Как сделать солнечную батарею в домашних условиях. Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Немного истории

Первые попытки использовать солнечную энергию для производства электричества были предприняты еще в середине 20-го века. Впоследствии ведущие страны мира попытались построить эффективные тепловые электростанции. Концепция теплоэлектростанции заключалась в использовании концентрированного солнечного света для нагрева воды в пар, который, в свою очередь, вращал турбины электрогенератора.

Поскольку такие электростанции использовали концепцию преобразования энергии, их эффективность была минимальной. Современное оборудование напрямую преобразует солнечный свет в электричество благодаря концепции фотоэлектрического эффекта.

Современный принцип работы солнечного элемента был открыт еще в 1839 году физиком Александром Беккерелем. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, что сделало возможным практическую реализацию принципа солнечного элемента.

Принцип работы

Как упоминалось ранее, принцип основан на действии полупроводников. Кремний — один из самых эффективных полупроводников, известных человеку на сегодняшний день.

Когда фотоэлемент (верхняя кремниевая пластина блока преобразователя) нагревается, из атомов кремния высвобождаются электроны, которые затем захватываются атомами на нижней пластине. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в исходное положение. Соответственно, от нижней пластины электроны движутся по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь к верхней пластине.

Эффективность фотоэлектрических элементов, созданных методом осаждения монокристаллического кремния, гораздо выше, поскольку в этой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться по прямой линии.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основная структура устройства состоит из:

панельный корпус;
единицы преобразования;
батареи;
дополнительное оборудование.

Корпус выполняет единственную функцию — удерживает конструкцию вместе, не имея другого практического применения.

Основными компонентами являются блоки преобразователя. Это фотоэлектрический элемент, который состоит из полупроводникового материала, которым является кремний. Можно сказать, что солнечные батареи, конструкция и принцип действия которых всегда одинаковы, состоят из основы и двух тонких слоев кремния, которые могут быть осаждены на поверхность либо монокристаллическим, либо поликристаллическим методом.

Метод осаждения кремния определяет стоимость батареи, а также ее производительность. Если кремний применяется монокристаллическим методом, эффективность батареи будет такой же высокой, как и ее стоимость.

Когда речь идет о том, как работает солнечная батарея, не следует забывать о батареях. Как правило, используются две батареи. Один из них — основной, а другой — резервный. Главный из них накапливает электроэнергию, отправляя ее прямо в сеть. Другая накапливает избыток электроэнергии, а затем отправляет ее обратно в сеть, когда напряжение падает.

Дополнительными устройствами являются контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между батареями. Обычно они работают по принципу простого реостата.

Диоды являются очень важным компонентом солнечной установки. Этот элемент устанавливается в каждой четверти блока инвертора, защищая конструкцию от перегрева из-за перенапряжения. Если диоды не установлены, существует большая вероятность того, что система выйдет из строя после первого дождя.

Тонкопленочные панели

Суть тонкопленочных панелей заключается в особом процессе производства, при котором полупроводники наносятся непосредственно на пленку. Полупроводниками являются сплавы меди с индием, теллуридом кадмия и селенидом. Они значительно отличаются от обычных солнечных батарей тем, что имеют фольгированную панель и могут быть скручены вместе, поэтому их можно использовать на любой местности. Некоторые люди приклеивают их к внешней стороне окна, защищая таким образом дом от солнечных лучей и получая при этом небольшое количество энергии. Ключевое слово здесь — маленький. Полупрозрачные тонкопленочные панели имеют низкий КПД, что означает, что они не смогут обеспечить энергией целый дом, даже если будут использоваться в больших масштабах. Дополнительные преимущества включают малый вес, простоту установки и низкую цену.

Концентраторные модули

Концентраторные солнечные панели считаются самыми эффективными и одновременно самыми дорогими. Они имеют самый высокий процент фотоэлектрического преобразования, и это объясняется тем, что они состоят из многослойной структуры, различающейся по составу полупроводников. Считается, что наибольший эффект дает трехслойная структура. Принцип его работы заключается в поглощении солнечного излучения во всем диапазоне и длине волны. Ни одна другая солнечная батарея не дает подобного эффекта. Однако они сложны в производстве и дороги, поэтому не пользуются особой популярностью.

Приобретение дорогостоящих концентраторных модулей оправдано только в регионах с высокой солнечной радиацией в течение всего года.

Органические батареи

Органические батареи содержат элементы, изготовленные из органических полимеров, отсюда и их название. Это гибкий аккумулятор, который изготавливается в любых размерах и печатается на пластике с помощью принтера. Суть технологии напрямую влияет на производительность панели. Процентная эффективность довольно низкая, но они дешевые и экологически чистые. Они могут быть изготовлены любой удобной формы и размера, полностью сохраняя желаемую текстуру пластика. Некоторые люди используют их и как декор частного дома, и как источник энергии.

Сила тока

Интенсивность электрического тока в солнечном элементе зависит от таких факторов, как.

количество света, падающего на поверхность клетки;

облученность источника света;
площадь клетки, принимающей фотоны;
угол падения света на клетку;
Время работы ячейки;
Эффективность системы (самые современные солнечные панели сегодня имеют эффективность 24% или менее. Об эффективности солнечных батарей вы можете прочитать в этой статье);
Температура окружающего воздуха (чем выше температура, тем выше сопротивление элемента).

Назначение и область применения

Организация энергоснабжения с использованием альтернативных источников энергии сегодня не редкость. Конструкция солнечных батарей различных типов позволяет использовать их в сельском хозяйстве, промышленности и даже военно-космических объектах. Это решение также очень часто используется в быту для обеспечения электроэнергией всего дома.

Посмотрите видео, сфера применения альтернативных источников энергии:

Альтернативные источники энергии являются одним из способов организации энергоснабжения в отдаленных районах, где отсутствуют централизованные электросети. В этом случае использование таких панелей является гораздо более выгодным решением, чем подключение к электросети. В зависимости от типа батареи они могут вырабатывать электроэнергию напрямую или сначала нагревать теплоноситель. Последний вариант относится к солнечной энергии.

Эффективность батарей гелиосистемы

Один солнечный элемент производит очень мало электроэнергии даже в солнечный день, ее хватит разве что для питания светодиодного фонарика.

Для увеличения выходной мощности несколько солнечных элементов соединяются параллельно для увеличения постоянного напряжения и последовательно для увеличения тока.

Эффективность солнечных батарей зависит от:

температура воздуха и самой батареи;
Правильный выбор сопротивления нагрузки;
угол падения солнечного света;
наличие/отсутствие антибликового покрытия;
мощность светового потока.

Чем ниже наружная температура, тем эффективнее работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь вопрос простой. Однако ситуация усложняется, когда речь идет о расчете нагрузки. Он должен быть основан на токе, подаваемом панелью. Но его стоимость варьируется в зависимости от погодных факторов.
Солнечные панели производятся с выходным напряжением, кратным 12 В — если батарея требует 24 В, вам придется подключить две панели параллельно

Постоянно контролировать параметры солнечной панели и вручную регулировать ее работу проблематично. Лучший способ сделать это — использовать систему управления солнечными батареями, которая автоматически регулирует настройки солнечных панелей для достижения максимальной эффективности и оптимальной солнечной отдачи.

Идеальный угол падения солнечных лучей на солнечную батарею — прямой угол. Однако если она отклоняется от перпендикуляра в пределах 30 градусов, эффективность панели падает до 5%. Однако при дальнейшем увеличении этого угла все большая часть солнечного излучения будет отражаться, что приведет к снижению эффективности ПВА.

Если требуется, чтобы батарея обеспечивала максимальное количество энергии летом, ее следует ориентировать перпендикулярно среднему положению, которое занимает солнце во время равноденствий весной и осенью.

Для Подмосковья это примерно 40-45 градусов к горизонту. Если зимой требуется максимальная мощность, панель следует разместить в более вертикальном положении.

И еще одно — пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны просто не достигают их через такое «грязное» препятствие, поэтому им нечего преобразовывать в электричество. Панели необходимо регулярно чистить или размещать так, чтобы пыль смывалась самим дождем.

Некоторые солнечные панели имеют встроенные линзы, которые фокусируют излучение на FEP. В хорошую погоду это приводит к повышению эффективности. Однако в пасмурную погоду такие объективы приносят только вред.

В то время как обычная панель в такой ситуации будет продолжать вырабатывать электроэнергию, хотя и в меньшем объеме, линзовидная модель практически полностью прекратит работу.

В идеале солнце должно равномерно освещать батарею фотоэлектрических элементов. Если одна из его секций затемнена, то неосвещенные PEC становятся паразитной нагрузкой. В этой ситуации они не только не вырабатывают энергию, но и забирают ее у работающих компонентов.

Панели должны быть установлены так, чтобы на пути солнечных лучей не было деревьев, зданий и других препятствий.

Технология производства

Материал, который чаще всего используется для изготовления солнечных панелей, — кремний. Он считается вторым по распространенности элементом в мире. Кварцевый песок используется в производственном процессе, поэтому важно, чтобы он был максимально очищен от примесей. Обработка этого материала включает в себя несколько этапов плавления, а также синтез с использованием химических веществ.

Посмотрите видео, этапы производства и принцип работы солнечного элемента:

Дальнейшие шаги зависят от типа инженерного кремния, который будет производиться: монокристаллический, поликристаллический или аморфный. В первом варианте используется процесс выращивания материала с однородной структурой из затравочных монокристаллов. Поликристаллический материал производится путем химического осаждения из газовой фазы, при котором образуется неоднородная структура, поскольку молекулы застывают не последовательно.

Виды элементов для модулей

Существует три основных типа солнечных элементов: поликристаллические, монокристаллические и тонкопленочные. Все три типа обычно изготавливаются из кремния с различными добавками. Теллурид кадмия и селенид меди-кадмия также используются, особенно для пленочных панелей. Эти добавки помогают повысить эффективность работы клеток на 5-10%.

Кристаллические

Самыми популярными являются монокристаллические. Они состоят из монокристаллов и имеют однородную структуру. Такие пластины имеют многоугольную или прямоугольную форму со скошенными углами.

Монокристаллическая ячейка имеет прямоугольную форму со скошенными углами.

Батарея, изготовленная из монокристаллических элементов, имеет большую емкость по сравнению с другими типами элементов, ее КПД составляет 13%. Он легкий и компактный, не боится незначительных изгибов, может устанавливаться на неровных поверхностях и имеет срок службы 30 лет.

К недостаткам можно отнести значительное снижение мощности в облачную погоду, вплоть до полного прекращения выработки электроэнергии. Это также происходит в темное время суток, ночью батарея не работает.

Поликристаллическая ячейка имеет прямоугольную форму, что позволяет монтировать панель без зазоров.

Поликристаллические — формованные, прямоугольной или квадратной формы и имеют нерегулярную структуру. Их эффективность ниже, чем у монокристаллов — коэффициент полезного действия составляет всего 7-9%, но потеря мощности в условиях облачности, пыли или сумерек незначительна.

Именно поэтому они используются в уличном освещении и чаще всего применяются мастерами «сделай сам». Стоимость таких панелей ниже, чем монокристаллов, а срок службы составляет 20 лет.

Плёночные

Ленточные или гибкие элементы изготавливаются из аморфной формы кремния. Гибкость панелей делает их мобильными: свернутые в рулон, они могут быть взяты куда угодно и иметь независимый источник энергии. Это же свойство позволяет устанавливать их на изогнутых поверхностях.

Пленочные панели вдвое эффективнее кристаллических, поэтому для производства одного и того же количества энергии требуется вдвое большая площадь батареи. И срок службы пленок ничем не отличается — в первые 2 года их эффективность падает на 20-40%.

Но если на улице облачно или туман, энергоэффективность снижается лишь на 10-15%. Их относительную дешевизну можно считать несомненным преимуществом.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

Среди преимуществ можно выделить следующие:

Солнце — экологически чистый источник энергии, который не способствует загрязнению окружающей среды. Солнечные коллекторы не выбрасывают в окружающую среду различные вредные отходы.

Солнечная энергия неисчерпаема (конечно, до тех пор, пока живо Солнце, но до этого еще миллиарды лет). Из этого следует, что у вас будет достаточно солнечной энергии, чтобы хватило на всю жизнь.

После правильной установки солнечных панелей вам не придется часто обслуживать их в будущем. Профилактического обслуживания один или два раза в год будет достаточно.

Солнечные панели имеют впечатляющий срок службы. Срок службы солнечных панелей составляет от 25 лет. Стоит также отметить, что они не теряют своих функциональных свойств даже по истечении этого времени.

Установка солнечных панелей может субсидироваться государством. Например, он активно встречается в Австралии, Франции и Израиле. Во Франции, кстати, компенсируется 60% стоимости солнечных батарей.

Можно выделить следующие недостатки:

На данный момент солнечные батареи не выдерживают конкуренции, например, когда необходимо выработать большое количество электроэнергии. У нефтяной и атомной промышленности это получается лучше.

Производство электроэнергии напрямую зависит от погодных условий. Очевидно, что когда на улице солнечно, ваши солнечные панели будут работать на 100% мощности. В пасмурный день этот показатель уменьшается в несколько раз.

Для производства большого количества энергии солнечные панели требуют большой площади.

Как видите, у этого источника энергии все же больше плюсов, чем минусов, и минусы не так страшны, как может показаться.

Целесообразность самодельной солнечной панели

Понимание этих физических свойств кремния поможет вам сделать солнечную батарею своими руками. Для начала работы необходима подготовка.

В любом случае, всегда необходим резервный источник электроэнергии. Да, и стоимость киловатта солнечной энергии намного ниже, чем традиционного электричества. Конечно, многие люди хотят купить и установить солнечные панели заводского производства. Их отпугивает цена целого комплекта оборудования для домашней электростанции. Поэтому актуален вопрос — как самостоятельно собрать солнечную батарею?

Более разумный подход заключается в расчете количества энергии, произведенной одним модулем:

W = k*Pw*E/1000

Где:

E — количество инсоляции за известный период времени;
k — коэффициент создания летом — 0,5, зимой — 0,7;
Pw — объем производства на единицу продукции.

На основе запланированного общего энергопотребления и рассчитанных данных рассчитывается общее энергопотребление.

Теперь, если мы разделим эту сумму на расчетную мощность одного фотоэлемента, мы получим необходимое количество модулей.

Почему люди стали задумываться об альтернативной энергии?

Потому что им нужен резервный источник электроэнергии.

Прежде чем приступить к сборке солнечной батареи своими руками в домашних условиях, необходимо четко представлять, в чем заключается работа. Если это делается в целях экономии, нужно понимать, что структура отдачи от подручных средств, собранных своими руками, зависит от стоимости используемых материалов. С другой стороны, экономия на расходных материалах приводит к сокращению срока службы. Поэтому необходимо искать «золотую середину».

Самый бюджетный вариант потребует:

алюминиевые уголки;
стекло;
фотоэлементы и провода;
Светодиоды и материал рамы;
герметик;
мультиметр;
паяльник;
олово;
флюс;
паяльные стержни;
герметик
винты;
краска и оплетка для изоляции кабеля.

Что учитывать при выборе фотоэлементов?

Существует два типа солнечных элементов для изготовления этих солнечных панелей — поликристаллический кремний и монокристаллический кремний. Однако, собирая их дома своими руками, следует знать, что эффективность первой конструкции выше, чем второй — 17,5% против 15%.

Прежде всего, необходимо определить требуемую мощность, для чего нужно рассчитать нагрузку, необходимую для питания боров, сделанных своими руками из солнечных батарей.

Это даст вам представление о том, сколько солнечных батарей вам нужно купить и сколько места вам понадобится для установки батарей. Также важен угол наклона панели, которая должна находиться на самой солнечной стороне квартиры. Важно, чтобы угол можно было изменять, чтобы панели использовались более эффективно.

Фотоэлементы соединены спаянными проводами как последовательно, так и параллельно, что увеличивает напряжение и ток и позволяет получать энергию даже в случае повреждения одного из их компонентов.

Самое главное — подобрать самые дешевые детали для панели своими руками (с одинаковыми параметрами). Ведь товар с аналогичной емкостью на разных сайтах существенно отличается по цене.

В солнечных батареях, помимо проводников, есть полупроводники, которые защищают их от перегрева — диоды. Ведь в темноте структура активно поглощает энергию, накопленную аккумулятором, который действует как обычный свинцовый аккумулятор.

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первый солнечный элемент был основан на селене (Se), но низкая эффективность (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлектрических элементов заставили искать другие, более дешевые и эффективные материалы. И они нашли их в виде кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечивается включениями различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии производства существует несколько типов кремниевых солнечных элементов:

монокристаллический;
поликристаллический;
Аморфный Si.

Первые изготавливаются путем вырезания тончайших слоев из кремниевых слитков высочайшей чистоты. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как монохроматические, темно-синие стеклянные пластины с четкой сеткой электродов. Они обеспечивают эффективность до 19% и срок службы до 50 лет. Хотя эффективность монокристаллических панелей постепенно снижается, есть свидетельства того, что батареи, изготовленные более 40 лет назад, работают и сегодня, вырабатывая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные элементы имеют равномерный темный цвет и усеченные углы — особенности, из-за которых их трудно спутать с другими фотоэлектрическими элементами

Для изготовления поликристаллических солнечных элементов используется менее чистый, но более дешевый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде панелей — они имеют не равномерный оттенок, а более яркий рисунок, образованный границами множества кристаллов. КПД таких солнечных батарей несколько ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных показателей эффективности абсолютно не влияет на популярность поликристаллических фотоэлементов. Их преимущество заключается в более низкой цене и меньшей зависимости от внешнего загрязнения, низкой облачности и солнечной ориентации.

Поликристаллические клетки имеют более светлый синий оттенок и нерегулярный рисунок из-за их многокристальной структуры

В солнечных элементах из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тонкий слой кремния, напыленный на стекло или полимер. Хотя этот метод производства является самым дешевым, такие панели имеют самый короткий срок службы из-за того, что аморфный слой выгорает и деградирует на солнце. Этот тип солнечных батарей не очень удачен — их КПД составляет менее 9% и значительно падает во время работы. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокий уровень солнечной активности компенсирует падение эффективности, а просторы космоса позволяют размещать солнечные батареи любого размера.

Возможность напыления кремниевой структуры на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии фотоэлектрических элементов обусловлено необходимостью снижения стоимости и улучшения характеристик. В настоящее время пленочные солнечные элементы имеют самую высокую эффективность и долговечность:

На основе теллурида кадмия
Тонкие полимеры;
с использованием селенида индия и меди.

Пока еще рано говорить о целесообразности применения тонкопленочных фотоэлементов в бытовой технике. В настоящее время их производят лишь несколько самых «высокотехнологичных» компаний, поэтому большинство гибких солнечных элементов можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает полностью отказаться от проводного электричества. Чтобы проанализировать осуществимость этой идеи, давайте проведем некоторые расчеты.

Узнать свое ежедневное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно посмотреть на счет, присланный вам поставщиком электроэнергии, и разделить указанное в нем количество киловатт на количество дней в месяце. Например, если вас просят заплатить 330 кВт×ч, это означает, что ваше ежедневное потребление составляет 330/30=11 кВт×ч.

График солнечной энергии в зависимости от освещенности

При расчете необходимо учитывать, что солнечная панель будет вырабатывать электроэнергию только в светлое время суток, причем до 70% выработки приходится на период с 9.00 до 16.00. Кроме того, эффективность устройства напрямую зависит от угла наклона солнца и погодных условий.

Слегка облачное или туманное небо снизит эффективность генерации солнечной установки в 2-3 раза, а пасмурное небо приведет к снижению на 15-20. В идеальных условиях солнечной панели мощностью 11/7 = 1,6 кВт будет достаточно для выработки 11 кВт/ч энергии. С учетом влияния природных факторов этот параметр должен быть увеличен примерно на 40-50%.

Кроме того, существует еще один фактор, заставляющий увеличивать площадь используемых фотоэлектрических элементов. Во-первых, не стоит забывать, что он не будет работать ночью, а значит, потребуются мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов необходимо напряжение 220 В, поэтому потребуется мощный преобразователь напряжения (инвертор). По мнению экспертов, потери при накоплении и преобразовании электроэнергии составляют до 20-30% от общего объема. Поэтому фактическая мощность солнечного коллектора должна быть увеличена на 60-80% от расчетного значения. Принимая значение неэффективности 70%, мы получаем номинальную мощность нашей солнечной батареи, равную 1,6 + (1,6×0,7) = 2,7 кВт.

Использование высокотоковых литиевых батарей — один из самых элегантных, но отнюдь не самых дешевых способов хранения солнечной энергии.

Для хранения электроэнергии вам понадобятся низковольтные батареи, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 вольт. Их мощность должна быть рассчитана на ежедневное потребление энергии плюс потери при трансформации и преобразовании. В нашем случае нам нужен массив батарей, рассчитанный на хранение 11 + (11×0,3) = 14,3 кВт×ч энергии. Если вы используете обычные автомобильные аккумуляторы 12 В, вам понадобится блок мощностью 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, т.е. шесть аккумуляторов по 200 ампер-часов каждый.

Как видите, даже для того, чтобы обеспечить электричеством бытовые нужды средней семьи, вам потребуется серьезная фотоэлектрическая установка. Что касается использования бытовых солнечных батарей для отопления, то на данном этапе такое предприятие даже не достигнет пределов самодостаточности, не говоря уже о том, чтобы что-то сэкономить.

Расчёт размера батареи

Размер батареи зависит от требуемой мощности и размера источников питания. При выборе последнего следует обратить внимание на разнообразие доступных фотоэлектрических элементов. Для использования в бытовых приборах удобнее всего выбирать солнечные элементы среднего размера. Например, поликристаллические панели с выходным напряжением 0,5 В и силой тока до 3 А имеют размер 3×6 дюймов.

При производстве солнечных батарей их соединяют последовательно в блоки по 30 штук, что дает напряжение, необходимое для зарядки автомобильного аккумулятора 13-14 В (с учетом потерь). Максимальная мощность одного такого блока составляет 15 В × 3 A = 45 Вт. Исходя из этого значения, нетрудно подсчитать, сколько элементов потребуется для создания солнечной панели заданной мощности, и определить ее размер. Например, для создания солнечной батареи мощностью 180 Вт необходимо 120 фотоэлементов общей площадью 2160 квадратных дюймов (1,4 квадратных метра).

Какой вариант выбрать?

Первое, что необходимо сделать, это приобрести фотоэлектрический инвертор. Различные модели предлагаются как отечественными, так и зарубежными производителями. Самыми дешевыми вариантами являются китайские кремниевые фотоэлектрические элементы. Они имеют ряд недостатков, но значительно дешевле по сравнению с американскими и отечественными. Все модели, в зависимости от типа, делятся на три типа:

Монокристаллические модули — состоят из искусственно выращенных кристаллов достаточно большого размера. Они имеют самый высокий КПД 13 — 26% и самый длительный срок службы — 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимальной эффективности в течение срока службы.
Поликристаллические фотоэлектрические элементы — по сравнению с предыдущими — имеют гораздо меньший срок службы — 10 лет, как утверждает производитель. Они тоже могут обеспечить КПД всего 10 — 12% по сравнению со своими предшественниками, но этот параметр остается для них постоянным на протяжении всего срока службы.
Аморфные батареи — это пленочные батареи, в которых аморфный кремний нанесен на гибкую подложку. Эти солнечные батареи появились относительно недавно и могут быть приклеены к любой поверхности — окнам, стенам и т.д. Они характеризуются самым низким КПД — 5 — 6%.

Выбор конкретного типа зависит от ваших желаний и целей. Например, если количество солнечного излучения в вашем регионе относительно невелико, лучше установить монокристаллические преобразователи, так как они имеют самый высокий КПД.

Какие фотоэлементы подойдут и где их можно приобрести

Первое, что необходимо рассмотреть, это какие типы фотоэлементов доступны в настоящее время и как понять их характеристики:

Монокристаллические кремниевые ячейки изготавливаются из слитков самого высокого качества. Они имеют тонкие пластины со сроком службы до 50 лет и коэффициентом полезного действия около 19%. Но цена этого решения также самая высокая.
Поликристаллические модули изготавливаются из кремния более низкого качества, но имеют хорошую эффективность 15%, что при сроке службы 25 лет делает этот вариант оптимальным по соотношению цена-качество.

Поликристаллические варианты обладают наилучшими характеристиками.
Аморфные модули отличаются тем, что кремний напыляется на гибкую подложку. Это делает листы легкими и недорогими, но они уступают первым по долговечности и эксплуатационным характеристикам.

Отечественные варианты всегда уступают заводским солнечным батареям по эксплуатационным характеристикам. Это обусловлено рядом причин, от точности расчетов и качества деталей до невозможности купить некоторые компоненты отдельно. Но если выбрать правильный тип и выполнить работу в соответствии с инструкцией, можно получить качественный и эффективный модуль…..

Солнечная батарея из старых транзисторов

Те, кто занимается ремонтом радиоаппаратуры, со временем накапливают стратегический запас радиокомпонентов. Они могут включать транзисторы в металлическом корпусе или диоды. Они не подходят для ремонта современного оборудования из-за своих чрезмерных размеров, но из старых транзисторов вполне реально собрать небольшую фотоэлектрическую панель.

Лучше всего подобрать транзисторы КТ или Р-типа из материалов, которые есть под рукой:

Чтобы добраться до фотоэлектрической панели, аккуратно срежьте верхнюю часть панели. Под ним находится кремниевый полупроводниковый элемент — фотоэлемент. Крышку можно отрезать, аккуратно зажав ее в тисках с помощью пилы по металлу.

Под ним видна доска. Это будет основной компонент будущего контура.

Там расположены три штырька:

основание;
эмиттер;
коллекционер.

Нам нужен коллектор. Именно он имеет хорошую разность потенциалов.

Соберите начальную схему в соответствии со схемой:

Соберите все компоненты на плоской поверхности из диэлектрического материала. На основе параметров будущей фотоэлектрической панели собирается цепочка деталей. Затем собирается параллельная группа таких цепочек.

Если один транзистор способен выдавать напряжение 0,35 В и ток короткого замыкания 0,25 мкА, то на основе этих характеристик можно оценить количество цепей из радиочастотных компонентов.

Не забывайте, что собранная светодиодная батарея потребует охлаждения. Поэтому не рекомендуется размещать элементы плотно и близко друг к другу. Это обеспечит лучшую работу естественной вентиляции.

Опытные мастера знают, что такая конструкция неудобна из-за больших размеров. Солнечная панель, сделанная из диодов своими руками, гораздо практичнее.

В любом случае, попытка припаять альтернативный источник энергии имеет смысл по двум причинам:

В крайнем случае, будут прикреплены старые радиодетали.
От него можно запитать электронные часы или даже небольшой радиоприемник.

Батарея из диодов

Солнечная батарея из диодов D223B действительно может стать источником электроэнергии. Эти диоды имеют самое высокое напряжение и изготавливаются в стеклянном корпусе, покрытом краской. Выходное напряжение готового изделия можно определить по тому, что один диод генерирует 350 мВ на солнце.

Необходимое количество радиодеталей помещается в контейнер, заливается ацетоном или другим растворителем и оставляется на несколько часов.
Затем необходимо взять плату необходимого размера из неметаллического материала и сделать разметку для пайки компонентов блока питания.
После размачивания краску можно легко соскоблить.
Вооружившись мультиметром, при солнечном свете или под лампочкой найдите плюсовой контакт и согните его. Припаяйте диод вертикально, так как в этом положении кристалл генерирует наилучший ток от солнечной энергии. Таким образом, выходное напряжение — это максимальное напряжение, которое генерирует солнечная батарея.

Батарея из фольги

В дополнение к двум вышеописанным методам, источник питания может быть собран из фольги. Самодельная солнечная батарея, изготовленная в соответствии с приведенной ниже пошаговой инструкцией, сможет вырабатывать электроэнергию, хотя и с очень низким КПД:

Для изготовления самодельной солнечной батареи вам понадобится 45 квадратных сантиметров медной фольги. Вырезанный кусок обрабатывается в мыльном растворе для удаления жира с поверхности. Также рекомендуется мыть руки, чтобы не оставлять жирных пятен.
Удалите защитный оксидный слой и любые другие следы коррозии с поверхности среза с помощью ткани.
Лист фольги помещают на конфорку электроплиты мощностью не менее 1,1 кВт и нагревают до образования красно-оранжевых пятен. При дальнейшем нагревании образовавшиеся оксиды превращаются в оксид меди. Об этом свидетельствует черный цвет поверхности работы.
После образования оксида продолжайте нагрев в течение 30 минут, чтобы образовался оксидный слой достаточной толщины.
Жарка прекращается, и лист остывает вместе с духовкой. При медленном охлаждении медь и оксид остывают с разной скоростью, что способствует легкому отслаиванию последнего.
Под проточной водой удаляют остатки оксида. Не сгибайте лист и не отрывайте механически маленькие кусочки, чтобы не повредить тонкий оксидный слой.
Второй лист вырезается по размеру первого.
Поместите два куска пленки в пластиковую бутылку объемом 2-5 литров с отрезанным горлышком. Скрепите их вместе с помощью зажимов типа «крокодил». Расположите их так, чтобы они не были соединены.
Минусовая клемма подключается к отрезанной части, а плюсовая к другой части.
Налейте солевой раствор в банку. Его уровень должен быть на 2,5 см ниже верхнего края электродов. Чтобы приготовить смесь, растворите 2-4 столовые ложки соли (в зависимости от объема бутылки) в небольшом количестве воды.

Все солнечные панели не подходят для обеспечения электроэнергией дачи или частного дома из-за их низкой мощности. Но они могут служить источником питания для радиоприемников или зарядки небольших электроприборов.

Материалы для создания солнечной пластины

При строительстве солнечной батареи необходимо приобрести следующие материалы

силикатные плитки — фотоэлементы;
ДСП, алюминиевые уголки и молдинги;
жесткая резиновая пена толщиной 1,5-2,5 см
прозрачный элемент, который служит основой для силиконовых плиток;
винты, саморезы;
силиконовый герметик для наружного применения;
электрические провода, диоды, клеммы.

Количество необходимых материалов зависит от размера батареи, который обычно ограничен количеством доступных фотоэлектрических элементов. Инструменты, которые вам понадобятся: отвертка или набор отверток, пила по металлу и дереву и паяльник. Для проверки готовой батареи вам понадобится амперометрический тестер.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Существует три типа батарейных фотоэлементов

поликристаллический
монокристаллический;
аморфный.

Поликристаллические пластины характеризуются низкой эффективностью. Эффективность составляет около 10 — 12 %, но не снижается с течением времени. Срок службы поликристаллических пластин составляет 10 лет.

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД 13-25% и длительным сроком службы — более 25 лет. Однако эффективность монокристаллов со временем снижается.

Монокристаллические преобразователи производятся путем распиливания искусственно выращенных кристаллов, что объясняет самую высокую фотопроводимость и эффективность.

Наиболее продвинутыми являются гибкие батареи с аморфным кремнием. В них фотоэлектрический преобразователь напыляется или вплавляется в полимерную основу. Эффективность находится в диапазоне 5 — 6%, но пленочные системы чрезвычайно просты в установке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились относительно недавно. Это самый простой и дешевый тип, но он быстрее теряет свои расходные качества, чем его конкуренты.

Нецелесообразно использовать фотоконвертеры разных размеров. В этом случае максимальный ток, вырабатываемый батареями, будет ограничен током самого маленького элемента. Поэтому более крупные панели не будут работать на полную мощность.

Моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3×6 дюймов чаще всего используются для домашних батарей и могут быть заказаны в интернет-магазинах, таких как E-bay.

Стоимость фотоэлементов довольно высока, но многие магазины продают так называемые фотоэлементы группы B. Изделия этой группы неисправны, но еще пригодны к эксплуатации и стоят на 40-60% дешевле стандартных пластин.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлектрические элементы в наборах из 36 или 72 фотоэлектрических конверсионных пластин. Шины понадобятся для подключения отдельных модулей к батарее, клеммы — для подключения к системе.

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущей панели может быть изготовлен из деревянных реек или алюминиевых уголков. Второй вариант является предпочтительным по ряду причин:

Алюминий — легкий металл, не создающий серьезной нагрузки на несущую конструкцию, на которой будет установлена батарея.
Алюминий не подвержен ржавчине, если он обработан антикоррозийным составом.
Он не впитывает влагу из окружающей среды и не гниет.

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

Первый параметр напрямую влияет на эффективность фотоэлектрических элементов: чем ниже показатель преломления, тем выше эффективность кремниевой пластины.

Плексиглас или его более дешевая разновидность, оргстекло, имеет самый низкий индекс отражения. Поликарбонат имеет немного меньший коэффициент преломления.

Значение второго индекса определяет, нагреваются ли сами кремниевые ячейки или нет. Чем меньше пластины подвергаются воздействию тепла, тем дольше они прослужат. ИК-излучение лучше всего поглощается специальным теплопоглощающим оргстеклом и ИК-поглощающим стеклом. Обычное стекло немного хуже.

Если возможно, лучше всего использовать в качестве прозрачного элемента антибликовое прозрачное стекло.

Солнечная батарея своими руками – как сделать, собрать и изготовить?

Отойдя от бытовых вариантов, мы сосредоточимся на более серьезных вопросах. Сейчас мы поговорим о том, как правильно собрать и изготовить настоящую солнечную батарею своими руками. Да — это также возможно. И мы хотим быть уверены, что они не будут уступать своим коммерческим аналогам.

Для начала стоит сказать, что на свободном рынке вы, скорее всего, не сможете найти эти кремниевые панели, которые используются в полноценных солнечных батареях. И они также будут дорогими. Мы будем строить нашу солнечную батарею из монокристаллических панелей, которые являются более дешевым вариантом, но отлично справляются с выработкой электроэнергии. Тем более что монокристаллические панели легко найти и они довольно дешевы. Они бывают разных размеров. Самый популярный и продаваемый вариант — 3х6 дюймов, который генерирует эквивалент 0,5 В. Этого должно быть достаточно для нас. В зависимости от ваших финансовых возможностей, вы можете купить хоть 100-200 штук, но уже сегодня с их помощью можно питать небольшие батарейки, лампочки и другие мелкие электронные компоненты.

Выбор фотоэлементов

Как было сказано выше, мы выбрали монокристаллическую основу. Его можно найти повсюду. Самым популярным местом, где они продаются в огромных количествах, является Amazon или Ebay.

Самое главное — помнить, что вы легко можете натолкнуться на недобросовестных продавцов, поэтому покупайте только у тех, у кого достаточно высокий рейтинг. Если у продавца хороший рейтинг, то вы можете быть уверены, что ваши панели будут доставлены хорошо упакованными, без повреждений и в заказанном количестве.

Подготовка проекта и выбор места расположения

Кровельные батареи экономят место и защищают кровельное покрытие, продлевая срок его службы.

Сделать простой макет самодельной батареи несложно, достаточно обратить внимание на несколько моментов:

Необходимая мощность. Рассчитано на основе потребления энергии. Вы можете покрывать только часть своих потребностей, увеличивая их со временем, или установить столько панелей, сколько необходимо для полной автономии.
Количество фотоэлектрических элементов и комплектующих к ним. Лучше рассчитать все заранее, чтобы заказать все необходимое и не ждать неделями, пока доставят недостающую деталь.
Стоит заранее продумать конструкцию рамы и систему крепления; они должны обеспечивать надежность. Важно предотвратить опрокидывание солнечных панелей при сильном ветре, так как они будут повреждены.

Место должно быть выбрано таким образом, чтобы большая часть дневного света попадала на солнечные панели. Чаще всего батареи размещают на крыше или на земле. Важно, чтобы на поверхность не падала тень. Угол зависит от региона, в средней полосе страны оптимальное значение составляет 50-60 градусов. Зимой угол может быть увеличен до 70, а летом уменьшен до 30-40 градусов.

Выбор места (система ориентации), проектирование и материалы

После того, как вы дождетесь посылки с базовыми фотоэлементами, вам нужно выбрать хорошее место для установки солнечной панели. В конце концов, вам же нужно, чтобы он работал на 100% мощности, верно? Профессионалы в этой области советуют устанавливать его в таком месте, где солнечный комплект будет расположен чуть ниже небесного зенита и обращен на запад-восток. Это позволит вам «ловить» солнечный свет почти весь день.

Изготовление каркаса солнечной батареи

Сначала нужно сделать основание для солнечной батареи. Он может быть изготовлен из дерева, пластика или алюминия. Лучше всего подходят дерево и пластик. Он должен быть достаточно большим, чтобы все солнечные батареи поместились в ряд, но при этом они не должны трепыхаться внутри всей конструкции.

Когда основание будет собрано, просверлите множество отверстий в поверхности солнечной панели, чтобы в дальнейшем провода образовали единую систему.

Не забудьте накрыть все основание оргстеклом, чтобы защитить ваши клетки от непогоды.

Пайка элементов и подключение

Когда подложка готова, на нее можно монтировать элементы. Установите фотоэлементы по всей длине конструкции проводами вниз (вставьте их в наши просверленные отверстия).

Затем необходимо спаять их вместе. В Интернете есть довольно много схем, показывающих, как припаивать фотоэлементы. Самое главное — соединить их в согласованную систему, чтобы они могли собирать полученную энергию вместе и подавать ее на конденсатор.

Последний шаг — припаять «направляющий провод», который будет подключен к конденсатору и выводить на него полученную энергию.

Нанесение герметика

В домашних условиях самый простой способ — использовать строительные герметики, которые продаются во всех магазинах. Работа выполняется следующим образом:

Сначала необходимо нанести капли состава по краям фотоэлементов через небольшие промежутки времени. Затем они размещаются на прозрачном основании в соответствии с нанесенной ранее разметкой. Важно равномерно выровнять модули и как можно плотнее прижать их к поверхности.
На участки нанесения герметика укладываются всевозможные грузы, чтобы зафиксировать их на месте. Их можно удалить после высыхания герметика.
Затем герметик следует нанести на все края, а также на стыки между компонентами для их полной герметизации. Важно избегать контакта с рабочими частями.

Тестирование батареи перед герметизацией

Тестирование солнечной панели должно проводиться до ее сварки, чтобы иметь возможность устранить дефекты, которые часто возникают в процессе пайки. Лучше всего проводить тест после спаивания каждого ряда ячеек — так гораздо легче увидеть, где контакты плохо соединены.

Для проверки вам понадобится простой бытовой амперметр. Это следует делать в солнечный день в 13:00 — 14:00, без облаков, заслоняющих местность.

Вынесите батарею на улицу и установите ее в соответствии с предварительно рассчитанным углом наклона. Подключите амперметр к клеммам аккумулятора и измерьте ток короткого замыкания.

Идея испытания заключается в том, что рабочий ток должен быть на 0,5-1,0 А меньше тока короткого замыкания. Показания должны быть выше 4,5 А, что означает, что солнечная батарея работает.

Если тестер дает более низкое показание, то где-то должна быть неправильная последовательность подключения.

Как правило, домашняя солнечная панель, построенная с использованием элементов группы В, дает показания 5-10 А, что на 10-20% ниже, чем промышленно изготовленные солнечные панели.

Герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Пломбирование следует проводить только после того, как убедитесь в работоспособности батареи. Лучше всего использовать для герметизации эпоксидный компаунд, но учитывая, что расход материала будет большим, а стоимость — около 40-45 долларов. Если это дорого, вместо этого можно использовать тот же силиконовый герметик.

Существует два метода герметизации:

полная грунтовка, при которой панели заполняются герметиком;
нанесение герметика на пространство между фотоэлементами и на краевые элементы.

В первом случае герметик будет более надежным. После заливки герметик должен застыть. Затем сверху укладывается оргстекло и плотно прижимается к панелям с силиконовым покрытием.

Для обеспечения амортизации и дополнительной защиты между задней частью фотоэлементов и рамкой из ДСП многие мастера рекомендуют установить прокладку из жесткой пены шириной 1,5-2,5 см.

Это не обязательно, но желательно, так как силиконовые плитки хрупкие и легко повреждаются.

После установки плексигласа на конструкцию помещается груз, чтобы вытолкнуть пузырьки воздуха. Солнечная панель готова, и после повторного тестирования ее можно установить в заранее выбранном месте и подключить к солнечной системе дома.

Сборка панели

После высыхания герметика можно приступать к окончательной установке. Это может варьироваться от системы к системе, но чаще всего процесс выглядит следующим образом:

Сначала на боковой стороне корпуса прикрепляется соединительное гнездо, к которому должны быть подключены диоды Шоттки.
Снаружи вырезается экран из прозрачного материала, который лучше всего защитить герметиком, чтобы конструкция была герметичной и влага не могла попасть внутрь.
Готовый компонент проверяется на работоспособность. Если все в порядке, батарею можно установить на раму, чтобы закрепить ее в подготовленном положении.

Монтаж

Это последний шаг. После того, как вы убедились, что все компоненты собраны правильно, сидят плотно, не провисают и хорошо закрыты оргстеклом, можно приступать к сборке. Когда дело доходит до монтажа, лучше всего установить солнечную панель на прочное основание. Идеальным вариантом является металлическая рама, укрепленная конструкционными винтами. Солнечные панели будут устойчиво располагаться на нем, не будут шататься или подвергаться воздействию погодных условий.

Вот и все! Что мы имеем в итоге? Если вы сделали солнечную панель, состоящую из 30-50 солнечных элементов, ее будет вполне достаточно для быстрой зарядки мобильного телефона или освещения небольшой домашней лампы, то есть у вас есть полноценное домашнее зарядное устройство для зарядки аккумулятора телефона, садовой лампы на улице или небольшого фонарика в саду. Если мы сделали солнечную панель, например, с 100-200 солнечными элементами, то уже можно говорить о «питании» некоторых бытовых приборов, например, чайника для нагрева воды. В любом случае, такая панель будет дешевле имеющихся в продаже аналогов и сэкономит ваши деньги.

Порядок изготовления солнечной батареи

Элементы на поли- или монокристаллическом кремнии должны быть соединены в единую панель. Это делается путем припаивания контактов к проводникам. Процедура пайки выполняется следующим образом:

Под полосой нарежьте оголенные проводники на равные отрезки так, чтобы они были вдвое больше солнечного элемента.

Рисунок 2: Измерение проводников с помощью шаблона
Разложите модули на ровной поверхности (ферма, лист фанеры, стол и т.д.).
Очистите электрические контакты и лудите их, здесь не нужно наносить много припоя, достаточно легкого слоя припоя.

Рисунок 3: Припаивание контактов.
Припаяйте ранее припаянные выводы к контактам, помните, что не стоит слишком сильно давить на платы, так как они очень хрупкие.

Рисунок 4: Припаивание провода к компоненту
Измерьте ток от одного элемента с проводниками, это поможет вам рассчитать общий для всей батареи.

Если вы купили солнечные батареи с соединительными проводами, то можете пропустить этот шаг и сразу перейти к изготовлению каркаса.

Необходимый инструмент и материалы

Если вас не отпугивает объем и сложность предстоящей работы, вам следует основательно подготовиться.

Основным элементом являются сами доски. Количество элементов выбирается исходя из выходных параметров будущей панели. Но главное условие — их технические параметры должны быть идентичны друг другу. И если у вас нет опыта в сборке подобных конструкций, лучше взять несколько элементов в запас, с учетом отказов на первых этапах работы.

Продолжайте пополнять запасы материалов:

ЧИПБОРД;
Металлический профиль и уголок (предпочтительно алюминиевый);
Поролон высотой 1,6-2,7 см;
Основание доски из прозрачного пластика;
Набор шурупов и саморезов;
Несколько тюбиков силиконового герметика;
Электропроводка;
клеммные зажимы.

Мы не указываем количество сырья, так как это напрямую зависит от размера и количества деталей, из которых будет собрана самодельная солнечная батарея.

Теперь инструменты и вспомогательные материалы:

Отвертка;
Пила по металлу и пила по дереву;
Электрический паяльник мощностью 40 Вт;
Электрический тестер;
Флюс и припой для пайки;
Спирт для пайки поверхностей
Хлопчатобумажные прокладки.

Изготовление рамки

Каркас солнечной батареи представляет собой коробку с низкими бортами, закрытую прозрачным стеклом. Чтобы сделать раму:

Возьмите прямоугольный лист фанеры или ДСП такого размера, чтобы на нем можно было разместить необходимое количество элементов. Просверлите в нем небольшие отверстия на расстоянии 10 см для вентиляции.

Рис. 5: отверстия для вентиляции
Приклейте по краю доски деревянные рейки высотой не более 2 см, чтобы они не отбрасывали тени на солнечные приемники. Прикрутите планки на место с помощью маленьких шурупов.
Вырежьте крышку из стекла или прозрачного полимера. Его размеры должны соответствовать нижнему листу или быть меньше, в зависимости от того, просверлен он или нет. Если крышку можно прикрутить, размер может быть одинаковым, если стекло может разбиться при попытке просверлить его, сделайте его на 0,5 — 1 см меньше.

Рис. 6: подготовка стеклянной крышки
Из алюминиевого уголка сделайте прижимную рамку для верхней прозрачной крышки солнечной батареи, но пока ничего не прижимайте.

Рисунок 7: установка солнечной панели

Постарайтесь выбрать небликующий материал для прозрачного покрытия, иначе часть солнечной энергии будет отражаться, значительно снижая эффективность. После того как рама установлена, соберите солнечную батарею.

Изготовление модулей

Этот шаг требует повышенного внимания и осторожности, поскольку вы создаете электрическую цепь солнечной батареи. Если сгореть или треснуть, можно разрушить не только конкретный компонент, но и весь модуль, который в итоге придется переделывать.

Поместите солнечные панели лицевой стороной вниз на прозрачную крышку. Оптимально между элементами должно быть 3 — 5 мм, если этого трудно добиться с первого раза, можно сделать отметку на стекле.

Рисунок 8: Расположение компонентов
Аккуратно припаяйте провода от каждого компонента «+» к «+» и «-» к «-«. Плюсовая сторона должна быть с лицевой стороны, а минусовая — с внутренней.

Рисунок 9: пайка выводов компонентов

Все компоненты должны быть соединены последовательно сверху вниз, чтобы при пайке не раздавить нижние компоненты. Припаяйте вертикальные ряды к общей шине.

Приклейте фотоэлементы к прозрачной крышке, нанеся немного герметика на центр фотоэлемента и слегка прижав его. Убедитесь, что он расположен точно в соответствии с разметкой, рабочей поверхностью к стеклу, иначе потом будет трудно приклеить его заново.

Рисунок 10: приклеивание элементов к стеклу
Просверлите отверстия в раме для плюсового и минусового проводов на солнечной панели. Включите контроллер заряда в цепь батареи, чтобы предотвратить разрядку батареи на солнечную панель в ночное время. Для этого необходимо подобрать характеристики диодов так, чтобы цепь была полностью заблокирована от обратного тока.
Закрепите провода солнечной батареи в отверстиях с помощью герметика и поместите в раму.

Рисунок 11: Закрепите провода с помощью герметика.

После сборки батареи проверьте ее, чтобы убедиться, что она работает. Вынесите его на солнечный свет и измерьте ток на клеммах.

Рисунок 12: Установите его снаружи и проверьте мультиметром.

Сравните это с ранее измеренным значением для одного солнечного элемента. Чтобы проверить это, умножьте количество элементов на ток от одного, если измерительный прибор показывает это значение или близкое к нему, солнечная панель собрана правильно и может быть герметизирована.

Для герметизации используются компаунды или силиконовые герметики, пригодные для работы при отрицательных температурах. Для этого солнечная панель может быть заполнена полностью или герметик может быть нанесен только между модулями.

Рис. 13: Заполнение герметиком

Второй вариант более экономичен, но первый обеспечит вам гораздо большую надежность и лучшую герметичность. После герметизации сверху помещается умеренный пресс до полного затвердевания.

Рисунок 14: Установка умеренного пресса

Перед затоплением между солнечными батареями и ДСП можно установить демпфер из толстого поролона. Ширина пенопластового сердечника должна быть меньше высоты доски, в данном случае высота составляет 2 см, соответственно, можно взять пенопластовый сердечник 1,5 см. Установите готовые и проверенные батареи в соответствии с проектом и подключите их к электросети дома с помощью аккумулятора и инвертора.

Пошаговая инструкция по сборке панели из готовых элементов

Изготовление солнечной батареи начинается с выбора инструментов и покупки фотоэлектрических элементов. Затем мы делаем раму, объединяем элементы в батарею, собираем ее в корпус, герметизируем конструкцию и подключаем ее к контроллеру и батарее. Рассмотрим пошагово, как сделать солнечную батарею самостоятельно.

Нам понадобятся такие материалы и инструменты

Прежде чем приступить к сборке солнечной батареи, нам понадобятся следующие материалы:

фотоэлектрические элементы;
ДСП или фанера;
деревянные рейки;
алюминиевый уголок;
стекло;
герметик;
Диоды Шоттки;
провода;
крепежные винты, шурупы, гайки, саморезы;
стекло или прозрачный полимер.

Также потребуются аккумулятор, контроллер и инвертор. Помимо материалов, вам понадобятся следующие инструменты:

набор отверток;
электродрель;
отвертка;
паяльник;
мультиметр.

Шаг 1: Выбор элементов

Лучше всего покупать кремниевые монокристаллические солнечные элементы. Они имеют более высокую эффективность и более долговечны, чем другие модели ячеек.

Чтобы рассчитать, сколько элементов необходимо, нужно определить общую площадь пластин. При определении этого показателя следует учитывать, что с 1 м² можно получить 120 Вт. Таким образом, для получения 3 кВт энергии необходима солнечная панель площадью 3000 Вт / 120 Вт = 25 м². Приведенные выше расчеты являются приблизительными и не учитывают местные условия, в которых будет установлен источник энергии. Кроме того, мощность такого источника питания зависит от атмосферных условий.

Сила тока и мощность, выделяемая фотоэлементом, зависит от его размера, а напряжение — от материала и типа элемента.

Часто фотоэлектрические элементы продаются в магазинах со светочувствительным покрытием для защиты от механических повреждений. Чтобы удалить его, необходимо:

разверните панели и поместите их в горячую воду (температура воды до 90 градусов);
Когда воск растворится, а вода немного остынет, отделите кусочки;
удалите остатки воска со всех панелей;
Выньте элементы из воды и высушите.

Шаг 2: Делаем каркас

Размер рамы для солнечных панелей зависит от размера солнечных элементов. При расчете размеров необходимо также учитывать расстояние между ячейками.

Чтобы сделать рамку из алюминиевых уголков, необходимо.

отметьте алюминиевые уголки;
распилите их ножовкой под углом 45 градусов;
Поместите алюминиевые уголки рядом друг с другом, как показано на рисунке;
Приложите уголок перпендикулярно столешнице и отметьте на нем линию отреза;
отрежьте 4 угла;
отметьте центр кронштейна и просверлите отверстие диаметром 6 мм;
Отметьте отверстия в раме и пронумеруйте угол и соответствующий кронштейн;
Просверлите в раме отверстия диаметром 5 мм;
Соберите, используя болты и гайки, которые вы подготовили ранее;
Приклейте стекло к алюминиевой раме и загерметизируйте стыки внутри и снаружи силиконом.

Затем можно изготовить заднюю часть рамы. Она состоит из стены из фанеры и выступов из деревянных реек. Их высота должна быть не более 2 см, чтобы не загораживать светочувствительные элементы. Чтобы сделать деревянную часть корпуса, необходимо.

прикрутите деревянные рейки к задней стенке с помощью саморезов;
просверлите отверстия в боковых стенках для вентиляции (диаметр сверла 10 мм);
Просверлите отверстия в стене поперек металлического листа с интервалом 100 мм.

Шаг 3: Схемы соединения элементов в батарею

Давайте рассмотрим, как собрать солнечную батарею. Существует три различных схемы соединения солнечных батарей: параллельная, последовательная и смешанная.

При параллельном соединении напряжение остается одинаковым для каждого модуля, а ток увеличивается во столько раз, во сколько раз больше количество источников тока, соединенных последовательно. Например, если мы соединим таким образом две батареи по 15 В (30 элементов по 0,5 В, соединенных параллельно) и мощностью 75 Вт, то получим источник питания на 15 В и 150 Вт.

При параллельном подключении необходимо использовать диоды. Они нужны для того, чтобы электричество от высоковольтного модуля не поступало в аккумулятор с более низкой разностью потенциалов. Они также предотвращают протекание тока от батареи через элементы в темноте. Диоды подключаются анодом к плюсу батареи, как показано на схеме.

Последовательное соединение используется для увеличения напряжения источника питания. Текущая сила остается неизменной. Если мы соединим те же компоненты последовательно, что и в предыдущем примере, то получим источник питания на 30 В мощностью 150 Вт.

При смешанном соединении можно увеличить как напряжение, так и мощность тока солнечной панели.

Кроме того, рекомендуется использовать шунтирующие диоды. Они подключаются параллельно фоточувствительным элементам и необходимы для защиты. Если один из фотоэлементов выходит из строя, ток проходит через шунтирующий диод, и батарея продолжает работать. В качестве шунтирующих диодов лучше использовать диоды Шоттки, так как их падение напряжения меньше.

Шаг 4: Как и чем их соединять

Сборка солнечной панели начинается с припаивания соединительных проводов к фотоэлементам. Поскольку фотоэлементы очень хрупкие и легко повреждаются, лучше покупать их вместе с проводами.

Для их пайки вам понадобится паяльник мощностью 40 Вт, раствор канифоли и солнечные стержни. В качестве альтернативы можно использовать медный многожильный провод, который предварительно следует очистить от изоляции.

Чтобы припаять компоненты, сделайте следующее:

разрежьте провода на части с помощью картонного шаблона, убедившись, что длина каждого куска в два раза больше длины солнечного элемента;

Покройте место пайки на ячейке спиртовым раствором канифоли;

Покройте место пайки на ячейке спиртовым раствором канифоли;
Проложите провода и место пайки на фотоэлементе;
припаяйте провода.

Внимание: Соблюдайте особую осторожность при пайке. Не давите на фотоэлемент, так как он хрупкий и легко ломается.

После того как провода припаяны к верхней стороне, компоненты можно приклеить к стеклу. Алгоритм работы:

Поместите элементы на стекло, убедившись, что расстояние между ними составляет 3 … 5 мм. (можно использовать распорки под плитку);
приклейте фотоэлементы с помощью строительного силикона;
Припаяйте компоненты к другой стороне;
Подключите и выведите положительный и отрицательный провода.

Теперь можно провести окончательную проверку работоспособности конструкции. Для этого измерьте напряжение на каждом компоненте, оно должно составлять 0,5 В. Если напряжение меньше 0,3 В, это означает, что элемент непригоден для использования.

Шаг 5: Защита и герметизация сборки

Для герметизации предпочтительно использовать эпоксидный клей, но можно также использовать герметик на силиконовой основе. Он должен быть устойчив к температурам ниже нуля. Чтобы запечатать его, необходимо запечатать все фотоэлементы от первого до последнего.

Полезно! Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее затвердевает герметик.

Шаг 6: Устанавливаем элементы в каркас

После затвердевания герметика или эпоксидной смолы фотоэлементы можно устанавливать в корпус. Для защиты конструкции от механических повреждений рекомендуется поместить между задней стенкой и рамой уплотнитель из пенопласта. Однако это не обязательно, но желательно, из-за хрупкости кремниевых пластин. Затем алюминиевая рама помещается в деревянную раму, и на стык наносится герметик.

Шаг 7: Подключаем к контроллеру и аккумулятору

В дополнение к солнечной панели вам понадобятся аккумулятор, контроллер и инвертор для питания всего дома. Контроллер заряда подключается между источниками солнечной энергии и батареей. Он контролирует зарядку аккумулятора и защищает его от полной разрядки и перезарядки.

Инвертор нужен для преобразования постоянного тока, вырабатываемого батареей, в переменное напряжение 220 вольт, которое питает большинство электроприборов. Они отличаются формой выходного сигнала. Изделия с чисто синусоидальным выходом стоят дороже.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных панелей для дома важно выбрать конструкцию, которая сможет обеспечить ваш дом достаточным количеством электроэнергии. Считается, что в облачную погоду мощность солнечных панелей составляет около 40 ватт на квадратный метр в час. В действительности, в облачную погоду световой поток на уровне земли составляет около 200 ватт на квадратный метр, но 40% солнечного света — это инфракрасное излучение, к которому солнечные панели не восприимчивы. Также стоит помнить, что эффективность аккумулятора редко превышает 25%.

Иногда энергия интенсивного солнечного света может достигать 500 ватт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные значения, которые сделают автономную электроустановку бесперебойной.

Солнце светит в среднем девять часов каждый день, исходя из среднегодового показателя. За один день квадратный метр площади инвертора способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если жильцы дома потребляют около 20 киловатт электроэнергии в день, минимальная полезная площадь солнечных панелей должна составлять около 40 квадратных метров.

На практике, однако, такое случается редко. Обычно жильцы используют до 10 кВт в день.

Что касается того, хорошо ли работают солнечные панели зимой, стоит учитывать, что в это время года продолжительность светового дня значительно сокращается, но если система оснащена эффективными батареями, то получаемой в течение дня энергии должно быть достаточно, с учетом наличия резервной батареи.

При выборе солнечной батареи обратите внимание на емкость аккумулятора. Если вам нужны солнечные панели, работающие в ночное время, емкость резервной батареи играет ключевую роль. Он также должен выдерживать частую зарядку.

Полезные советы

Самодельную солнечную батарею можно использовать даже для отопления частного дома. Такие устройства могут быть установлены без необходимости получения разрешения от государственных органов. Но даже при активном использовании эффективность не может быть оценена после 36 месяцев. Кроме того, этот вариант очень дорогой. Поскольку почти везде в России температура регулярно опускается ниже нуля, необходимо добавить теплоизоляцию к солнечной системе.

Стабильная работа батарей обеспечивается в диапазоне температур от -40 до +90 градусов Цельсия. В среднем обеспечивается срок службы 20 лет, после чего производительность резко снижается. При выборе контроллера важно учитывать разницу между сильными и слабыми электрическими системами. Если контроллера нет или он вышел из строя, за батареями нужно будет постоянно следить. Невнимательность может сократить срок службы заряжаемой батареи.

Post Views: 178