一种直弧式光伏声屏障的制作方法

本实用新型属于声屏障和光伏发电集成应用技术领域，更具体地，涉及一种直弧式光伏式声屏障。

背景技术：

近年来，城市公路及轨道交通系统迅猛发展，在为社会生活带来诸多便利的同时，不可避免地带来了振动及噪声污染等问题，不仅危害了人体健康，降低人们的生活质量，还会在一定程度上降低道路沿线的土地价值。有资料表明交通噪声每升高1dB，则土地的价格就会下降0.08～1.26％。为了解决该问题，最简单有效的措施是在公路及轨道交通沿线设置声屏障，其位于声源与受声点之间，可使声源的运行噪声在传播过程中有一显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，以改善周围环境的声环境质量。我国声屏障应用较晚，但是整个行业和市场发展迅速，自1992年首次在贵州贵州省贵阳-黄果树高速公路贵州工学院路段上安装了百米试验性声屏障以来，我国已经建成投入使用的城市公路及轨道交通声屏障已经达到数千条。

随着技术的革新和行业的进步，声屏障目前的发展趋势主要分为两大方向：(1)增加声学隔离以外的功能属性。声屏障工程耗资巨大，每延米的工程造价均在2000元以上，除了实现常规的噪声控制外，如果能附带其他功能属性，势必提升声屏障的应用价值和推广效益。(2)增大声屏障的插入损失，同时加强中低频噪声的吸隔声效果，从而实现城市公路及轨道交通中低频噪声的控制。我国声屏障技术规范和标准不够细化，致使声屏障吸隔声模块中低频声学性能较差，以TB/T2122-2010《铁路声屏障声学构件技术要求及测试方法》为例，其要求铁路声屏障吸隔声模块的隔声量Rw>25dB，降噪系数NRC>0.7，缺少分频段的细化隔声量和降噪系数参数；而国外发达国家对铁路声屏障声学性能的标准要求相对比较全面，其在20～10KHz以内的 1/3OCT中心频率处隔声量和降噪系数均有详细的规定；我国常规吸隔声模块在中高频范围的声学指标很容易达到甚至超过标准要求，但中低频声学性能较差，这与城市轨道交通中低频噪声控制的需求严重不符。

随着光伏产业的发展，结合声屏障的发展趋势，光伏声屏障应运而生。其将太阳能发电技术与传统声屏障相结合，在声屏障实现隔声性能的同时将太阳能转换为电能，供给其他用电设施。与常规光伏产业相比，光伏声屏障不占用宝贵的城市土地资源，既能降低噪声，又能发电，有着巨大的市场潜力和应用前景。与常规声屏障相比，光伏声屏障不仅可以在整个使用周期内创造可观的经济效益，同时还对城市道路及轨道交通具有明显的美化作用。尽管如此，光伏声屏障工程应用上还需要解决两个核心问题：一是光伏声屏障的吸隔声设计问题，即在不影响透光性的前提下为了保证光伏组件的强度，其内外两侧均由透明钢化玻璃夹持，若直接采用光伏组件作为隔声屏屏体，其吸声效果较差，容易引起噪声反射；二是光伏发电效率问题，即为了降低工程成本，往往采用光伏组件直接代替常规声屏障的中间屏体，从而使得光伏组件垂直安装且仅有外侧能够接收光照，这势必会导致光伏组件发电效率下降。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供一种直弧式光伏声屏障，其目的在于分别将光伏声屏体通过连接钢架安装在中间透明屏体的上下两端，并通过直弧式立柱将光伏声屏体和中间透明屏体两侧固定连接，同时在顶部安装的光伏声屏体上面加装弧形金属吸隔声模块，用于提升声屏障的整体吸隔声效果，采用透明微穿孔板和光伏组件结合形成具有吸隔声性能的光伏声屏体，确保光伏声屏障在中低频范围内具有良好的吸声效果，不仅提高了光伏组件的发电效率，而且简化了光伏组件的结构和安装工艺流程，降低了工程投资成本，利于产业化，此外，直弧式光伏声屏障中间采用透明屏体，能够有效避免车辆行驶过程中的视觉疲劳，直弧式光伏声屏障顶部加装弧形金属吸隔声模块，可有效提升声屏障整体的吸隔声效果。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种直弧式光伏式声屏障，包括直弧式立柱，所述直弧式立柱之间设有光伏声屏体、透明屏体、连接钢架和弧形金属吸隔声模块；其中，

所述弧形金属吸隔声模块置于最顶端，从上到下依次为光伏声屏体、中间透明屏体和光伏声屏体，两者之间均通过连接钢架拼接，两侧通过所述直弧式立柱实现固定连接；以及，

所述光伏声屏体包括光伏组件、透明微穿孔板以及设于所述光伏组件和透明微穿孔板之间的密封空腔。

进一步地，所述直弧式立柱包括第一直弧式立柱和第二直弧式立柱，且所述第二直弧式立柱为圆弧式结构，其一端与所述第一直弧式立柱连接，另一端圆弧朝向路中方向设置。

进一步地，所述光伏组件包括N型双面电池和双玻组件，所述N 型双面电池的两侧均通过所述双玻组件夹持。

进一步地，所述透明微穿孔板为在透明薄板上穿以孔直径为 0.5～1mm的微孔。

进一步地，所述透明微穿孔板的厚度为1mm～6mm。

进一步地，所述透明微穿孔板的穿孔率为1％～15％。

进一步地，所述微孔的间距为2mm～8mm。

进一步地，所述微孔的结构形式为圆孔、方孔、三角形孔、五边形或六边形。

进一步地，所述密封空腔的厚度为50～100mm。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型的直弧式光伏声屏障，将光伏声屏体通过连接钢架安装在中间透明屏体的上下两端，并通过直弧式立柱将光伏声屏体和中间透明屏体两侧固定连接，同时在顶部安装的光伏声屏体上面加装弧形金属吸隔声模块，用于提升声屏障的整体吸隔声效果，采用透明微穿孔板和光伏组件结合形成具有吸隔声性能的光伏声屏体，确保光伏声屏障在中低频范围内具有良好的吸声效果，不仅提高了光伏组件的发电效率，而且简化了光伏组件的结构和安装工艺流程，降低了工程投资成本，利于产业化，此外，直弧式光伏声屏障中间采用透明屏体，能够有效避免车辆行驶过程中的视觉疲劳，直弧式光伏声屏障顶部加装弧形金属吸隔声模块，可有效提升声屏障整体的吸隔声效果。

(2)本实用新型的直弧式光伏声屏障，透明微穿孔板是在透明薄板上穿以孔直径为0.5～1mm的微孔，穿孔率一般为1％～15％，后部留有一定厚度的密封空腔，空气层内不填任何吸声材料。透明微穿孔板主要是利用声波传过时空气在小孔中来回摩擦消耗声能，并利用腔的大小来控制峰的共振频率，腔越大，共振频率越低，从而达到良好的中低频吸声效果。

(3)本实用新型的声直弧式光伏声屏障，直弧式立柱包括第一直弧式立柱和第二直弧式立柱，且第二直弧式立柱为圆弧式结构，其一端与第一直弧式立柱连接，另一端圆弧朝向路中方向设置，并通过弧形金属吸隔声模块、中间透明屏体、直弧式立柱与光伏声屏体实现固定连接。

(4)本实用新型的直弧式光伏声屏障，内部为N型双面电池实现正、背两面同时发电，电池两侧均为透明玻璃钢夹持，无论上午还是下午随着太阳的运动太阳光线入射角度的改变，使得光伏声屏障正背面均具有发电功能，从而提高光伏声屏障的发电效率。

(5)本实用新型的直弧式光伏声屏障，微穿孔的结构形式为圆孔、方孔、三角形孔、五边形、六边形等多种结构形式的通孔，其孔径大小、间距布置均可根据实际城市公路及轨道交通系统自身的噪声情况及居民区隔声需求确定，以实现良好的中低频吸声效果和提高光伏声屏障的发电效率为宜。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种声直弧式光伏声屏障的三维结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种直弧式光伏声屏障的右视图；

图3为本实用新型实施例的光伏声屏体结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例的光伏声屏障光伏组件发电示意图；

图5为本实用新型一个实施例的光伏声屏障发电原理示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为： 1-直弧式立柱、2-光伏声屏体、3-连接钢架、21-光伏组件、22-密封空腔、23-微穿孔板、301-第一直弧式立柱、302-第二直弧式立柱、 4-交流负载、5-公共电网并购、6-直流负载、7-控制器、8-蓄电池组、 9-防反充二极管、10-DC/AC逆变器、11-中间透明屏体、12-弧形金属吸隔声模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型的一种直弧式光伏声屏障，在声学性能方面采用微穿孔的透明PC耐力板和光伏组件结合形成具有吸隔声性能的光伏声屏障屏体，从而确保光伏声屏障在中低频范围内具有良好的吸声效果，同时在光伏发电组件方面，采用单晶双面电池作为光伏组件，使得光伏声屏障正背面均具有发电功能，从而提高光伏声屏障的发电效率；在此基础上，通过在顶部安装的光伏声屏体上面加装弧形金属吸隔声模块，用于提升声屏障的整体吸隔声效果。具体而言，作为本实用新型的第一个核心改进点，微穿孔板吸声结构的理论是在普通穿孔板结构的基础上提出来的。由于普通穿孔板(穿孔直径大于2mm)的声阻很小，因此吸声频带很窄。为使普通穿孔板吸声结构在较宽的范围内有效地吸声，必须在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上声阻较高的纺织物。但是，如果把穿孔直径减小到1mm以下，则不需另加多孔材料也可以使它的声阻增大，吸声系数明显提高，吸声带宽明显增大，这就是微穿孔板。本实用新型中所指微穿孔板是在薄板上穿以孔直径为0.5～1mm的微孔，穿孔率一般为1％～15％，后部留有一定厚度空气层(也称密封空腔，见图4)，空气层内不填任何吸声材料。微穿孔板主要是利用声波传过时空气在小孔中来回摩擦消耗声能，并利用腔的大小来控制峰的共振频率，腔越大，共振频率越低。研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定。微穿孔板的相对声阻率和声抗率可分别表示为：

式中d为微穿孔直径，c为空气中的声速，t为板厚，σ为微穿孔板的穿孔率，μ为空气的运动粘滞系数，ω为角速度。对于非金属材料板，μ＝1.56×10^-6m/s²，对于金属板，由于热传导系数比较大，管中空气涨缩不在为绝热过程，而应视为等温过程，因此μ中应加上空气中的温度传导系数ν，以ν+μ＝3.56×10^-6m/s²代替。

微穿孔板后留深度为D的密封空腔，即组成共振吸声结构，其吸声系数可按照下式计算：

式中θ为声波入射方向与板面法线方向的夹角， x＝ωmcosθ-ctg(ωDcosθ/c)。因此，根据微穿孔板的吸声原理，实现中低频范围内吸隔声性能提升；采用微穿孔的透明PC耐力板和光伏组件结合形成具有吸隔声性能的光伏声屏障模块。

作为本实用新型进一步改进，其光伏声屏障发电原理如下：图5 即为光伏声屏障基本原理图，其中，整个发电输出回路包括光伏组件 21、交流负载4、公共电网并购5、直流负载6、控制器7、蓄电池组 8、防反充二极管9以及DC/AC逆变器10，其可实现的三种工作方式包括：

(1)向直流路灯或装饰灯独立供电：光伏组件由导线连接经防反充二极管向蓄电池组充电，经控制器直接向直流负载供电。

(2)向交流负载供电：光伏组件由导线连接经防反充二极管向蓄电池组充电，经控制器、DC/AC逆变器将直流电转换成交流电，直接向交流负载供电。

(3)公共电网并网发电：光伏组件由导线连接经防反充二极管，由并网逆变器将直流电转换成交流电，并输送到公共电网，实现并网发电。目前以(2)和(3)种工作方式最为常见。

如图1所示，该光伏声屏障包括弧形金属吸隔声模块12、中间透明屏体11、光伏声屏体2、连接钢架3及直弧式立柱1。弧形金属吸隔声模块12置于顶部，从上到下依次为光伏声屏体2、中间透明屏体11和光伏声屏体2，两者之间均通过所述连接钢架3拼接，两侧通过所述直直弧式立柱1实现固定连接。通过在顶部安装的光伏声屏体上面加装弧形金属吸隔声模块，用于提升声屏障的整体吸隔声效果。

如图3所示，光伏声屏体2包括光伏组件21、透明微穿孔板23 以及设于光伏组件21和透明微穿孔板23之间的密封空腔22。透明微穿孔板23是在透明薄板上穿以孔直径为0.5～1mm的微孔，其厚度为1mm～6mm，间距为2mm～8mm，穿孔率为1％～15％，后部留有一定厚度空气层，即密封空腔22，且密封空腔22的厚度为50～100mm。本发明的直弧式光伏声屏障，光伏声屏体包括光伏组件、透明微穿孔板以及设于光伏组件和透明微穿孔板之间的密封空腔，采用透明微穿孔板和光伏组件结合形成具有吸隔声性能的光伏声屏体，确保光伏声屏障在中低频范围内具有良好的吸声效果。

如图2所示，直弧式立柱1包括第一直弧式立柱301和第二直弧式立柱302，且第二直弧式立柱302为圆弧式结构，其一端与第一直弧式立柱301连接，另一端圆弧朝向路中方向设置，并通过弧形金属吸隔声模块、中间透明屏体、直弧式立柱与光伏声屏体实现固定连接。

图5为本实用新型一个实施例的光伏声屏障光伏组件发电示意图，在本实用新型的优选实施例中，光伏组件21采用N型双面电池 +双玻组件。如图4所示，N型双面组件较常规的单面组件在声屏障垂直安装使用中具有明显优势：其一，内部为N型双面电池实现正、背两面同时发电，电池两侧均为透明玻璃钢夹持，无论上午还是下午随着太阳的运动太阳光线入射角度的改变，使得光伏声屏障正背面均具有发电功能，从而提高光伏声屏障的发电效率，而传统的单面组件在上午发电，到了下午就停止了发电了，其发电效果比较低；本实用新型的光伏组件21采用N型双面电池+双玻组件实现垂直安装，与传统的在声屏障顶部假装光伏组件的结构形式相比，不仅提高了光伏组件的受光表面积，而且简化了光伏组件的结构和安装工艺流程，降低了工程投资成本，利于产业化。

在本实用新型的优选实施例中，微穿孔的结构形式为圆孔、方孔、三角形孔、五边形、六边形等多种结构形式的通孔，其孔径大小、间距布置均可根据实际城市公路及轨道交通系统自身的噪声情况及居民区隔声需求确定，以实现良好的中低频吸声效果和提高光伏声屏障的发电效率为宜。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。