引言随着光伏产业的迅速发展[1-2]，为能源结构的调整和环境保护做出巨大贡献。光伏产业在未来将面临大规模开发利用和平价项目的实施[3-5]，这将促进建设单位的建设水平提升，同时也对设计人员的整体设计能力提出更高的要求[6]。本项目所在地的海拔高度约1 450 m，多年极端最低温度低于-30 ℃，代表年太阳能总辐射量在5 700~5 800 MJ/(m2·a)，属于B等级地区，太阳能资源丰富。1光伏发电系统的倾角选择斜面辐射量随倾斜角度的增加而增加，到达最大值后又随倾斜角度的增加而减少。根据已有辐射量数据，计算得到光伏场区的最佳倾角37°，相应角度下的最佳斜面年总辐射量为7 018.7 MJ/m2，相比水平面总辐射增加21.10%，故可得到最佳倾角37°时的增强系数为1.211。根据光伏设计经验，适当降低组件倾角并且保留一定组件前后排间距，系统发电量降低不多，并且随着间距加大，系统发电量上升。因此对本项目进行建模模拟计算，通过对比同间距下的37°及35°倾角模型模拟结果可以得出，保持相同间距的前提下，35°倾角的模型首年发电量可以增加0.05%左右，增量不多，但支架高度的降低对于施工建设及投资存在一定的优势。2光伏发电系统的容配比分析电站容量包含：安装容量、额定容量。容配比是光伏系统的安装容量与额定容量之比。根据目前最新的光伏发电站设计规范，光伏发电系统中光伏方阵与逆变器之间的容量配比应综合考虑光伏方阵的安装类型、场地条件、太阳能资源、各项损耗等因素，经技术经济比较后确定。光伏方阵的安装容量与逆变器额定容量之比符合以下规定：一类太阳能资源地区，不宜超过1.2；二类太阳能资源地区，不宜超过1.4；三类太阳能资源地区，不宜超过1.8。在高海拔、低环境温度、太阳能辐射量高等特定条件下，光伏方阵与逆变器之间的最佳的容量配比值可能小于1。为了保证对建设场地的土地资源和光伏组件的有效利用，光伏方阵的安装容量与逆变器额定容量之比不宜过大[7]。通过适当提升光伏组件装机容量与交流端容量比例，即进行超配设计，已成为提高系统整体利用效率、降低系统的度电成本（LCOE）、提升项目收益的有效手段[8-9]。本研究通过理论分析，并结合工程实际项目数据，对容配比设计进行系统性分析，为实际项目的光伏系统设计提供理论和实际依据。为简化计算，采用差额收益率的概念进行容配比分析。根据逆变器的设备参数，综合考虑光伏组件的发电效率、逐年衰减以及直流线路损耗，通过PV软件进行配置方案模拟计算，分别设计方阵配置容配比为1.00、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35，进行发电量分析。用PV软件模拟不同容配比下的差额发电量及收入，对比光伏系统在不同容配比下的PR值和发电量数值，并作差额发电量及收益，为后期差额收益率的计算作铺垫，以单个2.5 MWp方阵进行测算，结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T001表1不同容配比下发电差额及收益容配比系统效率差值发电量差值/万kWh电价/(元/kWh)收益差值/万元1.10-0.000 6-0.2580.372-0.0961.15-0.000 7-0.5590.372-0.2081.20-0.001 1-1.0330.372-0.3841.25-0.002 3-2.0220.372-0.7521.30-0.003 5-3.5280.372-1.3131.35-0.004 9-5.6370.372-2.097考虑不同容配比时，系统的投资成本不同，因此以容配比1.00配置为基准（收益8%），分析不同容配比的投资差额。以单个2.5 MWp方阵进行测算，结果如表2所示。通过对比分析可知，容配比越高差额收益率越高，但考虑本项目的收益跟投入都是负值，应选取收益率低于8%的容配比方案，最终选取1.25容配比较优。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T002表2不同容配比投入产出差额收益率容配比投入差值/万元年平均收益差值/万元差额收益率/%1.104.5450.096-41.156.5220.208-21.208.3330.38411.2510.0000.75261.3011.5381.313101.3512.9632.097163支架高度选择分析3.1项目所在地反射率评估地表反射率越大，地面吸收太阳辐射越少；反射率越小，地面吸收太阳辐射越多[10]。典型地表面的地表反射率如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T003表3典型地表面的地表反射率地表状态反射率地表状态反射率沙漠0.24~028干草地0.15~0.25干燥裸地0.10~0.20湿草地0.14~0.26湿裸地0.08~0.09新雪0.81干湿土0.14冰面0.69湿黑土0.08考虑项目场区以干燥裸地及干湿草地为主，综合考虑估算项目场区所在地的地表反射率为0.2[11]。3.2支架高度选择限制因素分析光伏组件最低点离地高度主要受光伏场区防洪要求、周边障碍物对组件的遮挡情况、地面植被覆盖情况、“光伏+”等因素影响，采用双面组件时还受到发电效率影响。确定光伏支架最低点离地高度时，需综合考虑并尽量兼顾安全性和经济性。根据《光伏发电站设计规范》中对光伏电站防洪等级的要求，本期工程防洪等级为Ⅱ级，防洪标准应采用50 a一遇的高水位。组件最低点应高于洪水位，一般取0.5 m。光伏组件布置时针对场区内架空线路、地面障碍物等进行避让，可以不考虑周边障碍物对组件遮挡的影响。本项目光伏区属典型的沙丘和沙梁地貌，地表均为杂木和荒草地，地表植被良好，少量地表裸露沙地，植被主要为沙柳、杨树、松树和沙草类。为防止植被生长对组件造成遮挡，组件最低点应高于该场地植被平均高度，一般取0.5 m。为满足农林业生产需求，组件最低点离地高度一般需1.5~2.5 m，但本项目不属于上述政策性光伏项目，适当提高组件最低点离地高度，可以提高发电效率、增加发电量，但也容易造成支架和基础成本的增加，对经济性有一定的影响[12-13]。综上所述，本工程支架高度根据组件最低点离地要求，可在0.5~1.5 m之间进行选择，分析不同支架高度对发电收益的影响，进行经济性比较，得出最优支架高度。3.3不同支架高度对发电量增益影响用PV软件模拟不同支架高度（组件最低点离地高度）下的差额发电量和销售收入。考虑项目光伏系统组件布置方式为固定可调式，通过对不同角度、不同高度的支架进行模拟，综合得出可调系统在不同高度的PR值，从而计算可调光伏系统在不同支架高度下的发电量，并得出差额发电量及收益，为后期差额收益率的计算作铺垫。以0.5 m支架为基准，以单个3.125 MWp方阵进行测算，结果如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T004表4不同支架高度发电差额及收益支架高度/m系统效率差值发电量差值/(万kWh/a)电价/(元/kWh)收益差值/万元0.80.004 23.0980.334 51.0361.00.006 84.9870.334 51.6681.20.009 06.5980.334 52.2071.50.011 98.7230.334 52.918通过对同一基准高度下不同支架高度可调系统的发电量进行PV建模模拟，得出支架高度抬升与发电量增值的初步模拟结果如图1所示（以0.5 m支架为基准，以单个3.125 MWp方阵进行测算）。整个可调系统发电增益随着支架抬升，增加幅度逐步下降，但在0.5~1.5 m范围内，幅值下降较小。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.F001图1不同支架高度发电量差额3.4不同支架高度对投资成本影响考虑不同支架高度对支架系统投资成本的不同，以0.5 m高度支架为基准，以单个3.125 MWp方阵进行测算，分析不同高度支架系统的投资差额，结果如图2所示。整个可调系统支架投资差额随支架抬升逐渐增加，但在0.5~1.5 m范围内，增加幅值较小。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.F002图2不同支架高度投资差额关系3.5支架高度的比选以单个3.125 MWp方阵进行测算，分别以0.5 m、0.8 m、1.0 m支架为基准，分析不同支架高度投入产出差额收益率，结果如表5~表7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T005表5以0.5 m支架为基准，不同支架高度投入产出差额收益率支架高度/m投入差值/万元年平均收益差值/万元差额收益率/%0.89.3301.036101.015.4251.668101.221.8952.20791.531.9762.918810.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T006表6以0.8 m支架为基准，不同支架高度投入产出差额收益率支架高度/m投入差值/万元年平均收益差值/万元差额收益率/%1.06.0950.63291.212.5651.17181.522.6461.881710.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.005.T007表7以1.0 m支架为基准，不同支架高度投入产出差额收益率支架高度/m投入差值/万元年平均收益差值/万元差额收益率/%1.26.4700.53971.516.5511.2496通过对比分析可知，支架高度从0.5 m升至0.8 m及1.0 m时，差额收益率最高。0.8 m升至1.0 m时，略微下降，但下降较小可忽略不计。从多个角度综合分析，支架上升至1.2 m乃至1.5 m，差额收益率有所降低，且低于一般行业基准收益率8%，经济性变差。从支架高度引起的主要成本增加和发电量增益对比角度看，1.0 m支架高度较优。4结语通过工程项目实例，以差额收益率的方法，进行倾角、容配比、组件离地高度等不同因素的选择，从而优化整个光伏发电系统，提升项目收益。随着光伏行业的进一步发展，项目将进入平价基础上的竞价模式开发，需要全行业各个环节、全生命周期范围内进行统一协调，从而实现项目的开发建设。