Как изготовить солнечную батарею в домашних условиях?

Использование энергии солнца ассоциируется по большей части с космическими аппаратами. А теперь еще с разными далекими странами, где ускоренно развивается «альтернативная энергетика». Но попробовать то же самое даже с самодельными устройствами по силам почти всем.

Особенности и разновидности устройства

Из экзотического устройства, предназначенного только для специальных нужд, солнечная батарея превратилась в уже относительно массовый источник энергии. И причина не только в экологических соображениях, но и в беспрерывном росте цен на электроэнергию из магистральных сетей. Более того, есть еще немало мест, где такие сети вовсе не протянуты и неизвестно когда они появятся. Самостоятельная забота о протягивании магистрали, объединение ради этого усилий большого числа людей вряд ли возможны. Тем более что даже при успехе предстоит окунуться в мир стремительной инфляции.

Важно понимать, что панели, вырабатывающие электричество, могут довольно сильно отличаться друг от друга.

И дело даже не в формате – внешний вид и геометрия как раз довольно близки. А вот химический состав отличается разительно. Наиболее массовые изделия выполнены из кремния, который доступен почти всем и стоит недорого. По производительности батареи не хуже как минимум более дорогих вариантов.

Существует такие три основных варианта кремния, как:

• монокристаллы;
• поликристаллы;
• аморфное вещество.

Монокристалл, если исходить из сжатых технических объяснений – это наиболее чистый тип кремния. Внешне панель похожа на своеобразные пчелиные соты. Основательно очищенное вещество в твердом виде делят на особо тонкие пластины, каждая из которых имеет не больше 300 мкм. Чтобы они выполнили свою функцию, используют электродные сетки. Многократное усложнение технологии по сравнению с альтернативными решениями делает подобные источники энергии наиболее дорогими.

Несомненным преимуществом монокристаллического кремния является очень высокий КПД по меркам солнечной энергетики, составляющий приблизительно 20%. Поликристалл получают иначе, требуется сначала расплавить материал, а затем медленно понижать его температуру. Относительная простота методики и минимальный расход энергоресурсов при производстве положительно сказываются на стоимости. Минусом становится пониженная эффективность, даже в идеальном случае она составляет не более 18%. Ведь внутри самих поликристаллов есть немало структур, понижающих качество работы.

Аморфные панели почти не проигрывают обоим только что названным видам. Кристаллов тут нет вообще, есть вместо них «силан» – это соединение кремния с водородом, размещаемое на подложке. КПД составляет примерно 5%, что в значительной мере компенсируется многократно увеличенным поглощением.

Немаловажно и то, что аморфные батареи лучше других вариантов справляются со своей задачей при рассеянном солнечном освещении и в пасмурную погоду. Блоки являются эластичными.

Иногда можно встретить комбинацию монокристаллических или поликристаллических элементов с аморфным вариантом. Это помогает сочетать достоинства используемых схем и гасить практически все их недостатки. С целью снижения стоимости изделий сейчас все чаще используют пленочную технологию, которая предусматривает генерацию тока на базе теллурида кадмия. Само по себе это соединение является токсичным, но выброс яда в окружающую среду исчезающе мал. А также могут использоваться селениды меди и индия, полимеры.

Концентрирующие изделия повышают эффективность использования площади панели. Но это достигается только при использовании механических систем, обеспечивающих разворот линз вслед за солнцем. Применение фотосенсибилизирующих красителей потенциально помогает улучшить прием энергии Солнца, но пока это скорее общая концепция и разработки энтузиастов. Если нет желания экспериментировать, лучше выбрать более стабильную и проверенную конструкцию. Это относится как к самостоятельному изготовлению, так и к покупке готового продукта.

Самостоятельное изготовление

Из чего делают?

Сделать своими руками солнечную батарею уже не так сложно, как кажется. Принцип действия устройства основан на применении полупроводникового перехода, освещенное устройство должно создавать ток. Самостоятельно изготовить приемник не получится, для этого нужны сложные производственные манипуляции и специализированное оборудование. А вот выполнить силовую часть преобразователя из подручных средств и материалов – не составляет особого труда. Для получения энергии в собственном смысле слова потребуется пластина из кремния, поверхность которой покрыта сеткой диодов.

Все пластины должны рассматриваться как обособленные генерирующие модули. Важно понимать, что оптимальная эффективность достигается при условии постоянного направления на солнце, и что придется позаботиться о накоплении энергии. Хрупкая батарея должна быть надежно защищена от любых загрязнений, от попадания снега. Если это все же происходит, посторонние включения следует убирать максимально быстро. Первым шагом при работе становится подготовка рамы.

Ее в основном делают из дюралюминия, который обладает следующими особенностями:

• не подвержен коррозии;
• не повреждается излишней влажностью;
• служит максимально долго.

Но необязательно делать именно такой выбор. Если проведена окраска и специальная обработка, неплохие результаты достигаются с использованием стали либо древесины. Не рекомендуется ставить очень крупные панели, что неудобно и повышает парусность. Чтобы зарядить кислотный аккумулятор на 12 В, нужно создать рабочее напряжение от 15 В. Соответственно, модулей по 0,5 В потребуется 30 штук.

Можно создать конструкцию из пивных банок. Корпуса выполняются из фанеры 1,5 см, а лицевая панель формируется из органического стекла или поликарбоната. Допускается применение стандартного стекла толщиной 0,3 см. Гелиоприемник формируется при окрашивании черным пигментом. Краска должна быть устойчивой к значительному нагреву. Крышки разрабатываются таким образом, чтобы обеспечивать повышенную эффективность обмена теплом.

Внутри банок воздух прогревается гораздо быстрее, чем на открытом месте. Важно: требуется отмывать емкости сразу, как только принято решение об их использовании.

Брать следует только алюминиевые банки, стальные не подойдут. Проверка производится простейшим образом – с использованием магнита. Донце пробивают, вводят пробойник или гвоздь (хотя можно и сверлить).

Суппорт вставляют и искажают соответственно рисунку. Верх банки разрезают, чтобы получилось что-то похожее на плавник. Он помогает воздушному потоку снимать максимум тепла с греющейся стенки. Потом банку обезжиривают любым моющим средством и приклеивают отрезанные ранее части друг к другу. Исключить промахи можно, используя шаблон из нескольких досок, приколоченных гвоздями под прямым углом.

Довольно часто используют конструкции из дисков. Они выступают неплохими фотоэлементами. Как вариант, ставятся пластины из меди. Электрическая схема, как уже говорилось, работает по тому же принципу, что и большинство транзисторов. Фольга призвана предотвращать чрезмерный разогрев. Как альтернативу в летние месяцы используют просто поверхность, отделываемую в светлые цвета.

Какие инструменты понадобятся?

Чтобы произвести самостоятельно все работы по монтажу солнечной батареи на 220 вольт, понадобятся следующие инструменты:

• паяльники, электрифицированные на 40 Вт;
• герметики на базе силикона;
• скотч, приклеиваемый с двух сторон;
• канифоль;
• припой;
• провод, по которому будет уходить ток;
• флюс;
• шина из меди;
• крепежные элементы;
• дрель;
• прозрачный материал листовой;
• фанера, органическое стекло либо текстолит;
• диоды конструкции Шоттки.

Как изготовить?

Пошаговая инструкция предусматривает выводы с панелей на батареи посредством защитного диода, что помогает исключить саморазряд. Поэтому на вывод подается ток напряжением 14,3 В. Стандартный зарядный ток имеет силу 3,6 А. Его получение достигается при использовании 90 элементов. Подключение частей панели производится параллельно-последовательным способом.

Нельзя использовать в цепочках неодинаковое число элементов.

С поправочными коэффициентами за 12 часов солнечного освещения можно получить 0,28 кВт/ч. Элементы расставляются в 6 полос, для довольно свободного монтажа требуется рама величиной 90х50 см. К сведению – когда есть подготовленные рамы с иными размерами, лучше пересчитать потребность в элементах. Если это невозможно, то применяют детали другой величины, их размещают, варьируя длину и ширину ряда.

Работать желательно на совершенно ровном месте, куда удобно подходить с любой стороны. Рекомендуется заготовленные пластины поставить немного в стороне, где они будут застрахованы от падений и ударов. Даже взять панель непросто, их берут только по одной и очень аккуратно. Крайне важно при монтаже в домашних условиях электрических солнечных панелей для дома или для дач поставить надежное УЗО. Такие блоки делают использование системы безопаснее, сокращая риск травмирования электрическим током и возгорания.

Большинство специалистов рекомендуют приклеивать распаянные элементы в виде единой цепи. Подложка должна быть плоской, поскольку это обеспечивает надежность. Как вариант, можно вставить в раму и основательно укрепить лист стекла либо плексигласа. Это изделие требует обязательной герметизации. На подложку выкладывают элементы в заранее определенном порядке и приклеивают их с помощью двустороннего скотча.

Работающая сторона должна быть повернута к прозрачному материалу, а паяльные выводы оборачивают в другую сторону. Удобнее всего распаивать выводы, если рама выложена рабочей плоскостью на столе.

Когда пластины приклеены, кладут смягчающую подкладку, для нее используют следующие материалы:

• резину в листах;
• древесноволокнистые плиты;
• картонки.

Теперь можно вставить в раму оборотную стенку и герметизировать ее. Замена кормовой стенки на компаунд, в том числе на эпоксидную смолу, вполне возможна. Но такой шаг нужно совершать только при условии, что панель не придется разбирать и чинить. Стандартный сегмент выдает примерно 50 Вт тока при благоприятных условиях. А этого уже достаточно для подпитки светодиодных светильников в небольших домах.

Чтобы обеспечить комфортную жизнь, придется за сутки расходовать от 4 кВт/ч электричества. Для жизнеобеспечения семьи из трех человек понадобится подавать уже 12 кВт/ч. Учитывая неизбежные добавки (когда, к примеру, одновременно работает стандартный набор техники и перфоратор) – требуется увеличить этот показатель еще на 2–3 кВт. Эти параметры и можно взять за основу при расчете необходимых параметров. Чтобы работа проходила нормально, необходимо добавлять в схему устройство, контролирующее заряд.

12 В постоянного тока, ведь именно такую мощность выдает типовая и самодельная батарея, переделать на 220 В переменного способен инвертор. Если нет желания его приобретать, придется комплектовать дом электроаппаратурой, рассчитанной на 12 либо 24 В. Так как низковольтные магистрали насыщаются сильным током, придется выбирать провода значительного сечения и не скупиться на изоляцию. Для накопления выработанного электричества применяют в основном свинцовые аккумуляторы, содержащие кислоту. Несмотря на все технологические усовершенствования, лучший вариант еще не предложен. Чтобы увеличить вырабатываемое напряжение, ставят 2 или 4 аккумулятора.

Наибольшие расходы повлечет приобретение самих панелей, улавливающих солнечные лучи. Сэкономить можно, если заказывать китайский товар в электронных магазинах. В целом такие предложения качественные, но необходимо внимательно знакомиться с репутацией продавцов, с поступающими об их деятельности отзывами. Можно выбирать работоспособные системы с незначительными дефектами. Производители их бракуют и выставляют на продажу, чтобы не тратиться на дорогостоящую утилизацию.

Важно: не стоит монтировать в одной сборке разные по габаритам или вырабатываемому току элементы. Наибольшая генерация в таком случае все равно будет ограничена «узким местом».

Самостоятельная сборка инвертора оправдана только в случае ограниченного потребления тока. А контроллеры зарядов и вовсе стоят мизерную сумму, так что их производство своими руками не оправдывается. Проектируя батарею, следует помнить, что ее элементы должны отделяться разрывом в 0,3–0,5 см.

Часто выбирают сооружения из алюминиевых профилей и органического стекла. Тогда готовят на основе металлического уголка каркас прямоугольной формы. Углы каркаса сверлят, чтобы потом легче было скреплять конструкцию. Изнутри периметр смазывается силиконовым реагентом. Теперь можно поставить лист прозрачного материала, который как можно плотнее прижимают к раме.

Углы коробки пронзают шурупами, удерживающими специальные уголки. Эти уголки не дадут оргстеклу произвольно изменять свое местоположение внутри изделия. Сразу после этого оставляют заготовку в покое и ждут, пока герметик высохнет. На этом предварительный этап завершен. До внедрения солнечных уловителей в корпус его основательно вытирают, чтобы не было малейших признаков загрязнения. Сами пластины тоже очищают, но делают это предельно осторожно.

До сборки конструкций с припаянными на заводе проводниками желательно оценить качество соединений и ликвидировать все обнаруженные деформации. Когда шины еще не соединены, первоначально паяют их к контактам на пластинах, и только после этого связывают взаимно.

Последовательность соединения является следующей:

• измерение требуемого участка шины;
• нарезка полосок согласно результату замера;
• смазывают обрабатываемый контакт флюсом на всем протяжении с нужной стороны;
• прикладывают шину аккуратно и точно, прогретым паяльником ведут по всей поверхности, которую нужно соединить;
• переворачивают пластину и все те же манипуляции повторяют сначала.

Важно: чрезмерно сильный нажим при пайке недопустим, что может разрушить хрупкие элементы. Нужно исключить и прогрев паяльником тех частей, которые не соединяются.

Закончив работу, внимательно осматривают всю поверхность батареи и каждого соединения. Нельзя, чтобы там были даже малейшие дефекты. Оставшиеся выемки и впадины устраняются еще одним проходом паяльника, уже максимально нежным и с еще меньшим прижатием. Сам паяльник не должен быть мощным, скорее, наоборот – сильный прогрев противопоказан. При отсутствии опыта столь тонкой работы желательно подготовить размеченный фанерный лист. Он позволит избежать многих серьезных ошибок. В ходе пайки контактов нельзя упускать из вида их полярность, в противном случае система работать не будет.

Приклеиваемые части соединяются тоже в максимально щадящем режиме. Избыток клея нежелателен, требуется накладывать в центральных частях пластин самые маленькие капли, которые только можно сформировать.

Перекладывание пластин в корпус желательно делать вдвоем, поскольку в одиночку это не слишком удобно. Далее, следует соединить каждый провод с края пластины с общими магистралями для тока. Вынеся подготовленную панель на освещенный солнцем участок, меряется вольтаж в общих шинах, который должен быть в пределах проектных значений.

Есть и другой способ герметизировать солнечную панель. Небольшие количества герметиков из силикона наносятся в промежутки пластин и на внутренние края корпуса. Далее, руками внешние стороны фотоэлементов прижимают к оргстеклу, при этом добиваются идеальной плотности. Накладывают незначительный груз на каждый край, дожидаясь высыхания герметика. После этого смазывают каждый стык пластины и внутренней стороны рамки.

При этом герметик может касаться краев оборота пластин, но не любой другой их части. Боковая часть корпуса послужит для установки соединяющего разъема, который связывается с диодами Шоттки. Внешняя сторона закрывается экраном, делаемым из прозрачных материалов. Создаваемая конструкция продумывается так, чтобы внутрь не попадало даже небольшое количество влаги. Лицевая грань из органического стекла покрывается лаком.

Рекомендации по эксплуатации

Солнечная батарейка может прослужить очень долго и стабильно, поставляя ток в домашнюю проводку. Но многое зависит не только от качества ее сборки и последующего подключения. Очень важно эксплуатировать такой нежный генератор, как полагается. Желательно направить батареи, если они не снабжены подстраивающейся под солнце системой, четко на юг, что поможет уловить максимум энергии и сократить непроизводительные потери. Чтобы исключить ошибку, достаточно ставить генератор под тем углом к горизонту, который равен числу градусов широты в конкретном месте. Но поскольку солнечный диск в течение года меняет свое местоположение на небосводе, рекомендуется в весенние месяцы понижать угол, а при наступлении осени повышать его.

Дополнение следящей системой в бытовых условиях нецелесообразно. Она оправдывает вложения исключительно на промышленном уровне. Гораздо выгоднее поставить сразу несколько батарей, ориентированных на наиболее вероятные углы освещения. Ставя солнечные генераторы поверх плоской кровли, к примеру, из рубероида или из листового железа, стоит поднять их над плоскостью. Тогда обдув воздушным потоком снизу повысит эффективность работы. На волнистых крышах так поступать необязательно, хотя никакого вреда от подъема не будет.

Самые лучшие кровли – это те, что ориентированы к югу и оформлены в виде плоских скатов. В такой ситуации скат служит для присоединения нескольких уголков, размер которых совпадает с величиной модуля. Выход над коньком составляет примерно 0,7 м, а крепление модуля к уголкам производится с разрывом в 150–200 мм. Как вариант, можно свешивать батарею при помощи тех же уголков ниже кровельного ската. На волнистой поверхности уголки часто сменяют трубами тщательно подбираемого диаметра.

Монтаж генераторов на фронтоне лучше всего сочетать с покраской этого элемента и свесов в светлые тона.

Солнечные блоки стоит выставлять по горизонтали, что сократит разброс температуры между их нижней и верхней частью на 50%, если сравнивать с вертикальным монтажом. А значит не только увеличится фактический ресурс, но и удастся повысить результативность системы.

Место для монтажа должно обладает следующими особенностями:

• как можно более освещенным;
• имеющим минимальную тень;
• хорошо продуваемым ветрами.

Полезные советы

Самодельная солнечная батарея может быть применена даже для отопления частного дома. Подобное оборудование можно монтировать, не требуя разрешения от государственных органов. Но даже при активном использовании оценить эффективность не получится раньше чем через 36 месяцев. Кроме того, такой вариант очень дорогой. Так как почти везде в России температура регулярно бывает отрицательной, придется дополнить гелиосистему теплоизоляцией.

Стабильное действие батарей обеспечивается в диапазоне температур от -40 до +90 градусов. Исправная работа гарантирована в среднем на 20 лет, а после этого эффективность резко сокращается. При выборе контроллера нужно учитывать разницу между мощными и слабыми электрическими системами. Если контроллера нет или он вышел из строя, придется непрерывно отслеживать заряды аккумуляторов. Невнимательность может сократить срок действия накопителя заряда.

Как сделать солнечную батаерю своими руками, смотрите в следующем видео.

Делаем солнечную батарею сами

Электроэнергия пронизывает жизнь современного человека. Все механизмы, облегчающие его быт и труд, используют ее как основу своей работы, преобразовывая поток электронов в действие, свет, тепло или холод. Как и у всего применяемого в нашем мире, – ресурс ее возобновляем, но имеет свою стоимость выработки, уменьшить которую желают, наверное, все пользователи систем энергоснабжения. Одним из вариантов уменьшения будет солнечная батарея, собранная своими руками. Один из рекламных щитов экологической энергетики

Повсеместное распространение системы возобновляемой энергии не получили из-за высокой начальной цены на компонентные составляющие.

К примеру, нормальный, 5 кВт ветрогенератор, которого будет достаточно для снабжения электроэнергией одного дома, стоит более 80 000 рублей. К нему нужна мачта, а это еще 60 тысяч, инвертор от 35 000 рублей, контроллер сети, цена которого начинается для 5 киловатт с 90 000. Также понадобится хороший, емкий аккумулятор. Стоимость проводки, растяжек для мачты и прочего сопутствующего оборудования в расчет даже не берется. Общая изначальная цена основы подобной «возобновляемой» электроэнергии составит около 300 тысяч, что далеко не каждому по карману.

Не стоит забывать и о том, что каждый генерирующий источник электроэнергии требует периодического обслуживания. К примеру, смазка вращающихся частей ветро-, водо- и приливных генераторов, чистка стекла и поверхности солнечных панелей, периодическая проверка, обмывка и перемещение элементов Пельтье. Обслуживание самодельного ветряка

Чтобы уменьшить расходы на запуск собственной экологической мини-электростанции, можно собрать ее самостоятельно из подручных материалов или уже готовых частей. Как наиболее экономичные, требующие меньше всего внимания при эксплуатации, рекомендуется использовать солнечные панели.

Конструкция и принцип работы солнечной батареи

Прежде чем начать монтаж системы преобразования света в электроэнергию, нужно понять общие принципы ее функционирования.

Все существующие, на текущий момент солнечные батареи построены на основе полупроводниковых кристаллов. Кванты света, падая на них, лишаются свободных электронов и протонов, которые впоследствии, через PN-переход, разделяются и отправляются уже по проводам дальше.

Ежесекундно, на каждый метр площади поверхности Земли падает солнечный свет, эквивалентный более чем 100 Вт электроэнергии. Речь идет о тех периодах, когда небо затянуто облаками. При ярком солнечном свете этот показатель, конечно, выше. Один из вариантов использования солнечных батарей и обычной линии

Для практического домашнего использования, кванты светового потока преобразуются в электричество посредством полупроводников. Генерируемая мощность последних зависит от материала солнечной батареи и ее площади.

Затем, постоянный ток от них поступает на инвертор и контроллер, первый из которых преобразует его в переменный ток, повышая значения напряжения до применяемых в условиях быта. Второй заряжает аккумулятор, который будет использоваться в периоды снижения освещенности.

Разновидности фотоэлементов и их особенности

В гелиоэнергетике, для создания полупроводниковых моно- и поли- кристаллов, а также аморфных их сборок (гибких) используется пластины на основе кремния, германия, арсенида галлия, индия, йодида висмута.

В зависимости от материала отличается и общий КПД получаемой энергии от такой панели. Он может составлять от 9% у кремниевых и до 44% в некоторых экспериментальных вариантах от изначально падающего света. Полупроводник

Преимущества и недостатки использования

1. Низкий коэффициент полезного действия. Лучшие, экспериментальные варианты изготовления преобразовывающих полупроводниковых пластин не имеют КПД более 44% от достигающей их энергии света. Для дешевых – кремниевых – такой коэффициент составляет всего лишь 9-25%, в зависимости от формы использования кристаллов.
2. Площадь пластин. Вытекает из предыдущего пункта – для выработки реальной энергетической отдачи требуются и большие площади генерирующих сборок.

1. Потери. В случае, когда полупроводник не освещен, он из генерирующего превращается в потребляющий. Для обхода этого фактора используются специальные байпасы в сборках кристаллов. Это своеобразные пути движения тока, которые минуют потребляющие элементы и подключают их в сеть, только если в них возникает ток.
2. Цена. Даже самые дешевые солнечные панели в сборе с оборудованием генерации энергии (инвертор, контроллер, аккумулятор) стоят от 70000 рублей за генерируемую площадь, достаточную для получения всего лишь 200 Вт*ч электроэнергии или 1 кВт в сутки. Размер подобной приблизительно составит 1,5 м 2 . Как видно, параметры достаточно суровы, но позволяют, в экономном режиме, обеспечить питанием небольшое жилье (без отопления). Прилично уменьшить цену поможет вариант, если сделать солнечную батарею своими руками из элементов, которые можно купить на различных торговых площадках.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Солнечная электростанция

Кроме материала и площади полупроводниковых пластин, важным фактором эффективности служит и количество падающего на солнечные батареи света. Максимальную отдачу можно получить только в полдень, при условии, что прохождению света ничего не мешает. К сожалению, добиться этого практически невозможно. Солнце движется по горизонту, его периодически заслоняют облака, падают тени от предметов.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств

Конструктивно изготовить гелиостанцию достаточно просто. Элементы приобретаются на aliexpress или e-Bay, осуществляется их пайка и соединение в одну конструкцию. Готовые панели, в раме прочности, размещаются на хорошо освещенной площади, подключаются к инвертору, контроллеру и аккумулятору посредством присутствующих на них контакторов. Выход всей этой системы к потребителям электроэнергии.

Выбор правильного места

Солнечные панели на крыше

Начало создания любой гелиостанции – выбор места ее размещения. От размера и формы свободного пространства и зависит количество полупроводниковых модулей – основы солнечной батареи. Место должно быть хорошо освещено, на него не допускается падание тени.

Существуют системы, поворачивающие сборки полупроводниковых кристаллов вслед движению светила. К сожалению, практического толка в них мало, так как механика подобных конструкций сама потребляет энергию, сводя на нет весь плюс такого подхода.

Проведение расчетов

Следующим действием производят расчет реальной и максимально потребляемой энергии. Он нужны для знания требуемых технических параметров компонентов гелиостанции и количества необходимых генерирующих элементов – полупроводниковых модулей, из которых и будет состоять панель в целом. Потребление электричества в обычном доме

Итого ежесуточный расход равен 6,28 кВт. Конечно, эти цифры весьма приблизительны и могут колебаться в различные стороны. Единственный от них плюс – понимание общего количества тока для снабжения дома.

Так как энергопотребление идет не круглые сутки, а только часть их, то генерирующие поверхности можно использовать более низкой мощности, лишь бы их хватало для подзарядки аккумулятора и поддержки постоянно включенной части оборудования. К примеру, холодильника. Солнечные батареи ночью

Сразу встает вопрос о необходимой емкости аккумулятора. Она зависит от потребляемой мощности и параметров тока, на которые он рассчитан.

Обозначим через T всю потребляемую энергию в сутки. Включают в список и потери в инверторе, для чего общие затраты умножают на коэффициент 1,2. То есть, абсолютный расход в максимуме будет равен Т_max=T+T*1,2. Для описанного примера – это 7,53 кВт*сутки.

Далее выводится необходимая емкость аккумуляторной батареи. Так как характеристики накопителей обычно идут в Ah (ампер-часах), высчитывается необходимое часовое потребление. Ah=T_max/V/24. В приведенном случае, 12 вольтовой аккумулятор должен быть способен выдать Ah расхода = 7530/12/24 = 26 A/h. Многие автомобильные обладают такими параметрами, а значит, можно их использовать для гелиостанции.

Несколько связанных параллельно автомобильных аккумуляторов

Теперь необходимо уточнить общую емкость накопителя. Обычно, 8 часов, в случае использования его с солнечными батареями, аккумулятор работает только на разряд. Света в этом промежутке времени для генераторных пластин или слишком мало, или вообще нет, а значит ток они не вырабатывают и батарею не заряжают. Ah _{емкости}=26*8=208Аh. К сожалению, такие аккумуляторы существуют, но стоят очень дорого.

Дальше необходимо вычислить количество модулей самой солнечной батареи, чтобы заряжать аккумулятор. Закладывают в расчет несколько избыточные характеристики, чтобы учесть потери энергии в сопутствующем оборудовании.

Согласно рекомендациям, зарядку аккумулятора требуется производить 1/10 силой тока от всей суммарной емкости батарей. В приведенном примере это 20,8A. Кроме того, вольтаж желательно подавать чуть выше заявленных характеристик накопительного устройства, а в общем случае аккумуляторы существуют на 12В или 24В. Для дальнейших расчетов будет использоваться первое значение. Один из модулей солнечной батареи

Продаваемые модули солнечных панелей имеют разные характеристики. Каждый из них идет с указанием вырабатываемых ватт и максимального тока. К примеру, флуоресцентный модуль размером 39*39 мм вырабатывает 5В, 0.5А. Чтобы получить

12В (если быть точнее, 15В, которыми собственно и лучше заряжать) требуется соединить последовательно 3 таких модуля, а вот, чтобы достигнуть силы тока в 1/10 Ah емкости, таких сборок понадобится K = Ah _{емкости} / 10 / А_{генерируемые} * V _{необходимые} / V_{генерируемые.}

В текущем расчете это 208Ah / 10 / 0,5A * 15В / 5В = 124,8, то есть 126 (ближайшее число кратное трем) модулей солнечной батареи, для подзарядки аккумулятора гелиостанции.

Сразу становится понятен приблизительный размер солнечной батареи – 39мм 2 * 126 = 4875 мм 2 или с учетом конструкции рамы 5 м 2 .

Какие материалы понадобятся?

• аккумуляторы, в количестве обеспечивающим необходимую емкость;
• инвертор, способный выдавать требуемую мощность;
• контроллер заряда аккумулятора, не допускающий его превышение;
• полупроводниковые модули, в вычисленном количестве;
• алюминиевый, металлический, деревянный или прочный пластиковый профиль для рамы;
• ДСП или жесть в качестве основания конструкции;
• стекло, которое будет использоваться для закрытия поверхности фотоэлементов;

Изготовление каркаса

Солнечная батарея в каркасе

Каркас выполняют соединением профилей квадратом.

Пайка пластин

После размещения фотоэлементов, производят их электрическое соединение. Каждые три, для 5В модулей подключаются последовательно. Своеобразный блок из них присоединяется к следующему – параллельно.

Для электрических связок можно использовать как шины, так и толстый провод. Причина – суммарная сила тока, которая будет составлять 6А. Тонкие проводники попросту выйдут из строя или начнут перегревать полупроводниковые фотоэлементы. Соединение элементов солнечной батареи

Сборка и тестирование

В подготовленный каркас рамы выкладывают рядами фотоэлементы. Производится их параллельная и последовательная пайка. Все модули желательно соединить между собой эпоксидным клеем, чтобы обеспечить прочность. При этом нужно контролировать недопустимость заливки самой рабочей поверхности.

Готовая солнечная батарея закрывается по задней стороне тонким листом ДСП или жестью (с учетом изолирования ее от контактных групп). Рабочая область – стеклом.

Тестирование готовой сборки проводят мультиметром, освещая ее поверхность. Характеристики вольтажа и ампер на выходах должны совпадать с расчетными. Если все нормально, то сборку устанавливают на место дислокации, подключают к инвертору, который в свою очередь к контроллеру и присоединенному к нему аккумулятору. Выход 220В преобразователя к сети потребления.

Основные ошибки при установке солнечных батарей

Ошибочное место размещения – тень от дерева

Основной ошибкой можно назвать место выбора размещения солнечных панелей. Если монтаж производится на крыше, то необходимо учитывать направление ее наклона и положение их согласно сторонам света.

Еще одна ошибка, часто делаемая начинающими специалистами – неверное сечение проводов для солнечных панелей. Казалось бы, вольтаж в них не большой, а значит можно использовать тонкую линию. Это не так: нагрев проводов происходит от нагрузки и вырабатываемой мощности, а для 6А он довольно существенен.

Неординарные батареи из подручных средств

1. Использование полупроводниковых транзисторов или диодов. Для этого дается максимальный доступ света к пластинам PN-перехода в составе этих элементов. Диоды можно использовать «как есть», а вот у транзисторов придется снять защитную крышку, к примеру, сточив ее. Собрав конструкцию с последовательными и параллельными связками этих полупроводников, можно добиться необходимых характеристик генерации.
   PN-переход внутри транзистора
2. Получить ток можно и в процессе освещения поверхности медной фольги. Для этого два широких выреза ее помещают в прозрачную емкость, чтобы на их поверхность падало как можно больше солнечного излучения. Соприкасаться они не должны. Контакт от одной будет плюсом, второй – минусом. Полярность можно проверить опять же мультиметром. Для запуска всей системы в действие внутреннюю поверхность сосуда заполняют раствором соленой воды.

Все самодельные схемы обладают низким коэффициентом полезного действия, но вполне допустимы для использования их с целью подзарядки сотового телефона или аккумуляторов садовых фонариков.

Как сделать солнечную батарею своими руками: пошаговые инструкции по сборке в домашних условиях из разных материалов с фото и видео

Основной материал для производства панелей — кремний, с добавлением бора и фосфора. Они разнесены по разным сторонам друг от друга. Под воздействием солнечного света от фосфора (сторона n–типа), отделяются свободные электроны и начинают двигаться в сторону пластины из бора. Борная пластина, обладая свободными элементами, или своеобразными дырками (сторона p–типа) принимает свободные электроны. Или появляется p–n переход. Теперь остается снять с пластины это движение электронов в виде электрического тока.

Целесообразность самодельной солнечной панели

Понимание этих физических свойств кремния поможет в том, чтобы была собрана солнечная панель своими руками. Для начала работ необходимо подготовиться.

В любом случае запасной источник электроэнергии всегда востребован. Да еще и себестоимость солнечного киловатта существенно ниже традиционного электричества. Конечно, многие хотят приобрести и установить заводские солнечные панели. Отпугивает цена на весь комплект оборудования для домашней электростанции. Поэтому очень актуален вопрос — как собрать солнечную батарею самому?

Более грамотный подход — рассчитать количество вырабатываемой энергии одним модулем:

• Е — количество солнечной инсоляции за известный период времени;
• k — коэффициент, формирующий летом — 0,5, в зимний период — 0,7;
• Pw — мощность одного устройства.

Исходя из планируемой полной мощности энергопотребления и расчётных данных, высчитывается общая мощность потребления электроэнергии.

Теперь если итог разделить на предполагаемую производительность одного фотоэлемента в финале получим необходимое количество модулей.

Необходимый инструмент и материалы

Если не пугает объем и сложность предстоящей работы, необходимо основательно подготовиться.

Основной элемент — сами пластины. Количество элементов подбирается исходя из выходных параметров будущей панели. Но основное условие — их технические характеристики должны быть идентичны друг другу. И если нет опыта в сборке подобных конструкции, лучше будет взять несколько элементов про запас, с учетом брака на первых этапах работы.

Продолжаем комплектовать материалы:

• ДСП;
• металлический профиль и уголок (лучше из алюминия);
• поролон высотой 1,6–2,7 см;
• основание под пластины из прозрачного материала;
• набор из саморезов и шурупчиков;
• несколько туб силиконового герметика;
• электропроводка;
• клемные зажимы.

Объем сырья мы не указываем т.к. оно находится в прямой зависимости от габаритов и количества деталей, из которых будет собрана самодельная солнечная батарея.

Теперь инструмент и вспомогательные материалы:

• шуруповёрт;
• ножовка по металлу и ножовка по дереву;
• 40 Ватный электрический паяльник;
• электрический тестер;
• флюс и припой для пайки;
• технический спирт, для обработки поверхностей под пайку;
• ватные диски–тампоны.

Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи

Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского. Они отличаются высоким качеством и обладают неплохим (по меркам фотоэлементов) КПД, равным примерно 20÷22%. Из-за этого и стоимость их достаточно высока.

Солнечные лучи, попадая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с двух сторон подсоединены к шинам, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокий КПД этого типа пластин объясняется тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются по поверхности кристалла.

Поликристаллические фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батареи считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие — и целых батарей получается ниже по сравнению с монокристаллическими приборами. Это обуславливается особенностями производства фотоэлементов, так как при их изготовлении применяются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.

Если сравнивать два этих типа изделий, то можно выделить следующие различия, выявленные тестированием независимых компаний:

• Поликристаллические пластины отличаются по внешнему виду от монокристаллов, так как имеют неоднородный по цвету окрас поверхностей, с перемежением темных и светлых участков.

• В процессе эксплуатации у всех фотоэлементов происходит постепенное снижение мощности. Так, после года работы у монокристаллов она снижается на 3%, а у поликристаллических элементов — на 2%.
• Суммарное количество электроэнергии, выработанное монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем у поликристаллических элементов, при их одинаковой площади.
• Стоимость поликристаллов на 10÷15 % ниже монокристаллических батарей.

Аморфные солнечные модули

Этот тип элементов представляет собой плотную гибкую пленку, значительно упрощающую процесс монтажа батарей.

На современном рынке представлены три поколения подобных фотоэлементов:

• Элементы первого поколения являются однопереходными. Они имеют низкий КПД — всего 5% и относительно небольшой срок эксплуатации — не более 10 лет.
• Пленка второго поколения тоже однопереходного типа, но уровень КПД у нее повышен до 8%, увеличен и срок эксплуатации.
• Тонкопленочные батареи третьего поколения обладают КПД до 12%, и обладают длительным сроком службы, составляя конкуренцию кристаллическим вариантам.

Несмотря на не выдающиеся характеристики, самыми популярными остаются однопереходные тонкопленочные модули второго поколения. Они доступны по цене и обладают приличной мощностью, которая вполне может конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

• Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, в частности, на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен произвести большее количество энергии по сравнению с кристаллическими аналогами — те при нагреве способны потерять до 20% мощности.
• Пленочные батареи продолжают выработку энергии даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллов, которые не генерируют энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна вырабатывать до 20% энергии от своих номинальных показатели. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
• Стоимость кристаллических панелей гораздо выше, чем пленочных. Причем цена на последние продолжает снижаться из-за активного наращивания объемов их производства.
• Пленочные солнечные батареи имеют меньшее количество дефектов и уязвимых мест. Дело в том, что жёсткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции в целом виде.

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Параметры	Кристаллические панели	Аморфные тонкопленочные батареи
КПД изделий	9÷20%	6÷12%
Выходное напряжение одного фотоэлемента	Около 0,5 В	Около 1,7 В
Световой спектр максимальной чувствительности	Ближе к красному цвету, то есть для эффективной работы необходимо яркое солнце.	Ближе к ультрафиолету, то есть восприимчивы и к рассеянному освещению.
Гибкость	Хрупкие и ломкие, требуют обязательной жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Гибкие, легко гнутся, не заламываются.
Надежность при эксплуатации в экстремальных условиях	Требуют жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Более устойчивы к механическим воздействиям, хотя тоже требуют защиты.
Долговечность	При должной защите, эксплуатируются длительное время, но с годами постепенно снижается эффективность работы изделий.	Качественные изделия, выполненные с соблюдением технологии, выгорают на солнце на 4% за первые 4÷5 лет эксплуатации. Дешевые китайские аналоги могут подвести через 2÷3 года.
Вес	Тяжелые.	Легкие.

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи работают с разной эффективностью в различные периоды, необходимо выделить факторы, которые влияют на КПД системы. Причем названные ниже моменты действуют на солнечные батареи всех типов, но с различной интенсивностью.

• При повышении температуры производительность любых фотоэлементов панелей снижается.
• При частичном затемнении, например, если солнце попадает только на часть панели, а какое-то количество элементов остается неосвещенным, выходное напряжение падает за счет потерь неосвещенных пластин.
• Панели, оснащенные линзами для концентрирования излучения, становятся совершенно неэффективными в облачную погоду, так как пропадает эффект фокусирования потока света.
• Для достижения высокой эффективности работы солнечной батареи необходим правильный подбор сопротивления нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к приборам или аккумулятору, а через управляющий системой контролер, который обеспечит оптимальный режим функционирования батареи.

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.

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.

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.

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.

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущей панели можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:

• Алюминий – лёгкий металл, не дающий серьёзной нагрузки на опорную конструкцию, на которую планируется установка батареи.
• При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен воздействию ржавчины.
• Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниёт.

При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение.

От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.

Минимальный коэффициент светоотражения у плексиглас или более дешёвого его варианта – оргстекла. Чуть ниже показатель преломления света у поликарбоната.

От величины второго показателя зависит, будут ли нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвергаются нагреванию, тем дольше они прослужат. ИК-излучения лучше всего поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Немного хуже – обычное стекло.

Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

Совет по подбору панелей

Чтобы получить на выходе мощность в 145 Вт при напряжении 18 В и при этом не сильно вылезти из бюджета, лучше присмотреться к комплектам класса В.

На комплекты класса В приходится основная доля всего рынка гелиобатарей. Для тех, кто хочет попробовать собрать панели своими руками лучше присмотреться именно к таким производителям. Но таких компаний в настоящее время очень много и, как правило, они занимаются не производством, а перепродажей готовых компонентов.

Либо в целях экономии активно применяют ручную сборку панелей, что закономерно приводит к снижению качества. Поэтому надо быть готовым к тому, что заявленные характеристики могут не совпадать с реальными параметрами. И рассчитывать на гарантийные обязательства от таких малоизвестных фирм, тоже не стоит.

Если приобрести 36 штук китайских панелей на сайте Alibaba, это обойдётся в 3200 рублей. При цене готового комплекта с такими же характеристиками в 6250 рублей — выгода весьма ощутимая.

Следовательно, идея изготовить солнечные батареи для дома своими руками приобретает еще большую актуальность.

Какие панели покупать

Все изделия такого класса делятся на:

1. Монокристаллические (более дорогие).
2. Поликристаллические (аморфные).

1–ые обладают более однородной структурой из–за чего КПД намного больше, чем у аморфных. Собственно именно это и обуславливает рост цены.

Отличить эти фотоэлементы друг от друга очень просто, как по цвету (монокристалл тёмно–синий), так и по форме.

Что выбрать — решать покупателю, но следует знать, что более дешевые аморфные ячейки делаются на мелких китайских предприятиях с отклонениями в качестве материалов, но с более низкой себестоимостью.

Чтобы рассчитать количество фотоэлементов нужно ориентироваться на проектируемые выходные данные самодельных панелей.

По паспортным данным с одного квадратного метра панелей снимается 0,12 кВт/час электроэнергии. Для бытовых нужд достаточно получать с устройства 280–320 кВт в месяц.

Все элементы должны быть одного размера и номинала.

Если приобретается фотоэлемент с защитным восковым покрытием, то его после покупки надо удалить.

Последовательность действий по подготовке фотоэлементов:

1. Панели распаковать.
2. Обработать горячей (90±5 градусов Цельсия) водой.
3. После того как воск растаял, все элементы разъединить друг от друга.
4. Очистить каждую панель от остатков воска горячей водой.
5. Разложить обработанные панели на мягкой ткани и просушить.

Специфика солнечных панелей

Основная особенность панелей заключается в их неиссякаемости. Израсходовать ресурс солнца таким способом практически невозможно. И, даже если люди придумают, как брать из него энергию иным методом, то энергии хватит на несколько миллиардов лет — исследования NASA это подтвердили. В совокупности этих фактов солнечные батареи становятся запасным вариантом, если другие источники смогут израсходовать свой ресурс.

Преимущества

Неоспоримые плюсы использования солнечной энергии:

• большой потенциал: ученые заявляют, что ее мощность измеряется тераваттами — это в несколько раз превышает реальную потребность человечества в энергии;
• доступность: лучи солнца присутствуют практически везде, включая страны расположенные в северных регионах;
• экология: производители солнечных батарей не наносят урон экологии, вопрос который в последние несколько лет стоит особенно остро;
• отсутствие шума: тот факт, что использование панелей не производит никакого шума, делает возможным их использование в жилых кварталах — они не будут никому мешать;
• низкие издержки: обслуживание таких батарей в разы ниже, чем других источников.

Совокупность всех факторов в будущем даст абсолютное преимущество этого источника, особенно если к тому времени ученые оптимизирует потребление такой энергии и поймут, как потреблять ее больше и быстрее.

Недостатки

И, несмотря на все те преимущества, что солнечные панели уже дают или могут дать в стратегической перспективе, существует ряд недостатков. В первую очередь нужно выделить затраты. Существует определенный парадокс: производители не учитывают, что при изготовлении солнечных панелей происходит загрязнение экологии, которое скажется на природе в течении пары лет.

Минусами также является:

• неравномерность: не вся поверхность Земли обладает хорошей освещенностью от солнца, что делает нерациональным использование панелей на конкретных территориях;
• погода: в пасмурные дни панели получают намного меньше энергии, что также делает невозможным их регулярное использования в регионах с повышенной дождливостью или пасмурностью;
• территория: получение приемлемого КПД возможно только при задействовании больших площадей для размещения на них панелей, потому что в противном случае их использование становится бессмысленным;
• переработка: вопрос утилизация стоит также остро, как и эффективности, потому что это ресурсозатратно и тяжело — несоблюдение процедуры может привести к загрязнению экологии.

В заключение нужно также выделить материал, из которого предприятия изготавливают батареи — это трихлорсилан. Фактически он является ядовитым и взрывоопасным, что при неправильном использовании или утилизации может нанести вред сотрудникам производства, а не только природе. И если в развитых странах эту проблему можно решить — пусть с высокими тратами, — то в странах третьего мира, где соответствующего оборудования попросту нет, избежать этого невозможно.

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.

Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.

График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости

В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.

Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии

Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.

Как видите, даже для того, чтобы обеспечить электричеством бытовые потребности средней семьи, понадобится серьёзная гелиоэлектрическая установка. Что касается использования самодельных солнечных батарей для отопления, то на данном этапе такая затея не выйдет даже на границы самоокупаемости, не говоря уж о том, чтобы можно было что-то сэкономить.

Проект системы и выбор места

Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.

Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант – батареи, которые могут менять угол наклона.

Место установки солнечных пластин может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.

Единственное условие – батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.

Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.

Сразу установить такую гелиосистему будет проблематично. Но даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести свой скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем также ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

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 аккумулятора гелиосистемы. Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Изготовление каркаса

Солнечная батарея своими руками начинает свой путь с изготовления каркаса из подручных материалов.

Размеры для него рассчитываются с учетом параметров самих фотоэлементов.

Для рамки можно использовать уголок из алюминия с высотой полок 70х90мм.

Почему именно алюминий?

1. Вес конструкции. Вся конструкция в итоге будет немало весить, а это легкий и достаточно прочный металл.
2. Не нуждается в антикоррозийной обработке.

Чтобы устранить попадание влаги, все стыки каркаса необходимо подвергнуть обработке герметиками на силиконовой основе.

Теперь, когда есть металлическое обрамление, можно приступить к изготовлению корпуса солнечной панели.

Монтаж солнечной батареи по шагам

Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все требуемые материалы и инструменты, можно начинать монтаж батареи.

При монтаже необходимо соблюдать технику безопасности, особенно осуществляя установку готовой панели на крышу дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг #1 – пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлементов. Безусловно, если у вас есть возможность, то лучше всего купить фотоэлементы сразу с проводниками, т.к. пайка – очень непростая и кропотливая работа, занимающая много времени.

Пайка осуществляется следующим образом:

1. Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса-проводник.
2. Проводники нарезаются при помощи картонной заготовки, их длина в 2 раза больше, чем размер кремниевой пластины.
3. Проводник аккуратно выкладывается на пластину. На один элемент – два проводника.
4. На место, где будет производиться спайка, необходимо нанести кислоту для работы с паяльником.
5. Произвести пайку при помощи паяльника, аккуратно присоединив проводник к пластине.

В процессе пайки нельзя давить на силикатный элемент, т.к. он очень хрупкий и может разрушиться! Если вам посчастливилось, и вы приобрели фотоэлементы с готовыми контактами, то вы избавите себя от долгой и сложной работы, переходя сразу к изготовлению каркаса для будущей батареи.

Шаг #2 – изготовление каркаса для солнечной батареи

Каркас – это место, куда будут устанавливаться фотоэлементы. Для изготовления каркаса берутся алюминиевые уголки и рейки, из которых складываются рамки. Рекомендуемый размер уголка – 70-90 мм.

На внутреннюю часть металлических уголков наносится силиконовый герметик. Герметизацию уголков необходимо произвести тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.

После того, как алюминиевая рамка готова, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задний корпус представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.

Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Бортики привинчиваются при помощи саморезов и шуруповёрта.

Прозрачный элемент прижимается и фиксируется, его крепление осуществляется при помощи метизов: 4 по углам, а также по 2 с длинных и по 1 с короткой стороны рамы. Метизы крепятся шурупами.

Каркас для гелиобатареи готов и можно приступать к самой ответственной части – монтажу фотоэлементов. Перед монтажом необходимо очистить оргстекло от пыли и обезжирить спиртсодержащей жидкостью.

Шаг #3 – монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Монтаж и пайка кремниевых пластин – самая трудоёмкая часть работы по созданию солнечной панели своими руками. Сначала раскладываем фотоэлементы на оргстекло синими пластинами вниз.

Если вы впервые собирайте батарею, то можно воспользоваться подложкой для нанесения разметки, чтобы расположить пластины ровно на небольшом (3-5 мм) расстоянии друг от друга.

1. Производим пайку фотоэлементов по следующей электросхеме: “+” дорожки расположены на лицевой стороне пластины, “-” – на обратной. Перед пайкой аккуратно наносит флюс и припой, чтобы соединить контакты.
2. Производим пайку всех фотоэлементов последовательно рядами сверху вниз. Ряды затем должны быть также соединены между собой.
3. Приступаем к приклеиванию фотоэлементов. Для этого наносим небольшое количество герметика на центр каждой кремниевой пластины.
4. Переворачиваем получившиеся цепочки с фотоэлементами лицевой стороной (там, где синие пластины) вверх и размещаем пластины по разметке, которую нанесли ранее. Осторожно прижимаем каждую пластину, чтобы зафиксировать её на своём месте.
5. Контакты крайних фотоэлементов выводим на шину, соответственно “+” и “-“. Для шины рекомендуется использовать более широкий проводник из серебра.
6. Гелиобатарею необходимо оснастить блокирующим диодом, который соединяется с контактами и предотвращает разрядку аккумуляторов через конструкцию в ночное время.
7. В дне каркаса сверлим отверстия для вывода проводов наружу.

Провода необходимо прикрепить к каркасу, чтобы они не болтались, сделать это можно используя силиконовый герметик.

Шаг #4 – тестирование батареи перед герметизацией

Тестирование солнечной панели необходимо проводить до её герметизации, чтобы иметь возможность устранить неисправности, которые часто возникают во время пайки. Лучше всего производить тестирование после спайки каждого ряда элементов – так значительно проще обнаружить, где контакты соединены плохо.

Для тестирования вам понадобиться обычный бытовой амперметр. Измерения необходимо проводить в солнечный день в 13-14 часов, солнце не должно быть скрыто облаками.

Выносим батарею на улицу и устанавливаем в соответствии с ранее рассчитанным углом наклона. Амперметр подключаем к контактам батареи и проводим измерение тока короткого замыкания.

Смысл тестирования заключается в том, что рабочая сила электрического тока должна быть на 0,5-1,0 А ниже, чем ток короткого замыкания. Показания прибора должны быть выше 4,5 А, что говорит о работоспособности гелиобатареи.

Если тестер выдаёт меньшие показания, то где-то наверняка нарушена последовательность соединения фотоэлементов.

Обычно самодельная солнечная батарея, сконструированная из фотоэлементов группы В выдаёт показания 5-10 А, что на 10-20% ниже, чем у солнечных панелей промышленного производства.

Шаг #5 – герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Герметизацию можно производить, только убедившись, что батарея работает. Для герметизации лучше всего использовать эпоксидный компаунд, но учитывая, что расход материала будет большой, а стоимость его составляет примерно 40-45 долларов. Если дороговато, то вместо него можно применять всё тот же силиконовый герметик.

Существует два способа герметизации:

• полная заливка, когда панели заливаются герметиком;
• нанесение герметика на пространство между фотоэлементами и на крайние элементы.

В первом случае герметизация будет более надёжной. После заливки герметик должен схватиться. Затем сверху устанавливается оргстекло и плотно прижимается к пластинам, покрытым силиконом.

Для обеспечения амортизации и дополнительной защиты между задней поверхностью фотоэлементов и каркасом из ДСП многие мастера советуют устанавливать прокладку из жёсткого поролона шириной 1,5-2,5 см.

Делать это необязательно, но желательно, учитывая, что кремниевые пластины достаточно хрупкие и легко повреждаются.

После установки оргстекла на конструкцию ставят груз, под действием которого происходит выдавливание пузырьков воздуха. Солнечная батарея готова и после повторного тестирования её можно устанавливать в заранее выбранное место и подключать к гелиосистеме вашего дома.

Установка готовой системы

1. Для полноценной работы солнечных панелей нужно дополнительно приобрести инвертор тока с 12 В на 200 В, для перевода постоянного тока с панели в переменный.
2. Чтобы не перегружать систему и для сбережения электричества, нужны хотя бы два гелевых или AGM аккумов.
3. Система не будет полной без контроллера, который будет руководить работой накопительных аккумуляторов.

Место установки выбирается еще до того как сделать солнечную панель. Оно также играет большую роль.

Солнечные панели можно ставить на земле, на стенах или крыше. Тут дело вкуса и свободных площадей. Но важно, чтобы на панель попадало максимум солнечного света. Поэтому любая падающая тень на конструкцию крайне нежелательна.

Часто можно увидеть систему из подобных китайских панелей на кровлях домов. Но в любом случае необходимо убедиться в надежности самой кровли, и сможет ли она выдержать дополнительный вес от солнечных элементов. И это существенное условие. Потому как кроме монтажа самих гелиопанелей, к ним добавится вес кронштейнов и поворотной системы, без которой не обойтись — угол установки строго регламентирован. Он должен составлять 30–40 градусов к крыше.

Если панели из тонкопленочных материалов, нужно оберегать их от дополнительных ветровых нагрузок и давления от накопившегося снега. Нужна ее надежная ветрозащита.

Неплохое решение для дачи — наземная установка на металлической раме из надежного профиля сечением 25х25 мм или больше. Перед рамной конструкцией должна изготавливаться установка ветрорассекателей и снегозащиты.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

• 2 «крокодильчика»;
• медная фольга;
• мультиметр;
• соль;
• пустая пластиковая бутылка без горлышка;
• электрическая печь;
• дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом.

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Утилизация системы

Солнечные системы, собранные на производстве, рассчитаны на 45–летний срок использования. Их составляющие — контроллер и инвертор служат около 20 лет. Срок жизни аккумуляторов также весьма ограничен, но точно не превышает десяти лет.

Поэтому возникает закономерный вопрос — что делать с отработавшими свой ресурс элементами гелиосистемы?

Ответ очевиден — продать!

Можно не сомневаться, что и в вашем городе найдётся компания готовая выкупить эти компоненты.

Они вполне пригодны для повторного применения, чтобы создавать аналогичные системы. Цена природного кремния весьма высока, как и его переработка. Выгоднее выкупить отслужившие свой срок элементы, переработать их и пустить в повторное производство. Это намного прибыльнее, чем покупать сырье или самому добывать редкоземельные материалы.

Заключение

Самоделки, типа домашней солнечной батареи это нешуточная задача, которая потребует помимо финансовых и временных затрат, еще и минимальных знаний по основам электротехники. Но если есть желание и усидчивость можно вполне быть уверенным в успехе поставленного перед собой вопроса.

В любом случае применение солнечного излучения сулит огромные перспективы. Статистика нам говорит о том, что на 1 м 2 земной поверхности попадает 4,2 кВт/час солнечной энергии в день! А это эквивалентно экономии почти одного барреля сырой нефти в год. Так что можно с уверенностью сказать — будущее за альтернативной энергетикой.

Источник https://stroy-podskazka.ru/solnechnye-batarei/kak-izgotovit-v-domashnih-usloviyah/

Источник https://future2day.ru/delaem-solnechnuyu-batareyu-sami/

Источник https://stroimdom44.ru/kak-sdelat-solnechnuyu-batareyu-svoimi-rukami-poshagovye-instrukcii-po-sborke-v-domashnix-usloviyax-iz-raznyx-materialov-s-foto-i-video/