Сегодня многие владельцы загородных домов заняты поиском альтернативных источников электроэнергии. Установка солнечных панелей постепенно набирает свою популярность. Однако далеко не все могут позволить приобрести дорогостоящее оборудование. Поэтому многие задаются вопросом: как изготовить солнечные батареи своими руками? Правильный ответ будет раскрыт в данной статье.
Солнечная батарея - устройство, преобразующее солнечную энергию в постоянный электрический ток
Солнечная батарея – это полупроводниковое устройство, которое преобразовывает солнечное излучение в электрическую энергию. Главной задачей такой системы является надежное, экономное и бесперебойное электроснабжение дома. Такие устройства целесообразно устанавливать в районах, где существуют перебои с подачей от основного источника электроэнергии.
Главными преимуществами солнечной батареи являются:
- простая установка устройства, которая не требует прокладывания кабелей к опорам;
- система не требует больших временных затрат на свое обслуживание;
- выработка электроэнергии не оказывает пагубного влияния на окружающую среду;
- конструкция не имеет подвижных частей;
- бесшумный режим работы;
- поставка электроэнергии не зависит от распределительной сети;
- длительный период эксплуатации системы при минимальных затратах.
Недостатки солнечной батареи:
- процесс изготовления системы весьма трудоемкий;
- солнечная панель занимает много места;
- устройство очень чувствительно к загрязнению;
- ночью батарея не работает;
- эффективность работы устройства напрямую зависит от погодных условий, а именно от солнечных и пасмурных дней.
Принцип работы солнечной батареи
Система работает посредством фотоэлектрических преобразователей, которые соединяются в определенной последовательности. Каждый фотопреобразователь состоит из двух кремниевых пластин, которые отличаются типом проводности. Одна покрыта фосфором, в результате чего здесь происходит образование избытка отрицательно заряженных электронов. Другая пластина покрыта бором, что приводит к образованию, отсутствующих в слое отрицательных зарядов, частиц, так называемых «дырок».
Принцип работы неисчерпаемого источника альтернативной энергии заключается в следующем: солнечный свет попадает на отрицательно заряженную панель, что приводит к активному образованию дополнительных «дырок» и электронов. На панели, покрытой фосфором, присутствует электрическое поле, благодаря которому появляется разность потенциалов. Положительно заряженные частицы устремляются в верхний слой, а отрицательно заряженные направляются в нижний. Создается постоянное напряжение. Получается, что один преобразователь работает как батарейка. В цепи возникает постоянный ток, когда к нему присоединяется нагрузка. Каждая батарея покрыта тонкими медными жилками, отводящими ток и направляющими его по назначению.
Сила тока зависит от определенных параметров:
- размера фотопреобразователя;
- уровня инсоляции;
- типа фотоэлемента;
- общего сопротивления приборов, которые подключены к солнечной панели.
Разновидности солнечных батарей
Все солнечные панели могут быть кремниевыми или пленочными. Панели, основой для которых служит кремний, разделяются на типы:
- поликристаллические;
- монокристаллические;
- аморфные.
Поликристаллическая солнечна батарея представляет собой квадратное устройство темно-синего цвета. Ее поверхность имеет вкрапления неоднородных кристаллов кремния. Несмотря на низкий КПД 18%, данное устройство обладает возможностью вырабатывать ток во время пасмурной погоды, что делает их незаменимыми в местностях, где преобладает рассеянный солнечный свет.
Монокристаллические преобразователи солнечной энергии представлены черными панелями со скошенными углами, для которых используется чистый кремний. Все ячейки устройства направлены в одну сторону, что позволяет получить максимальный КПД 25%. Недостатком таких батарей является то, что их лицевая сторона всегда должна быть обращена к солнцу. Если оно не успело взойти, спряталось за тучами и опустилось за горизонт, солнечные панели будут производить ток слабой мощности. Это самый дорогостоящий, но и обеспечивающий максимальную производительность, тип устройства.
Каждая аморфная батарея состоит из множества тончайших слоев кремния, которые получаются путем напыления мельчайших частиц материала на стекло, пластмассу или фольгу. Такие слои достаточно быстро выгорают, что уже через полгода приводит к падению эффективности работы устройства на 15-20%. КПД таких преобразователей составляет всего 6%. Они являются самыми дешевыми и способны работать даже в пасмурную погоду. Однако максимальный срок их службы составляет 2 года.
В основе пленочных батарей лежит не твердая подложка из металла или стекла, а полимерная пленка. Поэтому они выпускаются в рулонах, что позволяет расстелить батареи на больших площадях. Благодаря своей конструкции, их можно разрезать на различные по форме и размеру части, разместить солнечные батареи на крышу дома с плавными изгибами. Они компактные и легкие. Рулонная панель обойдется значительно дешевле, чем кремниевая, для изготовления которой используется дорогостоящий материал. Однако такие модели менее мощные. Приобрести их сегодня достаточно непросто, поскольку производство только развивается.
Все солнечные батареи, независимо от типа устройства, оснащаются контроллерами, которые следят за степенью заряда панели. Они перераспределяют полученную энергию, направляя ее к источнику потребления напрямую или сохраняя в аккумуляторе.
Солнечные батареи для частного дома
Такая альтернатива традиционному электроснабжению весьма практична. К тому же цена устройства существенно отличается от стоимости электроэнергии. Изготовив солнечную батарею для дома своими руками, хозяин сможет оптимизировать электропотребление и тем самым снизить собственные денежные затраты. Многие хотят заранее понимать, во сколько обойдется установка солнечных батарей для частного дома. Для этого необходимо провести предварительные расчеты, где определяется необходимая мощность оборудования и условия его функционирования.
Начинать следует с расчета количества потребляемой энергии, которая необходима для обеспечения жилья. Создавая полноценную станцию, стоит ориентироваться на батареи в 150-250 Вт, для дачного домика достаточно будет панелей в 50 Вт.
Данная величина является основой для последующего определения количества солнечных панелей и числа вспомогательного оборудования, к которому относятся аккумуляторы, инверторы и контролеры.
Полезный совет! К общей потребности в электроэнергии стоит прибавить еще 20%, что затрачивается в самих аккумуляторах.
Немаловажным аспектом является инсоляция, т. е. количество солнечной энергии, которое попадает на отдельную единицу площади панелей. Эта величина является индивидуальной для каждого конкретного региона. Получить ее можно в специальной литературе или на специализированных метеорологических сайтах.
Энергетическая норма делится на значение инсоляции. Полученную цифру необходимо разделить на общую мощность солнечной установки. Полученное значение является количеством необходимых батарей. Здесь важно получить максимальное число панелей. Ведь в разные месяцы количество солнечного света будет разным.
Полезный совет! Поскольку инсоляция постоянно меняется, расчеты следует проводить ежемесячно.
Например, если необходимо узнать, сколько нужно солнечных батарей для дома 100 кв.м., где станция будет питать лампочки освещения, ноутбук, телевизор, спутниковую антенну, и электроплиту, следует выполнить все вышеуказанные расчеты. В результате мощность солнечной станции будет примерно равна 1000 Вт, что предполагает использование 4 солнечных панелей мощностью по 250 Вт.
Панель необходимо располагать на южной части крыши, которая должна быть в идеальном состоянии и способна выдержать основательный груз. Здесь поблизости не должно быть деревьев или других объектов, которые создают тень.
Такая система может быть использована не только для электроснабжения. Большую популярность приобретает отопление солнечными батареями частного дома. Это позволяет уйти от дорогостоящей услуги, связанной с централизованным газоснабжением, избавиться от зависимости от коммунальных предприятий, и получать круглогодичное тепло на протяжении длительного срока службы солнечной электростанции.
Установка такой системы целесообразна лишь для тех регионов, где солнце светит не менее 20 дней в месяц. Если солнца недостаточно, чтобы система обеспечила полное отопление дома, ее можно использовать как дополнительный бесплатный источник. Правильно подобранная система из солнечных батарей для отопления дома окупит себя через 3-4 года.
Солнечные батареи для дома: отзывы потребителей
Благодаря многочисленным положительным отзывам об альтернативном источнике электроэнергии удается развеять мифы, которые беспокоят потенциальных желающих установить .
Многие люди думают, что такое дорогостоящее оборудование себя не окупит на протяжении всего периода службы установки. Однако, как показывает практика, при правильной установке солнечных панелей с соблюдением всех правил можно обеспечить частный дом электроэнергией как минимум на 25 лет. А стоимость оборудования окупится уже через 3-4 года.
Следующий миф подразумевает неэффективную работу солнечных батарей в пасмурную погоду или в зимний период времени. Однако мнения потребителей сходятся воедино в том, что максимальную активность гелиоколлекторы способны проявить во время пребывания солнца в зените в безоблачную погоду. Но, когда солнце прячется за облака, работа панелей будет происходить, но не в полном объеме. Установка полностью перестает работать ночью, когда солнечный свет отсутствует полностью.
Противники солнечных батарей утверждают, что гелиоколлекторы довольно хрупкие и не способны выдержать различные нагрузки, создаваемые природой. Однако отзывы потребителей доказывают обратное: солнечная панель способна выдержать даже крупный град.
Статья по теме:
Предъявляемые технические требования для установки солнечных батарей. Особенности выбора и установки. Обзор производителей.
Следующий миф касается снега, который может перекрыть доступ света к системе. Однако здесь опасность несет изморозь, за которую будет цепляться снег и создавать преграды. Чтобы этого избежать, можно расположить батареи на доме вертикально, тогда можно избежать большого количества скользящего света.
И последний миф касается китайского производства солнечных батарей. Несмотря на весьма солидный ассортимент выпускаемой продукции, фабрики в Китае часто производят высококачественный товар. Особенно это касается изготовления гелиоколлекторов и тепловых трубок, производство которых на 90% сосредоточено именно в Китае. Эта продукция обладает высокими техническими характеристиками и сертифицирована не только в своей стране, но и в Германии.
Многочисленные положительные отзывы в сети Интернет доказывают, что альтернативный источник электроэнергии хорош не только для частного дома. Многие успешно используют солнечные батареи для квартиры, которые устанавливают на балкон. Их можно закреплять непосредственно на стекле или в раме остекления, которая будет исполнять роль тонировки.
Комплекты солнечных батарей 3 кВт на дачу от 60000 рублей
На даче, как правило, находятся электрические приборы небольшой мощности, где требуется ограниченное количество батарей и малая периодичность их использования. Если на даче отсутствует централизованное электроснабжение, тогда целесообразно установить комплект солнечных батарей, который будет бесплатно генерировать электроэнергию. Однако чтобы получить такое безвозмездное удовольствие первоначально придется потратиться на покупку необходимых материалов, стоимость которых окупиться только через несколько лет.
Для производства 1 кВт электроэнергии необходим комплект производительностью более 200 Вт. Согласно многочисленным отзывам солнечные электростанции для дома на даче производительностью 800 Вт способны обеспечить полное автономное электроснабжение объекта. Стоимость такой системы обойдется от 80000 руб.
Стандартный комплект солнечной электростанции для дачи состоит из панелей на 200 Вт, контроллера заряда 40 А, инвертора мощностью 3 кВт, двух аккумуляторов на 200 А и других вспомогательных деталей. Цена такого комплекта начинается от 60000 руб., а примерный срок окупаемости составляет 3-5 лет. Однако это самый выгодный способ получения электроэнергии для объектов без централизованного электроснабжения. Он менее затратный, чем использование дизельного генератора.
Согласно отзывам владельцев, солнечные батареи для дома на дачном участке лучше укомплектовывать двумя или четырьмя модулями мощностью 200 В каждый. Это зависит от количества потребителей энергии, продолжительности и периодичности их использования. Если мощности недостаточно, ее можно нарастить, добавляя солнечные панели.
Многие приобретают такой комплект для частного сектора, где есть централизованное электроснабжение, как дополнительный источник энергии. Многочисленные отзывы о солнечных батареях для дома свидетельствуют, что в этом случае можно существенно сэкономить на оплате счетов за электроэнергию.
Как изготовить солнечные батареи своими руками
Когда нет возможности приобрести готовую солнечную станцию, можно создать ее своими руками. Здесь существует два варианта: приобрести готовые модули и подключить их к аккумулятору с инвертором или спаять панель самостоятельно. Первый способ сборки быстрый, однако более дорогостоящий. Второй вариант требует определенного мастерства сборщика, который должен быть предельно осторожен с хрупкими фотоэлементами.
Четыре солнечные пластины вырабатывают в общей сложности 2 В электроэнергии
Для создания солнечной батареи для дома своими руками необходимо подготовить определенные материалы.
Первым главным составляющим для создания солнечных батарей является набор качественных фотоэлементов. Сегодня можно приобрести элементы из поликристаллического или монокристаллического кремния. Более популярными являются последние фотоэлементы, которые идеально подходят для домашнего энергоснабжения.
Полезный совет! Все необходимые для сборки элементы стоит приобретать у одного производителя. Поскольку материалы различных торговых марок существенно отличаются, что усложнит сборку всей конструкции.
Для соединения фотоэлементов потребуется комплект специальных проводников. Для изготовления корпуса будущей батареи подойдут алюминиевые уголки, стойкие к атмосферным воздействиям. Размер корпуса зависит от количества фотоячеек. В качестве внешнего покрытия фотоэлементов лучше использовать прозрачный поликарбонат или оргстекло, которые препятствуют проникновению инфракрасных лучей. В качестве дополнительных материалов понадобятся крепежные метизы, медные электропровода, диоды Шоттки, силиконовые вакуумные подставки и комплект винтов для крепежа.
Помимо ФЭП, необходимо купить инвертор 12 В на 200 В для дома, который преобразует постоянный ток в переменный. Для накопления и медленного расходования электроэнергии необходима пара гелевых или AGM аккумуляторов. Не менее важным элементом является контроллер, необходимый для отключения батареи от аккумулятора во время его полного заряда и ее включения для получения новой порции электричества.
Можно также собрать солнечную батарею своими руками из подручных средств. Для этого подойдут диоды, фольга или транзисторы. Работа солнечной батареи из диодов происходит в результате возникновения под прямыми солнечными лучами напряжения около 2,5 В. Однако, когда солнца недостаточно этот показатель начинает стремительно падать, и диоды уже сами начинают потреблять энергию. Использование такой батареи малоэффективно.
Устройство из фольги больше подходит для производства тепловой энергии. Также, фольга является идеальным материалом для подложки ФЭП. Самой эффективной является солнечная батарея, собранная из транзисторов. Чем больше их количество, тем выше мощность устройства. Верхнюю часть каждого транзистора необходимо срезать, высыпать порошок. Выводом устройства служат контакты. Такая батарея рассчитана на питание зарядки телефона. Для более серьезных мероприятий ее мощности недостаточно.
Солнечные батареи для дома своими руками: пошаговая инструкция для изготовления
После того, как все необходимые элементы приготовлены, можно приступать к сборке конструкции, которая состоит из следующих этапов:
- Создание каркаса из алюминиевых уголков с невысокими бортиками и метизов, размер которых зависит от количества преобразователей и их площади. Здесь следует учесть расстояние между ФЭП не менее 5 мм.
- На внутренние грани реек следует нанести герметик.
- Уложить на каркас лист из прозрачного материала, плотно прижив его к клеевому контуру.
- После полного высыхания герметика с помощью метизов скрепить раму и прозрачную поверхность.
- Разложить на ровной поверхности все фотоэлементы батареи «минусовой» стороной вверх.
- С помощью к каждому ФЭП присоединяются проводники одинаковой длины. Это удобнее всего производить, когда модуль располагается на стекле.
- Все элементы последовательно соединяются между собой в виде «змейки».
- Крайние контакты необходимо припаять к шине (серебренному широкому проводнику).
- Для предотвращения снижения качества освещения в темное время суток необходимо создать «средние точки» при помощи шунтирующих диодов, которые устанавливаются на плюсовой клемме. Для этого подойдут диоды Шоттки.
- Уложить на прозрачную плоскость фотоэлементы с проводниками.
- Смазать все ФЭП, выводимые и соединяющие провода силиконовым клеем.
- Закрыть конструкцию задней панелью.
- Подключить солнечную панель к аккумулятору, контроллеру заряда солнечной батареи и инвертору.
Полезный совет! Чтобы между нагрузкой и отдельными элементами батареи не возникало короткого замыкания необходимо установить предохранители.
Практически каждый домовладелец стремится получить бесплатную электроэнергию. Установка солнечных батарей является наиболее приемлемым вариантом. С помощью этого устройства можно создать основной (без централизованного электроснабжения) и дополнительный источник получения электрической энергии. Система является экологически чистой и надежной в использовании. Главный минус - дорогостоящее оборудование. Однако его стоимость окупится уже через 3-5 лет.
Еще пару десятков лет назад человека, заявившего, что он сможет получать необходимую энергию для своего дома или дачи от Солнца, наверное, осмеяли бы. Но сегодня все поменялось - Солнце имеет огромный запас энергии, которым просто грех не воспользоваться.
На рынке появилось огромное количество батарей, с помощью которых можно аккумулировать энергию Солнца и применять ее в собственных целях. Все довольно привлекательно, если бы не одно НО.
Цена таких батарей сильно «кусается» и многие задаются вопросом, а стоит ли вообще производить такие затраты, окупится ли это приобретение? Выходом из этого как всегда является сообразительность, умелые руки и чуточку терпения. Солнечную батарею можно сконструировать самому, что обойдется намного дешевле готового товара.
В среднем 1 кв. метр солнечного коллектора вырабатывает 120 Вт энергии. Таким образом можно рассчитать необходимую площадь фотоэлементов, необходимых для снабжения электроэнергией жилого дома или дачи.
Выбор материалов
Фотопластина – основной компонент коллектора При кажущейся сложности в своей конструкции имеет всего 6 составляющих:
- Фотоэлемент или солнечный элемент, самая важная часть всей конструкции, именно она выступает в роли «сети», собирающей энергию Солнца.
- Соединительные проводники. Их понадобится большое количество, служат для соединения всех контактов фотоэлемента.
- Шины. Применяются для сбора пучков проводов.
- Диоды Шоттки. Этот материал не является необходимостью, но служит для того, чтобы батарея не разряжалась ночью и в дождливую пасмурную погоду.
- Припой для спаивания контактов фотоэлементов с проводниками с целью их сбора в единую цепь.
Понятное дело, солнечная батарея не будет располагаться в чистом виде на крыше или еще где-то, поэтому ее необходимо поместить в так называемый контейнер, на изготовление которого тоже необходимы некоторые материалы:
Необходимые инструменты
Для сбора солнечного коллектора своими руками понадобится всего три инструмента:
- паяльник для спаивания материалов;
- шуруповерт или отвертка. Понадобятся на этапе сборки деревянного основания коллектора;
- дрель со сверлом по дереву 6 мм нужна для проделывания отверстий в подложке и корпусе для вывода проводов;
- мультиметр применяется на этапе проверки.
Этапы изготовления
Посылка с фотопластинами Технология изготовления солнечной батареи своими руками не сложная, но требует значительного количества времени, потраченного с паяльником и другими инструментами в руках.
Сам процесс состоит из 3 основных этапов, которые, в свою очередь тоже можно разделить:
Купить или сделать
Экономить время или деньги – все зависит от вас Преимущества изготовления своими руками состоят в приличной экономии денег - намного дешевле будет заказать необходимые материалы, например, на аукционе eBay, чем покупать готовую солнечную батарею на рынке.
Однако, большим недостатком будет неопределенное количество времени, потраченное на заказ и ожидание посылок с материалами, а также на изготовление и сбор коллектора. Выбирайте сами, что вам важнее - время или деньги!
Мнение специалистов: самостоятельная сборка будет стоить примерно в два раза дешевле покупки готового коллектора на рынке.
Собранные своими руками батареи могут вполне обеспечить необходимым количеством электроэнергии жилой дом, дачу или еще какой-либо объект. Применение солнечных батарей очень удобно в тех местах, где вообще нет линий электропередач.
В любом случае, использование солнечных батарей с лихвой оправдает затраты на покупку и доставку материалов в достаточно короткий эксплуатационный период времени.
Смотрите видео, в котором специалист подробно показывает, как собрать солнечную батарею своими руками:
В настоящее время очень модными и популярными являются альтернативные источники энергии, особенно у владельцев загородных коттеджей или частных домов. Но часто такое устройство стоит немалых денег и не каждый может себе позволить приобрести для дома солнечные батареи. Поэтому очень актуальным стало изготовление солнечных панелей своими руками. Так как же самому сделать солнечные батареи?
Характеристика солнечной панели
Такой альтернативный источник энергии довольно практичный, потому что в отличие от традиционного источника энергоснабжения стоит он гораздо меньше. Изготовление солнечных панелей своими руками позволяет не только оптимизировать энергопотребление, но также экономит финансы.
Преимущества
Солнечные батареи обладают следующими достоинствами:
- простая установка за счет того, что нет необходимости прокладывать к опорам кабель;
- выработка электроэнергии абсолютно не вредит окружающей среде;
- отсутствуют подвижные части;
- электричество поставляется независимо от распределительной сети;
- минимальные затраты по времени на обслуживание системы;
- небольшой вес батарей;
- бесшумная работа;
- продолжительный срок службы при минимальных расходах.
Недостатки
Несмотря на довольно весомые достоинства, есть у солнечных батарей и свои минусы, такие как:
- трудоемкость процесса изготовления;
- чувствительность к загрязнениям;
- на эффективную работу солнечных панелей оказывают влияние погодные условия (солнечные или пасмурные дни);
- для такой конструкция необходимо много места;
- по ночам батареи не работают.
Требования, предъявляемые к солнечной батарее
Установить солнечные панели в частном доме под силу каждому. Но для того чтобы такая конструкция, созданная своими руками, приносила пользу по максимуму, следует учитывать ее особенности. К солнечной батарее предъявляются следующие требования:
Материалы, необходимые для изготовления солнечной батареи своими руками
Если нет возможности приобрести солнечные батареи, можно изготовить их своими руками. Вначале необходимо определиться с материалом , из которого они будут сделаны.
Чтобы создать панели, необходимы будут качественные фотоэлементы. Производители на сегодняшний день предлагают следующие виды устройств:
- элементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%, но в пасмурную погоду недостаточно эффективны;
- фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, работать могут как в солнечные, так и пасмурные дни.
Для энергоснабжения дома лучше всего использовать поликристаллы, которые доступны в наборах.
Важно знать, что все необходимые для сборки ячейки лучше всего приобретать у одного производителя , так как продукция разных марок имеет значительные различия в эффективности изделий. Это может создать дополнительные сложности при сборке, повлечь затраты в результате эксплуатации, при этом солнечная батарея будет иметь невысокую мощность.
Чтобы сделать солнечную панель из подручных средств, необходимы будут специальные проводники, предназначенные для соединения фотоэлементов.
Корпус будущей конструкции лучше всего изготавливать из алюминиевых уголков, обладающих небольшим весом. Можно также использовать такой материал, как дерево. Но из-за того, что конструкция будет все время подвержена атмосферному влиянию, срок ее эксплуатации будет снижаться.
Размеры корпуса панели зависят от количества фотоячеек.
Внешнее покрытие фотоэлементов может быть выполнено из оргстекла или прозрачного поликарбоната. Также применяют закаленное стекло, не пропускающее инфракрасные лучи.
Таким образом, для изготовления солнечной батареи своими руками потребуются следующие материалы:
- фотоэлементы в наборе;
- крепежные метизы;
- медные электропровода высокой мощности;
- силиконовые вакуумные подставки;
- паяльное оборудование;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шотке;
- прозрачный лист из поликарбоната или плексигласа;
- набор винтов для крепежа.
Такие материалы приобретаются в магазине стройматериалов или в интернет-магазине.
Как сделать солнечные панели своими руками?
Для того чтобы сделать панели своими руками, нужно собрать требуемые материалы. Собирается солнечная батарея для дома в такой последовательности.
Чтобы правильно сделать солнечные батареи своими руками, нужно придерживаться следующих рекомендаций:
Получить бесплатную электроэнергию в своем доме мечтает каждый человек и эта мечта осуществима. Сделав солнечные батареи своими руками, можно наслаждаться дополнительным источником электроснабжения. При этом такая конструкция не наносит никакого вреда окружающей среде , к тому же она очень надежная и недорогостоящая.
Солнечные батареи - источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?
Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками - затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.
В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.
Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.
Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.
При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.
Галерея изображений
Материалы для создания солнечной пластины
Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:
- силикатные пластины-фотоэлементы;
- листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
- жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
- прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
- шурупы, саморезы;
- силиконовой герметик для наружных работ;
- электрические провода, диоды, клеммы.
Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.
Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.
Кремниевые пластины или фотоэлементы
Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:
- поликристаллические;
- монокристаллические;
- аморфные.
Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.
Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле
Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.
Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.
Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность
Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.
Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.
Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.
При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов
Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.
Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.
Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.
Галерея изображений
Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.
Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка . Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.
Все больше людей стремится к приобретению домов, находящихся в отдалении от очагов цивилизации. Причин этому существует множество, главная из которых, наверное, экологическая. Ни для кого не секрет, что интенсивное развитие промышленности пагубно сказывается на состоянии окружающей среды. Но при покупке такого дома можно столкнуться с отсутствием электроснабжения, без которого жизнь в двадцать первом веке едва ли можно себе представить.
Проблему обеспечения энергией здания, находящегося далеко от очагов цивилизации можно попробовать решить установкой ветрогенератора. Однако этот способ далеко не идеален. Для того, чтобы электроэнергии хватило на весь дом потребуется установка большого ветряка или нескольких, но и в этом случае энергообеспечение будет носить эпизодический характер, отсутствуя в безветренную погоду.
Для обеспечения стабильности энергообеспечения дома, эффективным решением является совместное использование ветрогенератора и солнечной батареи, но, к сожалению, батареи далеко не дешевы. Решением этих сложностей было бы производство солнечной батареи своими руками, способной на равных конкурировать с заводскими по мощности, но в то же время приятно отличаться от них ценой. И такое решение есть!
Для начала, необходимо определиться, что же представляет собой солнечная батарея . По своей сути, это контейнер, содержащий в себе массив, преобразующих солнечную энергию в электрическую, элементов. Слово «массив» применимо в данном случае, потому что для генерации достаточных объемов энергии, необходимых в условиях энергообеспечения жилого дома, солнечных элементов потребуется довольно внушительное количество. В виду высокой хрупкости элементов, их в обязательном порядке объединяют в батарею, которая обеспечивает им защиту от механических повреждений и объединяет вырабатываемую энергию. Как видно, в принципиальном устройстве солнечной батареи нет ничего по-настоящему сложного, поэтому ее вполне можно сделать своими руками.
Перед тем, как приступать непосредственно к действиям, принято проводить глубокую теоретическую подготовку, чтобы избежать лишних трудностей и издержек в процессе. Именно на этом этапе многие энтузиасты сталкиваются с первым препятствием – практически полным отсутствием полезной с практической точки зрения информации. Именно это явление создает надуманную видимость сложности солнечных батарей: раз их никто не делает сам, значит это сложно. Однако, задействовав логическое мышление можно придти к следующим выводам:
- основа целесообразности всего процесса заключается в приобретении солнечных элементов по доступной цене
- покупка новых элементов исключена, ввиду их высокой стоимости и сложности покупки в необходимом количестве.
- солнечные элементы, обладающие дефектами и повреждениями, могут быть приобретены на аукционе eBay и в других источниках, по значительно более низким ценам, чем новые.
- дефектные элементы вполне могут быть использованы в заданных условиях.
На основе сделанных выводов, становится ясно, что следующим шагом в изготовлении солнечной батареи будет покупка дефектных солнечных элементов. В нашем случае элементы были куплены на eBay.
Приобретенные монокристаллические солнечные элементы имели размер 3х6 дюйма, и каждый их них выдавал порядка 0.5В энергии. Таким образом, соединенные последовательно 36 таких элементов, в общей сложности выдают около 18В, которых достаточно для эффективной подзарядки 12В аккумулятора. Следует помнить, что такие солнечные элементы хрупкие и ломкие, поэтому вероятность их повреждения при неосторожном обращении крайне высока.
Для обеспечения защиты от механических повреждений продавец покрыл воском наборы из восемнадцати штук. С одной стороны это эффективная мера, позволяющая избежать повреждений во время транспортировки, с другой стороны – лишние проблемы, так как удаление воска вряд ли кому-то покажется приятной и легкой задачей. Поэтому, если есть такая возможность, приобретение элементов, не покрытых воском, является лучшим решением. Если обратить внимание на изображенные световые элементы, можно заметить, что они имеют припаянные проводники. Даже в этом случае придется поработать паяльником, а если же приобрести элементы без проводников – работы будет в разы больше.
Вместе с тем были приобретены пара наборов элементов, которые не были залиты воском, у другого продавца. Они пришли упакованными в коробку из пластика с незначительными сколами по бокам. В нашем случае сколы не являлись предметом для беспокойства, потому как не были способны ощутимо снизить эффективность всего элемента. Однако, возможно, кто-то сталкивался с более плачевными результатами повреждений при транспортировке, что необходимо иметь в виду. Приобретенных элементов было достаточно для изготовления двух солнечных батарей, даже с излишком, на случай непредвиденных повреждений или отказов.
Конечно, при изготовлении солнечной батареи можно использовать и другие световые элементы, в широком спектре размеров и форм присутствующих у продавцов. В этом случае необходимо помнить три вещи:
- Световые элементы одного типа генерируют идентичное напряжения, вне зависимости от размера и формы, поэтому их требуемое количество останется неизменным
- Генерация тока имеет прямую зависимость от размера элемента: большие генерируют больший ток, маленькие – меньший.
- Суммарная мощность солнечной батареи определяется ее напряжением, умноженным на ток.
Как видно, использование элементов большого размера при изготовлении солнечной батареи способно обеспечить более высокий показатель мощности, но вместе с тем и сделает саму батарею более громоздкой и тяжелой. В случае использования элементов меньшего размера, размер и вес готовой батареи уменьшится, однако вместе с тем уменьшится и выдаваемая мощность. Крайне не рекомендуется использование в одной батарее солнечных элементов разного размера, так как генерируемый батареей ток будет эквивалентен току самого маленького из используемых элементов.
Приобретенные в нашем случае солнечные элементы при размере 3х6 дюйма генерировали ток примерно в 3 ампера. При солнечной погоде, тридцать шесть, соединенных последовательно, элемента, способны выдавать порядка 60 Вт мощности. Цифра не особенно впечатляет, тем не менее, это лучше, чем ничего. Следует учитывать, что указанная мощность будет генерироваться каждый солнечный день, заряжая аккумулятор. В случае использования электроэнергии для осуществления питания светильников и аппаратуры с небольшим потреблением тока, такая мощность является вполне достаточной. Не нужно и забывать о ветрогенераторе, также производящем энергию.
После приобретения солнечных элементов далеко не лишним будет спрятать их от людских глаз в безопасное место, защищенное от детей и домашних животных, до того момента, когда возможно будет их непосредственная установка в солнечную батарею. Это жизненная необходимость, в виду крайне высокой хрупкости элементов и подверженности их механической деформации.
По сути корпус солнечной батареи, ни что иное, как простой неглубокий ящик. Ящик непременно необходимо изготовить неглубоким, для того чтобы его бортики не создавали тени, когда солнечный свет падает на батарею под большим углом. В качестве материала вполне подойдет фанера 3/8 дюйма и рейки для бортиков 3/4 дюйма толщиной. Для лучшей надежности крепление бортиков не лишним будет осуществить двумя способами – приклеиванием и привинчиванием. Для упрощения последующей пайки элементов, батарею лучше разделить на две части. Роль разделителя выполняет расположенная по центру ящика планка.
На этом небольшом наброске, можно увидеть размеры в дюймах(1 дюйм равен 2,54 см.), изготовленной в нашем случае солнечной батареи. Бортики расположены по всем краям и в середине батареи и имеют толщину 3/4 дюйма. Данный эскиз ни в коем случае не претендует на роль эталона при изготовлении батареи, он был сформирован скорее из личных предпочтений. Размеры приведены для наглядности, но в принципе они, как и дизайн, могут быть различны. Не бойтесь экспериментировать и вполне вероятно, батарея может получиться лучше, чем в нашем случае.
Вид на половину корпуса батареи, в которой будет производится размещение первой группы солнечных элементов. Небольшие отверстия, которые вы видите на бортиках, представляют собой не что иное, как вентиляционные отверстия. Они предназначены для удаления влаги и поддержания давления, эквивалентного атмосферному внутри батареи. Следует обратить особое внимание на расположении отверстий для вентиляции в нижней части корпуса батареи, потому как расположение их в верхней части приведет к попаданию излишней влаги извне. Также отверстия необходимо сделать и в планке, расположенной по центру.
Два вырезанных куска ДВП будут выполнять функцию подложек, т.е. на них будет производиться монтаж солнечных элементов. В качестве альтернативы ДВП подойдет любой тонкий материал, обладающий высокими показателями жесткости и не проводящий электрический ток.
Для защиты солнечной батареи от агрессивного воздействия климата и окружающей среды, используется оргстекло, которым необходимо закрывать лицевую сторону. В данном случае были вырезаны два куска, однако может использоваться и один большой. Использование обычного стекла не рекомендуется, по причине его повышенной хрупкости.
Вот незадача! Для обеспечения крепления на шурупы, было принято решение просверлить отверстия вокруг кромки. При сильном надавливании во время сверления, оргстекло может сломаться, что и произошло в нашем случае. Проблема была решена сверлением недалеко нового отверстия, а отколовшийся кусок просто приклеили.
После этого было произведено окрашивание всех деревянных частей солнечной батареи краской в несколько слоев, для повышения защиты конструкции от влаги и воздействия среды. Покраска осуществлялась как внутри, так и снаружи. Цвет краски, как и тип может варьироваться в широком диапазоне, в нашем случае была использована краска, имеющаяся в наличии в достаточном количестве.
Окраска подложек также была произведена с обеих сторон и в несколько слоев. Покраске подложки необходимо уделять особенное внимание, так при некачественной покраске, дерево может начать коробиться от воздействия влаги, что вероятно приведет к повреждению приклеенных к ней солнечных элементов.
Теперь, когда корпус солнечной батареи готов и просыхает самое время приступить к подготовке элементов.
Как уже упоминалось ранее, удаление воска с элементов – задача не из приятных. В ходе экспериментов, методом проб и ошибок, был найдет эффективный способ. Тем не менее, рекомендации по покупки не покрытых воском элементов, остались прежними.
Для растопки воска и отделения элементов друг от друга, необходимо отмочить солнечные элементы в горячей воде. При этом следует исключить возможность закипания воды, потому как бурное кипение может повредить элементы и нарушить их электрические контакты. Для исключения неравномерного нагрева, рекомендуется поместить элементы в холодную воду и плавно нагревать. Следует воздержать от вытягивания элементов из кастрюли за проводники, так как они могут оборваться.
На этом фото изображена окончательная версия аппарата для удаления воска. На заднем плане с правой стороны находится первая емкость, предназначенная для растапливания воска. Слева на переднем плане расположена емкость с горячей мыльной водой, а справа – чистая вода. Вода во всех емкостях довольно горячая, но ниже кипения воды. Нехитрый технологический процесс удаления воска заключается в следующем: в первой емкости необходимо растопить воск, затем элемент перенести в горячую мыльную воду для удаления остатков воска, в заключении промыть чистой водой. После очистки от воска, элементы необходимо просушить, для этого они были выложены на полотенце. Следует отметить что слив мыльной воды в канализацию недопустим, так как воск, остыв, затвердеет и засорит ее. Результатом процесса очистки является почти полное удаление воска с солнечных элементов. Оставшийся воск не способен помешать как пайке, так и работе элементов.
Солнечные элементы сушатся на полотенце после очистки. После удаления воска элементы стали значительно более хрупкими, что делает их более сложными в хранении и обращении. Рекомендуется не производить очистку до тех пор, пока не будет необходима их непосредственная установка в солнечную батарею.
Для упрощения процесса монтажа элементов, рекомендуется начать с отрисовки сетки на основе. После произведения отрисовки, элементы были выложены по сетке вверх обратной стороной, для того чтобы их спаять. Все восемнадцать элементов, расположенных в каждой половине были последовательно соединены, после чего были и соединены и половины, также последовательным способом, для получения необходимого напряжения
В начале спайка элементов между собой может показаться сложной, однако со временем она становится проще. Рекомендуется начать с двух элементов. Необходимо разместить проводники одного элемента таким образом, чтобы они пересекали точки пайки другого, также следует убедиться, что элементы установлены согласно разметке.
Для непосредственного осуществления пайки использовался паяльник малой мощности и прутковый припой с канифольной сердцевиной. Перед пайкой была произведена смазка точек пайки флюсом при помощи специального карандаша. Ни в коем случае не следует давить на паяльник. Элементы настолько хрупкие, что могут от небольшого давления придти в негодность.
Повторение пайки осуществлялась до образования цепочки, состоящей из шести элементов. Шины соединения от сломанных солнечных элементов, были припаяны к обратно стороне элемента цепочки, являющегося последним. Таких цепочек получилось три – итого 18 элементов первой половины батареи были благополучно объединены в сеть.
По причине того, что все три цепочки необходимо соединить последовательно, средняя цепочка была повернута на 180 градусов по отношению к другим. Общая ориентация цепочек в итоге получилось правильной. Следующим шагом является приклеивание элементов на место.
Для осуществления солнечных элементов может потребоваться некоторая сноровка. Необходимо нанести небольшую каплю герметика, изготовленного на основе силикона, в центре каждого элемента одной цепочки. После этого следует перевернуть цепочку лицевой стороной вверх и разместить солнечные элементы согласно нанесенной ранее разметке. Затем необходимо легонько прижать элементы, осторожно надавливая в центре, чтобы приклеить их. Значительные сложности могут возникнуть в основном при переворачивании гибкой цепочки, поэтому лишняя пара рук на это этапе не повредит.
Не рекомендуется наносить избыточное количество клея и приклеивать элементы по краям. Это обусловлено тем, что сами элементы и подложка, на которую они установлены, будут деформироваться при изменении условий влажности и температуры, что может привести к выходу элементов из строя.
Так выглядит собранная половина солнечной батареи. Для соединения первой и второй цепочек элементов была использована медная оплетка кабеля.
Для этих целей вполне подойдут специальные шины или даже медные провода. Аналогичное соединение необходимо произвести и с обратной стороны. Провод был прикреплен к основанию каплей герметика.
Тест первой изготовленной половины батареи на солнце. При слабой солнечной активности, изготовленная половина генерирует 9.31В. Довольно неплохо. Пора приступать к изготовлению второй половины батареи.
Каждая половина идеально помещается на свое место. Для крепления основы внутри батареи были использованы 4 шурупа небольшого размера.
Провод, предназначенный для соединения половин солнечной батареи, был пропущен через вентиляционное отверстие в центральном бортике и закреплен при помощи герметика.
Необходимо каждую солнечную панель в систему снабдить диодом блокирования, который должен быть соединен с батареей последовательно. Он предназначен для исключения разряда аккумулятора через батарею. Диод использовался Шоттки на 3.3А, обладающий значительно более низким падением напряжения, в сравнении с обычными диодами, что минимизирует потери мощности на диоде. Набор из двадцати пяти диодов марки 31DQ03 был приобретен всего за несколько долларов на eBay.
Исходя из технических характеристик диодов, наилучшим местом их размещения является внутренняя часть батареи. Связано это с зависимостью падения напряжения у диода от температуры. Так как температура внутри батареи будет выше окружающей, следовательно и эффективность диода повысится. Для закрепления диода был использован герметик.
Для того чтобы вывести наружу провода, было просверлено отверстие в днище солнечной батареи. Провода лучше завязать на узел и закрепить герметиком, для предотвращения их последующего вытягивания.
Крайне необходимо дать высохнуть герметику до установки защиты из оргстекла. Силиконовые испарения могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла, если не дать силикону просохнуть на открытом воздухе.
На выходной провод солнечной батареи, был прикреплен двухконтактный разъем, розетка которого в будущем будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторных батарей, используемого для ветрогенератора. В итоге солнечная батарея и ветрогенератор смогут работать параллельно.
Вот так выглядит окончательная версия солнечной батареи с установленным экраном. Не стоит торопиться с герметизацией стыков оргстекла до произведения полного тестирования работоспособности батареи. Может случиться так, что на одном из элементов отошел контакт и потребуется доступ к внутренностям батареи для ликвидации проблемы.
Предварительные расчеты оправдались: законченная солнечная батарея на ярком осеннем солнце выдает 18.88В без нагрузки.
Этот тест был произведен при аналогичных условиях и показывает прекрасную работоспособность батареи – 3,05А.
Солнечная батарея в рабочих условиях. Для сохранения ориентации на солнце, батарея перемещается несколько раз в день, что само по себе не сложно. В перспективе возможна установка автоматического слежения за положением солнца на небосводе.
Итак, какова же конечная стоимость батареи, которую мы умудрились сделать своими руками? Учитывая то, что куски дерева, провода и прочие пригодившиеся в изготовлении батареи вещи были у нас в мастерской, наши с вами подсчеты могут немного отличаться. Конечная стоимость солнечной батареи составила 105 долларов с учетом 74 долларов, потраченных на приобретение самих элементов.
Согласитесь, не так уж и плохо! Это всего лишь малая часть стоимости заводской батареи эквивалентной мощности. И в этом нет ничего сложного! Для увеличения выходной мощности вполне можно соорудить несколько таких батарей.