高速公路高效光伏与声屏障模块化集成建造施工工法（摘要）

1、前言

近年，国家要求深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型。2021年12月，国务院印发《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》中提到:鼓励在交通枢纽场站以及公路、铁路等沿线合理布局光伏发电及储能设施推动交通用能低碳多元发展；2022年6月，江苏省发改委印发《江苏省“十四五”可再生能源发展专项规划》中提到:推动分布式光伏发电复合发展，探索光伏发电在高速公路边坡及服务区、铁路边坡及沿线设施、加油加气站以及园区道路等交通领域应用。

本工法提出了在高速公路混凝土防撞墙顶部的高效光伏+声屏障模块化集成建造技术，整体结构形式为直立式。主要由型钢立柱、金属吸声屏模块、亚克力通透隔声屏模块、光伏组件模块、U型卡槽、角钢支撑件、光伏电缆、接地线等组成。

此工法采用双面发电光伏组件，以增加发电效率与发电时间，双面发电组件无论是上午还是下午都能发电,发电效能更高。

本工法通过两个项目成功应用，填补了省内新能源行业在公路交通领域高效光伏+声屏障模块化集成建造的空白，对清洁能源在交通网的应用提供了宝贵的施工经验，对促进交通基础设施网与能源网的融合发展具有重要积极意义。

2、工法特点

2.1 模块化集成建造。将型钢立柱、金属吸音岩板、亚克力通透隔声板、光伏组件这些类型构件按模块单元工厂化定型制作。模块单元运抵施工现场后，经安装、连接后，完成现场集成建造，形成光伏+声屏障隔音发电集成系统。

2.2 承插式可调节安装。直立式声屏障的立柱为H型钢（125×125×6.5×9mm），吸音岩板、通透隔声板、光伏组件板采用承插式安装。

2.3 单块光伏组件八点支撑安装。

2.4 经济性好。实现了工厂化加工制作、各单元模块装配化施工作业、连接牢固可靠，实现了声屏障设施空间的充分利用。

2.5 绿色与文明施工，保护环境。（略）

3、工艺原理

高速公路高效光伏+声屏障集成建造包括型钢立柱、金属吸音岩板模块、亚克力通透隔声板模块、双面光伏组件模块、U型卡槽、角钢支撑件、逆变器、交流电缆、盘柜、防雷接地等。模块单元运抵施工现场后，经安装、连接后，完成现场集成建造，实现快速组装，形成光伏+声屏障隔音发电集成系统。电气工程每18块光伏组件串成一串，每13~14个组串接入一台组串式逆变器，根据组件布置情况采用不同规格组串式逆变器，以110kW组串式逆变器为主，其进线电缆采用桥架或穿管敷设，逆变器出线电缆采用桥架或埋地敷设至低压并网计量柜。

①双面光伏组件模块； ②亚克力隔声板模块；③H型钢立柱；④金属吸音岩板模块；

⑤工字形碳钢外框；⑥铝合金边框；⑦U形卡槽；⑧角钢支撑件；⑨下封盖板；⑩砼防撞栏

图3.1~3.3 直立式高效光伏+声屏障构造图片

光伏组件通过汇流电缆将组件产生的直流电汇集到逆变器中，由逆变器逆变成交流电后接入低压并网柜，光伏区域设多个并网接入单元，接入沿线道路照明箱变低压母线或高速公路房建区配电房低压母线，实现自发自用、余电上网、分块发电、就近并网。

4、工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

地脚螺栓复测与校正→防撞栏混凝土浇筑→型钢立柱安装与校正→金属吸音单元板模块安装→亚克力透光隔声屏模块安装→高效光伏组件模块安装→光伏组件电气连接→逆变器安装→盘柜安装→防雷与接地→电缆敷设→系统调试。

4.2 操作要点

4.2.1 地脚螺栓复测与校正

1 在防撞栏混凝土浇筑前，对土建单位预埋的地脚螺栓用预先制作的检查模具直接在基础地脚螺栓上套装，以检查地脚螺栓间距是否满足要求。对无法套进模具的螺栓进行调整，调整工具用钢管。

2 用钢卷尺复测型钢立柱下部的预埋地脚螺栓的间距和地脚螺栓外露高度是否满足设计要求。

3 地脚螺栓固定完成，经复核无误后进行混凝土浇筑，浇筑前采用胶带或薄膜将螺栓丝扣包好，防止混凝土泥浆污染。

4.2.2 型钢立柱安装与校正

1 将型钢立柱采用汽车吊垂直运输至路面后统一放置，提前对H型钢立柱中心位置和高程进行精准放线，将标高和位置控制点标于基面，便于立柱安装时进行确定立柱位置和高程。

2 按2.32米的间距安装型钢立柱，采用人工配合25T吊车吊装立柱，人工对位。立柱安装结束后，复测立柱的垂直度，两面垂直后调整立柱与预埋件中心的平行度，然后在底部用垫片垫实，并紧固螺栓。

3 钢立柱现场安装就位后，应对螺栓的螺母进行紧固，螺母拧紧扭矩值应按设计值和螺栓厂家的规定执行，安装完成后对外露螺栓进行涂装保护。

4 立柱底板与混凝土表面接触应平整密实。立柱校正完毕后，应及时对柱底板和基础顶面的空隙采用高强灌浆料灌填密闭。

4.2.3 金属吸音单元板模块安装

1 在安装金属声屏障单元之前，须在单元板与底部基础之间铺设层橡胶垫，保证不出现漏声现象，提前将紧固件安装到型钢立柱的螺栓孔内。

2 清理遮板表面的残留物，用水平尺复核遮板表面的平整度是否满足要求。吸声板与遮板间使用解耦装置，安装时对准两侧立柱并紧贴立柱外翼缘，保持线条笔直。

3 预先在两侧固定三元乙丙单管橡胶垫后与H型钢承插连接，安装时尽量保证单元板与两立柱腹板的间隙一致，避免出现因倾斜原因导致的卡死现象，当浮现卡死情况时严禁莽撞用力下压单元板，应先慢慢调整，待齐平且位置摆正后才干下落单元屏体板。

4 当单元屏体板插入立柱时，应沿道路轴线方向垂直于道路平面。屏体板插入H型钢立柱长度每侧不小于40mm。固定用压缩弹簧卡件应与立柱内壁顶紧，并应处于弹性变形状态，卡件不得外露于立柱内壁。

5 应考虑施工安装过程中误差纠正的可能，必须保证其固定牢固，单元板与立柱、屏体板之间应紧密帖合，防止声漏。

6 声屏障板材之间不允许有错台，相邻板体间以中间垫板扣接。

4.2.4 亚克力透光隔声屏模块安装

1 安装亚克力透明隔声屏，屏体四周设有铝合金内框+工字形碳钢材质外框（表面锌铝镁涂层），形成模块化安装单元，安装按自上而下的方式，将单元板插入角钢支撑和型刚立柱之间的空隙之中，隔声屏模块化单元与下屏吸音板单元相对接不留缝隙即可。

2 安装时将外框对准两侧立柱并紧贴立柱外翼缘内侧，保持线条笔直。

3 透明隔声板与型钢立柱间填嵌橡胶密封条，屏体板插入H型钢立柱长度不小于40mm。

4 单元板就位后，将背面角钢支撑件的螺栓固定好以防屏体向后倒，与型钢腹板紧固，使角钢支撑与单元板固定牢靠。在每单元板两侧背面各均匀设置3个角钢支撑点。

4.2.5 高效光伏组件模块安装

1 高效光伏组件单元模块两侧设置U形卡槽，碳钢材质，表面锌铝镁涂层，按自上而下的方式，安装采用桥检车配合登高进行安装，将单元板插入角钢支撑和型刚立柱之间的空隙之中。

2 将光伏组件位置调整至合适部位，两端插入U形卡槽，与光伏组件固定，

3 固定完成后，将背面角钢支撑件与型钢腹板紧固，使角钢支撑与光伏模块单元板固定牢靠。在每单元板两侧背面各均匀设置4个角钢支撑点。

4.2.6 光伏组件电气连接

1光伏组件的电气连接应在组件安装固定完成后进行。首先将组件的正负极引出线连接到专用的光伏线上，连接采用防水型连接器，连接点要牢固可靠，确保接触良好，无松动、虚接现象。在连接过程中，注意正负极的连接顺序，不得接反，否则会损坏组件和电气设备。

2 电缆连接完成后，将其沿着立柱及混凝土护栏进行整理和固定，采用电缆扎带或不锈钢卡子将线缆进行固定，每隔500mm设置一个固定点，防止电缆在风吹日晒等自然因素作用下晃动、磨损。电缆敷设时要注意弯曲半径，避免弯曲半径过小，损坏电缆绝缘层。

3 光伏组件之间的电缆连接完成后，按照设计要求将组件进行串联，连接过程中使用万用表等工具检查电路的导通性和绝缘电阻，确保电气连接正确无误，且绝缘性能良好。

4 接线时应注意勿将正负极接反，保证接线正确。组件连接完毕后，应检查组串开路电压是否正确，连接无误后断开一块组件的接线，保证后续工序的安全操作。

4.2.7 逆变器安装

1 基础制作：逆变器基础采用C30混凝土制作2500*600*375的条形基础，采用整体预制的方案，预留预埋相应的地脚螺栓，便于后续逆变器支架安装。

2 逆变器安装：将逆变器固定于支架上，通过螺栓将逆变器与支架紧密连接，一般扭矩值误差范围控制在±10%以内，确保螺栓拧紧程度均匀一致，以防止逆变器松动或变形。

3 过程校核：在逆变器安装固定过程中，使用红外线仪器检查逆变器的水平度和垂直度，通过在支架与逆变器之间添加垫片来调整逆变器的位置。

4 外壳接地：将逆变器的外壳与接地极进行可靠连接。接地连接线采用黄绿双色的专用接地啊电缆，接地啊电缆的截面应符合设计要求。连接部位确保接触良好，接地电阻值≤4Ω。在连接完成后，使用接地电阻仪进行测试，记录测试结果并保存。

4.2.8 盘柜安装

1 基础型钢安装

（1）基础型钢均采用热浸镀锌槽钢，在土建做基础以前，将基础型钢焊接固定在预埋件上。具体做法：用水平仪找出预埋件的最高点，再参考土建划出的地平线，一般要求基础型钢最终宜高出地面 10mm-20mm 左右。安装前槽钢应先调正，中间接头要找平，不能有明显的凹凸现象，并网柜基础每个柜子间用槽钢加固，基础槽钢用水准仪找平、找正。找平过程中，需要用垫铁的地方一般最多不宜超过三块，找平后将基础槽钢、垫铁、预埋铁用电焊焊牢。为了防止在焊接过程中基础槽钢变形，不能一次性在一个地方焊满，应采用分段焊接的方法。

（2）基础型钢应边安装边找平，多条基础型钢安装时，相互之间距离应保持平行，首先应根据设计的柜间距离，安装最靠近中央操作通道的两条基础型钢。同时要考虑母线桥的安装尺寸，最后对基础槽钢进行防腐处理。

（3）基础型钢安装完毕后，与原有接地网引入并与基础型钢两端焊牢。

2 盘柜安装

（1）盘柜安装应按施工图纸布置，事先编设备号、位置，接顺序将盘柜安放到基础槽钢上。

（2）成列盘柜顺序就位后先找正两端的，然后再从柜下至上三分之二高的位置上挂小线逐台找正。找正时采用0.5mm铁片调整，每处垫片最多不超过三片。然后，按底固定螺孔尺寸在基础型钢上定位钻孔，无特殊要求时，低压柜用 M12，高压柜用M16镀锌螺栓固定。

（3）盘柜就位找平后，柜体与基础型钢固定、柜体与柜体、柜体与侧挡板均应用镀锌螺栓连接。

（4）每台盘柜单独与接地母线连接，成排安装的盘柜两端接地母线需与主接地线连接。柜本体应有可靠、明显的接地装置，装有电器的可开启柜门应用裸铜软导线与接地金属构件做可靠连接。

4.2.9 防雷与接地

1 声屏障光伏线路的防雷,要求光伏发电系统直流侧的正负极均悬空、不接地。

2 声屏障采用4m㎡软导线将组件的外框进行串联，采用16m㎡软导线将其连接至附近的路灯基座进行接地。

3 声屏障接地电阻要求≤4Ω。禁止雨后测量接地电阻，如实测接地电阻不满足要求，应通知建设单位和设计单位，以便采取相应措施，使接地网的电阻合格为止。

4 盘柜、汇流箱及逆变器等电气设备的接地应牢固可靠、导通良好，金属盘门应用裸铜软导线与金属构架或接地排可靠接地。

5 光伏发电站的接地电阻阻值应满足设计要求。

4.2.10 电缆敷设

1 水平敷设:敷设方法可用人力或机械牵引，拖放电缆的速度宜每分钟5~6米，不允许超过每分钟15米，以免损坏电缆绝缘。

2 电缆沿桥架或托盘敷设时，应单层敷设，排列整齐。不得有交叉，拐弯处应以最大截面电缆允许弯曲半径为准。不同等级电压的电缆应分层敷设，高压电缆应敷设在上层。同等级电压的电缆沿支架敷设时，水平净距不小于35mm。

3 垂直敷设:垂直敷设，有条件的最好自上而下敷设。

自下而上敷设时，低层小截面电缆可用滑轮大绳人力牵引敷设。沿支架敷设时，支架距离不得大于1.5m，沿桥梁或托盘敷设时，每层最少加装两道卡固支架。敷设时，应放一根立即卡固一根。

4 挂标志牌:标志牌规格应一致，并有防腐性能，挂装应牢固。标志牌上应注明电缆编号、规格型号及电压等级。沿支架桥架敷设电缆在其两端、拐弯处、交叉处应挂标志牌，直线段应适当增设标志牌。在每根电缆的每个电缆头处应设置永久性的电缆编号标记。

5 所有电缆均采用压接的线鼻子，电缆头的制作必须按规定的工艺要求进行。

6 所有的电缆孔洞及管口的空隙均用防火堵料堵塞严实。

7 通信电缆、交流电缆同沟敷设，通信电缆与电力电缆的间距要求不小500mm。

4.2.11设备和系统调试

1 光伏组件串测试

（1）光伏组件串的检测应符合下列规定：

①相同测试条件下的相同光伏组件串之间的开路电压偏差不应大于2%，但最大偏差不应超过5V。

②组件串电缆温度应无超常温的异常情况，确保电缆无短路和破损。

③直接测试组件串短路电流时，应由专业持证上岗人员操作并采取相应的保护措施防止拉弧。

④在并网发电情况下，使用钳形万用表对组件串电流进行检测。相同测试条件下且辐照度不应低于700W/m2时，相同光伏组件串之间的电流偏差不应大于5%。

⑤光伏组串测试完成后，应按照规定的格式填写记录。

2 逆变器调试应符合下列规定：

（1）逆变器的调试工作宜由生产厂家配合进行。

（2）逆变器控制回路带电时，应对其做如下检查：

①工作状态指示灯、人机界面屏幕显示应正常。

②人机界面上各参数设置应正确。

③散热装置工作应正常。

3 逆变器直流侧带电而交流侧不带电时，应进行如下工作：

（1）测量直流侧电压值和人机界面显示值之间偏差应在允许范围内。

（2）检查人机界面显示直流侧对地阻抗值应符合要求。

4 逆变器直流侧带电、交流侧带电，具备并网条件时，应进行如下工作：

（1）测量交流侧电压值和人机界面显示值之间偏差应在允许范围内；交流侧电压及频率应在逆变器额定范围内，且相序正确。

（2）逆变器盘门在开启状态下，不应作出并网动作。

5 其他

（1）接入380V电压等级的应以专线方式接入配电变压器低压母线。

（2）光伏声屏障的并网点应设置易操作、可闭锁、具有明显断开点的并网断开装置。

（3）光伏声屏障的电气设备应具备过电流及防孤岛保护功能，逆变器、配电柜(箱)应具有过电压保护措施。

5、效益分析

5.1 经济效益

本工法提出了南北向高速公路高效光伏+音屏障模块化集成安装要点，弥补了传统安装费工、费时、费料、安装精度不高等缺点，我们根据实际成果验证了工法的先进性与合理性，为将来类似项目提供了可靠参考和宝贵经验。该工法应用于两个项目，取得了显著的经济效益：

5.1.1 以苏州至台州高速公路七都至桃源段先行段工程建设项目为例，与传统施工方法相比，节约各项成本6.6万元。

5.1.2 以苏州至台州高速公路七都至桃源段（不含先行段）为例，与传统施工方法相比，节约各项成本13.8万元。

5.2 工期效益

本工法各工序有效衔接，实现模块化集成安装作业，第1个代表工程节约工期5天，第2个代表工程节约工期10天。

5.3 质量效益

实现了模块化集成建造，质量可靠，填补了省内新能源行业在交通领域模块化集成建造的空白。声屏障隔声降噪效果好，安装便捷、维护简单。光伏发电系统调试达到预期效果，各项数据均满足设计及功能要求，运行良好。

5.4 社会效益

通过高速公路声屏障高效光伏+，合理利用声屏障区域安装了分布式光伏系统，达到环境标准要求的降噪目标，助力“碳达峰、碳中和”，推动“光伏+交通”场景融合，是促进交通出行绿色低碳转型的重要方式。能有效降低交通用电碳排放，加速交通领域低碳转型，助力“双碳”目标加速实现。

6、应用实例

6.1 应用实例一：本工法在苏州至台州高速公路七都至桃源段先行段工程得到首次应用，工程地点位于江苏省苏州市吴江区，通过本工法应用，缩短工期，节约成本，噪声治理效果显著，安装便捷，维护简单。光伏发电各项数据均满足设计及功能要求，运行良好，安装调试和管理维护方便。

6.2 应用实例二：本工法在苏州至台州高速公路七都至桃源段（不含先行段）第二次应用，工程位于江苏省苏州市吴江区，对接已建的七都至桃源段先行段。为推进清洁能源在交通网的广泛应用提供了宝贵的经验，促进交通基础设施网与能源网的融合发展。