光電發電應用於隔音屏障文獻綜述

密西根理工大學的開放式永續發展技術實驗室請聯絡Free Appropriate Sustainable Technology的Joshua Pearce 博士。

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光電發電應用於隔音屏障文獻綜述

• 使用 GIS 的太陽能潛力

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• • Siddharth R. Wadhawan 和 Joshua M. Pearce，大規模光伏噪音屏障部署的電力和能源潛力 - 美國 再生和永續能源評論案例研究80，第 125-132 頁，（2017 年）。https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.223 開放獲取

讀者須知

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筆記

• 第一個光伏+噪音屏障（PVNB）系統於1989年在瑞士安裝。此類系統的主要安裝在歐洲，主要是德國、瑞士和荷蘭。中國和澳洲只有 2 個設施位於歐洲以外。
• 模組設計的類型可分為改造型和整合式設計。

1. 頂部安裝
2. 帶狀泡疹
3. 卡式磁帶
4. 水平之字形
5. 雙面

文獻綜述

這是我的專案主題光伏+噪音屏障系統的文獻綜述頁面

隔音屏障上的光電發電

Nordmann, T. 和 Clavadetscher, L.，2004 年。隔音屏障上的光電發電。光伏進展：研究與應用，12(6)，第 485-495 頁。

本文提出了安裝在隔音屏障上的光電模組的概念。本文簡要概述了歐洲使用 PVNB 的技術現況和進展。論文也展示了PVNB模組設計的原型。

1. 將光伏組件安裝在公路和鐵路沿線的隔音屏障上，具有建成用地的雙重用途、在高度擁擠和高使用率區域發電以及易於施工和維護的優點。
2. 在歐洲實施和測試超過2年的不同類型的模組設計有：
   • 卡式磁帶
   • 之字形
   • 帶狀泡疹
   • 雙面
3. 卡式錄音帶和 Zig 和 Zag 模組結合了聲音反射和聲音吸收技術。也仔細考慮以避免此類設計中的陰影效應。
4. 雙面組件由組件設計兩側的太陽能電池組成。因此，該模組的一側暴露在早晨的陽光下，而另一側則暴露在傍晚的陽光下，從而與單側光伏模組相比增加了能量輸出。

中國地鐵沿線安裝的PVNB的環境效益、成本效益估算和系統描述

顧明、劉Y.、楊J.、彭L.、趙C.、楊Z.、楊J.、方W.、方J.、趙Z.，2012.中國地鐵沿線安裝PVNB的環境影響估算。再生能源，45，第 237-244 頁。

本文介紹了中國城市地鐵沿線安裝的光伏+隔音屏障模組的系統描述、環境效益評估和成本評估。

系統描述：

• 該項目是沿著上海地鐵交通基礎設施安裝的 PVNB。規劃中的公車路線長度為360m。
• 隔音屏障的聲音反射特性是透過使用太陽能電池模組本身來實現的。
• 障礙物路徑的法線方向與南向之間的夾角為67°。因此，光伏組件的安裝方向並不理想。模組安裝在垂直平面配置中。
• 非晶矽（a-Si）太陽能電池因其高光吸收率而被考慮。製造過程更簡單、更便宜。
• 光電模組使用直流接線盒、逆變器和交流電配電箱併網。
• 沿線使用的光伏組件總數為 223 個，其中 216 個相同，其餘 7 個用於調節電壓輸出。
• 同樣在上海，由於污垢堆積，光伏輸出功率減少了 10%。

預測能源

• 能源預測是基於 A. Goetzberger VU Hoffmann 所著的《光伏太陽能發電》一書中提出的公式以及 Klein 和 Theilacker 太陽輻射模型。
• 年平均總輻射計算值為763.2千瓦時/平方米，太陽能高峰小時為763.2小時。年發電量為4274~5495千瓦時。容量係數約為 7.13%，這主要是由於光伏組件的 67° 方向來自南極。

環境效益

• EPBT（能源回收期）一詞用於理解併網光電系統為環境帶來的整體效益。它被定義為，

• 計算得出的 EPBT 典型值為 5.4 年，與光電模組系統 20-30 年的整個壽命相比，這個值非常小。
• 此外，污染控製成本方面的成本節省約為 455-1300 美元/公斤/防止氣體排放。

光伏與隧道形聲屏障集成

Schirone, L. 和 Bellucci, P.，2000 年。關於隧道形聲屏障中的光伏發電整合。載於光伏專家會議，2000 年。第 28 屆 IEEE 會議記錄（第 1644-1647 頁）。IEEE。

該論文討論了用於隧道形聲屏障系統的聲學光伏板。本文也重點討論了系統配置的平衡。

1. 由於屏障的圓形性質，光伏模組安裝在可變的表面方向。因此，每組平行的光伏電池的傾斜角度將會不同。
2. APV 由有助於減少聲音傳播的下基板組成，而光伏模組則安裝在其頂部。必須考慮光伏組件的散熱，以避免光伏電池過熱。
3. 此類光電模組配置的 BOS 應能處理以不同傾斜角度安裝的不同組件。
4. 一類是每台APV配備獨立逆變器，可直接併網。不同的表面方向不是問題，因為每個面板都配備了最大功率點追蹤器並並聯在交流側。還實現了安全操作和軟性能降級。
5. 三相或單相 AC-APV 面板的一個選項是光伏模組與逆變器的內部連接，形成三相線路。逆變器的輸出可以是星形連接的三相交流電或並聯連接的單相交流電。然而，該系統的主要缺點是低壓電路中的交流電流造成的損耗，且逆變器不易接近。

加拿大光電隔音屏障

Remmer, D. 與 Rocha, J.，2005 年 8 月。光伏隔音屏障-加拿大。在 SESCI 2005 會議上。

該論文是關於加拿大 PVNB 系統潛力的研究。加拿大安大略省被考慮研究 PVNB 的潛力。本文也討論了各種 PVNB 設計、加拿大的隔音屏障立法和標準。

• 加拿大安大略省的交通網絡總長約15,000公里。然而，安大略省南部地區道路和人口高度集中，建造隔音屏障一體成型光伏發電的潛力很大。
• 安大略省高速公路總長度中，40-50% 為東西向，25-35% 為南北向，15-25% 為東南、東北、西南方向或西北方向。
• 因此，主要高速公路最適合理想的南向光伏電池板。對於已經有聲屏障的高速公路，我們可以採用Shingles和Top Mounting PVNB的改造技術。對於NS面向的道路，可以採用雙面PVNB技術。
• 在安大略省，現有的隔音屏障已建成 155 公里，並且每年新增約 5 公里。聲音屏障主要由混凝土製成，其餘由木材或金屬建造。對於位於城市區域之外的隔音屏障，可以使用具有反射特性的隔音屏障。因此，對於聲音反射用途，我們可以使用標準光伏組件，其中透明基板充當反射組件。
• 安大略省的年太陽輻射量是使用光伏專案的 RETScreen 模型估算的。結果表明，傾斜角度為30-45°時，年均最大輻照量為1.55Mwh/sq.m-yr。同樣，對於 NS 導向的道路，平面導向光伏板的最大年平均輻射量約為 1.4Mwh/平方米年。
• 據計算，在安大略省現有隔音屏障中使用 PVNB 技術的最大能源產量約為 20 GWh/年。然而，該值不包括由於隔音屏障周圍的樹木和其他結構造成的陰影效應。
• 加拿大缺乏 PVNB 技術的一個主要原因是政府設定的 55dB 的高噪音限制。這高於世界衛生組織標準45dB和歐洲標準40-49dB左右。因此，嚴格規則的實施將導致加拿大增加更多的PVNB技術。
• 此外，對於光伏與隔音屏障系統的集成，也需要製定新的標準，因為現有的隔音屏障標準並未考慮光伏集成隔音屏障系統。

整合式光伏噪音屏障：六個創新的 10kWp 測試設施德國/瑞士技術和經濟的成功故事

Nordmann, T.、Reiche, K.、Kleiss, G.、Frölich, A. 和 Goetzberger, A.，1998 年 7 月。整合式光伏隔音屏障：六個創新的 10 kWp 測試設施，德國/瑞士技術和經濟的成功故事！第二屆世界光電太陽能轉換會議暨展覽會，奧地利維也納（第 2486-2491 頁）。

本文介紹了安裝在德國和瑞士的 6 種不同類型的 PVNB 組件的監測結果。在監控方面，使用相同的監控硬體對所有組件的光伏和噪音阻尼特性進行了比較。

• PVNB 德國（慕尼黑 A96 高速公路）盒式 - 9.9kWp

1. 高度整合設計，易於安裝。
2. 測量了衡量光電模組能量輸出性能的性能比。這些值在 0.55（7 月）和 0.79（2 月）之間變化。
3. 性能不佳的主要原因是散熱效率低。組件設計使得夏季組件工作溫度達到51.9℃，而2月份組件溫度約為30.9℃。
4. 性能指數偏低的另一個原因是上層模組對下層模組產生的自遮陽效應。
5. 另一個原因是面板因故意破壞而損壞。

• PVNB 德國帶狀皰疹類型 - 9.1 kWp

1. 帶狀皰疹型設計是一種高度緊湊的改造設計。因此在這個原型設計中我們可以讓每公尺道路的能量輸出更多。
2. 性能比在0.59（一月）-0.7（五月）之間變化。由於空氣對流有助於降低模組溫度，模組的平均工作溫度適中。
3. 然而，該模組也受到自遮陽效應的影響。由於上部模組的遮蔽效應，下部模組的輸出減少。由於遮光造成的最大損失約為4%。

• PVNB 德國 Zig-zag 型 10.08 kWp

1. 在這種類型的設計中，光伏模組堆疊在光伏電池板和噪音吸收表面的交替平面上。該設計具有美觀的外觀。
2. 然而，光伏板的傾斜角度為 75°，而最佳傾斜角度為 35°。這極大地影響了光伏板的能量輸出。
3. 此外，除非在工廠預製，否則這些模組的安裝需要很長時間。
4. 績效指數在 0.69（7 月）至 0.79（2 月）之間變化。
5. 此外，由於光伏板的高傾角，也避免了自遮陽效應。

• PVNB 瑞士（A1 高速公路）型雙面 - 10kWp

1. 這是德國TNC的專利設計。此原型模組設計有利於南北向的道路。
2. 這些電池板沿著高速公路兩側垂直放置，在光伏和隔音屏障功能方面提供了最高水準的整合。光伏模組本身就是噪音阻尼結構。
3. 位於組件兩側的光伏電池板有助於捕捉正面（東）和背面（西）的太陽輻射。然而，與正面相比，背面的輸出較低。模組的性能比在0.69-0.56之間變化。

• 噪音防護特性。

1. 為了了解不同模組設計提供的噪音防護效果，根據 ISO 10847 對模組進行了測試，該標準涉及所有類型室外隔音屏障插入損耗的現場測定。
2. 在上述模組設計中，之字形和盒式模組具有吸音特性。木瓦和雙面作為聲音反射模組。
3. 不同類型模組的良好保護特性可概括如下：

光電發電與聲音屏障的結合－可行性研究

德·謝珀，艾倫，等人。“結合光伏發電和聲屏障——可行性研究。” 再生能源 46 (2012): 297-303。

本文討論了光伏噪音屏障的經濟和生態可行性。假設的案例研究是比利時圖伊爾特地區的 E313 高速公路。

1. PVNB 是空間受限光伏結構的替代技術。
2. 基於淨現值、內部報酬率、投資回收期和折現投資回收期對PVNB系統進行成本效益分析。生態效益也以貨幣收益的形式表達。對光伏結構和隔音屏障的經濟和生態效益進行了共同和單獨評估。
3. 太陽能板評估

太陽能電池板的成本效益分析表明，該電池板盈利，IRR 為 8.07%。該系統的投資回收期約為 9.7 年。減少二氧化碳排放在金錢收益方面的好處很小，但對於獲得綠色電流證書很重要，這主要影響光伏板的獲利能力。

1. 噪音屏障評估

隔音屏障僅俱生態效益。為了計算隔音屏障帶來的生態效益的貨幣價值，使用了顧客的陳述偏好和顯示偏好。在規定的偏好中，任何客戶願意為改變周圍的噪音環境品質而支付的金額被用來計算貨幣收益。在顯示偏好中，使用房價和噪音負荷數據來觀察客戶行為。透過使用享樂定價方法，可以評估人們願意支付更多費用的程度。特徵定價的結果可以用噪音敏感度折舊指數（NSDI）來描述，即聲級每增加一分貝，房價就會下降。隔音屏障的使用壽命為 25 年，有機會獲利。此外，透過減少噪音滋擾所帶來的生態效益，還可以收回對隔音屏障的大量投資。

1. PVNB 評估：

PVNB 整體獲利，IRR 為 5.67%，投資回收期為 12 年。然而，影響獲利能力的主要因素是綠色電流證書和政府對太陽能專案的補貼。

PV 無聲 - 保持「高速公路沿線」世界紀錄 - 運行 6 年後，透過為 718 kW 光伏聲屏障的部分部分重新供電而獲得性能增益。

Grottke, M.、Voigt, A. 和Hartl, F. (2010)“PV 無聲- 保持“沿高速公路”的世界紀錄- 通過在運行6 年後為718 kW 光伏聲屏障的部分部分重新供電而獲得性能增益”， 。

本文討論了慕尼黑機場附近弗賴辛地區安裝的不同類型的光伏+隔音屏障系統。本文重點在於不同類型光電子系統的性能分析。

• 子系統1：獨立聲音屏障的光伏組件
• 子系統2：具有整合噪音屏障的陶瓷光伏組件
• 子系統3：具有整合噪音屏障的重組玻璃陶瓷光伏組件

子系統 1 於 2002 年安裝，其中光伏電池板放置在隔音屏障的頂部。子系統 2 採用了具有降噪功能的新型陶瓷光伏模組。然而，由於陶瓷光伏組件變色，光伏組件採用重組玻璃過度建造。

• 性能分析：

上述子系統的性能分析是基於2009年1月至2010年7月的15分鐘電錶資料進行的。此外，逆變器或光電組串故障也沒有持續監控，僅透過分析無系統故障的交流發電量和每日交流發電量來檢測。結果表明，子系統 3 的性能優於其他兩個系統，該光伏組件的性能分別比子系統 1 和子系統 2 好 5% 和 20%。影響光電模組性能的另一個主要因素是逆變器故障，據觀察，即時逆變器電平監控對於從光電模組獲得最佳產量至關重要。

光伏聲屏障的品質問題

Schirone, L.、P. Bellucci 和 U. Grasselli。“光伏聲屏障的品質問題。” 光伏能源轉換，2003 年。第三屆世界會議論文集。卷。3. IEEE，2003。

本文深入探討了設計整合式光伏噪音屏障系統時需要考慮的品質問題。品質不僅指光伏聲屏障的電氣和聲學功能，還涉及安全性、易於維護性和視覺衝擊。光伏聲屏障品質標準的定義不僅對系統設計人員很重要，而且對最終客戶也很重要，以便可以完成與調試和驗收測試相關的活動。光伏聲屏障系統設計時應符合以下品質參數

1. 尺寸和方向正確
2. 桿、支架或鄰近結構的遮陽影響最小。
3. 符合適用的建築和電氣規範。
4. 接線、開關和逆變器的電氣損耗最小。
5. 正確接地。
6. 優質電力輸出。

此外，在 PVNB 系統的設計過程中，也應注意以下事項：

• 建築設計：

光伏組件應自然地融入聲音屏障形狀。此外，PVNB 系統的設計應該是靈活、適應性強，並具有令人愉悅的美學價值。

• 功能：

PVNB 設計必須滿足消音和太陽能轉換的要求。由於光伏工程師、聲學專家、政府機構、公路/鐵路管理機構等不同利益相關者的複雜性，應制定適當的指導方針來檢查整個 PVNB 系統的工作情況。目前光伏陣列和隔音屏障的現場測試分別按照IEC-61829和EN-1973標準進行。#光伏性能：光伏陣列的傾斜角度應足夠最佳，以避免土壤堆積和結構對噪音的需求減少。良好的熱設計有助於降低光伏工作溫度，從而提高其輸出。逆變器輸入工作範圍與由於溫度或輻照變化而導致的光伏陣列輸出波動之間應該有良好的匹配。

• 聲學性能：

由玻璃或有機玻璃板組成的光伏面板往往具有固有的聲音反射特性。因此，整合設計應仔細設計，以避免縫隙、聲學短路和聲頻共振。

• 安全：

PVNB系統的安全性應從車禍和火災蔓延方面進行設計。此外，PVNB 系統不應有任何掉落的屏障部分，並且應設計成能夠承受汽車或破壞者的任何石塊撞擊。PVNB 的設計應確保操作員能夠安全且輕鬆地進行操作。在調整光電板方向時也應特別小心，以避免對駕駛者產生眩光。

• 耐用性：

機械結構應經過精心設計，能承受風、雨、雪等最惡劣的環境條件。面板應能承受任何環境條件，如腐蝕、污染和污垢。

• 可維護性

系統的可靠性也取決於系統的維護。光伏板的保證壽命約為 25-30 年。但逆變器的生命週期為3-4年，因此應定期對光電系統進行維護。此外，透過持續監控光伏陣列、逆變器和系統組件的平衡，還可以實現 PVNB 系統的最佳運作。

義大利PVNB評估

貝魯奇，P.，等人。“評估義大利國道沿線隔音屏障的光伏潛力。” 光伏能源轉換，2003 年。第三屆世界會議論文集。卷。3. IEEE，2003。

本文闡述了PVNB 在義大利國家公路上的潛力。本文利用GIS方法對光伏發電潛力進行了評估。可用於實施PVNB系統的道路範圍的估計是透過基於交通流量、氣象條件、全球輻射和周圍環境的一組演算法來完成的。

• 交通模擬

透過使用應用於道路連接和道路交叉口的數值交通模型來模擬交通系統。透過此模型，可以確定主要旅客的出發地和目的地。

• 聲學模型

採用以法國模型NMPB的聲學模型對噪音污染區域進行預測。該模型有助於根據輕型車輛的聲音功率、重型車輛的百分比、車輛流量的速度和每小時的車輛數量來評估接收器位置處的等效連續功率/公尺水平。本文研究了雙流、各流向的單、雙道路車道的3種主要道路拓樸結構。此模型有助於確定從道路邊緣計算的噪音污染區域的範圍，從而有助於確定隔音屏障系統的長度。

• 地理資訊系統模型

利用GIS模型估算不同聲音污染地區的輻照水準。特別考慮排除陰影區域。輻射量的計算採用Hillshade方法應用於步長250m的數位地形模型。直接和擴散照射低於 50% 的細胞則被丟棄。此外，道路和方形小區的交叉點也用於確定有利於 PVNB 安裝的位置。

• 光電潛力估算

潛在光伏能量的估算是基於 ENEA 發布的水平輻射數據。此外，還考慮了傾斜角和方位角對輻射水平的影響，並將年輻射繪製為傾斜角和方位角的函數，以獲得最佳的光伏電池板方向。研究表明，傾斜 35°、方位角 0° 時可獲得最大照射量。小於 25° 的傾斜角會促進灰塵積聚，從而降低光伏板的產量。對應於南北方向的 90° 方位角在照射水準方面不合適。然而，透過使用雙面光伏組件可以恢復部分光伏潛力。

結果表明，假設性能比為 70%，PVNB 潛力可總結如下

PVNB 在歐洲的潛力

Goetzberger, A.、T. Nordmann、A. Frölich、G. Kleiss、G. Hille、C. Reise、E. Wiemken 等人。“歐洲光伏隔音屏障技術的潛力。” 在過程中。第 16 屆歐洲光伏太陽能大會，格拉斯哥，第 16 頁。2912. 2000.

該論文討論了 PVNB 系統在歐洲的潛力，特別是在英國、德國、瑞士、荷蘭、義大利和法國。然而，這些國家的結果被推論到其他歐盟成員國。

PVNB系統的類型根據鐵路和公路網的方向進行分類。鐵路和公路網的方向被劃分為 1:1 地理等級。PVNB的潛力分為以下幾個部分：

• 理論潛力：理論潛力相當於將 PVNB 應用於所有現有和新建的鐵路和公路項目，而不考慮遮陽效應。因此，理論潛力提供了每個國家 PVNB 系統的上限。結果顯示，主要潛力位於倫敦和巴黎等大都市地區。年產量的約 65% 用於道路基礎設施，其餘 35% 用於鐵路。
• 技術潛力：技術潛力相當於目前規劃的鐵路和公路的 PVNB。此外，現有的 NB 也將透過光電系統進行升級。考慮了遮光效應，並對每個 1 x 1 地理度數進行 NB 方向。技術潛力結果顯示，公路沿線總計 584 Mwp，鐵路沿線總計 217 Mwp。德國和荷蘭潛力大。
• 短期潛力： 短期潛力適用於截至目前計劃的所有隔音屏障。NB 被分為 1 乘 1 地理等級。短期潛力表明，瑞士、德國和荷蘭在PVNB系統方面具有巨大潛力。法國、義大利和英國由於噪音屏障規劃不善，國家政策並不有利。
• 預期潛力：預期潛力是基於對PVNB系統相對於其他類型再生能源的經濟競爭力以及在噪音屏障上引入PV的政治意願的全國性分析。德國和瑞士在此類系統方面一直處於領先地位，預期潛力顯示出良好的成果。荷蘭對 PVNB 採取中立態度，因為參與隔音屏障安裝的各方較少，且城市地區隔音屏障的經濟可行性和可及性。在英國和義大利，由於公路和鐵路沿線隔音屏障的使用率較低，而且缺乏對光伏發電併入電網的激勵措施，PVNB 的潛力非常低。由於光伏發電併入電網的價格誘因非常低，並且缺乏有關 PVNB 系統的技術知識，法國的潛力較低。

透過將長度密度乘以其他國家的平均短期潛力，進一步推論其他歐盟國家的短期潛力。結果顯示，西班牙是PVNB最具潛力的國家。

帶有陶瓷光伏模組的 500kWp 光伏聲屏障

M. Grottke、T. Suker、R. Eyras、J. Goberna、O. Perpinan、A. Voigt 等人。光伏無聲—「高速公路沿線」世界紀錄—採用 500 kWp 和陶瓷光伏組件的光伏聲屏障（2003 年）

該論文討論了世界上最大的 500kWp 光伏隔音屏障系統的技術方面。討論了具有噪音屏障的陶瓷整合光伏的新穎實現方式。

1. ISOFOTON開發了兼具降噪和光伏生產能力的陶瓷光伏組件（I-50CER）。開發整合PVNB的主要問題是重量，因為出於降噪目的，光伏組件的最小重量應為25公斤/平方米。因此陶瓷基板被用於光伏電池。ISOFOTON I-50CER 模組提供 32dB 的噪音衰減水準。用於現場安裝的面板已預先組裝到鋁框架上。
2. 500kWp光電系統由2個光電場組成：裝置功率為338kWp的陶瓷基光電模組及裝置容量為162kWp的標準光電模組。此陣列略微彎曲，面向南，傾斜角為 30 度。標準模組位於下部，由混凝土結構支撐，充當隔音屏障。陶瓷模組安裝在標準模組的頂部。兩個光伏系統都保證了良好的通風，因為標準系統允許空氣進入模組排下方並沿著承載光伏模組的結構排出。
3. 為了測量各個光伏模組類型的性能，每種技術的參考模組並排放置在隔音屏障的頂部。這些參考模組具有整合溫度感測器。
4. 兩種模組類型的效能結果並沒有顯示出顯著差異。兩個光電模組的短路特性相同。然而，就溫度行為而言，陶瓷面板在白天變得更熱，兩種模組類型之間的最大溫差為 5 開爾文。
5. 在兩種模組類型的性能中觀察到的另一件事是，標準模組的交流性能在太陽正午附近是對稱的，但對於陶瓷模組來說，性能比在中午之前較高，在下午較低。此特性與面板背面通風不均勻有關。
6. 標準光電模組的性能比為0.7-0.75，而陶瓷光電模組的性能比為0.71-0.76。此外，由於戶外暴露，光伏組件的功率下降了 1.6%。

澳洲條件下的無噪音電源-PVNB 潛力

[1]

本文回顧了歐洲在 PVNB 技術設計和安裝方面的進展。作者概述了該技術對澳洲道路和氣候的潛力。

1. 澳洲的地理範圍和氣候特徵的變化，所使用的 PVNB 模組類型取決於站點位置及其方向。凱因斯（澳洲北部）和雪梨（澳洲南部）平面上的輻照事件有差異。
2. 作者使用 ECOTECT 工具分析了木瓦類型設計的遮陽效果。結果表明，下部木瓦結構在夏季存在遮陽問題。此外，透過正確定位上層木瓦，我們可以減少對下層木瓦的陰影影響。
3. 對澳洲不同地區的粗略估計顯示，昆士蘭州總共有20公里的隔音屏障，維多利亞州將有20-30公里的隔音屏障，雪梨地區將有接近16公里的隔音屏障。這些區域是可以作為改造或整合設計安裝光伏組件的潛在區域。

南北雙面概念及其在德國的潛力

諾德曼，Th. 和Götzberger, A. (1995) 高速公路聲屏障：雙面南北概念和德國的潛力，第13 屆歐洲光伏和太陽能會議暨展覽會，1995 年10 月23 日至27 日，法國尼斯，第17 頁。707-709

該論文提出了雙面光伏技術的概念，作為傳統南向光伏組件的替代方案。這些面板是為南北向的道路實施的。結果表明，面板對灰塵的抵抗力較差，並且灰塵導致的輸出性能下降可以忽略不計。雙面組件的產量幾乎等於傾斜的南向最佳取向面板。最後，本文透過將整個地區劃分為 63 個網格方格，展示了德國 PVNB 的潛力，並計算了該工廠的樂觀、技術和短期潛力。

荷蘭國家公路和高速公路沿線的光電發電潛力

梅佩林克，桑德。“荷蘭國家高速公路 (Rijkswegen) 沿線光伏發電的潛力 對光伏隔音屏障潛力的分析。” （2015）。

上述文件是評估PVNB系統對荷蘭國家高速公路和道路的潛力的論文報告。該研究旨在估計到 2030 年 PVNB 系統的潛力。考慮的基本點是實施該系統的不同可能性、隔音屏障上可用於光伏發電的區域以及這些區域的太陽輻照度、這些系統產生的電力系統、光伏噪音屏障的性能及實施光伏噪音屏障系統所涉及的實際因素。

• 文獻綜述：

為了使光伏能源具有成本效益並與其他能源相比具有競爭力，其價格應與其他能源相比具有競爭力。然而，由於光電模組價格下降、財政誘因以及當地能源價格較高，光電能源與其他能源相比具有競爭力。太陽輻射以直接、漫射和反射的方式在地球表面被接收。以下術語有助於評估地球表面接收到的輻射水平。

全球水平輻照度（GHI）：表示到達水平地球表面的輻照度。它又分為直接水平照射（DHI）和漫射水平照射（DFI）。

直接法向輻照度（DNI）－地球表面垂直於太陽方向所接收到的輻照度。

光電發電能量輸出可定義為：

P= 功率（瓦） G= 輻照度（w/sq.m） A= 面積 標稱效率= STC 下的效率。PR=績效比

標稱效率是光伏電池板在標準溫度條件下提供的效率。通常約為 20.4%。性能比考慮了系統平衡和其他環境條件（例如溫度、陰影和灰塵）的損失。作為保守值，我們認為 PR 為 0.75。在決定使用的光伏陣列類型時應考慮這些因素。在當今市場上，我們擁有晶體矽 (C-Si) 光伏組件和薄膜技術。C-Si 面板體積龐大，需要支撐框架。然而，薄膜本質上非常柔韌。道路和高速公路周圍的光伏能源可獨立用於為路燈、標誌、導燈和反光板供電。對於大型系統來說，產生的能量也可以傳送到電網。本報告討論了更大的系統，並且主要討論了 PVNB 技術。荷蘭用於大型光電廠的土地資源非常有限，因此PVNB技術在荷蘭非常有用。此外，人口稠密地區的大型公路和鐵路網絡為 PVNB 系統提供了巨大的潛力。

• 方法

該方法涉及確定 PVNB 系統在荷蘭潛力的步驟。為了估計潛力，有必要選擇適當的研究區域和數據。該研究領域正在開發道路模型並計算該國不同地區的太陽輻射水平。使用的數據是道路的範圍、類型、速度限制以及沿道路安裝的隔音屏障。為了計算太陽輻照度，使用了數位高程模型，將模型輸入GIS軟體以計算荷蘭不同地區的輻照度水平

為了評估任何位置是否適合 PVNB 應用，將道路分為不同的方向。每個方向對應於最佳輻照產量因子和可安裝的系統類型。利用GIS的Solar Analyst工具計算全年輻照值的輻照水準。根據輻照水平，將區域分為日照評分區域。這些地區的光電發電潛力由上述公式決定。

• 與實施相關的實際因素

1. 適當的組織和財務清晰度。應定義與可用能源開發相關的利害關係人和相關方。通常，該項目屬於聯邦公路管理局的管轄範圍，因為他們擁有主要道路及其周邊幾公尺的區域。然而，在大多數情況下，聯邦公路管理局擁有的土地被租賃給第三方（公用事業公司），然後由第三方利用所產生的能源。
2. 在營運方面，應調查維護、周圍環境（防止植被生長，以避免遮蔽）、破壞行為（塗鴉）和竊取光伏板。
3. 設計考量包括適當的噪音消除或反射、性能（自遮陽效果）、安全性。

高速公路聲屏障：科技進步的最新成果與新概念

托馬斯·諾德曼和阿道夫·戈茨伯格。“高速公路聲屏障：技術進步的最新成果和新概念。” 光伏能源轉換，1994。第二十四屆會議紀要。IEEE Photovoltaic Specialists Conference-1994，1994年IEEE第一屆世界會議。卷。1. IEEE，1994。

該論文討論了將光伏單元整合到聲音屏障中的可能性。作者評估了南北向道路的雙面光伏組件，並監測與組件定位和污垢堆積相關的光伏發電量。

• 最初，光伏聲屏障技術被稱為僅適用於東西向的道路。然而，使用雙面太陽能電池可用於南北向的道路。
• 對於雙面太陽能電池，約 17% 的漫射光和 4% 的直射陽光因模組空氣-玻璃界面處的反射而損失。但透過採用特殊的鋸齒脊結構設計，反射損耗可降低10%。
• 為了評估雙面原型的潛力，使用了 3 個歐洲太陽能測試儀器，分別安裝在東、西、南 45 度方向。監測感測器的結果顯示，東西向輻射量與南向感測器相當。
• 為了研究污垢對光電發電量的影響，將模組安裝在不同的高度。結果表明，污垢水平並不顯著，並且最高和最低安裝面板之間的輻照水平較小。但冬季土壤污染和排放量較高，導致產量下降。

聲音屏障系統薄膜太陽能組件的優勢

Rüther, R. 和 G. Kleiss。“薄膜太陽能組件在外牆、聲音屏障和屋頂安裝光伏系統中的優勢。” EUROSUN'96 (1990) 的會議記錄。

本文介紹了使用薄膜技術（即 a-Si 和 Cd-Te）進行聲音屏障應用的優點。

• 薄膜光伏組件具有良好的溫度係數，非常適合垂直安裝應用。這些模組也有利於太陽輻射入射的光譜密度。
• 從地面反射的輻射能比例（反照率）和污染效應是設計垂直光伏噪音屏障時需要考慮的重要方面。積雪覆蓋地區的地面反照率最高，而土壤平原的地面反照率最低。垂直安裝的光伏板在防污和積雪方面表現較好。
• 市售的 a-Si 和 CdTe 薄膜模組具有背面玻璃蓋，可作為穩定、剛性且防風雨的蓋子。該蓋板還提供噪音反射特性，這對於整合 PVNB 系統非常有用。
• 晶體矽光電模組（C-Si）的溫度係數相當高。在高溫下，C-Si 模組的效率顯著下降，其效率與 a-Si 模組相似。
• 對垂直、45 度傾斜和標準 STC 下典型冬季和夏季太陽正午測量的光譜太陽輻射水平進行了實驗分析。冬季光譜太陽輻射水平不利於薄膜光伏組件運行，而夏季光譜太陽輻射水平則適合薄膜光伏組件運行。垂直和 45 度傾斜位置的照射水準也相當。
• 上述因素表明，與 C-Si 模組相比，a-Si 和 CdTe 薄膜模組具有良好的性能比。這主要是由於薄膜模組具有更好的溫度係數。

光電基礎設施一體化

Grasselli, U.、L. Schirone 和 P. Bellucci。「光電發電基礎設施整合」。清潔電力，2007 年。ICCEP'07。國際會議. IEEE，2007。

本文討論了設計多功能整合光伏技術時的基本整合問題。在這個案例中，作者談到了與光伏整合隔音屏障相關的問題。對於PVNB，可以透過犧牲低重量、元件之間無聲短路的耦合以及特定頻率下的諧振的要求來實現高性能。然而，整合光伏板有助於降低成本，因為光伏板憑藉其設計和材料可以實現雙重用途。作者提到了設計PVNB系統時必須考慮的不同參數，包括適當的電站建造、正常運作條件下的安全性和道路事故期間的安全性、光伏性能、聲學性能、耐久性評估和系統的可維護性。

荷蘭A9高速公路光電隔音屏障監測結果

范德博格、NJCM 和 MJ 詹森。“荷蘭 A9 高速公路的光伏隔音屏障。” 監測計劃的結果（2001 年）。

該報告提供了荷蘭A9高速公路沿線安裝的光電系統的監測結果。

1. 此光電系統由720個A型逆變器的交流組件和1440個B型逆變器的交流組件組成。監控系統基於分散式資料採集系統。它由全域資料擷取單元、監控資料擷取單元和分析資料擷取單元所組成。
2. 全球監測結果顯示了每月的能源產量。此外，平面內輻射數據是從分析數據單元的參考單元測量的。數據顯示，採用 A 型逆變器的模組具有更好的性能。
3. 監控數據單元有助於發現光伏組件中的任何故障或異常工作狀況。Wh 讀數中的能量產生數據用於確定它。A 型逆變器的運作缺陷率低於 1%，而 B 型逆變器的運作異常值最多為 6%。
4. 利用分析監測數據計算每月效率數據、組件效率、交通灰塵影響、DC/AC效率、電網幹擾以及輻照分佈和組件溫度。

監控系統的結果表明，A 型交流模組性能良好，而 B 型交流模組故障率較高。交通揚塵的累積造成了嚴重的能量損失，應定期進行清潔。

隔音屏障設計手冊

美國聯邦公路管理局隔音屏障設計指南

• 聲學考慮因素

1. 隔音板的重量應至少為 20 公斤/平方米，以達到 20 分貝的聲音損失。屏障高度應足以確保只有一小部分聲音在邊緣繞射。平行聲屏障之間的聲音反射會導致其性能下降。對於相互重疊的屏障設計，重疊長度與間隙寬度的比率應為4:1。

• 隔音牆類型

1. Noise Berm: Not Aesthetic, needs adequate drainage requirement, accessibility around noise berm to be considered.
2. Post and Panel Wall: Possibility of sound transmission leaks between stacked panel and panel to post connection. Special considerations for wind loading.
3. Free standing Pre cast concrete: Issues with construction since pre cast requires transportation and traffic implications.
4. Noise Wall: The noise wall structures are usually placed with noise berm and are made up of concrete, wood, plastic, glass, metal and composites.

• AESTHETIC CONSIDERATIONS

Landscaping, Alignment changes, sloping of panels, drainage should be considered.

• DRAINAGE AND UTILITY CONSIDERATIONS

Proper water drainage shall be considered. Also care shall be taken for placing road signs, traffic instruments along the noise barriers. Also overhead and underground utility components shall be checked.

• Structural Considerations

Panel expansion and contraction shall not be constricted. Proper loading data for wind, snow shall be considered. Proper design of barrier footing.

• Safety Considerations

Fire Safety of the barriers should be considered. Also provisions for emergency access shall be considered. Glare properties of the noise barriers shall be checked.

• Cost Considerations

1. Transportation of Material, Equipment, and Work Force costs.
2. Quantity of Barrier :The unit cost of a small quantity of a noise barrier will likely cost more than the unit cost for larger quantities of a barrier.
3. Material Availability: The materials must be specially ordered, or if long manufacturing lead time is required, construction schedules can be affected, adding costs to the barrier construction.
4. Traffic Protection and Detours:The cost of traffic protection/detours may increase barrier installation cost. The contractor may charge a higher unit cost for barrier construction performed close to traffic as compared to construction in a less restricted area.

Photovoltaics noise barrier: acoustic and energetic study

doi:10.1016/j.egypro.2015.11.797 A. Vallati, R. de L. Vollaro, A. Tallini, and L. Cedola, "Photovoltaics Noise Barrier: Acoustic and Energetic Study," Energy Procedia, vol. 82, pp. 716–723, Dec. 2015.

In this paper the best shape of the barrier to optimize the acoustic and energy properties is studied. For the evaluation of acoustic characteristics of the barrier has used the software SoundPLAN. They were studied and compared models of various barrier different from each other for orientation and tilt of the element relative to the horizontal diffracting main barrier. The study was performed with the same boundary conditions, with the same characteristics of the noise source and other conditions including materials, absorption, reflection and morphology of the land etc.The equivalent levels of emission source of the road day and night are are calculated by the software according to the standard NMPB manually setting the percentages of traffic TGM (Average Daily Traffic veh/24h) according to data ANAS and Autostrade for Italy with percentages of heavy vehicles by about 26% during the day and slightly less than 10% in night. In the definition of the way you set the cruise speed of cars and heavy vehicles respectively equal to 130 km/h and 80 km/h (day and night).Then a study of the shape best for the energy yield of PV modules was performedintegrated element diffracting the noise barrier.The study was performed by analyzing the energy yield in terms of kWh / year for a plant of 1 kWp of photovoltaic panels installed on the element diffracting thin film of each of the solutions discussed. The analysis has been performed for the 4 test solutions on each of the four orientations of the road set by dividing the quadrant north-south-west-east in 8 equal wedges. Then the guidelines were defined: a) North-south, b) East-west, c) North-east southwest, d) Northwest southeast.the best solution was found to be the one with diffractor tilted 60 degrees from the vertical,

PV in non building structures-A design Guide

IEA Report on design guides for PV in non building structures

Photovoltaics can be instaled in non building structures like car sheds, street lights, information signs and noise barriers. The report summarises the necessary design considerations and also presents some design strategies to facilitate use of PV in non building structures. For PV noise barrier the main problems involve vandalism, theft, soiling, repair and replacement. In order to mitigate the risks of theft and vandalism smart designs shall be used which make the panels protected from thefts and vandalism. Also for retrofit solutions special considerations shall be made to make the mounting components for PV and the non building structure to be separated so that they can be mounted or dismounted independently.

Highway Renewable Energy: Photovoltaic Noise Barriers

FHWA, 2017. Highway Renewable Energy: PV Noise Barriers.

摘要：高速公路光伏隔音屏障（PVNB）代表了隔音屏障系統和光伏系統的結合，旨在減輕交通噪音，同時產生再生能源。PVNB 於 1989 年首次在瑞士部署，現在已在多個國家出現，交通機構一直在尋求多種方法來利用其基礎設施。PVNB 的經驗記錄在文獻中並透過一系列訪談進行補充，提供的證據表明隔音屏障可以設計用於生產可再生能源，而不會影響其降低噪音的能力，並且安全地進行。PVNB 的商業案例通常取決於是否有補貼或其他促進再生能源市場的獎勵措施。儘管國內第一條高速公路 PVNB 尚未建成，但目前至少有兩個州交通部正在與合作夥伴合作，在美國進行 PVNB 試點。考慮到美國隔音屏障的覆蓋範圍很大，美國隔音屏障每年的太陽能發電潛力可能至少為 400 吉瓦時，大致相當於 37,000 個家庭每年的用電量，甚至可能更高。

美國的隔音屏障 - 總結報告

美國聯邦公路管理局關於美國噪音和隔音屏障的報告

該報告旨在提供有關高速公路交通噪音問題以及美國對此問題的應對措施的資訊。

• 在美國，78%的道路和高速公路歸地方政府管轄，19%歸州管轄，其餘歸聯邦所有。
• 美國的城市道路長約 1000 英里，佔車輛行駛里程的 64%。農村公路約3000英里，佔36%。
• 公路沿線的土地利用和規劃控制是一個複雜的問題，涉及的因素較多，參與方較多。通常，鼓勵州和地方政府在高速公路沿線使用土地，以避免在噪音敏感高速公路沿線使用土地。同樣在美國的一些地區，法律規定高速公路沿線住宅開發的開發商必須負責降噪措施。
• EPA 將重型和中型卡車在距離行駛中心線 50 英尺處的最大噪音水平設定為 80 分貝。
• 噪音水準使用 2 個術語 Leq 和 L10 進行描述。前者對應於全天的等效噪音水平，而後者對應於一天中最吵雜時間超過10%的時間的噪音水平。不同的噪音抑制水準可以定義為：

• FHWA 法規對將降噪視為新建或擴建高速公路的功能的項目和將降噪視為現有高速公路改造功能的項目進行了區分。前者被定義為I類項目，後者定義為II類項目。
• 到 2004 年底，45 個州交通部和波多黎各聯邦已經建造了超過 2,205 英里的線性屏障，耗資超過 27 億美元（以 2004 年美元計算為 34 億美元）。迄今為止，五個州和哥倫比亞特區尚未建造隔音屏障。美國安裝的主要隔音屏障可概括為：

頁面數據

作者	庫納爾沃赫拉、悉達思瓦達萬、多斯拉克
執照	CC-BY-SA-3.0
語言	英語（en）
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別名	光電+隔音屏障
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建議	新增主圖像
已創建	一月 22, 2016作者：Siddharth Wadhawan
修改的	四月 14, 2023作者：Felipe Schenone
引用為	Kunal Vohra、Siddharth Wadhawan、Dosrac（2016-2023）。“光伏部署在隔音屏障上的文獻綜述”。附錄。檢索日期：2024 年 1 月 30 日。
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