農業光伏水利概念
在全球人口和經濟規模不斷增長的趨勢下，糧食問題、農田水利和能源需求問題對人類生存發展和自然生態環境帶來嚴峻挑戰，已成為世界各國亟待解決的重大課題。努力改變以“透支”能源和資源環境為代價的發展方式，已經成為全球共識。農業光伏水利是指在農業生產過程中，通過Solartech光伏揚水系統技術，將太陽能資源套用於農業水利建設、農作物種值和農田灌溉領域，二者有效結合，徹底解決我國無電和缺電地區農業灌溉難題。農業光伏水利將農村經濟發展、城市經濟發展和環境保護、高效資源利用融為一體，是現代綜合農業生產體系。按照“政府推動，產業發展，多元投入，民眾受益”的發展思路，打造農業現代化發展新模式，開創全球農業光伏水利新時代。
農業光伏水利是現代農業的新鮮名詞，正處於國內外專家探索開發套用階段，但技術已比較成熟。專家分析未來十年全球將大面積大範圍大領域推廣運用，在中國已有億萬億市場份額。農業光伏水利開創了農業全新的套用領域，在農業光伏水利方面套用較為普遍的產品技術有Solartech光伏揚水系統、光伏水泵提水灌溉系統等。
Solartech光伏揚水系統誕生於全球第一家光伏揚水技術研究中心，研究中心成立於2001年，自成立以來一直致力於光伏揚水系統產品及光伏水利系統套用方案的研究和開發，研究中心位於深圳大學城清華研究生院，由深圳市天源新能源有限公司、清華大學深圳研究生院、清華港大電力系統深圳研究所、電力系統國家重點實驗室深圳研究室共同組成。研究隊伍由中科院院士、博士、專家、碩士團隊組成，擁有全球領先的國家級重點實驗室、光伏揚水系統研究示範基地，經過在全球100多個國家和地區的實際套用研究，系統的總結了光伏揚水系統在農林灌溉、荒漠治理、草原畜牧、生活用水、海水淡化、城市水景等領域的系統套用解決方案。
農業光伏水利成為全球發展趨勢
國家政策支持農業光伏水利
2014年中央一號檔案有五方面提及農業水利工作，中央一號檔案《中共中央、國務院關於全面深化農村改革，加快推進農業現代化的若干意見》全面定調2014年及今後一個時期我國的農業現代化水利建設。檔案明確指出，要不斷完善我國農田水利設施和科技創新，深入推進高效節水灌溉和生態友好性農業發展，建立農業可持續發展，農業光伏水利產業在這一大環境下被廣泛推廣套用。自2004年以來，中央一號檔案連續11年聚焦“三農”。檔案提出要充分利用農業先進科技成果，解決好我國農業地少水缺的資源環境約束，深入推進農業現代化水利發展方式的轉變，2013年的中央一號檔案有5方面9小點直接提及農業水利工作。此外，中央水利工作會議中，加快農業現代化水利建設已被賦予歷史性的最新高度，不難看出黨和國家對我國農業水利工作的重視和關注。而農業光伏節水灌溉技術作為未來新能源農業水利的主導力量，被業內人士廣泛看好，其在未來的農業水利建設中占據核心地位。
農業光伏水利作為全球農業灌溉未來的發展趨勢，其主要套用領域包括：農業水利產業、Solartech農業光伏提水系統、農業光伏水泵抽水、農業光伏種植、農業水土流失治理及農業光伏大棚噴灌等。
農業水利領域套用亟待光伏科技支撐
我國人多水少，農業旱災頻發多發、水土流失嚴重，導致區域土地水生態環境十分脆弱。同時，我國灌溉電網架設不便，導致農田灌溉在電力方面配套不足，農業抗旱救災工作受到很大限制，這一系列問題制約著農業水利建設發展。農業光伏水利的提出較好解決農業灌溉缺水缺電難題。諸多農業領域套用亟待光伏科技支撐，農業光伏水利建設包括農田抗旱工程，農作物的日常灌溉、農業光伏大棚及農業水土流失等。與此同時，國家“一號檔案”和兩會也明確指出，我國將持續加大農業方面的科技投入，不難看出，農業科技創新幾乎貫穿於農業生產、農業水利建設整個產業鏈，這對農業光伏水利產業是明顯的支持與鼓勵。分析人士預計，未來國家對農業科技投入至少可達2000億元，並且隨著農業增加值的提高，投入資金還有望進一步增加。市場普遍認為，農業光伏水利產業在未來必將成為最大受益者。
農業光伏水利及時雨 解決“三農”難題
從水利部了解到，初步統計2013年中央和省級各類農村水利投入超過2000億元，不少省份各級投入過百億元。我國近60年來，圍繞農業抗旱防洪、農村供水、農田灌溉等工作開展了大量大規模的水利民生工程建設，每年投入大量的人力財力，初步形成了大中小微結合的水利工程體系，水利面貌發生了較大變化。雖然我國每年在農業水利建設方面投入大量的資金建設，這些水利工程建成後卻未能像預期正常的套用到農業生產中，農業水利建設工作仍存在一些無法克服的問題。其一，我國河流水系複雜，南北氣候差異大，加之人口眾多、人水關係複雜，決定了我國江河及農業水利治理難度大，眾多水利工程建設後大部分用不上或直接成為擺設。其二，地域差距大，水利工程調用難度高，而我國水資源配置格局不夠完善，就近大力興建水庫等蓄水工程的需要量較大，卻無法克服遠距離輸送難題，大量的水利工程建設勞民傷財。
國家領導和專家學者一直強調，我國應加強農村水利基礎設施建設，努力破解“三農”五大難題。國家強農惠農政策力度不斷加大，“三農”投入逐年增加，但諸如農業增產難、農民增收難、農村安全飲水難等關鍵問題，仍然沒有得到根本解決，嚴重阻礙我國“三農”可持續發展。加之農業灌溉水資源需求卻日趨加大，隨著我國人口遞增，對糧食的需求量越來越大，要保障我國糧食自給自足，農業增產迫在眉捷，農業光伏水利的出現像一場及時雨，徹底解決了我國農業水利投入大、傳統農業靠天吃飯及糧食安全、增產難問題，農業光伏水利成為這些“難題”的有效突破口。
我國農業需要大力發展光伏水利，不僅可以減去傳統農田水利工程建設上成千上萬億水利資金的投入，解決農田種植靠天吃飯的難題，更能從農田基礎設施方面來改善，農業光伏水利產業的發展，能保障我國農田增產，杜絕為提升作物產量而實施的轉基因工程。農業光伏水利對充分滿足農作物灌溉所需水資源，提升農產品產量，讓我國糧食實現自給，保障我國糧食安全。大力推進農業光伏水利建設，提升農業綜合生產能力和防災減災能力，為現代農業穩定發展和國家糧食安全奠定基礎。
農業光伏水利成為“三農”難題的有效突破口。我國未來也將進一步出台關於農業光伏水利產業相關方針、政策法規，完善農業水利基礎設施建設體制與機制，讓農業水利合理利用科技創新產品，將成功的科技成果推動我國農業事業快速發展。
Solartech光伏揚水灌溉系統
在農業光伏水利產業套用中，以Solartech光伏提水灌溉系統最為常見。Solartech光伏揚水系統主要由光伏揚水逆變器、三相交流水泵、光伏揚水控制櫃、太陽能電池陣列組成。系統在缺電或無電地區的套用優勢明顯，系統全自動運行，無需電網支持，可以從幾十米的深井或幾千米外的江河中抽水注入蓄水箱/池，或直接接入灌溉系統。根據實際需求和安裝條件，灌溉可採用不同類型的水泵進行工作。同時，系統省卻掉儲能裝置蓄電池，以蓄水替代蓄電，大幅降低項目工程的建設和維護成本。Solartech光伏提水灌溉系統在我國新疆、雲南及陝甘寧地區的農業灌溉生產中發揮著巨大作用。農業光伏水利套用領域及用途舉例
農業抗旱
1949年以來，我國一直致力於增加可灌溉面積，使糧食生產取得長足發展。另外，在影響我國農業的諸多自然災害中，以旱災最為嚴重。我國乾旱影響範圍大，持續時間長。近三年，我國南方許多省份發生了乾旱和冬春連旱，全國農作物因旱受災面積超過17255千公頃，其中成災面積7951千公頃，因旱損失糧食231億公斤，造成直接經濟損失315億元。旱災頻發及成災程度嚴重威脅著我國的糧食產量和安全。糧食安全問題是國家發展戰略問題，必須立足依靠自身力量來解決。農業光伏水利建設過程中，農業光伏提水灌溉系統能徹底解決我國農田抗旱難題。根據實際系統需求和安裝條件，灌溉可採用不同類型的水泵進行工作。
天源新能源農業光伏提水灌溉系統就成功套用於雲南省的抗旱救災工作，雲南省玉溪市新平縣新化村在2012年遭遇了嚴重的乾旱，自2012年10月以來，全市降雨量異常偏少，總降水量與常年同期相比偏少77%。進入1月以來，因無有效降水，土壤已呈現中度乾旱，庫塘蓄水嚴重不足，農作物受旱範圍持續擴大，程度持續加重，損失持續增加，並對春耕備耕和大春生產造成嚴重影響。當年新平縣因乾旱造成超過5萬人和近3萬頭大牲畜飲水困難，超過5萬畝農作物受災，3000畝絕收。如何解決農業灌溉用水和人民的生活用水，成了當地政府解決問題的當務之急。
面對當時出現的緊急旱情，市防汛抗旱指揮部、市水利局高度關注，督促各縣區主動應對，幫助受旱民眾解決飲水困難問題，並組織動員民眾對受旱作物進行澆水抗旱。新化村相關負責人採用深圳天源PSA7500農業光伏提水抗旱系統，揚程45米，日出水量150-200M3 ，滿足農業全村烤菸、水稻、玉米等農作物用水和人畜飲水的需要。
農業光伏水利種值
項目地點：巴彥淖爾市郊項目介紹：巴彥淖爾市是內蒙古自治區西部的一個新興城市，位於烏拉特草原上；光照充足，熱量豐富，降水量少，蒸發量大，風大沙多；農業作物以小麥、玉米、油葵、食葵、甜菜、西瓜等為主。雖然附近有黃河流經區域，但是仍有部分地區出現缺水現象，針對這一情況，巴彥淖爾市水科所引進深圳市天源新能源有限公司的一套Solartech PS370農業光伏提水灌溉系統對農業灌溉的實際情況進行研究分析。
解決方案：2012年，水科所引進Solartech PS370農業光伏提水系統，採用本套系統對10畝的葵花進行灌溉，5畝地微潤，5畝地滴灌，同時還有10畝葵花地採用河水灌溉。通過這一年的實際對比，採用農業光伏提水與現代化灌溉方式相結合灌溉種植的葵花田比傳統灌溉的葵花田的作物長勢更旺盛、顆粒更飽滿。
經濟效益：Solartech PS370光伏提水系統年均發電達1971千瓦時，使用年限25年以上，可節省標準煤18.5噸，減排二氧化碳8.14噸，減排二氧化硫0.37噸，減排煙塵0.28噸，減排灰渣4.81噸。
農業光伏水利農作物日常澆灌
項目地點：海南省瓊海市
項目介紹：海南省瓊海市農業光伏灌溉項目為全國“光伏水利先進實用技術優秀示範”工程，自2009年國家大力推廣小型農田水利高效節水項目以來，各省積極回響，小農水利項目在祖國各地遍地開花。光伏水利項目回響中央一號檔案“農業科技創新”精神，採用 “2011水利先進實用技術重點推廣指導目錄”Solartech光伏揚水系統，以“光伏水利”建設推動海南島的生態循環經濟發展。瓊海市2011年小型農田水利高效節水項目於2012年4月建設完工。
解決方案：項目採用Solartech光伏揚水系統（PS7500），在揚程25米、取水距離200米的情況下，日供水200-260立方米，為周邊200畝的檳榔、香蕉、鳳梨、荔枝等熱帶經濟作物提供光伏水利灌溉。
經濟效益：光伏水利系統每年發電29435千瓦時，在其25年的使用年限內可節省標準煤278噸，減排二氧化碳122噸，減排煙塵4.5噸,減排灰渣72噸。
農業光伏水利大棚噴灌
湖北省遠安縣茅坪場村香菇種植基地是遠安縣出口食用菌質量安全示範基地，香菇種植規模達200畝500萬袋。香菇種植需要大量的水來噴灌，保證大棚里空氣濕度才能保證香菇的產量和品質。
茅坪場村香菇種植有很好的自然條件，開闊的平地上方便搭建大棚，數十個香菇種植大棚排列在村口。距離大棚種植區800米左右，有條終年不會幹涸的小河，可以保證香菇供水需求。四周還環繞著很多小山丘，環境秀麗。
雖然這裡水資源豐富，但是要把河水送到800米外的大棚里也不是件容易的事，村民通常是用柴油機抽水灌溉。可是柴油價格一路攀升，無形中增加了香菇種植的成本。
2012年5月，為解決農業光伏大棚種植灌溉問題，遠安水利局在國家水利部2011年水利先進實用技術重點推廣目錄中，了解到天源新能源的Solartech農業光伏揚水灌溉系統，不需要柴油，不需要電網，通過太陽能發電驅動水泵進行抽水灌溉，以蓄水替代蓄電，不僅節能並且環保，非常適合規模性的農業光伏大棚種植。
針對茅坪場村的情況，天源新能源成立了專項工作組，分析現場情況，制定了針對香菇大棚種植的系統最佳化解決方案。項目採用Solartech PS7500光伏揚水系統從深井取水，送至距離水源處200米，揚程50米高的山頂的蓄水池中（可儲水200立方米）。蓄水池裡水經過供水管道分流到距離1000米遠的香菇種植園內，每個大棚設定一個開關，利用蓄水池落差壓力，進行噴灌。
實際情況：200米光伏輸送管道由於地形不平整，管道中間增加了12個彎頭，增加了管道損耗。技術人員在晴天條件下使用Solartech PS7500光伏揚水系統進行了測試，經過光伏揚水逆變器動態VI最大功率點跟蹤實時調節頻率，測試結果達到了設計日出水量100-150立方要求，這也體現出Solartech光伏揚水系統在不同天氣及不同地形情況下使用都能達到較理想效果。
該系統年均發電21900千瓦時，在其25年的使用年限內，可節省標準煤206噸，減排二氧化碳90.6噸，減排二氧化硫4.12噸，減排煙塵3.1噸，減排灰渣53.6噸。
解決農業水土流失難題
我國水土流失嚴重，水生態環境脆弱。由於特殊的氣候和地形地貌條件，特別是山地多，降雨集中，加之人口眾多和不合理的生產建設活動影響，我國成為世界上水土流失最嚴重的國家之一，水土流失面積達356萬平方公里，占國土面積的1/3以上，土壤侵蝕量約占全球的20%。從分布來看，主要集中在西部地區，水土流失面積297萬平方公里，占全國的83%。從土壤侵蝕來源來看，坡耕地和侵蝕溝是水土流失的主要來源地，3.6億畝坡耕地的土壤侵蝕量占全國的33%，侵蝕溝水土流失量約占全國的40%。此外，我國約有39%的國土面積為乾旱半乾旱區，降雨少，蒸發大，植被蓋度低，特別是西北乾旱區，降水極少，生態環境十分脆弱。比如塔里木河、黑河、石羊河等生態脆弱河流，對人類活動干擾十分敏感，遭受破壞恢復難度大。
以中國陝西省靖邊縣毛烏素沙漠南緣項目介紹，2009年5月，依照“南封山、中改水、北治沙，國道沿線興工商”的“三元一帶”發展戰略，大力發展生態農業及治沙護林，天源新能源為靖邊縣治沙生態農業基地進行新能源套用規劃。2009年6月12日，天源的光伏揚水系統在該生態農業基地正式建設完成運行，為在邊緣沙漠地區種植農業經濟作物以及樹木的灌溉提供了充分的供水保障。
毛烏素沙漠水土治理項目採用Solartech PS3000光伏揚水沙漠生態灌溉光伏滴灌系統對沙漠經濟植物進行全自動滴灌，灌溉沙土面積105畝。此外，使用光伏揚水滴灌系統施肥，更可減少肥料和農藥用量，減少環境污染；光伏揚水重力滴灌與地面洪灌相比，可節水70%，大大提高了水資源利用率。
本項目是依託11萬畝封沙育林的生態治理成果和未治理沙地，套用新能源光伏揚水農業灌溉技術，將防治荒漠化基地與科技生態農業項目的結合套用，是沙產業理論套用的典型案例，也是治沙女英雄牛玉琴繼30年沙漠治理以來，在毛烏素沙漠區域建設的防沙治沙與促進經濟社會可持續發展相結合；科技措施、工程措施和農耕措施相結合；防沙治沙與當地經濟、社會發展和農民脫貧致富相結合；生態效益和經濟效益相結合；生態建設與產業發展、結構調整和改進生產方式相結合的重大生態農業示範帶動項目。
