基于LCOE的平单轴光伏发电项目设计优化研究.pdf

太阳能第 09 期总第 353 期2023 年 09 月No.09Total No.353Sep.,2023SOLAR ENERGY840 引言2020 年 9 月，中国提出“二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”的目标。2021 年 3 月通过的中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要，进一步强调要大力发展清洁能源。光伏发电作为主要的清洁能源应用形式，其发展具有重要意义。光伏发电系统中的光伏支架种类主要包括固定倾角光伏支架、固定可调光伏支架、平单轴光伏支架及斜单轴光伏支架。其中，平单轴光伏支架具有广泛的应用前景，不少研究学者对采用平单轴光伏支架的光伏发电项目(下文简称为“平单轴光伏发电项目”)进行了研究。其中，谢磊等1研究了不同地域的平单轴光伏发电项目的容配比对其发电量及收益率的影响；袁炜东2以陕西省某光伏电站为例，研究了峰值功率为 380 W的光伏组件采用平单轴光伏支架时东西向间距的优化设计；马竞涛3以峰值功率为 370 W 的双面光伏组件为例，研究了平单轴光伏支架高度对双面光伏组件发电量的影响。随着光伏组件技术的发展，目前峰值功率为 500+W、600+W 的光伏组件已成为市场主流产品，平单轴光伏支架技术也得到了迅速发展，反向跟踪和太阳入射光优化的控制技术方案已基本成熟，但目前针对以上技术方案的研究相对欠缺。平准化度电成本(LCOE)是国内外常用的分析发电技术成本的指标，该指标是对项目生命周期内的成本和上网电量先进行平准化，再计算得到的发电成本，用于项目技术方案之间的横向对比时，可评判单位电量的成本高低。Aldersey-Williams 等4对国外关于 LCOE 建模的研究进行DOI:10.19911/j.1003-0417.tyn20220628.02 文章编号：1003-0417(2023)09-84-09基于 LCOE 的平单轴光伏发电项目 设计优化研究贺坤*，龚震(国家电投集团科学技术研究院有限公司，北京 102209)摘要：平单轴光伏支架广泛应用于光伏发电项目中，但目前基于平单轴光伏支架优化控制策略设计参数的研究相对欠缺。以江西省新余市和宁夏回族自治区中卫市的两个光伏发电项目为例，在采用平单轴光伏支架的情况下，利用 PVsyst 软件对支架优化控制策略、光伏支架东西向间距、光伏组件最低处距地高度和容配比等参数变化对光伏发电项目发电量的影响进行了仿真模拟研究，并以平准化度电成本(LCOE)为评价指标研究得出以上参数的最优取值。研究结果表明：采用支架优化控制策略可以显著提高光伏发电项目的发电量。发电量会随着光伏支架东西向间距的增大或光伏组件最低处距地高度的增大而提高，但提高趋势均会逐渐减小；发电量会随着容配比的增大而降低，且降低趋势会逐渐增大。两个光伏发电项目采用最优设计方案时的 LCOE比其采用基本设计方案时的分别降低了 2.34%和 3.38%。研究结果可为光伏发电项目采用平单轴光伏支架时设计参数的选择提供一定的参考价值。关键词：光伏发电；平单轴光伏支架；平准化度电成本；PVsyst 软件；仿真模拟；发电量；容配比中图分类号：TM615 文献标志码：A收稿日期：2022-06-28通信作者：贺坤(1991)，男，硕士、工程师，主要从事光伏发电及技术经济方面的研究。hekun_2023-09杂志.indd 842023-09杂志.indd 842023/9/26 10:13:352023/9/26 10:13:35第 09 期85了综述。国内学者5-7结合新能源产业特点及国内财税政策，对 LCOE 的计算模型进行了优化。吴江等8基于国外大型光伏发电项目，提出了基于 LCOE 对项目装机规模设计进行优化的一般思路。陈琦等9以 LCOE 为指标，对采用固定倾角光伏支架的单面、双面双玻光伏组件的经济性进行了比较研究，但该研究未涉及平单轴光伏支架方案。张德晶等10以 LCOE 为评价指标，对国内不同纬度地区的光伏发电项目采用固定倾角光伏支架、平单轴光伏支架等形式时的经济性进行了比较研究，但未涉及平单轴光伏支架方案的具体技术参数的经济性比选。可以看出，以 LCOE 为指标，基于目前先进的光伏组件技术及平单轴光伏支架控制技术的经济性研究相对欠缺。综上所述，本文以江西省新余市某水面集中式光伏发电项目和宁夏回族自治区中卫市某地面集中式光伏发电项目为例，采用PVsyst软件建模，对平单轴光伏发电项目的设计参数进行深入的仿真模拟研究，并结合 LCOE 评价指标开展技术经济性比较，为平单轴光伏发电项目的工程实践提供设计优化思路。1 光伏方阵模型的参数设置1.1 项目设置为保证本研究的代表性和工程实践性，选取位于不同纬度地区的两个典型大型集中式光伏发电项目为研究对象，采用数值模拟的方式开展研究。这两个典型项目的基本信息情况如表1所示。表 1 典型项目的基本信息情况Table 1 Basic information of typical projects项目名称项目类型项目所在地项目所在地的纬度项目 A水面集中式光伏发电项目江西省新余市27 4851项目 B地面集中式光伏发电项目宁夏回族自治区中卫市37 14 241.2 光伏方阵设备基本参数1.2.1 光伏组件选型2019 年，部分主流光伏组件生产厂家推出了峰值功率为 600+W 的光伏组件；2022 年，已有多家光伏组件生产厂家的 600+W 光伏组件实现量产。文献 11 的研究表明：大尺寸化、高功率光伏组件可以有效提升其光电转换效率，同时降低其制造成本及 LCOE。考虑到技术先进性，本研究选择某厂家生产的标称功率为 665 W 的双面双玻光伏组件用于模拟计算，其主要技术参数如表 2 所示。表 2 双面双玻光伏组件的主要技术参数Table 2 Main technical parameters of bifacial double glass PV modules参数数值尺寸/mm2384130335面积/m23.106单块光伏组件的组成132 片太阳电池标称功率/W665开路电压/V46.10短路电流/A18.5光电转换效率/%21.151.2.2 逆变器选型考虑到逆变器参数与光伏组件参数匹配，本研究选用某厂家生产的额定功率为 320 kW 的逆变器。该逆变器的工作电压为 1080 V，最大输入电压为 1500 V；最大可接入 16 路最大功率点跟踪(MPPT)，最大转换效率为 99.01%。1.3 光伏方阵建模参数设置目前，光伏仿真软件主要有加拿大政府资助研发的 RETScreen 软件、德国宇航中心研发的Greenius 软件、瑞士日内瓦大学研发的 PVsyst软件等，其中，PVsyst 软件的参数设置丰富、算法灵活，广泛应用于光伏发电工程实践中。本研究采用 PVsyst7.2 软件进行仿真研究。当前常用的光资源数据库包括美国国家航空航天局研发的 NASA-SEE 资源库、瑞士的技 术 应 用贺坤等：基于 LCOE的平单轴光伏发电项目设计优化研究2023-09杂志.indd 852023-09杂志.indd 852023/9/26 10:13:352023/9/26 10:13:352023 年太阳能86Meteonorm研究所研发的Meteonrom 8.0资源库，以及 Solargis 公司研发的 Solargis 资源库。其中，Solargis 数据库的空间分辨率最高，数据年代最近，因此本研究采用 Solargis 数据库的数据。本研究采用的基本方案为：选用 300 台额定功率为 320 kW 的逆变器；光伏支架选择平单轴光伏支架，平单轴南北向布置，跟踪范围为-45+45；光伏组件每两块为 1 排，竖向布置；光伏支架东西向间距设置应保证冬至日 09:0015:00(当地真太阳时)前后排光伏组件无阴影遮挡；光伏组件最低处距地高度为 1.5 m；容配比约为 1.0:1。由于两个光伏发电项目所在地的纬度、最低环境温度、太阳辐照度等数据不同，因此两个光伏发电项目的仿真参数设置有所不同，具体如表 3 所示。项目 A 为水面集中式光伏发电项目，全年地表反射率按 0.15 考虑；项目 B 为地面集中式光伏发电项目，需要考虑冬季积雪情况，12月 次年 2 月的地表反射率按 0.30 考虑，其他各月按 0.20 考虑。表 3 两个光伏发电项目的仿真参数设置Table 3 Simulation parameter settings for two PV power generation projects项目名称光伏支架东西向间距/m单串光伏组串中的光伏组件数量/块容配比装机规模/MW项目 A9.442291.045:1100.28项目 B13.272281.009:196.82鉴于本研究两个光伏发电项目均采用同一型号的双面双玻光伏组件，光伏组件的首年和逐年衰减率一致。为便于讨论，以发电小时数表征发电量情况，发电小时数统一以首年无衰减的发电小时数考虑。2 平单轴光伏发电项目的发电量模拟及仿真结果分析2.1 支架优化控制策略对项目发电量的影响传统平单轴光伏支架的控制策略采用天文控制策略，实时跟踪太阳方位，通过平单轴转动实现太阳光线入射角最小，以达到单个光伏组件接收的太阳辐射量最多的目的。但该控制策略存在两方面问题；一方面，在阴雨天，太阳辐射以漫反射为主，此时跟踪太阳方位不能保证光伏组件接收的太阳辐射量最多；另一方面，实时跟踪太阳方位，在光伏支架东西向间距一定的情况下，会不同程度的出现前后排光伏组件阴影遮挡情况，从而影响光伏发电系统的发电量。Fernndez-Ahumada 等12研究了一种入射光优化的平单轴光伏支架控制策略，研究结果表明：在漫反射为主的太阳辐射条件下，相对于传统跟踪太阳方位的方式，平单轴光伏支架采用水平角度能够提高光伏组件接收的太阳辐射量，从而提高光伏发电系统的发电量。王士涛13对基于反向跟踪技术的太阳能跟踪系统及应用进行了研究，研究结果表明：反向跟踪技术可以在光伏支架东西向间距一定的条件下，减少前后排光伏组件的阴影遮挡，从而提高光伏发电系统的发电量。PVsyst7.2 软件版本在平单轴光伏支架的控制策略中加入了以上两种支架优化控制策略。本文以同型号的单面光伏组件作为仿真模拟的对比组进行分析。对采用支架优化控制策略前、后，项目 A和项目 B 分别采用单面光伏组件和双面光伏组件时的发电小时数情况进行仿真模拟。支架优化控制策略对光伏发电项目发电小时数的影响如图 1所示。从图1可以看出：采用支架优化控制策略后，无论采用单面光伏组件，还是采用双面光伏组件，两个光伏发电项目的发电小时数增长量均超过30 h。其中，项目 A 在采用单面光伏组件的情况下，采用支架优化控制策略后的发电小时数提高39 h；采用双面光伏组件的情况下，采用支架优化控制策略后的发电小时数提高 31 h。项目 B 在采用单面光伏组件的情况下，采用支架优化控制技 术 应 用2023-09杂志.indd 862023-09杂志.indd 862023/9/26 10:13:362023/9/26 10:13:36第 09 期87策略后的发电小时数提高 45 h；采用双面光伏组件的情况下，采用支架优化控制策略后的发电小时数提高 37 h。20001900180017001600150014001300120011001000采用支架优化控制策略时不采用支架优化控制策略时发电小时数/h项目 B单面光伏组件单面光伏组件双面光伏组件双面光伏组件项目 A图 1 支架优化控制策略对光伏发电项目发电小时数的影响Fig.1 Influence of optimal control strategy for brackets on power generation hours of PV power generation projects考虑到在成本基本不变的条件下，采用支架优化控制策略后光伏发电项目发电量的提升较为明显，因此下文模拟中均采用支架优化控制策略。2.2 光伏支架东西向间距对项目发电量的影响不同的光伏支架东西向间距会对光伏发电项目的发电量产生影响。在采用反向跟踪技术控制策略的情况下，当光伏支架东西向间距较小时，光伏组件为避免来自东西向的阴影遮挡，平单轴光伏支架会选择放弃追踪太阳方位，选择不产生阴影遮挡的角度，从而导致光伏发电项目的发电量减少；但是，光伏支架东西向间距过大时，又会造成土地的浪费，并导致工程造价提高。根据 GB 507972012光伏发电站设计规范的要求，本研究以不采用反向跟踪技术控制策略情况下，冬至日 09:0015:00(当地真太阳时)前后排光伏组件无阴影遮挡为条件计算出基本光伏支架东西向间距。经过计算可以得到：项目 A 的基本光伏支架东西向间距为 9.44 m，项目 B 的基本光伏支架东西向间距为 13.27 m。在此基础上以 0.5 m 为步长左右各递进 4 次，共得到 9 组光伏支架东西向间距数值，其中，项目 A 的光伏支架东西向间距为 7.4411.44 m，项目B的光伏支架东西向间距为11.2715.27 m。在项目 A、项目 B 分别采用单面光伏组件和双面光伏组件的情况下，对光伏支架东西向间距变化时不同光伏发电项目的发电小时数进行仿真模拟，结果如图 2 所示。发电小时数/h2010.001980.001950.001920.001890.001860.001830.001800.001290.001260.001230.001200.001170.001140.00111.000光伏支架东西向间距/m16.0014.0012.008.0015.0013.009.0011.007.0010.00项目 A 采用单面光伏组件时项目 A 采用双面光伏组件时项目 B 采用单面光伏组件时项目 B 采用双面光伏组件时图 2 光伏支架东西向间距的变化对光伏发电项目 发电小时数的影响Fig.2 Impact of change in the east-west spacing of PV brackets on power generation hours of PV power generation projects从图 2 可以看出：在项目 A 中，当光伏支架东西向间距由 7.44 m 提高到 7.94 m 时，采用单面光伏组件和双面光伏组件时的发电小时数分别提高了 13.14 h 和 15.33 h；而随着光伏支架东西向间距持续提高，项目的发电小时数增长趋势变缓；当光伏支架东西向间距由 10.94 m提高到 11.44 m 时，采用单面光伏组件和双面光伏组件时的发电小时数分别提高了 4.38 h 和5.48 h。项目 B 的发电小时数随着光伏支架东西向间距变化的趋势与项目 A 发电小时数的变化趋势相同。综合分析可以得出：随着光伏支架东西向间距增大，无论采用单面光伏组件还是采用双面光伏组件，光伏发电项目的发电量都会增加；但是随着光伏支架东西向间距持续增大，发电量的增加量会逐渐减小。另外，当光伏支架东西向间距增加一定量时，光伏发电项目采用双面光伏组件时的发电量提升量略高于其采用单技 术 应 用贺坤等：基于 LCOE的平单轴光伏发电项目设计优化研究2023-09杂志.indd 872023-09杂志.indd 872023/9/26 10:13:362023/9/26 10:13:362023 年太阳能88面光伏组件时的发电量提升量。2.3 光伏组件最低处距地高度对项目发电量的影响光伏组件最低处距地高度是通过影响双面光伏组件背面发电量增益的方式来影响光伏发电项目的发电量，因此在研究光伏组件最低处距地高度对光伏发电项目发电量的影响时，不考虑采用单面光伏组件的情况。在光伏组件最低处距地高度由 0.5 m 提高到4.0 m 的情况下，采用双面光伏组件时项目 A、项目 B 发电量的变化情况如图 3 所示。发电小时数/h210020502000195019001850125012001150110010501000光伏组件最低处距地高度/m4.52.53.51.50.54.02.03.01.00.02.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0项目 A 发电小时数项目 B 发电小时数项目 A 发电量增长率项目 B 发电量增长率发电量增长率/%图 3 光伏组件最低处距地高度的变化对光伏发电项目发电量的影响Fig.3 Impact of change in height from ground at the lowest point of PV modules on power generation capacity of PV power generation projects从图 3 可以看出：在光伏组件最低处距地高度由 0.5 m 提高到 4.0 m 的情况下，项目 A、项目 B 的发电小时数和发电量增长率呈现同样的变化趋势；随着光伏组件最低处距地高度的提高，光伏发电项目的发电量逐渐增大，当光伏组件最低处距地高度超过 3.0 m 后，光伏发电项目发电量的提升效果显著降低。2.4 容配比对项目发电量的影响在光伏发电项目中，容配比通常指光伏组件与逆变器的容量配置比例。本次仿真模拟采用光伏组件安装容量不变，逐渐减少逆变器台数的方式来表现容配比的变化。项目 A、项目 B 分别采用单面光伏组件和双面光伏组件的情况下，当容配比逐渐提高时，光伏发电项目发电小时数的变化情况如图4 所示。发电小时数/h2010198019501920189018601830180012901260123012001170114011101.000:11.300:11.100:11.400:11.600:11.200:11.500:11.700:1项目 A 采用单面组件时项目 A 采用双面组件时项目 B 采用单面组件时项目 B 采用双面组件时容配比图 4 容配比的变化对光伏发电项目发电小时数的影响Fig.4 Impact of changes in PV power to inverter power ratio on power generation hours of PV power generation projects从图 4 可以看出：当逆变器减少为 220 台，即项目 A 的容配比提高到 1.424:1 时，该项目的发电小时数明显降低；且随着容配比的进一步提高，该项目的发电小时数降低的更明显。当逆变器台数减少为 230 台，即项目 B 的容配比提高到 1.316:1 时，该项目的发电小时数明显降低；且随着容配比的进一步提高，该项目的发电小时数降低的更明显。与项目 A 相比，由于项目 B 所在地的太阳辐射量更大，随着容配比的提高，项目 B 发电量的减少趋势更为显著，这与谢磊等1的研究结果呈现出同样的规律。3 LCOE 建模及分析3.1 LCOE 建模LCOE 是国内外常用的分析发电技术成本的指标。结合国内学者的研究成果5，计算不同设计方案下光伏发电项目的 LCOE，其计算式为：CE=I0+-1n=1n=1An+Tn(1+i)nVR(1+i)NYn(1+i)n (1)技 术 应 用2023-09杂志.indd 882023-09杂志.indd 882023/9/26 10:13:372023/9/26 10:13:37第 09 期89式中：CE为项目的LCOE；I0为项目初始投资；i 为折现率；n 为光伏发电系统运行的第 n 年；N 为光伏发电系统的总运行周期，本文按 25 年考虑；An为第 n 年的运营成本；Tn为第 n 年除运营成本外的其他费用；VR为 25 年计算期满后的固定资产残值；Yn为第 n 年光伏发电系统的发电量。LCOE 计算过程考虑了国内光伏行业“三免三减半”和“增值税抵扣”的财政政策。结合国内光伏市场情况，本研究的运营成本选择 60 元/kW，项目 A 的租地费用选择 250 元/亩(1 亩约为666.67 m2)，项目B的租地费用选择200元/亩；单面光伏组件的成本选择 1.93 元/kW，双面光伏组件的成本选择 1.95 元/kW。3.2 光伏支架东西向间距对 LCOE 的影响保持其他条件不变，当光伏支架东西向间距增大时，根据上文 PVsyst 仿真模拟结果，光伏发电项目的发电小时数增加，但增加量会逐渐减小；同时由于光伏支架东西向间距增大，电缆和用地面积增大，导致项目初始投资和运营期租地成本提高。经测算，在项目 A、项目 B 分别采用单面光伏组件和双面光伏组件的情况下，光伏支架东西向间距的变化对光伏发电项目 LCOE 的影响如图 5 所示。LCOE/(元/kWh)0.29100.29000.28900.28800.28700.28600.28500.28400.28300.28200.28100.19600.19500.19400.19300.19200.19100.19000.1890光伏支架东西向间距/m项目 A 采用单面组件时项目 A 采用双面组件时项目 B 采用单面组件时项目 B 采用双面组件时16.0014.0012.008.0015.0013.009.0011.007.0010.00图 5 光伏支架东西向间距的变化对光伏发电项目 LCOE 的影响Fig.5 Impact of changes in the east-west spacing of PV brackets on LCOE of PV power generation projects从图 5 可以看出：随着光伏支架东西向间距的增大，两个光伏发电项目的 LCOE 均呈现先减小后增大的趋势。项目 A 中，采用单面光伏组件时，当光伏支架东西向间距为 10.44 m 时 LCOE最小，为 0.2859 元/kWh；采用双面光伏组件时，当光伏支架东西向间距为 10.94 m 时 LCOE最小，为 0.2807 元/kWh。项目 B 中，采用单面光伏组件时，当光伏支架东西向间距为 12.77 m时 LCOE 最小，为 0.1934 元/kWh；采用双面光伏组件时，当光伏支架东西向间距为 13.27 m 时LCOE 最小，为 0.1893 元/kWh。综合分析可以得出：无论光伏发电项目采用双面光伏组件还是采用单面光伏组件，光伏支架东西向间距对 LCOE 的影响均表现为：LCOE 随着光伏支架东西向间距的增大呈现出先减小后增大的变化趋势。3.3 光伏组件最低处距地高度对 LCOE 的影响根据上文 PVsyst 仿真模拟结果，在采用双面光伏组件的条件下，随着光伏组件最低处距地高度的提高，光伏发电项目的发电小时数增加，但增加量会逐渐减小；同时由于光伏组件最低处距地高度提高，光伏支架的用桩量增加，导致项目初始投资增加。经测算，当采用双面光伏组件时，光伏组件最低处距地高度的变化对光伏发电项目 LCOE 的影响如图 6 所示。从图 6 可以看出：在光伏组件最低处距地高度由0.5 m提高到4.0 m的过程中，两个光伏发电项目的 LCOE 均呈现先降低后提高的趋势。其中，项目 A 在光伏组件最低处距地高度为 1.5 m 时的 LCOE 最低，为 0.2805 元/kWh；项目 B 在光伏组件最低处距地高度为 3.0 m 时的 LCOE 最低，为 0.1879 元/kWh。3.4 容配比对 LCOE 的影响随着容配比的提高，逆变器台数减少，项目初始投资减少；当逆变器减少到一定数量后，光伏组件与逆变器的失配损失增加，导致光伏发电项目的发电量减少。技 术 应 用贺坤等：基于 LCOE的平单轴光伏发电项目设计优化研究2023-09杂志.indd 892023-09杂志.indd 892023/9/26 10:13:382023/9/26 10:13:382023 年太阳能90LCOE/(元/kWh)0.28400.28300.28200.28100.28000.19000.18900.18800.18700.1860项目 A项目 B光伏组件最低距地高度/m4.52.53.51.50.54.02.03.01.00.0图 6 光伏组件最低处距地高度对光伏发电项目 LCOE 的影响Fig.6 Impact of height from ground at the lowest point of PV modules on LCOE of PV power generation projects经测算，在项目 A、项目 B 分别采用单面光伏组件和双面光伏组件的情况下，容配比的变化对光伏发电项目 LCOE 的影响如图 7 所示。LCOE/(元/kWh)0.29400.29200.29000.28800.28600.28400.28200.28000.19600.19400.19200.19000.18800.1860项目 A 采用单面光伏组件时项目 A 采用双面光伏组件时项目 B 采用单面光伏组件时项目 B 采用双面光伏组件时1.0000:11.3000:11.1000:11.4000:11.6000:11.2000:11.5000:11.7000:1容配比图 7 容配比的变化对光伏发电项目 LCOE 的影响Fig.7 Impact of changes in PV power to inverter power ratio on LCOE of PV power generation projects从图 7 可以看出：随着容配比的提高，两个光伏发电项目的 LCOE 均呈现先降低再升高的趋势。其中，项目 A 中，若采用单面光伏组件，当容配比为 1.3630:1 时 LCOE 最低，为 0.2846元/kWh；若采用双面光伏组件，当容配比为1.3060:1 时 LCOE 最 低，为 0.2800 元/kWh。项目 B 中，若采用单面光伏组件，当容配比为1.2607:1 时 LCOE 最 低，为 0.1926 元/kWh；若采用双面光伏组件，当容配比为 1.2103:1 时LCOE 最低，为 0.1885 元/kWh。分析可得，同一个光伏发电项目中，采用双面光伏组件时的最优容配比低于采用单面光伏组件时的最优容配比。由于光伏发电项目所在地不同，太阳辐射量存在差异，因此针对不同项目给出的优化方案也存在差异性。3.5 最优设计方案的 LCOE 分析综合以上最优参数的选取，重新设定项目A、项目 B 的设计方案参数，再次采用 PVsyst 软件分别模拟两个光伏发电项目的发电量，并计算得出其 LCOE。1)项目 A 的最优设计方案：采用双面光伏组件，光伏支架东西向间距为 10.94 m，并光伏组件最低处距地高度为1.5 m，容配比为1.3060:1，此时该项目的 LCOE 为 0.2794 元/kWh；该值比基本设计方案的 LCOE 降低了 0.0067 元/kWh，降低幅度为 2.34%。2)项目 B 的最优设计方案：采用双面光伏组件，光伏支架东西向间距为 13.27 m，光伏组件最低处距地高度为 3.0 m，容配比为 1.2103:1，此时该项目的 LCOE 为 0.1869 元/kWh；该值比基本设计方案的 LCOE 降低了 0.0065 元/kWh，降低幅度为 3.38%。4 结论本文以江西省新余市某水面集中式光伏发电项目(项目 A)和宁夏回族自治区中卫市某地面集中式光伏发电项目(项目 B)为例，在光伏发电项目采用平单轴光伏支架的情况下，利用PVsyst 软件对支架优化控制策略、光伏支架东西向间距、光伏组件最低处距地高度、容配比等因素对光伏发电项目发电量的影响进行了仿真模拟研究，并以 LCOE 为评价指标研究了以上参数的最优取值，得到的主要结论如下：技 术 应 用2023-09杂志.indd 902023-09杂志.indd 902023/9/26 10:13:382023/9/26 10:13:38第 09 期911)采用支架优化控制策略可以显著提高光伏发电项目的发电量，分别采用单面、双面光伏组件时，项目 A 和项目 B 的发电小时数提升均超过 30 h。2)光伏发电项目的发电量会随着光伏支架东西向间距的增大或光伏组件最低处距地高度的增大而提高，但随着光伏支架东西向间距持续增大或光伏组件最低处距地高度持续增大，发电量的提高趋势均会逐渐减小；而发电量会随着容配比的增大而降低，且降低趋势会逐渐增大。3)由于光伏发电项目的 LCOE 受发电小时数、项目初始投资、运营期成本等多重因素的影响，LCOE 随着光伏支架东西向间距、光伏组件最低处距地高度、容配比的增大均呈现出先减小后增大的趋势，因此光伏支架东西向间距、光伏组件最低处距地高度、容配比均存在最优参数设置。在最优设计方案下，项目 A、项目 B 的 LCOE 分别降低了 0.0067、0.0065元/kWh，降低幅度分别为 2.34%、3.38%。本研究可对光伏发电项目采用平单轴光伏支架时设计参数的选择提供一定参考价值。参考文献 1 谢磊，武浩，万宏，等.平单轴跟踪光伏发电系统容量配比研究 J.太阳能，2017(12)：30-36.2 袁炜东.平单轴跟踪支架东西向间距的优化研究 J.太阳能，2020(11)：66-71.3 马竞涛.平单轴跟踪支架高度对双面光伏组件发电量的影响 J.太阳能，2019(8)：48-51.4 ALDERSEY-WILLIAMS J，RUBERT T.Levelised cost of energya theoretical justification and critical assessmentJ.Energy policy，2019，124：169-179.5 陈荣荣，孙韵琳，陈思铭，等.并网光伏发电项目的LCOE 分析 J.可再生能源，2015，33(5)：731-735.6 吴红，袁艺，姜涛.风电投资项目 LCOE 计算模型及应用分析 J.西北水电，2020(5)：107-110.7 王嘉阳，周保荣，吴伟杰，等.西部集中式与东部分布式光伏平准化度电成本研究 J.南方电网技术，2020，14(9)：80-89.8 吴江，李晟.基于度电成本指标的光伏电站装机规模优化设计 J.冶金动力，2019，38(7)：16-18.9 陈琦，王海华.基于 LCOE 的单面与双面双玻光伏组件经济性分析 J.太阳能，2022(4)：36-41.10 张德晶，贺广零，赵前波，等.基于 LCOE 的光伏支架选型研究 J.太阳能，2022(4)：93-101.11 金艳梅，江华，强彦政，等.中国光伏产业 2020 年回顾与 2021 年展望 J.太阳能，2021(4)：42-50.12 FERNNDEZ-AHUMADA L M，CASARES F J，RAMREZ-FAZ J，et al.Mathematical study of the movement of solar tracking systems based on rational modelsJ.Solar energy，2017，150：20-29.13 王士涛.基于逆跟踪技术的太阳能跟踪系统及应用研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.技 术 应 用贺坤等：基于 LCOE的平单轴光伏发电项目设计优化研究2023-09杂志.indd 912023-09杂志.indd 912023/9/26 10:13:392023/9/26 10:13:392023 年太阳能92 RESEARCH ON DESIGN OPTIMIZATION OF HORIZONTAL-SINGLE AXIS PV POWER GENERATION PROJECT BASED ON LCOEHe Kun，Gong Zhen(SPIC Science and Technology Research Institute，Beijing 102209，China)Abstract:Horizontal-single axis PV brackets are widely used in PV power generation projects，but there is currently a relatively lack of research on the optimization control strategy design parameters based on horizontal-single axis PV brackets.This paper takes two PV power generation projects in Xinyu City，Jiangxi Province and Zhongwei City，Ningxia Hui Autonomous Region as examples，and uses PVsyst software to simulate the impact of bracket optimization control strategy，the east-west distance between PV brackets，height from ground at the lowest point of PV modules，and PV power to inverter power ratio on the power generation capacity of PV power generation projects，using horizontal-single axis PV brackets.And the optimal values of the above parameters are studied using the LCOE as the evaluation index.The research results show that the use of bracket optimization control strategy can significantly improve the power generation capacity of PV power generation projects.The power generation capacity will increase with the increase of the east-west distance between PV brackets or the height from ground at the lowest point of PV modules，but the increasing trend will gradually decrease.The power generation capacity will decrease with the increase of PV power to inverter power ratio，and the decreasing trend will gradually increase.The LCOE of the two PV power generation projects using the optimal design scheme is reduced by 2.34%and 3.38%compared to those using the basic design scheme，respectively.The research results can provide certain reference value for the selection of design parameters when using horizontal-single axis PV brackets in PV power generation projects.Keywords：PV power generation；horizontal-single