互补的潜在装机容量。图片来源：Becquerel Institute 2024.
种类繁多的项目设计
已经开发出不同类型的光伏系统，通过将农业和能源生产相结合来提高每单位土地的产量。
在作物上方安装的光伏系统提供了新的服务，例如防止作物遭受破坏性灾害、通过减少蒸发来节约水资源以及适应当前或未来气候条件。
这需要对光伏系统进行特定的设计。
一种已实施的技术解决方案是移动式光伏电站，光伏板会根据当地的天气条件和作物需求调整位置，以优化光伏发电或作物生长。
没有跟踪系统的升降光伏系统也已投入使用，光伏密度根据作物需求进行调整。
作物接收到的光照量由光伏电站的设计决定，可以通过将组件隔开或本身的设计来实现。
此外，光伏系统已被集成到温室中数年。
光伏组件可以代替玻璃组件，也可以位于温室上方，为作物提供遮阴。
农作物、草地和畜牧业可以容纳在一排排光伏电站之间。
正在实施的新设计之一是垂直双面光伏，它可以调整行与行之间的空间以适应农业机械。
在所有情况下，这些系统都必须保留土地的农业功能。
光伏电站的设计必须根据具体活动量身定制，包括在行之间提供足够的空间，调整高度以适应养殖需求，以及确保电气和防尘。
光伏电站的竞争力取决于多种因素，包括系统成本、光伏发电量和当地法规允许的商业模式。
与成本优化的地面光伏电站相比，该光伏系统成本可能略高，因为与特定海拔和较低密度相关的额外费用。
光伏发电量可能会有所不同，具体取决于光伏组件的安装方式，包括固定倾角、跟踪系统或垂直系统，以及项目位置和太阳能辐射水平。
然而，当跟踪系统用于农业生产时，可能会影响光伏发电量，无法达到最大潜力。
因此，不同设计的系统成本和盈利能力可能存在显著差异。
欧洲针对农光互补的近期监管进展
最近，各国已制定了各种类型的农光互补系统的许可条件和财政支持的法律框架。
这些框架通常对农光互补系统的定义更为严格，不同于传统的光伏安装。
德国、法国和意大利已在这方面制定了国家框架、标准或指南。
在法国，农光互补在2023年《促进可再生能源法案》中被正式定义。
它被描述为直接服务于农业活动，包括提高农业潜力、保护抵御气候灾害、改善动物福利以及确保显著的农业产量。
德国的框架由标准 DIN SPEC 91434 制定，该标准概述了相关标准，其中一些标准基于保持农业产量。意大利还制定了规划许可和支持的要求，区分了农光互补和“高级农光互补”，后者具有更严格的标准，有资格获得补贴。
在这些框架和支持机制中，考虑了几种类型的光伏项目。
维持农业生产的光伏电站通常具有较高的成本效益，并且经常参与竞争性招标或通过购电协议出售。
另一方面，符合更高标准、能提高农业产量和农民收入的光伏系统，在更严格的定义下被称为“农光互补”，它们优先考虑农业的盈利能力，而不是能源生产。
虽然这些系统的成本可能较高，但它们往往能获得补贴或在特定的招标中竞争。
农业生产的盈利能力必须占据主导地位，而能源生产只是一种附加价值。
实践中的农光互补
Lightsouce
bp欧洲、中东、非洲以及亚太地区的农光互补业务负责人Emilien
Simonot解释了行业参与者如何拥抱农光互补技术。
“在 Lightsource bp，我们正在与多个地区和大洲的农民合作，采用多种不同的商业模式，以应对农光互补的适应需求。
我们的商业模式定义总是从个体农民面临的挑战和潜在的创造价值开始。
在此基础上，我们确定了价值分享策略，考虑了我们的农业合作伙伴的规模、资源和风险状况，认识到与小型农场相比，大型运营可能会提供独特的能力。
区域监管框架进一步塑造了我们的模型，影响租赁协议、农民参与或项目配置，在某些情况下，它将影响整个项目结构。
“归根结底，我们应该期待农光互补商业模式成为未来创新的重要空间。
我们正在努力实现一个农民越来越多地参与工厂运营并提高新技术熟练程度的未来。
我们还相信，诸如碳储存和水资源保护等生态系统服务将转化为可观的商业机会，我们对未来充满雄心，希望整个食品价值链与农光互补项目及其产出保持一致，为农民和消费者创造价值。
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通过“农光互补”解决农业挑战
食品安全仍然是当前的首要关注点，这一点最近发生的危机已经证明了这一点。
然而，农业从业者面临着许多挑战，包括不断上涨的原材料和能源成本、满足环境目标、全球竞争以及适应气候变化。
法国农民联合会(FNSEA)指出，在过去的50年里，法国失去了580万公顷的耕地，几乎占其全部耕地的17%。
他们还指出，农业的世代更新不足，有三分之一的农民将在未来十年内退休。
农光互补为农民提供了应对这些挑战的机会。
防止土地投机风险，确保农民和地区利益相关者共享经济利益对于广泛接受至关重要。
需要根据当地条件调整经济模型。
2023年，弗劳恩霍夫ISE研究所在德国进行的一项调查显示，该国大多数农民正在考虑部署光伏农业项目，而额外的收入是促使农民对该项目产生兴趣的关键因素。
角色和模式的扩展，双重活动影响着商业模式的动态变化
在传统的大型光伏项目中，涉及各种参与者：
项目开发商、金融机构、EPC 公司、土地所有者、电力购买者、地方政府、电网管理者和维护团队。
而农光互补项目在各个阶段都引入了新的参与者。
农光互补涉及多个利益相关方和多种商业模式，对农业和能源生产都有影响。存在不同的商业模式。
农民可以成为农光互补项目的主要利益相关方和领导者，通过出售或保留电力来增加农业收入。然而，这种模式可能不适合需要大量投资的大型项目。
另一种选择是，光伏开发商可以作为项目的领导者，将该项目作为大型地面电站的常规商业模式运营。
可以成立一个专门的项目公司(特殊目的实体- SPV)来托管农光互补项目。
SPV从土地所有者那里租用土地，农民和SPV之间的合同规定报酬和责任。
随着农光互补技术的发展，新的商业模式正在出现。
在某些情况下，SPV不会向农民支付租金或报酬，而是提供诸如灾害防护或数据收集等服务。
这种商业模式取决于光伏安装对农场的影响。
如果农业产量受到影响，向农民支付的租金可以被视为经济补偿。
如果没有恶化甚至改善了农业产量，可以想象其他商业模式。
然而，人们对农业和光伏活动脱钩以及决策过程失衡的担忧已经提出。
SPV 与农民共享所有权因其增强农业和光伏协同效应的潜力而得到强调，确保重点仍然放在农业目的和共享价值上。
Les
Parcelles du Futur）是由法国农业科学研究院(CNR)与Sun'Agri在罗纳-阿尔卑斯大区(Auvergne-Rhone-Alpes Region)的达迪利(Dardilly)园艺高中共同开发的动态农光互补示范项目。图源：Camille Moirenc /CNR。
