豔陽下的農業發展新願景：全球農業光電的發展潛力、技術、作物與政策

摘要

      隨著全球對氣候韌性與潔淨能源的需求持續攀升，農業光電（Agrivoltaics）作為結合糧食生產與再生能源的土地複合利用模式，正被視為面對氣候變遷與能源轉型的重要解方之一。本文以一篇涵蓋150篇研究的國際綜述為基礎，整理全球農業光電的發展現況、技術類型、適合作物與政策制度，呈現其技術進展、國際趨勢與未來前景。

一、引言

太陽光電已成為再生能源的重要形式，其中地面型光電系統最為普遍。然而，氣候變遷與人口成長加劇糧食安全壓力，使有限土地資源面臨更激烈的競爭。傳統地面型光電若設置於農地，將排擠農業生產，形成土地利用衝突。基於土地複合利用理念，農業光電因而興起，透過在農地上架設光電設施，使土地能同時用於作物生產與發電，並為農民創造多元收入。

現有研究指出，農業光電可降低作物熱緊迫（heat stress）與水分散失，甚至提升部分作物產量；同時也能增強偏鄉地區的能源韌性與能源安全。然而，作為新興技術，農業光電在作物影響評估、設施模型建構、節水效益等方面仍缺乏標準化研究。全球實際案例多集中於歐洲、中國與美國，知識體系仍以理論分析與初步個案為主，作物試驗種類有限，常見如馬鈴薯、番茄、小黃瓜、奇異果、萵苣與玉米等，對更具全球重要性的作物仍缺乏系統性評估。

在經濟面向上，目前缺乏一致的技術與經濟評估架構，多數研究著重工程效能，而較少探討生命週期、成本結構、農場營收模式或政策誘因的影響，使投資回收期、風險與市場競爭力仍存在高度不確定性。

政策面則呈現碎片化與差異化：雖然法國、德國、日本已建立較明確的制度工具，多數國家仍將農業光電納入一般光電治理架構，缺乏專門的土地利用規範、農業補貼資格與技術準則，導致農民參與受限。部分開發中國家雖具高度潛力，卻欠缺能促進在地發展的制度設計、試點計畫與融資模式。

二、研究方法

      本研究採用系統性回顧與統合分析的研究取徑，從五個相互連動的面向檢視農業光電系統，旨在提供現行研究與政策證據的全面整合，並透過分析性詮釋協助讀者掌握農業光電的發展現況與潛在機會。五個分析面向如下：

（一）各國農業光電的發展現況：整理全球推動情形、區域差異與主要發展模式。

（二）系統與模型的設計與建構：比較不同農業光電架構、技術配置與模型參數。

（三）作物在遮蔽條件下的適種性：分析作物生理反應、產量變化與遮蔽效應。

（四）促進農業光電發展的政策與法規架構：檢視制度工具、土地規範、補貼與治理模式。

（五）技術與經濟可行性及法規障礙：評估系統效能、成本結構、投資風險與制度限制。

三、農業綠能的全球潛力與架設情形

      根據弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE）的資料，全球農業光電裝置容量快速成長，2021年已突破14GW。目前具規模的農業綠能系統主要集中於法國、義大利、德國、美國、中國、日本與印度，呈現明顯的地理與技術落差。以下選取具代表性的國家，說明其發展經驗與制度特色。

（一） 德國：建立全球首套技術標準
        自2014年起，德國即由研究機構與企業共同推動作物試驗、技術研發與商業模式創新，並取得顯著進展。2021年，修訂《再生能源法》（German Renewable Energy Act），正式將農業光電納入法規架構，針對陸域風電、太陽光電、生質能、儲能與農業光電等，啟動50MW的專案競標計畫。同年亦發布全球首部農業光電技術規範（DIN-SPEC91434），明訂：

l  系統須維持農地可用性（如陽光、水質、土壤保護）

l  作物產量須維持至少66%

l  若光電板高度高於2.1公尺，農地損失不得超過10%；低於2.1公尺則不得超過15%

地理資訊系統研究指出，果園、葡萄園與啤酒花園等多年生作物特別適合農業光電。作物耐陰性研究顯示：

l  完全耐陰作物：馬鈴薯、飼料作物、甘藍、萵苣、菠菜

l  中度耐陰作物（可承受15–40%遮蔽）：豆科、胡蘿蔔、洋蔥

l  敏感作物：小麥在遮蔽下受影響較大

（二）法國：歐洲農業光電的搖籃

法國自2011年起發展農業光電，2015年後開始建置10公頃以上的大型案場，並於2017年導入專屬競標程序，提供長達20年的躉購費率（FIT），成為推動市場成長的關鍵政策工具。

然而，快速擴張也引發土地利用優先順序、農民參與與糧食安全的爭議，尤其是「假借農業之名、行地面型光電之實」的批評。為此，政府制定技術指引，要求最低農業產量、光電板高度與土地利用比例，以確保光電不排擠農業生產。

（三）義大利：優先導入邊際農地與廢耕地

義大利的政策創新在於將農業光電優先設置於邊際土地與廢耕地，其「國家復甦與韌性計畫（NRRP）」以11億歐元支持1.04GWp的創新農業光電系統，並將農業收益納入評估，以減緩農地廢耕與鄉村經濟衰退。

研究顯示，農業光電在義大利南部乾旱地區可降低蒸散、提升氣候韌性；葡萄園與橄欖園的試驗結果指出，架高雙面型光電系統(如阿普利亞（Apulia）與西西里（Sicily）試驗計畫)可維持產量並降低20%用水量。

然而，義大利仍面臨許可延宕、農民意願不足與社會抗爭等挑戰，反映地景保護與糧食安全的持續辯論。政策成效取決於財政誘因、農民參與與監測機制能否有效整合農業與能源。

（四）中國：全球最大的太陽光電市場規模

中國兼具全球最大光電製造國與農業大國的雙重特性，加上政府對減碳承諾的支持，使其具備龐大農業光電潛力。自2015年起，中國推動多項政策，包括以光電設施扶助貧困戶、擴大電網併網能力等。

截至2021年，中國農地結合光電的裝置容量已超過64GW(含雖在農地建置光電，但不與農業經營結合的部分)，並持續成長。研究指出，中國最適合糧食生產的區域（如湖北、山東、河南）與太陽能效率最高的區域（如內蒙古、黑龍江、寧夏）並不重疊，為農業光電的區域布局提供重要方向。

（五）美國：以畜牧業與授粉棲地為主的農業光電

在美國減碳政策推動下，太陽能預計將供應全國40%電力，農業光電因此受到重視。大規模光電設置預估需230萬公頃土地，引發農業排擠疑慮。

目前美國農業光電以家畜放牧與友善授粉棲地為主，並逐步擴展至作物結合型系統。麻薩諸塞州、科羅拉多州等地已推動研究與獎勵措施，顯示農業光電在節水、提升作物韌性與支持鄉村經濟方面具潛力。

但美國仍面臨：

l  初期成本高

l  系統設計複雜

l  作物遮陰相容性不足

l  地方接受度與農業模式整合問題

（六）日本：最早發展營農型光電的國家之一

日本自2004年起發展農業光電，目前已有近2,000座案場、約560公頃面積，多數規模小於100kW，每年發電約50–60萬度。

2013年農林水產省（MAFF）建立法規架構，允許在特定條件下於農地設置可拆卸光電架構，以降低對農業生產的影響。2012年導入的FIT制度則提供長達20年的穩定收益，是推動農業光電普及的關鍵。

近期政策更將農業光電定位為能源轉型、永續農業與鄉村減碳的重要工具。

四、農業光電系統的模型與設計

（一）農業光電系統的類型與分類

      農業光電系統的設計牽涉農業生產、光電工程與土地利用等多重專業，需由農民與光電業者共同規劃，並採用標準化設計以兼顧技術、安全、施工與經濟性。系統配置必須依據場址條件選擇適合作物與光電技術，並透過遮陰模擬、支架材料選擇與農地衝擊評估，確保農業生產與發電效益能同時維持。

依其結構與土地利用方式，農業光電系統可分為以下五種類型（見圖1）：

(a) 作物種植於光電板陣列之間：光電板以較高架設方式排列，保留農機通行空間，使農業作業與發電可同時進行。此類型常用於需要大型機具的農地。

(b)作物種植於光電板之間與下方：光電板與作物的配置較緊密，日照時間與強度相對較低，適合耐陰或低日照需求的作物。此類型強調遮陰調控與微氣候管理。

(c)  放牧區設於光電板之間與下方：在光電板下方與間距區域進行放牧（如綿羊），可利用牲畜自然控制植被生長，降低維護成本，並兼具農牧生產與發電功能。

(d)垂直架設型光電板：光電板以垂直方式架設，使兩側作物的日照不受限制。雖然發電效率略低，但對作物生長干擾最小，適合對光照敏感的農作物或地景敏感區域。

(e) 溫室整合型農業光電：將光電板整合至溫室結構，部分採用半透明模組，以調控採光、溫度與濕度，同時兼顧能源生產與溫室農業。此類型特別適用於高附加價值作物與精緻農業。

圖1農業光電設置類型

（二）農業光電下的作物適種性

作物適種性是農業光電系統設計中的核心環節。不同作物對太陽輻射的波長、強度與日照時數具有特定需求，而這些需求直接影響其在遮陰環境下的生長表現與產量潛力。部分作物能良好適應部分遮陰環境，並因光照調節而減緩水分散失與熱緊迫；相對地，也有作物高度依賴完整日照，不適合與農業光電系統整合。因此，評估光電設施與作物的相容性時，必須同時考量區域氣候條件、作物的光合有效輻射（photosynthetically active radiation, PAR）需求，以及農業生產與發電效益之間的平衡。

為因應遮陰帶來的光照變化，各界已發展多種設計策略，包括調整光電板的密度、列距、架高高度與傾角，以確保作物仍能獲得足夠的PAR，同時維持光電系統的發電效能。這些設計參數不僅影響作物的光照分布，也會改變微氣候條件，如溫度、土壤水分與蒸散速率，進而影響作物的生理反應與產量。

表1彙整了不同作物類型在農業光電系統下的整合情形，並以產量變化作為主要觀察指標。需要強調的是，作物產量會受到地點、天候、季節與管理方式等多重因素影響，而這些因素也會反過來影響農業光電系統的整體表現。因此，作物適種性的評估必須建立在跨季節、跨場址的實證資料上，並與光電系統的設計參數共同考量，才能達到農業生產與能源生產的最佳化。

表1主要作物在農業光電的適種性與產量變化

        整體而言，耐陰性較高的作物——如馬鈴薯、葉菜類等——在部分遮陰環境下仍能維持良好生長，因而更適合與農業光電系統整合。相對地，需全日照且仰賴大型農機具作業的作物（如小麥）對光照減少高度敏感，不僅產量易受影響，也因機具通行需求較高，使其與農業光電的相容性較低。

五、全球農業光電的政策與經濟面向

（一）經濟面向

近年研究愈加強調農業光電的經濟可行性，指出其發展不僅取決於技術成熟度，也深受成本結構與收入多元化影響。多項全球案例顯示，「投資成本」通常為最高支出項目，約占總成本的29%至42%，其中架高式或針對特定作物設計的系統成本更高。

以均化能源成本（Levelized Cost of Electricity ,LCOE）衡量，農業光電在歐洲約為每度2.54–4.35元新台幣，亞洲則約3.62–7.25元新台幣。若將農業附加效益（如節水、減少熱緊迫、提升土地利用效率）納入計算，農業光電的整體經濟效益與傳統地面型光電相近。

來自加拿大、孟加拉等地的實證研究指出，綿羊放牧或高價值作物栽培等較高價值的土地複合利用類型，農業光電的投資回收期約3–4年，投資報酬率（ROI）可達16%至43%，尤其在土地高度利用的情況下效益更為顯著。研究亦普遍預期，隨著全球累積裝置容量增加，農業光電的投資成本將持續下降，使其從實驗性技術逐步轉向具經濟吸引力的投資類別。

未來若能透過模組價格下降、支架設計標準化，以及躉購費率、補貼與碳權等政策誘因的支持，農業光電的財務可行性將進一步提升。

（二）政策面向

        太陽光電的快速擴張加劇了農地競爭，使得明確且具協調性的農業光電政策成為關鍵。若缺乏清楚的法規架構，農業光電的部署容易呈現零碎化，並受限於模糊的土地分類、不一致的許可程序，以及不足的農民財務誘因。因此，國家與地方層級的政策設計，是將試驗性專案推向商業化與規模化的必要條件。

        目前，德國、法國、日本與中國已建立較完整的政策架構，包括農業可用性的明確定義、躉購費率或競標制度，以及將農業光電納入國家再生能源戰略。相較之下，印度、韓國與英國仍處於探索階段，法規零散、誘因有限；義大利與奧地利則在國家計畫下研擬指引；美國展現強勁的地方治理（如麻薩諸塞州），但缺乏統一的聯邦政策。

綜整全球經驗，成功的農業光電政策通常具備以下四項特徵：

1.     明確的農業生產門檻與技術標準，確保農業功能不被排擠。

2.     具針對性的財務誘因，如躉購費率、競標制度或租稅減免。

3.     跨部門協調能力，整合能源、環境與農業主管機關。

4.     運用GIS等工具進行空間規劃，以最佳化土地利用並避免衝突。

        其中，德國、法國與日本在政策完整度、農民參與度與設置率方面表現最為成熟，展現出農業光電制度化與規模化的成功案例。

六、結論與展望

本研究的回顧結果顯示，農業光電已成為一項具變革性的土地利用模式，能將再生能源發電與農業生產整合，並同時回應氣候韌性、糧食安全與永續土地管理等多重目標。現有研究普遍指出，若農業光電系統設計得宜，便能在維持可接受農業生產力的前提下，提高土地利用效率、降低環境壓力，並為農村帶來多元化的收入來源。

然而，全球農業光電的發展仍呈現高度差異。多數研究仍侷限於特定場址與小規模試驗，跨區域、跨領域的整合性研究相對不足，使得評估方法、資料格式與模型建構尚未標準化，進而限制了技術的普及與政策推展。因應這些挑戰，下一階段的研究與政策方向正逐步聚焦於：建立一致的方法論與資料紀錄格式、建置開放資料庫以提升模型可重現性、依不同農業與生態系條件發展相應的光電設計，以及標準化經濟與環境效益的計算方式，以作為各國制度設計與農民採用意願的重要依據。

總結而言，農業光電不僅是一項技術創新，更是一套系統性的解決方案，能將再生能源、農業永續、鄉村發展與氣候調適相互連結。若能有效將農業綠能納入國家能源與農業政策架構，農業光電有望重新定義全球土地利用的典範，並推動糧食與能源系統朝向更具韌性、低碳且資源高效的方向轉型。

資料來源
Safavi, V., Mohammadi Vaniar, A., Bazmohammadi, N., Vasquez, J. C., Keysan, O., & Guerrero, J. M. (2025). A battery degradation-aware energy management system for agricultural microgrids. Journal of Energy Storage, 108, 115059. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.115059