农用微电网的日本实践：资源制约下的农光共生路径

日本位于东亚，农业从业者约130万人，其中65岁以上占比超过70%；耕地面积约390万公顷，仅占国土面积的10.3%。受山地丘陵广布、平原狭小、地块零碎等自然条件制约，日本农业长期以小规模、精细化耕作为主。

 历史上，日本农业以水稻种植为核心。20世纪中叶以后，在工业化与城市化推动下，农业劳动力大量向非农产业转移，农业人口持续减少并高度老龄化。为应对这一挑战，日本自1960年代起大力推广农业机械化。同时，通过全国性的农协体系，为农户提供生产指导、农资供应、农产品销售及金融服务等支持。如今，日本农业呈现出高附加值、精细化与科技融合的发展特征，大力推广温室栽培、植物工厂、智能农机和农业物联网等技术广泛应用；农产品加工、观光农园、乡村体验等成为振兴农村经济的重要路径。另外，日本重视大米自给红线，自给率长期稳定在95%以上，基本实现主粮安全。

近年来，面对气候变化与能源转型压力，日本积极推动农业绿色低碳发展。在全国多地推广“农光共生”项目，在保障农作物正常生长的前提下，于农田上方架设光伏板，实现农业与可再生能源协同发展。作为土地与资源高度受限的国家，日本正积极探索一条集约高效、韧性可持续的现代农业发展道路。

一、日本的供电结构

日本全国有十大区域电力公司，也称电力会社（Electric Power Companies，EPCOs）。由于自明治时期分别从德国和美国引进发电机，形成了东部使用50Hz、西部使用60Hz频率的东西两大电网结构；东部电网由北海道电力（Hokkaido EPCO）、东北电力（Tohoku EPCO）、东京电力（Tokyo EPCO）三家公司组成；西部电网由中部电力（Chuden EPCO）、北陆电力（Hokuriku EPCO）、关西电力（Kansai EPCO）、中国电力（Chugoku EPCO）、四国电力（Shikoku EPCO）和九州电力（Kyushu EPCO）组成；东部和西部电网通过几座高压直流（HVDC）输电和变频站连接。由于海洋阻隔和历史管辖问题，冲绳电力（Okinawa EPCO）完全独立运行，不与其他电力公司互联。

日本的区域电力公司属于股份制私营企业，但在股权结构和监管框架上具有“半公共”的性质，政府通过政策、法规、持股对它们保持较强的影响力。区域电力公司主导发电、输电、配电、售电的全链条一体化运营。2011年福岛核事故暴露了区域电力公司垂直垄断导致的竞争缺乏问题，日本政府于2012年启动电力市场改革，2013年通过《电力系统改革基本方针》，到2016年是大电力公司成立独立的售电子公司，全面剥离电力零售，实现售电业务分离运营；2018年政府修订《电气事业法》，要求电力公司在2020年4月前实现输配电成立独立子公司，不得与发电、售电业务交叉持股和兼任高管；发电业务可保留在母公司，也可另设子公司，不参与电网运营，从而实现发电和输配电的法律分离。然而，输配电网络仍由原区域电力公司控制，虽法律分离，但股权未剥离，这是与欧美电力改革的关键区别。

目前，日本注册售电公司超过700家，独立发电商、可再生能源项目大量接入，十大电力公司发电份额持续下降。日本农户可以自由选择从哪一个售电公司进行购电。另外，日本政府对光伏发电实行光伏上网补贴（FIT），并逐步降低补贴。对于10kW以下户用光伏项目，电价为21日元每千瓦时（2019年24日元/千瓦时）；10kW-50kW的项目为13日元每千瓦时，50kW-250kW项目为12日元/千瓦时，装机量大于250kW的项目则必须在电力市场上进行竞价拍卖。自2020年4月起，政府还要求10kW-50kW的项目，必须自身消纳30%以上。然而，农业光伏系统容量一般为10kW到50kW之间，政府免除了农场自身消纳的比例要求。

由于地震、台风等较为频繁，日本经常遭受自然灾害引发的大停电，因此国内生产的电力逆变器一般具有孤岛功能，当主电网不能提供电力时，逆变器无缝进入孤岛运行模式，保障本地负荷的正常用电。从电力改革、农地管理等政策、电力控制技术、以及电力交易的实践上，日本的农用微电网迎来了难得的发展机遇。

二、农用微电网典型案例

（一）千叶县农光共生光伏发电系统

福岛核事故前，日本全国约30%的电力来自核电。核事故发生后，全国54座核反应堆几乎全部停运，千叶县所在关东地区一度轮流限电，电价急剧升高。在这种背景下，千叶群众自2011年开始筹划建设可再生能源发电站，并成立了“千叶市民能源”公司（Shimin Energy Chiba）。2013年，日本政府修订《农地转用特例法》，设立“农地发电许可证”制度，要求建设的光伏设施可逆拆除，确保土地随时可回复纯农用状态，并且建设后农业产值不低于当地平均水平的80%的要求。随后，千叶市民能源利用地区弃耕农地建设饿了第一座发电站，与2014年9约投入运营，成为日本首个由农民自行合作建设的农光共生项目。

日本首个农光共生项目，照片来源：可再生能源研究所

千叶县的农光共生项目，是日本农作物和光伏并存的项目实践。该项目安装有500多块太阳能板，采用5米高的光伏支架，支撑2.4米宽的太阳能板阵列，下方预留3.5米净空区域，用于农作物种植和农业机械作业。通过加大光伏板的间距，将上方俯视时太阳能板覆盖农田的比例（遮光率）控制在33%-35%之间，确保地面获得充足光照，减小对作物生长影响。目前，光伏共生项目主要轮作大豆、大麦等农作物。该项目年发电量约为40000千瓦时（kWh），获得日本固定电价收购制度认证，由电力公司以固定价格收购。

日本首个兆瓦级农光共生项目，照片来源：可再生能源研究所

日本首个兆瓦级农光共生项目同样位于千叶县，于2017年3月投入运营。该项目利用了月3.2公顷的弃耕农田，安装有10000块太阳能板，装机容量为1MW，年发电量达到157万千瓦时。光伏板下方轮作大豆和用于啤酒生产的大麦。自首个项目启动以来，“千叶市民能源”已在饭冢地区扩展至25个农光共生项目，总装机容量超过6兆瓦。由于人口老龄化严重，原先开垦山林得到的农田出现很多弃耕现象。采用农光共生模式，饭冢地区25%以上的弃耕农田已经恢复种植。

（二）北海道垂直式光伏发电与地产地消模式

北海道的十胜地区拥有肥沃广阔的农田，是日本最大的大田作物和南牛养殖区域。该地区日照时数为北海道最高，年降水量低、积雪少，适宜发展光伏发电。此外，区域内约有9,500公顷农地具备转用潜力，在引入可再生能源方面具有极高前景。

 2024年8月，带广畜产大学与北海道自然能源公司签署合作协议，共同推动北海道十胜地区的碳中和与可持续发展。作为该合作框架下的联合研究内容，双方于2025年2月在大学实习农场内安装了5 kW（3组）垂直型光伏板，开展试点实验，用来验证地区内垂直式与倾斜式光伏板发电性能，为当前大规模项目的实施提供前期实证研究。

垂直式/倾斜时光伏发电对比验证，照片来源：北海道自然能源公司

垂直式光伏发电系统的显著优势是减少设备占地，最大限度保留耕作空间。由于光照角度的影响，垂直式光伏发电系统的发电高峰时段在早晨和傍晚。另外，垂直式光伏发电系统不会产生积雪问题，来自地面的积雪反射，还能够提升发电量。与倾斜式光伏发电系统相比，垂直式农光共生项目能够带来更加稳定的发电收益与农作物产出。

北海道自然能源公司计划进一步在带广畜产大学的校园内建设一座额定输出功率为708.48 kW的垂直型太阳能发电站，这是迄今（2025年）为止日本规模最大的垂直式光伏发电项目。光伏发电系统的电力将直接供应给大学使用，这也是探索“地产地消”（本地生产，本地消费）的可再生能源利用模式。

三、总结与启示

日本在土地资源紧张、农业人口老龄化与能源安全压力并存的背景下，走出了一条以制度创新和技术适配为核心的农光共生发展路径。通过灵活调整农地使用政策，设立农光共生特例许可，既保障了农业生产功能，又为可再生能源开发开辟空间；电力市场化改革则赋予农户用电选择权，并为分布式能源项目创造了公平接入环境。与此同时，垂直式光伏、智能控制等技术的应用有效缓解了“争光争地”矛盾，而由农民、高校与企业共同推动的本地化实践，则使项目更具社会认同与可持续性。对我们而言，日本经验尤其在小农户为主、耕地零碎的地区具有重要借鉴意义。农业与能源的协同并非简单叠加，而是需要在政策设计上打破壁垒，在技术路径上因地制宜，激发从业者的内生动力。

参考资料

[1]千叶县农光共生项目资料参考自技术报告：M. Ishida, Y. Tsukamoto, Revitalizing Agriculture with Solar Sharing PV Contributing to Local Prosperity, Renewable Energy Institute, Jun. 2025.

[2]北海道光伏项目资料参考自北海道自然能源公司新闻稿