太陽能聲屏障的性能及應用分析

摘要：介紹了太陽能聲屏障結(jié)構(gòu)、工作方式及應用優(yōu)勢，闡述了太陽能聲屏障的聲學性能和發(fā)電性能，針對太陽能聲屏障推廣應用過程中存在的問題提出了解決方法，對于全面發(fā)展太陽能聲屏障系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：太陽能;聲屏障;高速公路;聲學性能;發(fā)電性能

0 ? ?引言

太陽能光伏技術(shù)具有廣闊的應用前景，加大這方面的技術(shù)推廣，不僅能夠拓展其應用空間，節(jié)約建筑材料，還能夠利用太陽能發(fā)電產(chǎn)生較為明顯的經(jīng)濟效益。高速公路建設事業(yè)的發(fā)展，為提升我國中遠程交通質(zhì)量起到了重要的推動作用，同時也帶來了公路沿線噪聲污染問題，嚴重影響著周邊居民的正常生活。將太陽能光伏發(fā)電所需要的平板與高速公路等聲屏障設備進行同步設計，能夠?qū)⑻柲馨l(fā)電所產(chǎn)生的電力能源進行逆變并網(wǎng)，或者為路燈、公路辦公部門提供電力能源，從而提升資源利用效率。

1 ? ?太陽能聲屏障概述

1.1 ? ?太陽能聲屏障結(jié)構(gòu)

目前我國常規(guī)太陽能構(gòu)件生產(chǎn)已經(jīng)位居世界前列，太陽能構(gòu)件常規(guī)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達到較高水平。在常規(guī)聲屏障生產(chǎn)應用中，分為單純具有隔音功能的反射型聲屏障以及吸音與隔音雙重功能的復合型聲屏障兩種。在實際設計過程中，為確保太陽能聲屏障能夠達到應用效果與經(jīng)濟效益的高度統(tǒng)一，一般情形下用不帶邊框的太陽能電池板取代常規(guī)聲屏障結(jié)構(gòu)的背面鍍鋅板材或者安全復合玻璃。在規(guī)格尺寸選定方面，需要根據(jù)實際情況進行選擇，為盡量降低生產(chǎn)和改造成本，對于新建的太陽能聲屏障項目，應當在確保產(chǎn)品符合交通法規(guī)要求的前提下，以太陽能光伏構(gòu)件生產(chǎn)成本控制為原則進行設計;對于已經(jīng)運行中的聲屏障項目，則應當依照原有構(gòu)造確定光伏板的規(guī)格尺寸。為確保太陽能光伏發(fā)電能夠達到較高水平，應當通過技術(shù)控制提升太陽能聲屏障的透光性。

1.2 ? ?太陽能聲屏障工作方式

就目前的技術(shù)應用現(xiàn)狀而言，太陽能聲屏障由于應用區(qū)域和設計目標不同，通常有3種具體工作方式：（1）自發(fā)自用模式，就是直接利用蓄電池組存儲電能，同時通過控制器向直流負載供電。（2）經(jīng)交流轉(zhuǎn)換后自發(fā)自用，在蓄電池存儲電能的基礎(chǔ)上，通過控制器和逆變器的雙重作用，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，進而向交流負載進行供電。（3）將直流電轉(zhuǎn)換成交流電之后，直接將電能輸送到公共電網(wǎng)進行并網(wǎng)供電。

1.3 ? ?太陽能聲屏障應用優(yōu)勢

太陽能聲屏障具有多方面的應用優(yōu)勢：（1）隨著我國高速公路建設規(guī)模的不斷擴大，高速公路夜間行駛對路燈照明需求不斷增加，尤其是處于城區(qū)路段的高速公路，增加路燈照明能夠有效提升車輛行駛的安全系數(shù)，但是依賴于傳統(tǒng)的電力能源供應模式，不僅需要增加線路施工環(huán)節(jié)，還需要在電力線路布置中不斷增加電壓、電流調(diào)節(jié)設備，增加電力損耗。而基于太陽能聲屏障供應路燈電力能源，可以直接采用直流或者逆變的方式就近為沿線路燈和其他用電負荷提供電源。（2）減少儲能設備裝置，極大地降低了系統(tǒng)成本，減少了電能資源浪費[1]。太陽能聲屏障能夠在現(xiàn)有高速公路線路兩側(cè)和中間隔離帶等位置進行施工，能夠起到良好的聲音和燈光隔離效果，減少車輛行駛噪聲污染對周邊居民的影響，減少夜間行駛對向車輛的燈光刺激，提升行駛安全系數(shù)。從這些方面來說，太陽能聲屏障具有多方面的應用優(yōu)勢，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的市場發(fā)展前景。

2 ? ?太陽能聲屏障性能分析

2.1 ? ?聲學性能

聲學性能是太陽能聲屏障需要保證的首要性能，雖然在實驗中其性能數(shù)據(jù)與常規(guī)聲屏障之間差異不大，但是在實際應用過程中，太陽能光伏板的隔音降噪效果相對于專門的吸音材料還是存在一定的差距。要確保聲學性能達到效果要求，甚至達到更好的隔音效果，需要在結(jié)構(gòu)設計和材料使用方面入手，確保聲學性能不斷優(yōu)化，滿足聲屏障運行的基本要求。

2.2 ? ?發(fā)電性能

太陽能聲屏障發(fā)電性能受到多方面因素的影響，從相關(guān)方面研究可以看出，其影響因素主要集中在以下幾個方面：（1）太陽能電池板結(jié)構(gòu)本身與常規(guī)太陽能板存在差異，在電能輸出效果上存在一定差距。（2）太陽能聲屏障電池板的安裝要在保持一定傾角的情形下，才能夠達到較好的效果，但是道路本身方向存在多種不確定，受到道路安全規(guī)章制度和聲學性能的雙重限制，通常無法達到最佳傾角安裝要求，對發(fā)電性能造成較大影響。（3）太陽能聲屏障的使用，都是隨著高速公路呈線狀分布，在遇到發(fā)電系統(tǒng)故障時，維修工作的開展較為困難，對于人員素質(zhì)水平要求較高。

3 ? ?太陽能聲屏障應用面臨的問題

3.1 ? ?部門協(xié)調(diào)阻力

太陽能聲屏障在技術(shù)上的瓶頸已經(jīng)基本解決，但是在實際推廣應用過程中，其生產(chǎn)、安裝、使用等各個流程分別屬于不同的管理部門，其投資和收益管理涉及市政、公路、電力等多個部門。這些部門在行業(yè)發(fā)展過程中所投入的資本和收益無法直接對等，因此必須要求更高一級層面的政府部門進行協(xié)調(diào)，減少發(fā)展過程中所遇到的人為障礙和政策障礙。就目前的發(fā)展狀況來說，太陽能聲屏障在部分省市區(qū)已經(jīng)得到了較好的推廣應用，政府部門的協(xié)調(diào)問題能夠在政策要求范圍內(nèi)得以良好的解決。

3.2 ? ?生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化

太陽能聲屏障將防噪聲與太陽能發(fā)電有機結(jié)合起來，因此對設備各方面的外部性能具有更高的要求。相對于常規(guī)聲屏障來說，太陽能聲屏障首先要求產(chǎn)品具有較高的耐候性，也就是能夠在極熱天氣、紫外線等各種氣候條件下，都能夠保持良好的工作狀態(tài)。在產(chǎn)品安裝過程中，必須要采用耐候硅膠等對相關(guān)部位進行密封處理，確保各個部位工作年限都能夠達到設計要求[2]。對于一些更換較為頻繁的部件，還要能夠采用模塊化生產(chǎn)，不僅能夠降低整體生產(chǎn)成本，還能夠為后期維護提供便利。由于高速公路應用場景的特殊要求，產(chǎn)品在設計中還需要注重產(chǎn)品材質(zhì)的防火性能和強度性能達到設計標準要求，滿足特殊情形和風荷載要求。

3.3 ? ?網(wǎng)點布局設計

太陽能聲屏障的發(fā)電效果與布局設計具有直接關(guān)系，同時對電力能源使用和電力傳輸性能具有較大影響。在網(wǎng)點布局設計中，需要對整體選址和環(huán)境狀況進行考察。在目前高速公路設計中，還極少有將太陽能聲屏障與高速公路建設同步進行的，大多數(shù)都是在后期進行拓展設計安裝，因此在布局上受到較大限制[3]。由于安裝夾角的固定要求，多數(shù)情形下下午時段太陽光難以合理利用，總發(fā)電量將會受到較大影響。在城市路段應用中，安裝點周邊也會受到高層建筑、樹木和電力塔等建筑的影響，設計時需要多方面考慮這些因素的影響，盡量提升發(fā)電效率。

3.4 ? ?管理難度較大

高速公路本身是較為特殊的管理場所，并且由于其多是呈線狀布局，因此在管理工作開展中，對于人力資源和智能化管理具有較高的要求。在目前的技術(shù)條件下，智能化管理的應用水平還比較低，在管理環(huán)節(jié)中還存在諸多問題，提升這方面的研究水平，對于推動太陽能聲屏障的應用水平具有重要意義。

4 ? ?結(jié)語

太陽能聲屏障技術(shù)的應用優(yōu)勢已經(jīng)在理論和實際應用中得到了充分驗證，不僅對于我國電力能源應用具有良好的推動作用，而且對能源利用效率的提升具有重要影響。在未來電動汽車行業(yè)發(fā)展逐步提升的背景下，高速公路整體運行體系中對于電力能源的需求必將不斷增加，因此，全面發(fā)展太陽能聲屏障系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

[參考文獻]

[1] 龔鐵裕，胡希杰，何永芬.太陽能聲屏障的性能分析及應用[J].電力與能源，2013，34（6）：673-676.

[2] 尹忠莉.太陽能光伏聲屏障的研究[D].武漢：武漢紡織大學，2010.

[3] 劉學科.太陽能聲屏障試驗研究[J].城市道橋與防洪，2009（9）：175-178.

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：王昱婷（1987—），女，云南個舊人，碩士，講師，研究方向：電力市場。