农业光伏——能源经济学家和农业能源缺失的难题：农业发电或农业光伏发电

当您谈论农村能源管理或农业中可再生能源的使用时，您通常首先想到沼气厂。事实上，在过去 10 年中，这些系统变得更加普遍，并在农业可再生能源发电中占据了很大份额（2021 年为 18.45%）。

大部分生物质来自农业残留物，如粪肥、液体粪肥和秸秆。根据可再生资源机构 (FNR) 的数据，只有三分之一的潜力得到了开发。生物质利用中排名第二的是能源木材，即森林和工业废木材以及废木材。其中三分之二的潜力已经得到利用。

生物能源的一个重要优点是它可以储存并补偿风能和太阳能的波动。

在种植生物质时，生物能源的缺点尤其明显。种植能源作物的农业用地不能再用于粮食和饲料生产。对生物质的需求不断增加正在导致土地利用的变化。从长远来看，这种竞争可能会导致农产品更加昂贵。

此外，生物质是可再生能源利用效率最低的。它们的效率（即给定面积上产生的能量）在 0.5% 到 1% 之间。太阳能电池组件的效率约为20%。风能和太阳能在面积效率方面明显优于生物质能。

2020 年和 2021 年德国可再生能源在发电总量中的份额 - 图片：Xpert.Digital

统计数据显示了2020年和2021年德国可再生能源在总发电量中的份额。2021年，德国总发电量的约7.5%是由生物质产生的。

2020年德国可再生能源占发电总量的比例

• 风电（陆上） – 18.40%
• 光伏 – 8.60%
• 生物质 – 7.80%
• 风力发电（海上） – 4.80%
• 水力发电 – 3.30%
• 城市垃圾 – 1%
• 地热能 – 0.04%

2021 年德国可再生能源占发电总量的比例*

• 风电（陆上） – 15.80%
• 光伏 – 8.80%
• 生物质 – 7.50%
• 风力发电（海上） – 4.30%
• 水力发电 – 3.40%
• 城市垃圾 – 1%
• 地热能 – 0.03%

*初步的。

部分透明的太阳能组件已在“巴登符腾堡州农业光伏示范区”的研究设施中使用。

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• 用于水果种植的农业太阳能：巴登-符腾堡州和莱茵兰-普法尔茨州的农业光伏用于二氧化碳中性水果种植（水果和蔬菜）

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可再生能源 - 2011 年和 2021 年德国能源发电情况 - 图片：Xpert.Digital

生物质性能

2011年，仅可再生能源产生的生物质发电量（124.02太瓦时/太瓦时）所占比例为25.88%。 2021年，可再生能源总发电量为238太瓦时。 10 年后增长了近 92%。 2011年生物质的比重仍为25.88%。 2021年这一份额下降至18.45%。

风力发电机的性能

陆上风能发电量也大幅增长。这是由于装机容量的增加，特别是在2014年至2017年期间。然而，近年来的扩张已显着下降。近期海上风电机组市场也出现较大波动。

全球可再生能源 (RE) 工厂的绩效

在全球范围内，可再生能源系统的装机容量每年都在增加。最近，大部分电力安装在亚洲。欧洲的装机容量几乎是亚洲的一半。在全球可再生能源系统中，水力发电是迄今为止装机容量最大的能源。

2011年德国可再生能源总发电量（按能源分类）同比比较

• 陆上风电 – 49.20 太瓦时
• 光伏——19.60 太瓦时
• 生物质 – 32.10 太瓦时
• 海上风电 – 0.60 太瓦时
• 水力发电* – 17.70 太瓦时
• 家庭垃圾** – 4.80 太瓦时
• 地热能 – 0.02 太瓦时

2021年德国按能源划分的可再生能源总发电量同比比较

• 陆上风电 – 92 太瓦时
• 光伏发电 – 51.20 太瓦时
• 生物质 – 43.90 太瓦时
• 海上风电 – 25.30 太瓦时
• 水力发电* – 19.70 太瓦时
• 家庭垃圾** – 5.70 太瓦时
• 地热能 – 0.20 太瓦时

* 径流式水力发电厂和蓄能式水力发电厂的发电以及抽水蓄能发电厂的自然流入发电。
** 仅由家庭废物的生物部分产生（约 50%）。

即使生物质在过去10年中没有得到如此大的发展并已被光伏发电超越，但生物质的存储和可用性仍然相对于光伏发电具有决定性优势，必须相应推广。所有参与者都清楚，生物质发电无法扩大到与太阳能发电相同的程度。生物质仍然可以实现很多目标，特别是在扩大现有潜力方面。

农业光伏无法弥补储能较差的劣势。与生物质相比，电力存储所带来的积极生态平衡的程度是无法比拟的。简而言之：生物质用于储能或储存总是比电力存储更便宜，这也反映在生态平衡上。只有在使用过程中节省储电生产过程中使用的能源，储电的生态平衡才是良好的。

生物质与农业光伏功能的结合和扩展导致农业发电的整合和潜力的增加！

得益于透明的太阳能组件，农业活跃的农村地区拥有了更多且具有成本效益的可用能源。换句话说，对于那些实际上代表着肥沃且有价值的农业土壤但不能用于光伏发电的区域，例如开放空间系统。

通过透明太阳能组件的半透明性，可以发电，同时可以实现植物的种植和栽培。

这种情况的不同，这些系统也被称为开放空间系统，户外设施或太阳能公园。这些系统的先决条件是使用这些领域时不可能有利可图的农业管理。这些是“处境不利的地区”，在该地区，由于海拔，趋势，气候条件，可及性或土壤质量较差，而与无依赖性区域相比，自然生产条件很难导致农业的任务。处境不利的地区分为山区，处境不利的农业地区和小区域。

土壤质量或土壤肥力（土壤点）在这里也起着重要作用。这包括农业比较数 (LVZ)。它代表根据 1934 年 10 月 16 日通过的《农田估价法》，农场的大致农业或园艺盈利能力。LVZ 计算包括土壤肥力、一般土壤条件、土壤质量、气候条件和土壤灌溉等因素。

如果对这些点和土壤条件进行积极评估，并且因此拒绝在这片可用农业土地上建造太阳能公园或开放空间光伏系统的许可，那么农业光伏作为一项扩展和增强潜力的措施就会变得有趣。这种方法本质上使农业面积能够得到两次利用。

用于农业和能源转型的农业光伏 – 图片：Xpert.Digital / affendi shahidan|Shutterstock.com

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通过拉平EEG，德国为农业光伏系统的广泛建设创造了条件，并且收入也得到了补偿。这种重新思考也是迫切需要的，尽可能多的领域可以用于光伏的进一步扩张。否则，欧洲能源转型的太阳能扩张目标根本无法实现。农业用地的双重利用是德国实现光伏装机容量在短短 7 年内翻两番，到 2030 年达到 215 吉瓦的重要因素。过去 25 年已安装约 54 吉瓦。

分散式农业光伏系统的一个主要优点是，其发电量的很大一部分通常在本地使用，并且电网连接通常不需要像其他开放空间系统那样多的网络扩展。已经开发出两种不同的系统。

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