Зачем платить кучу денег (или вообще какие-то деньги) за программу, которая показывает, как сделать солнечную батарею, если можно получить то же самое бесплатно?
Я расскажу, как сделать солнечную панель, стоимость которой будет вдвое меньше покупного аналога. Подобные системы сделаны из материалов, продающихся в местных строительных магазинах и магазинах электроники. Также можно купить материалы онлайн. Время собирать солнечный свет и делать электричество бесплатным!
Шаг 1: С чего все началось
Я наблюдал, как растут мои счета за электроэнергию год за годом, просто потому, что современная бытовая техника постоянно стоит включенной в режиме ожидания. И в этом заключается не только вред окружающей среде, но и вред моему счету в банке, потому что я фактически плачу за “ничего”. Я не мог постоянно выключать устройства из сети, так как это усложняло их использование и отнимало лишнее время на постоянные настройки. Постепенно я начал искать возобновляемые источники энергии, чтобы компенсировать мои ненужные траты. была не вариант, я живу в очень тихом районе без ветров. Гидроэлектроэнергия тоже не подходит, так как я живу на равнине практически без рек. Поэтому солнечная энергия показалась мне наиболее удачным выбором.
Стоимость готовых солнечных систем просто громадная, такая установка не окупит себя и за 20 лет непрерывной работы. Я попытался завоевать один из правительственных грантов на такую систему, но их очень мало, и я не получил свой. Но это не заставило меня отказаться от цели, хоть я и не хотел платить так много денег за систему. Логичным решением было сделать ее самостоятельно. Да, вы все верно поняли, я захотел сделать свою собственную солнечную систему. Теперь я могу точно сказать, что это вполне возможно, все материалы доступны в местных магазинах или по интернету. Я не технический гений и не имею много опыта в работе с электричеством, я просто изучил конструкцию солнечных панелей, из чего они делаются, как можно собрать солнечную систему своими руками . В результате получился этот мастер-класс.
Шаг 2: Начало
Для одной панели вам понадобится:
28 солнечных элемента с пиковой мощностью 3.1 Вт
- 2 листа стекла
- блокирующий диод на 6А
- 24 м ленточного провода шириной 2 мм
- 2 м ленточного провода 5 мм шириной
- флюс
- распределительная коробка
- клеммная колодка
- припой
- 1 м термоусадочной трубки
- 100% силиконовый герметик
- крестики для кафеля
- 2 алюминиевых уголка
Кроме того, понадобятся монтажные материалы. Общая стоимость одной панели составила 211.36 евро. Я привел список нужных материалов для ондй панели, а в конструкции предусмотрено две, один инвертор и прибор для измерения выработки. В сумме затраты на материалы составляют 441.72 евро или 20778 рублей.
Вскоре после планирования нужных материалов я нашел солнечные батареи онлайн. Собрав информацию с разных источников, я сделал монтажную схему проводки и закупил обычное стекло в местном магазине. Инструменты также были куплены на месте.
Монтажные материалы, такие как провода, монтажная коробка, шурупы, крепежные кронштейны, я не покупал, потому что все это уже пылилось в сарае.
Шаг 3: Производственный процесс
Я припаял солнечные элементы согласно монтажной электросхеме группами. Это суммировало напряжение всех ячеек для достижения желаемого выхода (максимально возможного). Я сделал панель из 28 ячеек (4 ряда по 7 элементов). В таком расположении и размере панель отлично помещалась в место в моем саду. В итоге я получал 28х0.5В=14В (в теории). Силу тока я до сих пор не знал, потому что купил недорогие элементы класса В для этого эксперимента (просто сэкономил).
Когда я закончил паять ячейки, все они были верх ногами (так как я спаивал из с задней стороны). Я капнул силикона на каждую панель и приклеил их к 4-миллиметровому листу стекла (этот лист будет задней стороной панели).
Я оставил это все сохнуть, чтобы силикон достаточно испарился (это действительно важно, чтобы ушли все лишние пары, поскольку они вступают в реакцию с припоем на батареях).
Затем я перевернул стеклянный лист и вставил небольшие крестики для кафеля между секциями (обычно их используют при кладке кафеля на стенах, чтобы соблюсти одинаковый зазор со всех сторон). Я сделал это для того, чтобы вместе со вторым листом стекла вся конструкция была более плотной и прочной. После расстановки крестиков я нанес слой силикона по краям стеклянного листа на расстоянии около 3 см от края (этот край нужен нам для заделки в следующих шагах).
Затем я разместил другой лист стекла поверх элементов, так что солнечные элементы теперь заключены между двумя листами стекла толщиной 4 мм (можно сказать, я застеклил элементы, это и был мой простой план).
Шаг 4: Выпаривание
Я оставил всю эту конструкцию сохнуть минимум сутки. Чем дольше, тем лучше. Между двумя листами стекла осталось пустое место по краям. Я залил это пространство герметиком. Я запечатал элементы двумя слоями силикона, и если один из них разгерметизируется, то второй надежно будет защищать батареи внутри. После нанесения второго слоя я оставил конструкцию сохнуть еще на 3 дня. Когда силикон полностью высох, я сделал рамку из алюминиевого профиля, чтобы защитить стеклянный корпус панели.
Шаг 5: Монтажная коробка
На задней стороне панели я сделал монтажную коробку с клеммной колодкой. На одной стороне блока идет +, а с другой стороны будет идти провод к инвертеру. Также в монтажной коробке есть диод между + с панели к +, идущему к инвертеру, это предотвращает поток электричества к панели, когда панель не производит никакого электричества (например, в темное время суток).
Шаг 6: Инвертер
Я связался с продавцом солнечных панелей, чтобы заказать подходящий инвертер. Мне нужен маленький инвертер (я же собираюсь производить небольшое количество электричества своей системой). Я взял инвертер OK-4, рассчитанный на 24 - 50 В, максимально 100 Вт. Это был самый маленький инвертер. Получается, что одной панели будет мало, потому что она выдает максимально 14В. Мне нужна была вторая панель, и в сумме у меня получится 28В, чего будет достаточно для инвертера. Учитывая, что это не сильный ток, то и двух панелей могло быть мало. И я сделал третью панель, чем достиг стабильно высокую производительность.
Я знаю, что этот инвертер максимально рассчитана на 100 Вт, а мои три панели будут давать больше (135 Вт), но этот максимум от панелей будет гаситься инвертером. Все, что идет сверх допустимой мощности, будет выделяться в виде тепла. Да, я знаю, что вы думаете: я трачу электричество впустую. Это правда, но такой перебор будет только в самые яркие часы, всего несколько часов в день. Большую часть дня панели не получают света столько, чтобы вырабатывать сверх 100 Вт. Зато при такой конструкции я постоянно добываю электроэнергию в достаточном количестве - с самого восхода солнца и до заката, просто потому, что инвертер способен работать на низком напряжении. Я получаю гораздо больше электроэнергии, питая панели весь день, чем теряю на скашивании максимальной мощности в часы зенита.
Шаг 7: Цифры и факты
В моем инвертере OK-4 не было встроенного дисплея для показа выработки, поэтому мне нужен был отдельный измеритель.
Ну и мне опять же не хотелось выкладывать кучу денег за этот прибор. В местном магазине я купил вот такую модель - ELRO M12 Power Calculator, который предназначен для расчета потребления электроэнергии бытовыми приборами, но работает неплохо и для подсчета выработки солнечной электроэнергии (этот калькулятор работает обоими способами, может как брать, так и отдавать электричество в сеть).
И этот калькулятор включается напрямую в розетку без суперсложных проводок (как раз то, что нужно).
Каждый солнечный элемент выдает 0.5В х 6А = 3Вт, но это максимальная мощность, при идеальных условиях. Для всей панели такая максимальная мощность составляет 28 ячеек х 3Вт = 84Вт.
Но по опыту знаю, что это очень оптимистические цифры, которые на деле обычно на 20% меньше. Так что в реальной жизни я ожидаю производительность примерно в 67Вт.
Моя панель точно не расположена идеально к солнцу, но сейчас это не так и важно. Панели расположены под углом 10 градусов (вместо 35) и не точно на юг.
Но это временная установка, я просто хочу посмотреть, как они себя ведут в реальных условиях при холодной температуре воздуха, куче дождей и затуманенного солнца.
В ближайшем будущем я поправлю установку.
Учитывая все факторы, панели вырабатывают по 15В х 3А = 45Вт каждая при условии, что напряжение ячеек используется по максимуму.
Сила тока может увеличиться путем изменения угла наклона панелей больше к солнцу, но сейчас это невозможно в том месте, где я их расставил.
Шаг 8: Рабочие показатели
Как правило, такая батарея состоит из трех фотоэлементов. Иногда их бывает больше. Элементы нужно извлечь, причем так, чтобы сохранить соединительные , припаянные к элементу или закрепленные на нем с помощью зажимов. Это существенно облегчит монтаж. Для изготовления самодельного источника энергии очень пригодится также чувствительный измерительный прибор – например, мультиметр. Отдельно взятый элемент выдает следующее количество электроэнергии с 1 кв. см площади:
Ток до 24 мА;
- напряжение 0,5 В.
Под нагрузкой получится половина напряжения, что для практических целей совершенно недостаточно. Если нужно большее напряжение или больший ток, нужно соединить несколько таких элементов между собой. Для этого необходима общая панель из диэлектрика (например, текстолита). Последовательное соединение (с обязательным соблюдением полярности) даст возможность увеличить выходное напряжение, но внутреннее сопротивление фотоэлементов довольно велико. Для его снижения (и увеличения выходной мощности ) полезно применить и параллельное включение отдельных элементов. Параллельно можно подключать как цепочки последовательно соединенных элементов батареи, так и отдельные элементы друг к другу.
В любом случае нужно следить за соблюдением полярности. Если удалось сохранить провода, присоединенные к отдельным пластинам, спаять элементы довольно легко, но это нужно с применением теплоотвода. Но при извлечении фотоэлементов сохранить провода удается не всегда. В этом случае можно применить пружинные зажимы и даже небольшие пружинки от шариковых ручек. Точно по такому же принципу можно собрать солнечную из селеновых пластин от старых фотоэкспонометров.
Сам элемент паять нельзя, поскольку в домашних условиях это приведет, скорее всего, к пробою.
Старые радиодетали или ненужные компьютерные мыши
Чаще всего под руками не оказывается готовых фотоэлементов. В этом случае можно воспользоваться имеющимися в наличии старыми радиодеталями. Например, соединив последовательно 20 точечных диодов в стеклянном корпусе (например, Д9, Д2), можно получить напряжение 1,2В. Разумеется, соблюдение полярности необходимо и в этом случае. Если корпус диода покрыт краской, ее нужно смыть или соскоблить. Диоды подходят любые, как кремниевые, так и германиевые. Дополнительное параллельное соединение диодов и цепочек диодов точно так же, как и в первом случае, помогают снизить внутреннее сопротивление батареи. С этой же целью можно применять фотодиоды от вышедших из строя компьютерных мышей. Возможно и использование светодиодов, которые также могут работать как фотоэлементы.Батарея из транзисторов
Вместо диодов можно использовать транзисторы с металлическими корпусами. Здесь для доступа света нужно удалить металлический корпус или его верхнюю часть. Использовать можно переходы коллектор - база и эмиттер - база. В данном случае подходят как кремниевые, так и германиевые транзисторы, транзисторы с оборванным коллектором или эмиттером, но желательно, чтобы они были однотипными. Правила соединения те же, что указаны в первых двух способах. Полезно применение дополнительных отражающих панелей, отбрасывающих свет на солнечную батарею.Чем мощнее транзисторы, тем больший ток можно снять с батареи.
Некоторые тонкости
Транзисторы, как и вообще любые фотоэлементы, желательно предохранять от механических повреждений и попадания пыли. Для этого собранную батарею лучше всего закрыть сверху. Подходит прозрачная пленка или тонкое кварцевое стекло. Можно применять и тонкое оргестекло. Обычное оконное стекло или, скажем, триплекс, не подходят, так как задерживает ультрафиолетовые лучи.Важно правильно обеспечить положение батареи относительно солнца, поскольку от этого зависит эффективность ее работы. КПД солнечных батарей, сделанных дома, довольно низкий и не превышает 10%. Получить электроэнергию можно и не в очень солнечный день, но батарея не должна находиться в сильно затененном месте. Напряжения хватит, чтобы зарядить аккумуляторы где-нибудь на даче или в походе. Кстати, таким способом можно даже осветить темный подвал, если снаружи расположить батарею, а внутри – светодиод.
Солнечная энергетика - это просто здорово, но вот в чем проблема: даже одна батарея стоит немалых денег, а для хорошего эффекта нужна не одна, и даже не две. Потому и приходит идея - собрать все самому. Если есть у вас небольшой навык пайки - это сделать просто. Вся сборка заключается в том, чтобы последовательно соединить элементы в дорожки, а дорожки закрепить на корпусе. Сразу скажем о цене. Набор для одной панели (36 штук) стоит в районе 70-80$. А полностью со всеми материалами солнечные батареи своими руками обойдутся вам примерно в 120-150$. Намного меньше, чем заводские. Но нужно сказать, что и по мощности они будут тоже меньше. В среднем каждый фотопреобразователь выдает 0,5 В, если последовательно соединить 36 штук, это будет порядка 18 В.
Немного теории: типы фотоэлементов для солнечных батарей
Самая большая проблема - приобрести фотоэлектрические преобразователи. Это те самые кремниевые пластины, которые преобразуют солнечный свет в электричество. Вот тут нужно немного разбираться в типах фотоэлементов. Их выпускают двух типов: поликристаллические и монокристаллические. Монокристаллические более дорогие, но имеют более высокий КПД - 20-25%, поликристаллические - дешевле, но и производительность у них меньше - 17-20%. Как их отличить внешне? Поликристаллические имеют ярко-синий цвет. Монокристаллические немного темнее и у них не квадратная, а многогранная форма - квадрат со срезанными краями.
О форме выпуска. Есть фотоэлементы для солнечных батарей с уже припаянными проводниками, а есть наборы, где проводники прилагаются и все нужно паять самостоятельно. Что покупать решает каждый сам, но нужно сказать, что без навыка хотя-бы одну пластину вы повредите, а скорее, не одну. А если и паять умеете не очень… то лучше немного дороже заплатить, но получить уже почти готовые к использованию детали.
Сделать фотоэлементы для солнечных батарей своими руками нереально. Для этого нужно уметь выращивать кристаллы кремния, а потом его еще обрабатывать. Потому нужно знать, где купить. Об этом дальше.
Где и как купить фотоэлементы
Теперь о качестве. На всех китайских площадках типа Ebay или Alibaba продается отбраковка. Те детали, которые не прошли тесты на заводе. Потому идеальной батареи вы не получите. Но цена у них не самая большая, так что можно смириться. Во всяком случае, на первых порах. Соберите пару тестовых солнечных батарей своими руками, набейте руку, а потом можно брать с завода.
Некоторые продают фотоэлементы запаянными в воск. Это предотвращает их порчу при перевозке, но избавиться от воска и не повредить пластины довольно сложно. Нужно все вместе их окунуть в горячую, но не кипящую воду. Подождать пока воск растает, потом аккуратно разъединять. Потом поочередно купать каждую пластину в горячем мыльном растворе, потом окуная в чистую горячую воду. Таких «омовений» моет понадобиться несколько, воду и мыльный раствор придется менять, и не один раз. После того как воск удалите, чистые пластины разложите на махровом полотенце для просушки. Очень хлопотное это дело. Так что лучше покупайте без воска. Так намного проще.
Теперь о покупках на китайских площадках. Конкретно о Ebay и Alibaba. Они проверены, тысячи людей ежедневно там что-то покупают. Система ничем не отличается. После регистрации, как обычно, в строке поиска набираете название элемента. Потом выбираете понравившееся по какой-то причине предложение. Обязательно выбирайте из тех вариантов, где есть бесплатная доставка (на английском free shipping). Если такой пометки нет, то доставку придется оплачивать отдельно. А она часто больше стоимости товара и уж точно больше той разницы, что вы выгадаете на цене.
Ориентироваться нужно не только на цену, но и на рейтинг продавца и на отзывы. Внимательно читайте и состав товара, его параметры и отзывы. Можно с продавцом общаться, только сообщения писать нужно на английском.
По поводу оплаты. Она на этих площадках переводится продавцу только после того, как вы отпишитесь в получении товара. А пока идет доставка, ваши деньги лежат на счете торговой площадки. Оплачивать можно с карты. Если боитесь светить данные карты, воспользуйтесь промежуточными сервисами. Они есть разные, но суть одна - ваша карта не засветится. Есть на этих площадках и возврат товара, но это долгая песня, так что лучше брать у проверенных продавцов (с хорошим рейтингом и отзывами).
Да. Посылка идет в зависимости от региона. И дело не столько в том, как долго она будет идти из Китая, как в том, как скоро ее доставит почта. В лучшем случае - недели три, но может и полтора месяца.
Как собрать
Сборка солнечной батареи своими руками состоит из трех этапов:
- Изготовление каркаса.
- Пайка солнечных элементов.
- Укладка в каркас и герметизация.
Каркас изготовить можно из алюминиевых уголков или из деревянных реек. Но форма каркаса, материалы, последовательность изготовления зависят от способа установки.
Способ первый: установка на окне
Батарею вешают на окне, на раму изнутри помещения или снаружи, но тоже на окне. Тогда нужно делать каркас из алюминиевого уголка, а к нему приклеивать стекло или поликарбонат. В этом случае между фотоэлементами остаются хоть небольшие зазоры, через которые немного света проникает в помещение. Размеры рамы выбираете исходя из размеров ваших фотоэлементов и того, как вы собираетесь их располагать. Также некоторую роль могут сыграть габариты окна. Учтите, что плоскость должна быть ровная - фотоэлектрические преобразователи очень хрупкие, и при малейшем перекосе будут трескаться.
Развернув готовую раму с приклеенным стеклом лицом вниз, на поверхность стекла нанести слой герметика. На герметик, снова-таки лицевой стороной вниз, разложить собранные из фотоэлементов линейки.
Из толстого упругого поролона (толщина не менее 4 см) и куска полиэтиленовой пленки (200 мк) сделать мат: поролон обтянуть пленкой и хорошо скрепить. Лучше полиэтилен спаять, но можно и скотчем воспользоваться, только все стыки должны находиться на одной стороне. Вторая должна быть ровной и гладкой. По размерам мат должен хорошо ложиться в раму (без загибов и усилий).
Уложили мат на фотоэлементы, утопленные в герметике. На него доску, которая по размерам чуть меньше рамы, а на доску солидный груз. Это нехитрое устройство поможет выгнать пузыри воздуха, которые оказались под фотоэлементами. Воздух снижает производительность, причем очень сильно. Потому чем меньше пузырьков будет, тем лучше. Всю конструкцию оставляете на 12 часов.
Теперь время снять груз и отлепить мат. Делаете это медленно и не спеша. Важно не повредить пайку и проводники. Потому тяните плавно, без рывков. После того, как мат сняли, панель нужно оставить на некоторое время - досохнуть. Когда герметик перестанет липнуть, можно навешивать панель и пользоваться.
Вместо длительной процедуры с герметиком можно взять специальную пленку для герметизации. Она называется EVA. Просто сверху на собранную и уложенную на стекло батарею расстилаете пленку и греете ее строительным феном до полной герметизации. Времени уходит в разы меньше.
Способ второй: установка на стене, крыше и т.д.
В этом случае все иначе. Задняя стенка должна быть плотной и не проводящей ток. Возможно - деревянной, фанерной и т.п. Потому имеет смысл и раму сделать из деревянных брусков. Только высота корпуса должна быть небольшой, чтобы тень от бортиков не мешала.
На фото корпус состоит из двух половинок, но это совсем необязательно. Просто легче собирать и укладывать короткие линейки, но соединений в этом случае будет больше. Да. Несколько нюансов: нужно в корпусе предусмотреть несколько отверстий. В нижней части нужны несколько штук для выхода конденсата, а также два отверстия для вывода проводников от батареи.
Затем корпус батареи покрасить белой краской - кремниевые пластины имеют довольно широкий диапазон рабочих температур, но он не безграничен: от -40 o Cдо +50 o C. А летом в закрытой коробке +50 o C набегает легко. Потому и нужен белый цвет, чтобы не перегревались фотопреобразователи. Перегрев, как и переохлаждение, ведет к снижению эффективности. Это, кстати, может стать объяснением непонятного явления: полдень, солнце жарит, а батарея стала давать меньше электричества. А она просто перегрелась. Для южных регионов, наверное, нужно уложить фольгу. Это будет эффективнее. Причем производительность, скорее всего, возрастет: будет улавливаться еще и отраженное фольгой излучение.
После того как краса высохла, можно укладывать собранные дорожки. Но в этот раз лицом вверх. Как их крепить? На каплю термостойкого герметика посредине каждой пластины. Почему не нанести по всей поверхности? Из-за температурного расширения пластина будет менять размеры. Если приклеить ее только посередине, с ней ничего не случиться. Если будет хотя-бы две точки - она рано или поздно лопнет. Потому аккуратно посередине наносите каплю, мягко прижимаете пластину. Не давите - раздавить очень легко.
В некоторых случаях пластины сначала крепились на основу - лист ДВП, выкрашенный в тот же белый цвет. А потом уже на основе закреплялись к корпусу шурупами.
После того, как все линейки уложены, последовательно их соединяете. Чтобы проводники не болтались, их можно зафиксировать несколькими каплями герметика. Вывести провода от элементов можно через днище или через бортик - как удобнее. Протяните их через отверстие, а потом залейте дырку все тем же герметиком. Теперь нужно дать всем соединениям высохнуть. Если накрыть крышкой раньше, на стекле и фотоэлементах образуется налет, который сильно снижает эффективность батареи. Потому ждем как минимум сутки (или столько, сколько указано на упаковке герметика).
Теперь дело за малым - накрыть все стеклом или прозрачным пластиком. Как крепить — дело ваше. Но на первых порах не герметизируйте. По крайней мере, до испытания. Может где-то обнаружится проблема.
И еще один нюанс. Если планируете в систему подключать аккумуляторы, понадобится поставить диод, который будет предотвращать разряд аккумулятора через батарею в ночное время или в плохую погоду. Лучше всего поставить диод «Шоттки». Его подсоединяю к батарее последовательно. Установить его лучше внутри конструкции - при высоких температурах у него уменьшается падение напряжения, т.е. в рабочем состоянии он будет меньше «садить» напряжение.
Как паять элементы для солнечной батареи
Немного об обращении с кремниевыми пластинами. Они очень-очень хрупкие, легко трескаются и ломаются. Потому обращаться нужно с ними с крайней осторожностью, хранить в жесткой таре подальше от детворы.
Работать нужно на ровной твердой поверхности. Если стол покрыт клеенкой, положите лист чего-то твердого. Пластина не должна прогибаться, а всей поверхностью жестко опираться на основу. Причем основание должно быть гладким. Как показывает опыт, идеальный вариант - кусок ламината. Он, жесткий, ровный, гладкий. Паяют на тыльной стороне, не на лицевой.
Для пайки использовать можно флюс или канифоль, любой из составов в маркере для пайки. Тут у каждого свои пристрастия. Но желательно, чтобы состав не оставлял следов на матрице.
Укладываете кремниевую пластину лицом вверх (лицо - синяя сторона). На ней есть две или три дорожки. Их промазываете флюсом или маркером, спиртовым (не водно-спиртовым) раствором канифоли. В комплекте с фотопреобразователями идет обычно тонкая контактная лента. Иногда она нарезана на куски, иногда идет в катушке. Если лента намотана на катушку, отрезать нужно кусок, равный двойной ширине солнечного элемента, плюс 1 см.
На обработанную флюсом полосу припаиваете отрезанный кусок. Лента получается намного длиннее пластинки, весь остаток остается с одной стороны. Старайтесь вести паяльник не отрывая. Насколько это возможно. Для более качественной пайки на кончике жала у вас должна быть капля припоя или олова. Тогда пайка будет качественной. Непропаянных мест быть не должно, хорошо все прогревайте. Но не давите! Особенно по краям. Это очень хрупкие изделия. Поочередно припаиваете ленты на все дорожки. Фотопреобразователи получаются «хвостатые».
Теперь, собственно, о том, как собрать солнечную батарею своими руками. Приступаем к сборке линейки. С обратной стороны пластинки тоже есть дорожки. Теперь «хвост» от верхней пластины припаиваем к нижней. Технология такая же: дорожку промазываем флюсом, потом пропаиваем. Так последовательно соединяем нужное количество фотоэлектрических преобразователей.
В некоторых вариантах на задней стороне не дорожки, а площадки. Тогда пайки меньше, но претензий по качеству может быть больше. В этом случае промазываем флюсом только площадки. И паяем тоже только на них. Вот, собственно, все. Собранные дорожки можно переносить на основание или корпус. Но есть еще множество хитростей.
Так, например, между фотоэлементами нужно выдерживать определенное расстояние (4-5 мм), что без фиксаторов не так и легко. Малейший перекос, и есть возможность порвать проводник, или сломать пластинку. Потому для задания определенного шага на кусок ламината приклеивают строительные крестики (используются при укладке плитки), или делают разметку.
Все проблемы, которые возникают при изготовлении солнечных батарей своими руками, связаны с пайкой. Потому перед герметизацией, а лучше еще и перед переносом линейки на корпус, проверить сборку амперметром. Если все нормально, можно продолжать работу.
Итоги
Теперь вы знаете, как сделать солнечную батарею в домашних условиях. Дело не самое сложное, но требует кропотливой работы.
Желание сделать систему энергообеспечения частного дома более эффективной, экономичной и чистой с экологической точки зрения заставляет искать новые источники энергии. Одним из способов модернизации является установка солнечных батарей, способных преобразовывать энергию солнца в электрический ток. Существует прекрасная альтернатива дорогостоящему оборудованию - солнечная батарея, сделанная своими руками, которая позволит ежемесячно экономить средства из семейного бюджета. О том, как такую вещь соорудить, мы сегодня и будем говорить. Обозначим все подводные камни и расскажем как их обойти.
Общую информацию о конструктивных особенностях солнечных батарей смотрите на видео:
Разработка проекта солнечной энергосистемы
Проектирование необходимо для более удачного размещения панелей на крыше дома. Чем больше солнечных лучей попадет на поверхность батарей и чем выше их интенсивность, тем больше энергии они произведут. Для установки понадобится южная сторона кровли. В идеале лучи должны падать под углом 90 градусов, поэтому следует определить, в каком именно положении работа модулей принесет больше пользы.
Дело в том, что самодельная солнечная батарея, в отличие от заводской, не имеет специальных датчиков движения и концентраторов. Для изменения угла наклона существует возможность изготовить механизм на ручном управлении. Он позволит устанавливать модули почти вертикально в зимний период, когда солнце стоит низко над горизонтом, и опускать их летом, когда солнцестояние достигает своего пика. Вертикальное зимнее расположение имеет и защитную функцию: оно препятствует скапливанию на панелях снега и наледи, чем продлевает срок эксплуатации модулей.
Энергоэффективность модульной конструкции можно увеличить, если создать простейший механизм управления, который позволит менять угол наклона батареи в зависимости от времени года и даже времени суток
Возможно, перед монтажом батарей потребуется усиление кровельной конструкции, так как комплект из нескольких панелей имеет довольно большую массу. Необходимо вычислить нагрузку на крышу с учетом тяжести не только солнечных батарей, но и снежного пласта. Вес системы во многом зависит от материалов, которые применяются при ее изготовлении.
Количество панелей и их размер рассчитывают исходя из требующей мощности. Например, 1м² модуля производит приблизительно 120 Вт, этого не хватит даже для полноценного освещения жилых помещений. Примерно 1 кВт энергии при 10м² панелей позволит функционировать осветительным приборам, телевизору и компьютеру. Соответственно, солнечная конструкция площадью 20м² обеспечит нужды семьи из 3 человек. Приблизительно на такие размеры следует рассчитывать, если частный дом предназначен для постоянного проживания.
Изготовление солнечной батареи не обязательно заканчивается первоначальной сборкой, в дальнейшем можно наращивать элементы, тем самым увеличивая КПД оборудования
Варианты модулей для самостоятельной сборки
Основное назначение солнечной панели – генерировать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в электрическую. Полученный электроток представляет собой поток свободных электронов, высвобожденных световыми волнами. Для самостоятельной сборки оптимальным вариантом являются моно- и поликристаллические преобразователи, так как аналоги еще одного вида – аморфные – в течение первых двух лет снижают свою мощность на 20-40%.
Стандартные монокристаллические элементы имеют размеры 3 х 6 дюймов и довольно хрупкую структуру, поэтому работать с ними нужно крайне бережно и аккуратно
Разные виды кремниевых пластин имеют свои плюсы и минусы. Например, поликристаллические модули отличаются довольно низким КПД – до 9%, тогда как КПД монокристаллических пластин достигает 13%. Первые сохраняют показатели мощности даже в облачную погоду, но служат в среднем 10 лет, мощность вторых резко падает в пасмурные дни, зато они прекрасно функционируют на протяжении 25 лет.
Самодельное устройство должно быть функциональным и надежным, поэтому часть деталей лучше приобрести в готовом виде. Перед тем, как сделать солнечную батарею по индивидуальному проекту, загляните на сайт eBay, где можно обнаружить огромный выбор модулей с незначительным браком. Легкая поломка не влияет на качество работы, зато заметно уменьшает стоимость панелей. Предположим, монокристаллический модуль Solar Cells, расположенный на стеклотекстолитовой плате, стоит чуть больше 15 долларов, а поликристаллический комплект из 72 штук – около 90 долларов.
Лучший готовый вариант солнечного элемента - панель с проводниками, которые требуют лишь последовательного соединения. Модули без проводников стоят дешевле, но увеличивают время сборки батареи в несколько раз
Инструкция по изготовлению солнечной батареи
Вариантов самостоятельной сборки солнечных батарей множество. Технология зависит от количества солнечных элементов, приобретенных заранее, и дополнительных материалов, необходимых для изготовления корпуса. Важно запомнить: чем больше общая площадь панелей, тем мощнее оборудование, но вместе с тем вырастает и вес конструкции. В одной батарее рекомендуют применять одинаковые модули, так как эквивалентность тока приравнивается к показателям меньшего из элементов.
Сборка модульного каркаса
Дизайн модулей, как и их размеры, могут быть произвольными, поэтому вместо цифр ориентироваться следует на фото и выбрать любой индивидуальный вариант, подходящий для конкретных расчетов.
Наиболее дешевые солнечные элементы - панели без проводников. Чтобы сделать их готовыми к сборке батареи, необходимо первоначально припаять проводники, а это долгий и кропотливый процесс
Для изготовления корпуса, внутри которого будут закреплены солнечные элементы, необходимо подготовить следующий материал и инструмент:
- листы фанеры выбранного размера;
- невысокие рейки для бортиков;
- клей универсальный или для древесины;
- уголки и саморезы для крепежа;
- дрель;
- плиты ДВП;
- куски оргстекла;
- краска.
Берем кусок фанеры, который будет играть роль основания, и по периметру приклеиваем невысокие бортики. Рейки по краям листа не должны загораживать солнечные элементы, поэтому следим, чтобы высота их не превышала ¾ дюйма. Для надежности каждую приклеенную рейку дополнительно привинчиваем саморезами, а углы можно скрепить металлическими уголками.
Деревянный каркас - наиболее доступный вариант для размещения солнечных элементов. Его можно заменить рамой из алюминиевого уголка или покупным набором рама + стекло
Для вентиляции высверливаем отверстия в нижней части корпуса и по бортикам. Отверстий в крышке быть не должно, так как это грозит попаданием влаги. Крепление элементов будет производится на листы ДВП, которые можно заменить любым похожим материалом, главное условие – он не должен проводить электроток.
Маленькие отверстия для вентиляции необходимо просверлить по всей площади подложки, включая бортики и серединную рейку. Оно позволят регулировать уровень влаги и давления внутри каркаса
Крышку вырезаем из оргстекла, подгоняя под размеры корпуса. Обычное стекло слишком хрупкое для размещения на крыше. Для защиты деревянных частей используем специальную пропитку или краску, которой следует обработать каркас и подложку со всех сторон. Неплохо, если оттенок краски каркаса будет сочетаться с цветом кровельного покрытия.
Покраска выполняет не столько эстетическую функцию, сколько защитную. Каждую деталь следует покрыть минимум 2-3 слоями краски, чтобы в дальнейшем древесину не покоробило от влажного воздуха или перегрева
Монтаж солнечных элементов
Все солнечные модули раскладываем ровными рядами на подложке обратной стороной вверх, чтобы произвести пайку проводников. Для работы потребуется паяльник и припой. Места пайки предварительно необходимо обработать специальным карандашом. Для начала можно потренироваться на двух элементах, соединив их последовательно. Так же последовательно, цепочкой, соединяем все элементы на подложке, в результате должна получиться «змейка».
Каждый элемент устанавливаем строго по разметке и следим за тем, чтобы проводники соседних элементов пересекались в местах пайки
Соединив все элементы, аккуратно поворачиваем их лицевой стороной вверх. Если модулей много, придется пригласить помощников, так как одному спаянные элементы, не повредив, повернуть достаточно сложно. Но перед этим намазываем модули клеем, чтобы прочно закрепить их на панели. В качестве клея лучше использовать силиконовый герметик, причем наносить его следует строго по центру элемента, в одной точке, а не по краям. Это необходимо для предохранения пластин от поломок, если вдруг произойдет небольшая деформация основания. Лист фанеры может прогнуться или разбухнуть из-за изменения влажности, и стабильно приклеенные элементы просто треснут и выйдут из строя.
Закрепив модули на подложке, можно произвести пробный запуск панели и проверить функциональность. Затем основу помещаем в готовый уже каркас и фиксируем по краям шурупами. Чтобы исключить разряд аккумулятора через солнечную батарею, на панель устанавливаем блокировочный диод, закрепляя его герметиком.
Для соединения цепочек можно использовать медный провод или оплетку кабеля, которые фиксируют каждый элемент с обеих сторон, а затем закрепляются герметиком
Пробное тестирование помогает сделать предварительные расчеты. В данном случае они оказались верными - на солнце без нагрузки батарея производит 18,88 В
Сверху установленные элементы накрываем защитным экраном из оргстекла. Перед тем, как зафиксировать его, вновь проверяем работоспособность конструкции. Кстати, тестировать модули можно и в течении всего процесса установки и пайки, группами по нескольку штук. Следим за тем, чтобы герметик просох окончательно, так как его испарения могут покрыть оргстекло непрозрачной пленкой. Выходной провод оснащаем двухконтактным разъемом, чтобы в дальнейшем можно было использовать контроллер.
Одна панель собрана и полностью готова к работе. Все оборудование, включая купленные в интернете элементы, обошлось в 105 долларов
Фотоэлектрические системы частного дома
Электрические домашние системы энергообеспечения с использованием солнечных элементов можно разделить на 3 вида:
- автономная;
- гибридная;
- безаккумуляторная.
Если дом подключен к центральной энергосети, то оптимальным вариантом будет смешанная система: днем питание производится от солнечных батарей, а ночью – от аккумуляторов. Центральная сеть в данном случае является резервом. Когда нет возможности подключиться к центральному энергоснабжению, его заменяют топливными генераторами – бензиновыми или дизельными.
Контроллер необходим для предотвращения короткого замыкания в момент максимальной нагрузки, аккумулятор – для накопления энергии, инвертор – для распределения и подачи ее к потребителю
При выборе наиболее удачного варианта следует учитывать время суток, в которое происходит максимальное потребление энергии. В частных домах пиковый период выпадает на вечер, когда солнце уже зашло, поэтому логичным будет использовать либо подключение к общей сети, либо дополнительное применение генераторов, так как солнечное энергоснабжение происходит в дневное время.
В фотоэлектрических системах энергоснабжения используют сети и с постоянным, и с переменным током, причем второй вариант подходит для размещения приборов на расстоянии более 15 м
Для дачников, режим работы которых часто совпадает со световым днем, подходит солнечная энергосберегающая система, которая начинает функционировать вместе с восходом солнца, а заканчивает вечером.
Спрос на альтернативные источники энергии возрастает с каждым днём. Народные умельцы активно осваивают способы, как изготовить солнечную батарею своими руками.
Подготовительная стадия: что надо знать о солнечных батареях
Для самостоятельного изготовления солнечной батареи можно использовать как специально закупленные заготовки, так и по максимуму использовать материал, имеющийся в домашней мастерской – диоды, транзисторы, фольгу.
Солнечные батареи не могут в большинстве случаев заменить полноценную электростанцию и дать рабочее напряжение 220 В для работы мощных электроприборов. Ограничения возникают по причине их высокой стоимости и большой площади свободного пространства для монтажа.
Часто их применяют как дополнительный источник энергии и для не электрифицированных дачных участков.
КПД солнечных батарей зависит от погодных условий, интенсивности потока солнечных лучей, угла падения светового потока.
Небольшое количество ясных дней в конкретном регионе, сильная затенённость земельного участка, может быть причиной экономической нерентабельности новой установки: срок окупаемости будет больше, чем срок службы (до 30 лет).
Место для установки солнечной батареи для вашего дома должно быть хорошо освещённым, желательно находится выше уровня земли (на крыше), а сама конструкция иметь возможность коррекции положения в пространстве, чтобы лучи солнца падали перпендикулярно поверхности фотоэлементов.
Как самостоятельно сконструировать солнечную батарею
Чтобы собрать солнечную батарею надо:
- Изготовить каркас – рамку из алюминиевых уголков или деревянных реек. Форму корпуса, и соответственно, форму солнечной батареи выбирать можно любую. Надо подготовить подложку из ДВП и защитное стекло в размер.
- Спаять солнечные элементы. Самый ответственный этап: от качественной спайки зависит итоговый КПД батареи. 3. Уложить пластину в каркас и загерметизировать – завершающий этап работы.
Главная часть солнечной батареи составляют фотоэлементы, которые преобразовывают энергию дневного светила в электрическую.
Промышленность выпускает 3 вида пластин: монокристаллические, поликристаллические и тонкоплёночные (аморфные). Только 2 первых доступны по цене и закупаются как заготовки для будущих домашних экспериментов.
Различие между ними состоит в КПД – до 14% и 9% соответственно, долговечности – 30 и 20 лет службы, и чувствительности к интенсивности солнечного света.
Только батареи с поликристаллическими проводниками не снижают выработку электроэнергии в пасмурную погоду.
Имеет смысл закупать уценённые фотоэлементы второго сорта – для промышленных целей они не подходят, а существующие дефекты не ухудшают качество самоделок.
Приобретённые фотоэлементы требуется спаять между собой. Отдельный элемент даёт 0.5 В напряжения, обычно домашние умельцы ориентируются на номинальное напряжение готового изделия 18 В.
Правильно объединяя цепь, легко добиться нужных потребительских свойств: параллельное соединение увеличивает силу тока, последовательное – напряжение.
На рабочем столе должен быть паяльник, флюс и припой. Олово проволочное, флюс бескислотный, оставляющий минимум жирных следов.
Кремниевые пластины укладываются на защитное стекло, оставляя зазор 5 мм: при нагревании фотоэлементы расширяются. При спайке важно соблюдать полярность – дорожки с отрицательным знаком и положительным различить не сложно.
Обратите внимание!
Лучше приобретать солнечные элементы с уже припаянными плоскими проводниками к солнечным элементам, а самостоятельно только объединять их в цепь. Крайние элементы цепи выводятся на общую шину.
Дополнительно следует припаять диода Шоттки 31DQ03 или аналогичный, чтобы не допустить саморазряда батареи в неактивном состоянии.
Сердцевина солнечной батареи готова, осталось уложить её в подготовленный корпус. После этого по центру каждого отдельного фотоэлемента наносится одна капля термостойкого герметика (если капель несколько, то при расширении от нагревания пластина может лопнуть) и аккуратно накрывается подложкой, затем крышкой.
При помощи силикона следует загерметизировать стыки, и изделие готово.Что может быть альтернативой промышленным фотоэлементам
Фото солнечных батарей из подручных радиодеталей удивляют своей оригинальностью, хотя технические характеристики имеют не очень впечатляющие.
Обратите внимание!
Для домашнего производства электричества можно использовать разнообразный материал:
- Транзисторы типа КТ или П, внутри которых расположен полупроводниковый кремниевый элемент. С них срезается металлическая крышка, и открывшееся пластина способна выполнить функции фотоэлемента, её напряжение 0,35 В.
- Диоды Д223Б. Их преимущества перед другими – напряжение 0,35 В при компактных размерах, удобный корпус, лёгкое очищение от ненужной краски при помощи ацетона для последующей работы.
- Медная фольга.
Чтобы она приобрела свойства преобразовывать солнечную энергию в электрическую, необходимо осуществить специальную обработку:
- Обезжирить.
- Обработать наждачной бумагой с целью удаления защитной оксидной плёнки и возможной коррозии. Прокалить на газовой горелке до образования оксида меди – пластина меняет цвет на чёрный и нагревается после этого полчаса.
- Заготовка после медленного охлаждения аккуратно промывается под проточной водой с целью удаления черной пленки.
Искомый полупроводник – пластина с тонким слоем медной окиси. В отличие от первых двух вариантов, для дальнейшей работы паяльные работы здесь не нужны.
Требуется поместить соленый раствор 2 кусочка фольги одинакового размера, но разных по свойствам – обработанный и первоначальный вариант.
Соприкасаться они не должны, зажать «крокодильчиками» с проводами. Положительный полюс – к чистой меди, отрицательный – к оксиду. Солёный раствор в прозрачной ёмкости на 2-3 см не доходит до верхней части пластин.
Купить солнечные батареи в виду достаточно высокой цены безболезненно для семейного бюджета может не каждый. Проявите себя в техническом творчестве, порадуйте домочадцев и удивите гостей результатами своего труда.
Обратите внимание!
Фото солнечной батареи своими руками
