海地将农业光伏应用于太阳能微型电网

由于只有不到2%的农村人口能够获得电力1，近一半的人口面临严重饥饿，2海地面临着能源贫困和粮食不安全的相互关联的挑战。帮助解决海地能源贫困问题的一个解决方案是发展分布式太阳能，特别是太阳能微型电网。然而，通常非常适合部署太阳能发电的土地也非常适合小农的农业，从而在能源获取和粮食安全之间造成潜在的复杂紧张关系。

为了解决这种紧张关系，太阳能开发商、农业专家和研究人员正在联合研究一种名为“农业光伏发电”的新解决方案。农业光伏是一种共享的土地使用解决方案，在美国、欧洲和亚洲等成熟的太阳能市场迅速扩张，将太阳能与农业相结合，发电，并在电池板下和之间为农作物和动物放牧提供空间。尽管在帮助支持小型电网社区的能源获取和粮食安全方面有明显的好处和潜力，但在小型电网空间中部署的农业光伏解决方案的情况一直受到限制。编译 陈讲运

作为与美国国际开发署（USAID）建立的海地能源获取伙伴关系的一部分，国家可再生能源实验室（NREL）进行了初步的可行性分析和利益攸关方参与项目，以评估海地小型电网环境下农业光伏的潜力。该分析考虑了海地各地城镇典型的100千瓦和更大的1兆瓦微型矿体，并基于关键的当地输入开发了两个农业照度原型，包括太阳能辐照度、农业人口普查的生产数据、市场价格、利益相关者访谈和现有的农业照度研究。这两个原型是：

1. 作物种植：在太阳能微型网格的电池板排之间和/或下面种植作物。与海地相关的作物包括100千瓦系统的土豆、豆类、花生和辣椒，以及1兆瓦系统的山药、鸽豆、番茄、洋葱和大蒜。该原型还增加了能源（PUE）电器的潜在生产用途，以支持农业生产活动，包括冷藏、研磨和剥壳。

2. 牲畜：在太阳能微型面板之间和下面放牧牲畜。原型要么是整合鸡（产蛋或养鸡），或绵羊/牛（仅与较高的配置）与太阳阵列下面的植被。对冷藏和鸡蛋孵化生产用电器也进行了建模。

基于样本微型网格系统的潜在光伏原型，NREL开发了一种三管齐下的方法：(1)利用现有研究；(2)使用NREL的系统顾问模型（SAM）进行技术建模；(3)通过采访海地的主要参与者，包括政府官员、发展伙伴、微型开发商和农业非政府组织，以确定和提炼开发海地微型电网光伏的关键高层考虑因素：

•工程设计：确定了四种不同的光伏（PV）微型电网配置，代表基线微型电网（标准配置），以及更宽间距的行和/或高架面板的配置，提供农业生产和土地利用。阴影分析强调了所有配置的光伏面板下方和之间的有效可用性，这为作物选择提供了信息。

.•小型电网电力：所有地区都有良好的年度太阳能发电潜力，范围在165-170兆瓦之间，100千瓦系统的典型月可用发电量为13-15兆瓦，1兆瓦系统的发电规模约为10倍。电力生产被认为支持家庭和企业的下游电气化，以及从农业发电原型的PUE供电。

•土地使用：标准配置有27%的土地可用于作物。宽排配置使太阳能所需的土地总面积增加了1.85倍，但比基线增加了4.18倍，因为65%的宽排面积是可耕种的。高架配置使太阳能所需的总面积增加了1.12倍，但这使得95%的土地可以耕种。牲畜配置有98%的土地面积可供放牧。

•农业生产：现场农业生产的年收入，100千瓦系统的年收入从150-950美元，1兆瓦系统的590-15000美元不等，具体取决于原型和配置。农业收入潜力对作物和小鸡生产最强，对可耕种土地的配置更高。然而，这些配置带来了一种权衡：增加了项目占地面积所需的土地总量。海地主要作物的低基线产量限制了种植系统的总体收入潜力，但也包括了它们对当地粮食安全和营养的影响。通过在农业发电系统中采用正式的农业方法（例如，获得改良的种子品种、灌溉、系统方法），基线作物产量预计将提高30%，面板小气候可能带来的额外好处（例如，作物的遮荫）。

•PUE：PUE可以通过减少收获后的损失和通过剥壳、研磨和鸡蛋孵化来扩大产量/加工能力来提高农业光伏发电的价值。在模型应用中，作物种植比传统基线农业增长了53%-54%，牲畜增长了1%-400%，鸡产量是关键机会。通过扩大PUE模型以服务于更广泛的社区，利用激励性电价，并与平行项目保持一致，可以进一步提高PUE价值。通过农业光伏集成集中式PUE模型也可以为为使用微型网格的社区开发其他PUE建立一个基本框架。

•水：在海地，估计只有11%的农田被灌溉，剩下的89%是用雨水灌溉的。3此外，30%-45%的土地面积面临非常高、高或中等的干旱风险，海地60%的土地面积的弹性不足，不足以抵御干旱事件并产生足够的农业产量。4.海地的灌溉已被证明能够使作物多样化、提高产量和提高稳定性，这突出了农业发电微型电网整合灌溉和扩大影响的潜在机会。虽然灌溉用水/能源需求非常与环境有关，但100千瓦系统的小型抽水解决方案估计每年需要160-790千瓦时（ <占总发电量的1%）。还可以调整灌溉的最初模式，以帮助支持其他抽水机会，例如更广泛社区的卫生设施和饮用水。<>

•成本：农业光伏发电的成本将根据具体的环境和期望的配置而有所不同，并将包括集成到微型网格、材料/用品、PUE设备、培训、工作人员时间等。需要具体的项目和合作来估计海地的成本范围；然而，根据应用，光伏预计能够具有成本效益地整合，特别是对于作物原型和标准的微型电网配置。

•商业/协作模式：商业模式应该与潜在农业发电试点的独特背景相匹配，但关键因素包括作物/牲畜选择、与当地农业合作社的合作关系、地方治理和决策、适当的规划、与其他规划的一致性，以及培训/劳动力发展机会。

•能力建设：对小型电网运营商和下游合作伙伴的能力建设和培训对农业发电试点的成功至关重要，特别是在安全、现场接入、农业发电运营、PUE、数据管理、创业等方面。

•社区参与：与小型电网社区一起的透明和早期共同发展对光伏至关重要，关键的考虑包括：(1)参与性规划；(2)影响评估；(3)明确的角色、责任和协议；(4)信息共享和交流。

•性别：农业光伏发电为性别主流化提供了几个关键的切入点，包括项目设计、合作伙伴关系、农业生产/加工、市场/分销、培训、劳动力发展、社区参与和金融/数字包容。

总的来说，农业光伏可以通过增加当地种植的作物的供应、扩大获得PUE的机会和改善收入机会，为当地社区提供明显的好处。这些好处可以改善社区的支持，这有助于维持微型电网模式，特别是当与其他好处相结合时，包括PUE电力负荷、农业弹性和减少对土地使用的负面影响（图16）。

虽然本报告特别关注海地微型网格的背景，但许多发现、方法和考虑因素与其他地理位置和太阳能配置（例如，公用事业规模）有关。除了一般的考虑外，初步的分析还提出了关于推进海地微型电网的光伏解决方案的五项总体建议：

•通过行动学习：开发一个农业光伏试点项目，优先考虑学习（什么不工作和什么一样重要），测试关键假设，验证成本假设，并确定关键的未知因素。

•开始简单：应该在不增加开发人员及其合作伙伴的重大操作复杂性、成本或实现风险的情况下部署第一个试点。这些内容可以为以后添加其他元素或复杂性提供基本的学习知识和框架。

•优先考虑共同开发和能力建设：开发商和其他合作伙伴应在项目范围/设计的早期确定并参与当地合作，以实现农业发电解决方案的共同开发以及系统的培训和能力建设。

•从一开始就有意地整合性别：农业光伏项目应纳入项目设计中的性别切入点，特别是让当地妇女团体支持更广泛的主流化（例如，培训、劳动力和农业创业）。

•使患者和灵活的支持：试点项目需要患者和灵活的时间表、支持和合作伙伴的资金，以动态适应海地不断变化的环境。

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