Солнечная батарея своими руками: как сделать самодельную солнечную панель

Содержание

Конструкция и принцип работы солнечной батареи

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

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

Ежесекундно, на каждый метр площади поверхности Земли падает солнечный свет, эквивалентный более чем 100 Вт электроэнергии. Речь идет о тех периодах, когда небо затянуто облаками. При ярком солнечном свете этот показатель, конечно, выше.

Один из вариантов использования солнечных батарей и обычной линии
Один из вариантов использования солнечных батарей и обычной линии

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

В идеальных случаях, для получения киловатта энергии необходимо около 10 м² поверхности полупроводника.

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

Разновидности фотоэлементов и их особенности

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

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

Полупроводник
Полупроводник

Преимущества и недостатки использования

Суть проблемы преобразования солнечной энергии в электрическую, почему такие средства генерации не используются повсеместно, в нескольких факторах:

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

Обеспечение энергией небольшого поселка
Обеспечение энергией небольшого поселка

  1. Потери. В случае, когда полупроводник не освещен, он из генерирующего превращается в потребляющий. Для обхода этого фактора используются специальные байпасы в сборках кристаллов. Это своеобразные пути движения тока, которые минуют потребляющие элементы и подключают их в сеть, только если в них возникает ток.
  2. Цена. Даже самые дешевые солнечные панели в сборе с оборудованием генерации энергии (инвертор, контроллер, аккумулятор) стоят от 70000 рублей за генерируемую площадь, достаточную для получения всего лишь 200 Вт*ч электроэнергии или 1 кВт в сутки. Размер подобной приблизительно составит 1,5 м2. Как видно, параметры достаточно суровы, но позволяют, в экономном режиме, обеспечить питанием небольшое жилье (без отопления). Прилично уменьшить цену поможет вариант, если сделать солнечную батарею своими руками из элементов, которые можно купить на различных торговых площадках.

Конструктивные особенности

Конструктивные особенности
В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м2. В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м2. КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.

Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.

Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м2, 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м2. Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.

Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м2. Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.

То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м2, а для 50 Ач — примерно 1,5 м2.

Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.

Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.

При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.

Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Солнечная электростанция
Солнечная электростанция

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

Расчет и проектирование

Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.

Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент. Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный. В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.

Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.

Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.

Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности. Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде. Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.

Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м2.

Формула для расчета

Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.

Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.

Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью. Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов. В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.

Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях

Несмотря на то, что мы живём в современном и быстроразвивающимся мире – покупка и монтаж солнечных батарей остаётся уделом обеспеченных людей. Стоимость одной панели, которая будет вырабатывать всего лишь 100 Ватт варьируется от 6 до 8 тысяч рублей. Это не считая ещё то, что отдельно надо будет покупать конденсаторы, аккумуляторы, контроллер заряда, сетевой инвертор, преобразователь и другие вещи. Но если у вас нет большого количества средств, а хочется перейти на экологически чистый источник энергии то у нас для вас есть хорошие новости – солнечную батарею можно собрать в домашних условиях. И если следовать всем рекомендациям, КПД у неё будет не хуже, чем у собранного в промышленных масштабах варианта. В данной части мы рассмотрим пошаговую сборку. Также уделим внимание материалам, из которых можно собрать солнечные панели.

Из диодов

Это один из самых бюджетных материалов. Если вы собрались делать солнечную батарею для дома из диодов, то помните, что с помощью данных компонентов собираются лишь небольшие солнечные батареи, способные запитать какие-либо незначительные гаджеты. Лучше всего подойдут диоды Д223Б. Это диоды советского образца, которые хороши тем, что имеют стеклянный корпус, из-за размера обладают высокой плотностью монтажа и имеют приятную цену.

После покупки диодов очистите их от краски – для этого достаточно поместить их в ацетон на пару часов. По прошествии данного времени она легко с них снимется.

Затем подготовим поверхность для будущего размещения диодов. Это может быть деревянная дощечка или любая другая поверхность. В ней требуется проделать отверстия на протяжении всей её площади Между отверстиями надо будет соблюдать расстояние от 2 до 4 мм.

После берём наши диоды и вставляем алюминиевыми хвостиками в данные отверстия. После этого хвостики требуется загнуть в отношении друг к другу и спаять для того, чтобы при получении солнечной энергии они распределяли электричество в одну “систему”.

Самодельная солнечная батарея из диодов

Наша примитивная солнечная батарея из стеклянных диодов готова. На выходе она может давать энергию в пару вольт, что является неплохим показателем для кустарной сборки.

Из транзисторов

Этот вариант уже будет более серьёзный, чем диодный, но всё равно является образцом суровой ручной сборки.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею из транзисторов вам понадобятся для начала сами транзисторы. Благо их можно купить практически на любом рынке или в магазинах электронной техники.

После покупки вам потребуется срезать крышку у транзистора. Под крышкой прячется самый главный и нужный нам элемент – полупроводниковый кристалл.

Далее подготавливаем каркас нашей солнечной батареи. Можно использовать как дерево так и пластик. Пластик, конечно, будет лучше. В нём сверлим отверстия для выводов транзисторов.

Затем вставляем их в каркас и спаиваем их между друг другом соблюдая нормы “ввода-вывода”.

Солнечная батарея своими руками из транзисторов

На выходе такая батарея может давать мощность, которой хватит на осуществление работы, к примеру, калькулятора или маленькой диодной лампочки. Опять же такая солнечная батарея собирается чисто ради забавы и не представляет собой серьёзный “электропитательный” элемент.

Из алюминиевых банок

Данный вариант уже является более серьёзным в отличие от первых двух. Это тоже невероятно дешёвый и эффективный способ получить энергию. Единственное, на выходе её будет гораздо больше, чем в вариантах из диодов и транзисторов и она будет не электрическая, а тепловая. Всё что вам надо – большое количество алюминиевых банок и корпус. Хорошо подходит корпус из дерева. В корпусе лицевая часть должна быть закрыта оргстеклом. Без него батарея не будет эффективно работать.

Перед началом сборки надо покрасить алюминиевые банки чёрной краской. Это позволит им хорошо притягивать солнечный свет.

Затем с помощью инструментов на дне каждой банки пробиваются три отверстия. Наверху в свою очередь делается звездообразный вырез. Свободные концы загибаются наружу, что необходимо для того, чтобы происходила улучшенная турбулентность нагретого воздуха.

После данных манипуляций банки складываются в продольные линии (трубы) в корпус нашей батареи.

Затем между трубами и стенками/задней стенкой прокладывается слой изоляции (минеральная вата). Затем коллектор закрывается прозрачным сотовым поликарбонатом.

Самодельная солнечная батарея из алюминиевых банок

На этом процесс сборки завершён. Последним шагом является установка воздушного вентилятора в качестве двигателя для энергоносителя. Такая батарея хоть и не вырабатывает электричество, зато может эффективно прогреть жилое помещение. Конечно, это будет не полноценный радиатор, но прогрев небольшого помещения такой батарее под силу — например, для дачи отличный вариант. Про полноценные биметаллические радиаторы отопления мы говорили в статье — биметаллические радиаторы отопления какие лучше и прочнее, в которой мы рассматривали подробно строение подобных батарей отопления, их технические характеристики и сравнивали производителей. Советую ознакомиться.

Солнечная батарея из фольги

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

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

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

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

солнечная батарея своими руками

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

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

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

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

Солнечная батарея из фольги

Солнечная батарея своими руками из подручных средств

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

Выбор правильного места

Солнечные панели на крыше
Солнечные панели на крыше

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

В идеале, предпочтительна поверхность строго перпендикулярная относительно земли, чтобы солнце давало свой максимум, независимо от светлого времени суток.

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

Проведение расчетов

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

Потребление электричества в обычном доме
Потребление электричества в обычном доме

Приведенные ниже цифры относятся к нормальному потреблению, с той оговоркой, что ежедневно используются только энергосберегающие лампы и для отопления помещений не применяют электроэнергию. Расчет будет производиться для суточной траты, которая в периоды отсутствия света будет восполняться работой аккумулятора.

Длительность (часов) Наименование Потребляемая мощность

(за час и единицей)

Суммарная потребляемая энергия за сутки
8 Энергосберегающие лампы.

– ванная+туалет

– прихожая

– комната

– зал

– ночники/бра и прочие включаемые временно светильники

20 Вт*ч 800Вт
24 Холодильник 150 Вт*ч 3,6 кВт
4 ЖК Телевизор 38 Вт*ч 152 Вт
6 Компьютер/ноутбук 100-350 Вт*ч ~1,5 кВт
2 часа, раз в неделю Стиральная машина 800 Вт 1600Вт*ч/7 дней=228 Вт*ч

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

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

Солнечные батареи ночью
Солнечные батареи ночью

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

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

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

Несколько связанных параллельно автомобильных аккумуляторов
Несколько связанных параллельно автомобильных аккумуляторов

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

Для экономии можно купить несколько подходящих автомобильных и подключить их параллельно, емкость в таком случае суммируется. Средняя вместимость их 60Ah, а соединив 3-4 можно получить требуемые параметры.

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

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

Один из модулей солнечной батареи
Один из модулей солнечной батареи

Продаваемые модули солнечных панелей имеют разные характеристики. Каждый из них идет с указанием вырабатываемых ватт и максимального тока. К примеру, флуоресцентный модуль размером 39*39 мм вырабатывает 5В, 0.5А. Чтобы получить ~12В (если быть точнее, 15В, которыми собственно и лучше заряжать) требуется соединить последовательно 3 таких модуля, а вот, чтобы достигнуть силы тока в 1/10 Ah емкости, таких сборок понадобится K = Ah емкости / 10 / Агенерируемые * V необходимые / Vгенерируемые.

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

Сразу становится понятен приблизительный размер солнечной батареи – 39мм2 * 126 = 4875 мм2 или с учетом конструкции рамы 5 м2.

Какие материалы понадобятся?

Для описываемой схемы гелиостанции понадобятся:

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

Изготовление каркаса

Солнечная батарея в каркасе
Солнечная батарея в каркасе

Каркас выполняют соединением профилей квадратом.

Стороны желательно делать не превышающими 1 м2 – необходимая мера, обеспечивающая прочность всей конструкции.

Пайка пластин

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

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

Соединение элементов солнечной батареи
Соединение элементов солнечной батареи

Сборка и тестирование

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

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

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

Установка

Солнечная батарея
Монтировать батарею необходимо по месту максимальной освещенности солнечным светом. Панели могут крепиться на крыше дома, на жестком или поворотном кронштейне.

Лицевая часть солнечной батареи должна быть обращена на юг или юго-запад под углом от 40 до 60 градусов. При монтаже нужно учитывать внешние факторы. Панели не должны загораживаться деревьями и другими предметами, на них не должна попадать грязь.

Несколько рекомендаций, которые помогут сберечь деньги и время при изготовлении солнечных панелей:

  1. Лучше покупать фотоэлементы с небольшими дефектами. Они также работоспособны, только имеют не такой красивый внешний вид. Новые элементы очень дороги, сборка солнечной батареи будет экономически не оправдана. Если нет особой спешки, пластины лучше заказать на eBay, это обойдется еще дешевле. С пересылкой и Китая нужно быть осторожнее – большая вероятность получить бракованные детали.
  2. Фотоэлементы нужно купить с небольшим запасом, велика вероятность их поломки во время монтажа, особенно, если нет опыта сборки подобных конструкций.
  3. Если элементы пока не используются, следует припрятать их в надежное место во избежание поломок хрупких деталей. Нельзя складывать пластины большими стопками – они могут лопнуть.
  4. При первой сборке следует изготовить шаблон, на котором будут размечены места расположения пластин перед сборкой. Так легче вымерять расстояния между элементами перед пайкой.
  5. Паять необходимо маломощным паяльником, и ни в коем случае не применять усилие при пайке.
  6. Для сборки корпуса удобнее применять алюминиевые уголки, деревянная конструкция менее надежная. В качестве листа с тыльной стороны элементов лучше использовать оргстекло или другой подобный материал и надежнее, чем крашеная фанера, и эстетично выглядит.
  7. Располагать фотоэлектрические панели следует в местах, где солнечное освещение будет максимальным в течение всего светового дня.

Монтаж солнечной батареи по шагам

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

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

Шаг #1 – пайка контактов кремниевых пластин

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

Пайка осуществляется следующим образом:

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

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

Пайка контактов на фотоэлементах группы В
Пайка контактов для бракованных фотоэлементов группы В производится так же и в том же направлении, что и для целых пластин

Шаг #2 – изготовление каркаса для солнечной батареи

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

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

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

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

Галерея изображенийФото из Размеры корпуса рассчитываются с учетом необходимости оставлять зазоры между фотоэлектрическими элементами. Составлять он должен 3 – 5 ммВ бортиках и бруске, делящем корпус на два сегмента для удобства укладки, высверлены отверстия для вентиляции системыДля того чтобы повысить точность крепления пластин и точное распределение зазоров используется подложка из ДВПДля того чтобы защитить детали корпуса прибора, работающего на улице, детали корпуса покрыты красящим водоотталкивающим составомИзготовление корпуса для солнечной батареиВентиляционные отверстия в бортиках корпусаПодложка для крепления кремниевых пластинОкрашивание деталей корпуса для гидроизоляции

На дне ящика-корпуса из ДСП делаются вентиляционные отверстия. Расстояние между отверстиями примерно 10 см. В алюминиевую раму устанавливается прозрачный элемент (оргстекло, антибликовое стекло, плексиглас).

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

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

Шаг #3 – монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

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

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

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

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

Шаг 1: Для того чтобы удалить защитный восковой слой с поверхности фотоэлектрических пластинок, их опускают в горячую, но не кипящую воду

Шаг 2: После отмокания в горячей воде для устранения воскового покрытия кремниевые пластины высушиваются на полотенце

Шаг 3: Для облегчения процесса пайки и крепления пластин контуры их вычерчиваются на подложке

Шаг 4: Элементы соединяются последовательно. В пайке используется маломощный паяльник и прутковый припой с канифолью в сердцевине

Шаг 5: Пайка производится до тех пор, пока все элементы единичной гелиосистемы не будут соединены по 6 контактам

Шаг 6: После соединения тыльной стороны фотоэлектрических пластинок их переворачивают и формируют внешние токоведущие линии

Шаг 7: Токоведущая шина, к которой подключаются линии батареи, выполнена из медной оплетки отслужившего кабеля. шина посажена на каплю клея

Шаг 8: После сборки каждую из двух частей будущей солнечной батареи необходимо протестировать на работоспособность при естественном освещении

Шаг #4 – тестирование батареи перед герметизацией

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

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

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

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

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

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

Шаг 9: После проверки работоспособности частей батареи, запаянных на подложке, их располагают в корпусе

Шаг 10: Подложки с пластинами внутри корпуса фиксируются на четыре шурупа. Провод, соединяющий части батареи, выводится через вентиляционные отверстия

Шаг 11: К каждой из половин сооружаемой батареи последовательно подключается диод Шоттки. Его минус подключается к плюсу системы

Шаг 12: Для вывода проводов из корпуса высверливается отверстие. Провода скреплены узлом, чтобы не болтались, и зафиксированы герметиком

Шаг 13: После нанесения герметика необходимо сделать технологический перерыв, отпущенный на полимеризацию состава

Шаг 14: К выведенному из солнечной батареи проводу подсоединяется двухконтактный разъем. Принадлежащая ему розетка крепится на аккумуляторе прибора, который будет заряжать батарея

Шаг 15: После сборки обеих частей прибора и вывода силовой линии наружу батарею закрывают заранее подготовленным экраном

Шаг 16: Перед герметизацией стыков гелиоприбора еще раз проводится проверка работоспособности, чтобы вовремя устранить отошедшие контакты, если они будут обнаружены

Шаг #5 – герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

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

Герметизация методом заливки
Используя силиконовой герметик, отдавайте предпочтения тому, на упаковке которого указано, что он подходит для использования при минусовых температурах

Существует два способа герметизации:

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

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

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

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

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

Схема электроснабжения дома

Схема работы солнечной батареи

Последовательная цепь энергоснабжения частного дома на солнечных батареях выглядит следующим образом:

  1. Солнечная батарея из нескольких панелей, которые расположены на скате крыши дома, либо на кронштейне. В зависимости от энергопотребления, панелей может быть до 20 штук и больше. Батарея вырабатывает постоянный ток 12 вольт.
  2. Контроллер зарядки. Устройство предохраняет аккумуляторы от преждевременного разряда, а также ограничивает напряжение в цепи постоянного тока. Тем самым, контроллер защищает аккумуляторы от перегрузки.
  3. Инвертор напряжения. Преобразует постоянный ток в переменный ток, обеспечивая тем самым возможность потребления электроэнергии бытовыми приборами.
  4. Аккумуляторы. Для частных домов и дач ставят несколько аккумуляторов, соединяя их последовательно. Служат для накопления энергии. Энергия аккумуляторов используется в темное время суток, когда элементы солнечной батареи не вырабатывают ток.
  5. Электросчетчик.

Довольно часто в частных домах система энергоснабжения дополняется резервным генератором.

В целом, собрать солнечную батарею своими руками не так уж и сложно. Необходимы только определенные средства, терпение и аккуратность.

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.

c1f15d18a406225d5b5ed12c77bff79c.jpgb8aa5f39e59879277fc247a8ee510a4d.jpg568a9c97cf9c31adcf9486d56e86c547.jpg80e73ce12edc222d649914d0545518c1.jpg
ee63a490a09da822e3cc722cd0303ae9.jpg24646eee3bc554c790f64e4855ea9ada.jpg
c652d78e360325cf7a194efe20ec8ac9.jpg69bb54b6bc11577aaae29669ab6595c7.jpg
a3b33dcb0d390dcbcd03bdfb825fd38c.jpg

Главная часть солнечной батареи составляют фотоэлементы, которые преобразовывают энергию дневного светила в электрическую.

73a127cbb563d639e924aa016f053445.jpg

Промышленность выпускает 3 вида пластин: монокристаллические, поликристаллические и тонкоплёночные (аморфные). Только 2 первых доступны по цене и закупаются как заготовки для будущих домашних экспериментов.

6676fbcc3a818c0991264d8747752e4f.jpg

Различие между ними состоит в КПД – до 14% и 9% соответственно, долговечности – 30 и 20 лет службы, и чувствительности к интенсивности солнечного света.

38cc6cd5ed412390a6d60da93f604103.jpg

Только батареи с поликристаллическими проводниками не снижают выработку электроэнергии в пасмурную погоду.

29fae7fdb3fab6da7cfcf8eaede08896.jpg

Имеет смысл закупать уценённые фотоэлементы второго сорта – для промышленных целей они не подходят, а существующие дефекты не ухудшают качество самоделок.

9232c02f0ae9f8f719cfd4679e550e5b.jpg

Приобретённые фотоэлементы требуется спаять между собой. Отдельный элемент даёт 0.5 В напряжения, обычно домашние умельцы ориентируются на номинальное напряжение готового изделия 18 В.

c52aff1b8385f6ccd3897db2c3f84750.jpg

Правильно объединяя цепь, легко добиться нужных потребительских свойств: параллельное соединение увеличивает силу тока, последовательное – напряжение.

511e1315ef01e75283ba78f165b18808.jpg1d6eeeffd2815ea3bc8c669731983b4d.jpg
e9ef2ae34c9370738cc412f9c5d49cbd.jpg0bb67fa9e03779335be8b57dbfa4e018.jpg
a16259c2b5471b982e20919892a2c4ca.jpg85a4972283d73e4c938b853f7db322af.jpg
519e5a422ff19729d7314a78dceebaca.jpgaffda76d6828fac27d8c152c741917b0.jpg
be9f49ccc7d466ead5a5f1cbe864d693.jpg

На рабочем столе должен быть паяльник, флюс и припой. Олово проволочное, флюс бескислотный, оставляющий минимум жирных следов.

1e49f1434a92ae7c6b1c45827fb93c02.jpg

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.

e3deee2cc5fc9357122135a5edc6d551.jpg

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.

80b0da60ff68aaccb84e4096f9bd0d3c.jpg

Дополнительно следует припаять диода Шоттки 31DQ03 или аналогичный, чтобы не допустить саморазряда батареи в неактивном состоянии.

b64051fa8ff4eb75a522cdefb5f9550b.jpg

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.

63094e41b0d69a357f2780bfe7c7e0b3.jpg5878d8361faafe7e5bbd8d6184af6d5a.jpg
9a61dd6af4a9f2a00634379ed634678f.jpg539c76910e6598b9676e7a3c8ea243b4.jpg
748324f400a3e878dac62b750a8b789b.jpg930fb7cc0cf530bc529ecad32a693748.jpg
8f8b5d1b41df67f50d58d2a080760ce1.jpg8362c988bf3e996a0fffa0107d9c8974.jpg
c0685386e69eb067ee0ed6efa4ab714c.jpgb416a00d561693c33b1145928ae08508.jpg

При помощи силикона следует загерметизировать стыки, и изделие готово.Что может быть альтернативой промышленным фотоэлементам

27887137d0e4ee2618c0c404c543ea56.jpg

Фото солнечных батарей из подручных радиодеталей удивляют своей оригинальностью, хотя технические характеристики имеют не очень впечатляющие.

886d44eb743cbfbe8eb433c9d66a9a01.jpg

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.

52ba6232dd70d7851514f70034fa88cf.jpga667c30844bf75c74fd58ff35b2629ad.jpg
c185e322c762aabf0fc8c5b5e903fea2.jpg8735c9be3d722f4cfcec6fe837def9b7.jpg
9838b2cd02dd37c3ea8e9e5787f7f2f2.jpg6ff168e3389b051f235fb9e968968e4b.jpg
993cf9eb3f7f7e10705317acf3fa90df.jpg03682a311a28d0262aceb44eb9f03233.jpg
6e1737a904918af119139af660cb6992.jpgcd1bfd9deba41d2734fdcc955883ea0d.jpg

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.

b491acc70fd3ca81bd460350cec5753f.jpg

Искомый полупроводник – пластина с тонким слоем медной окиси. В отличие от первых двух вариантов, для дальнейшей работы паяльные работы здесь не нужны.

7abec37d750e388a14679a10f56ba0cd.jpg

Требуется поместить соленый раствор 2 кусочка фольги одинакового размера, но разных по свойствам – обработанный и первоначальный вариант.

dfe01af9e73486bd9f6a4c7e2bcfe654.jpg

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.

8de6db0485b94d5f1ee20bd989e00df9.jpg

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.

41e7c16895bb6f57cc9f120053ab575c.jpg

Видео — как изготавливается солнечная батарея своими руками?

Что лучше – купить или сделать солнечную батарею?

Давайте в этой части подытожим всё, что мы узнали в этой статье. Во-первых, мы разобрались с тем, как собрать солнечную батарею в домашних условиях. Как можно видеть, солнечная батарея своими руками при соблюдении инструкций собирается весьма быстро. Если вы будете пошагово следовать различным мануалам, то вы сможете собрать отличные варианты для обеспечения вас экологически чистой электроэнергией (ну или варианты, рассчитанные на запитку мелких элементов).

Но всё же, что лучше – купить или сделать солнечную батарею? Естественно, лучше её купить. Дело в том, что те варианты, которые изготавливаются в промышленных масштабах предназначены для того, чтобы работать так, как им следует работать. При ручной сборке солнечных панелей нередко можно допустить различные ошибки, которые приведут к тому, что они просто не будут работать должным образом. Естественно, промышленные варианты стоят больших денег, но зато вы получаете качество и долговечность.

Но если вы уверены в своих силах, то при правильном подходе вы соберёте солнечную панель, которая будет не хуже промышленных аналогов. В любом случае, будущее уже рядом и скоро солнечные панели смогут позволить себе все слои. А там, может быть, произойдёт полный переход к использованию солнечной энергии.

Видео: Основные ошибки, допускаемые начинающими при планировании создания домашних солнечных электростанций

Выводы и полезное видео по теме

Обзор фотоэлементов, заказанных в китайском интернет-магазине:

Видео-инструкция по изготовлению солнечной батареи:

Сделать солнечную батарею своими руками – не простая задача. КПД большинства таких батарей ниже, чем у панелей промышленного производства на 10-20%. Самое важное при конструировании солнечной батареи – правильно выбрать и установить фотоэлементы.

Не пытайтесь сразу создать огромную по площади панель. Попробуйте сначала соорудить маленький прибор, чтобы понять все нюансы этого процесса.

Источники
  • https://future2day.ru/delaem-solnechnuyu-batareyu-sami/
  • https://elektrik24.net/alternativnye-istochniki-energii/solnechnaya-energiya/batarei-dlya-doma.html
  • https://electric-220.ru/news/solnechnaja_batareja_svoimi_rukami/2019-01-31-1641
  • https://prosamostroi.ru/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami/
  • https://solar-energ.ru/kak-sdelat-solnechnuyu-batareyu-5-luchshih-master-klassov.html
  • https://slarkenergy.ru/solar/battery/dlya-doma-svoimi-rukami.html
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami.html
  • https://www.tproekt.com/kak-sdelat-solnecnuu-batareu-5-lucsih-master-klassov/
  • https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/elektroxozyajstvo/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami.html

Рекомендуем:  Лучшие печи 2019 года для русской бани на дровах
Крабадам
Adblock
detector