在退化的土地上實現糧食生產與清潔能源生產的共贏局面
農業光電在解決土地競爭和再生能源發展的困境方面具有巨大潛力。然而，農業和太陽能光電的共存能否平衡清潔能源發展和農業生產的雙向目標，仍在討論中。
在國際上，光電與農業的協同定位被證明在乾旱地區的生態管理中是有效的，並且具有多重效益。然而，在水土流失嚴重的地區，是否能實現農業光電的複合價值，目前沒有相關研究。
中國東部地區人口稠密，電力需求量大，然而，電力短缺和高地價限制了當地太陽光電站的建設。試驗案例場地是一塊退化土地，水土流失嚴重，單靠安裝太陽光電站無法復原土壤侵蝕的情況。若僅靠生態治理，也無法解決中國東部地區的電力短缺問題。農業光電是解決太陽能光電和農田建設之間土地競爭的一種方法。由於光電板的遮光效應，農業收入的一部分可能會受到影響。
儘管如此，太陽光電站本身產生的經濟收入和開發清潔能源的社會效益與這個農業光電園區的總體生態和社會經濟效益持平。因此農業光電園區是提升土地價值的雙重途徑。
案例地點：江山市退化土地上的農業光電園區
此園區由光電廠商投資建設，為200 MW的光電站，總面積4.2平方公里。江山市位於中亞熱帶北部的濕潤季風氣候區，年平均溫度為16.3-17.3°C，降雨量約為1843 mm，年蒸發量約1658 mm。該區太陽能輻射量約為1357.8 kWh/m2。根據世界銀行發布的中國全球水平輻射圖(請參閱下圖)，該地區是太陽能輻射潛力較高的地區，適合建造太陽能光電站。
▲世界銀行的中國全天空輻射(Global
Horizontal Irradiation)
(The World Bank, 2019)
商業模式和技術方法
此農業太陽能園區設計以發電、農業種植、生態旅遊三位一體的商業模式經營。在一塊土地上實現多種產業融合，在產生經濟效益的同時恢復土地的生態活力，同時吸引農民和投資者參與農業光電園區的建設。三位一體是指透過合理的空間佈局，高效利用光電站的高、中、低層，實現面板上發電，面板下或面板之間耕作的目標，以有效進行生態恢復、經濟發展、增加土地價值和提高農民收入。
多層種植
為了正確發展農業，園區聘請專業的栽培技術人員，在安裝太陽能板的同時對土地進行系統管理。根據農耕需要，提高光電板模組的高度，擴大模組前後陣列之間的距離，以適應農作物的種植空間，如下圖。光電模組斜邊最低邊緣離地1.6公尺，最高3公尺，陣列間距為2.5公尺。垂直距離高過3公尺時，會創立兩個平行空間。
▲農業光電園區光電模組
由於太陽能面板的遮蔭效果，面板下方低光照和冷凝非常適合種植喜蔭草本植物。因此面板下的植物選擇傾向耐蔭物種，例如石石斛、白芨、芍藥、覆盆子、黃花等喜蔭、經濟價值較高的草本植物。光電板之間則種植蔬菜和其他作物等需光照較多的物種。此外，農業光電園區分為五個區域，即蔬菜區、中草藥區、茶園區、奇異果區和雞、鴨、豬等畜牧區。
下表為所有種植的作物在光電板下或光電板之間的垂直空間的位置、耐蔭性和種植季節。
以中藥石斛的栽培為例，石斛喜半陰濕潤環境，適宜溫度為25-30℃。應避免直接暴露在陽光下和積水中。因此，較大的樹皮被用來作為基質。光電板支架的結構為離地栽培所需的樹皮基質的載體提供了良好的條件(參考下圖)。
▲石斛蘭幼苗在充滿樹皮基質的竹載體中生長
載體通常由木材、竹子或金屬框架製成，可作為光電板支架的公共底座，方便建造種植所需的附屬設施，例如灌溉設施(參考下圖)。
▲配合光電支架基礎建設的石斛、三葉青(註1)栽培載體及灌溉設施
提高面板下藥材產量的關鍵是良好的田間管理，同時控制好光照程度和掌握採收時間，其次是合理施肥和調節水分。以三葉青(TDG; Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg)為例，三葉青不能長期直接暴露在陽光下，在春末、夏季和初秋適當的時後，應該沿著太陽能板邊緣遮擋約60%的陽光。秋季末和冬季至早春，需要稍微增加光照程度，以促進三葉青塊莖的生長並提高產量。下表為農業光電園區2020年土地產出結果。
▲2020年園區種植作物的產量
農業光電園區同時生產大量有機蔬菜，其中絲瓜、豇豆、青花菜、高麗菜、櫛瓜和大白菜等江山市主要蔬菜品種。在光電板半遮蔭的情況下，農業光電園區的蔬菜產量比當地傳統農業的產量低57.9%。此外，與正常農田相比，光電模組下的蔬菜品質較低，模組之間種植的蔬菜品質差異很小。因此試驗結果顯示在光電模組之間種植喜光照的蔬菜產量和品質與傳統農業差異不大，但是在光電模組下方種植的喜光照蔬菜品種的產量和品質都會受到影響。同時，2020年，農業光電園區的奇異果單位產量遠低於該市奇異果的預計單位產量。
可能原因是該土地存在水土流失的問題，因此土壤營養不足，無法在短期內達到該地區奇異果平均產量；另一方面，農業光電園區的奇異果種植在光電板模組之間，因此每公頃奇異果的種植數量少於一般奇異果園每公頃的種植數量，從而導致每公頃奇異果產量遠低於一般奇異果園。然而，與以前非生產性的退化土地相比，農業光電園區的水果和作物產量皆顯著增加，顯示農業光電園區的退化土地生產力在增加。
與單一地塊上的單一物種相比，多層種植方法提高了土地的生產力。喜蔭和喜光照的物種之間的間作可以最大限度利用土地，同時豐富公園景觀並促進植物多樣性。
四季景觀規劃
透過分區種植和季節性景觀規劃，大面積的觀賞草本植物和花卉形成四季繽紛的絢麗景色。基於這一景觀規劃，經營者可以透過發展智慧農業旅遊、再生能源科學教育、生態收穫等活動獲利，除恢復土地生態活力，也活躍了當地的旅遊資源。
▲左圖為江山農業光電園區實施前退化土地的狀況，右圖為實施後的狀況。
經濟效益
江山農業光電園區自2015年11月開始併網，前期投資為312萬美元。躉購電價為0.17美元/kWh。園區自2016年以來持續獲得電力和農業收入，年支出穩定在6.61萬美元。農業收入主要來自中草藥，2016年至2020年平均收入範圍在62-68萬美元。
社會效益
農業光電園區在25年營運期間預計總發電量約為49億kWh，可滿足江山市10萬用戶和40萬人的年電力需求。自園區建立起來，共以雇用120-150名當地民眾，每人每年可獲得4,689美元以上的收入，協助近1000位農民增加收入，並維持當地經濟發展。
註1：Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg
(TDG)，三葉青，又名三葉崖爬藤，葡萄科藤本植物，是一種中藥植物。
參考資料
Xiao, Y. Y. et al. 2022. An Agrivoltaic
Park Enhancing Ecological, Economic and Social Benefits on Degraded Land in
Jiangshan, China. AIP Conference Proceedings 2635, 020002 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0106454