Как сделать солнечную батарею своими руками: способы сборки и монтажа солнечной панели

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/inomix.ru/data/www/inomix.ru/wp-content/plugins/fotorama1/fotorama.php on line 73

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/inomix.ru/data/www/inomix.ru/wp-content/plugins/fotorama1/fotorama.php on line 74

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:

• силикатные пластины-фотоэлементы;
• листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
• жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
• прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
• шурупы, саморезы;
• силиконовой герметик для наружных работ;
• электрические провода, диоды, клеммы.

Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.

Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность

Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.

При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Каркас и прозрачный элемент

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

Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:

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

При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение. От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин

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

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

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

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

По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения оргстекло – самый оптимальный вариант для изготовления гелиобатареи

Процесс сборки

Схема простой солнечной батареи – это блок собранных определенным образом готовых панелей. Главное правило спайки:

• при параллельном соединении преобразователей увеличивается сила тока;
• при последовательном – напряжение.

В зависимости от требуемых параметров рассчитывается:

• число готовых панелей в ряду;
• количество рядов.

Небольшая инструкция для правильной сборки солнечных батарей:

• собирается каркас из уголков;
• на дно укладывается стекло, оно приклеивается для надежности на полки уголка;
• проводят обезжиривание поверхности стекла, на который будут укладываться преобразователи;
• соединением контактов «плюс», «минус» спаиваются в единую цепь все панели, общий провод (шина) выводится через отверстие в вертикальной полке рамы;
• после проверки мультиметром параметров выходного напряжения на панели укладывается поролон для уплотнения;
• сверху накладывается полиуретан, он вырезается на 1 см меньше формата рамы.

Собранная рама устанавливается на выбранное место, затем генератор подключается к:

• аккумуляторам, снабженными контроллерами, регулирующим уровень заряда;
• преобразователю (инвертору), выдающему необходимое напряжение.

Самодельная солнечная батарея готова к работе. От нее можно запитывать электроприборы.

Устройство и принципы работы

Солнечные батареи — устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов.

Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принципы ее работы. Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.

Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его очистка обходится дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен.

Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с последнего энергетического уровня атомов кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.

Таблица КПД современных солнечных батарей

Степень соответствия удовлетворению потребностей при использовании солнечных модулей определяет отношение отдаваемой к подводимой мощности. Параметр включает в себя затраты на преобразование энергии, его средний показатель составляет 16-21 %. Именно такое количество электричества модуль получает от солнечных лучей, попадающих на фотоэлектрические элементы.

Все модели панелей имеют коэффициент полезного действия от 4,5 % до 26 %. Такая разница между преобразованием и передачей энергии обуславливается различием между материалами и конструкциями при изготовлении пластин. На характеристики в отношении передачи и преобразования солнечной энергии также влияет:

• мощность излучения солнца. При понижении активности светила интенсивность панелей понижается. Чтобы модули снабжали владельцев электричеством ночью, в них интегрируют специальные аккумуляторы-накопители;
• температура. Нагрев фотоэлектрических преобразователей снижает их способность превращать энергию в ток. Панели с встроенными охлаждающими приборами являются продуктивнее. Поэтому при температуре воздуха -15 градусов и солнечной погоде, КПД преобразователей выше, чем летом при температуре воздуха +28 — +32 градуса;
• угол наклона панели. Для обеспечения максимально высокого КПД конструкцию панели нужно направить строго под попадание лучей солнца. Самыми производительные модели, уровень наклона которых регулируется относительно расположения светила;
• климатические условия. На практике доказано, что у владельцев фотоэлектрических преобразователей, проживающих в регионах с пасмурной дождливой погодой, показатель КПД панелей ниже.

Коэффициент полезного действия солнечных преобразователей во многом зависит от типа самородного элемента-кремния. Аппараты на основе этого материала отличаются методом изготовления и КПД.

Вид панели	КПД	Описание
Монокристаллические	15%-25%	Аппараты, которые являются самыми производительными и долговечными. Из-за высокой структурированности материала имеют высокую цену.
Поликристаллические и полимерные	11%-19%	Модули, которым для хорошей производительности нужна большая площадь, чем монокристаллическим. Имеют неоднородную внешнюю конструкцию, которую можно исправить при помощи просветляющих покрытий.
Тонкопленочные	5% -10%	Аппараты отличаются простотой в изготовлении и низкой ценой. В процессе эксплуатации показатели КПД этих модулей снижаются.

Схема устройства солнечной электростанции

Рассмотрим, как устроена и работает гелиосистема для загородного дома. Главное ее назначение – преобразовать энергию солнца в электричество 220 В, которое является основным источником питания для домашних электроприборов.

Основные части, из которых состоит СЭС:

1. Батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения.
2. Контроллер, регулирующий заряд АКБ.
3. Блок аккумуляторных батарей.
4. Инвертор, преобразующий напряжение АКБ в 220 В.

Конструкция батареи продумана таким образом, что позволяет оборудованию функционировать в различных погодных условиях, при температуре от -35ºС до +80ºС.

Выходит, что правильно установленные солнечные батареи будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии – в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. В пасмурную эффективность работы резко снижается.

Эффективность СЭС в средних широтах велика, но не настолько, чтобы полностью обеспечивать электричеством большие дома. Чаще гелиосистема рассматривается как дополнительный или резервный источник электроэнергии

Вес одной батареи на 300 Вт равен 20 кг. Чаще всего панели монтируют на крышу, фасад или специальные стойки, установленные рядом с домом. Необходимые условия: разворот плоскости в сторону солнца и оптимальный наклон (в среднем 45° к поверхности земли), обеспечивающий перпендикулярное падение солнечных лучей.

При возможности устанавливают трекер, отслеживающий движение солнца и регулирующий положение панелей.

Верхняя плоскость батарей защищена закаленным противоударным стеклом, которое легко выдерживает удары града или тяжелые снежные наносы. Однако необходимо следить за целостностью покрытия, иначе поврежденные кремниевые пластины (фотоэлементы) перестанут работать

Контроллер выполняет насколько функций. Кроме основной – автоматической регулировки заряда АКБ, контроллер регулирует подачу энергии от солнечных батарей, предохраняя тем самым аккумулятор от полной разрядки.

При полном заряде контроллер автоматически отключает АКБ от системы. Современные устройства оборудованы панелью управления с дисплеем, показывающим напряжение батарей.

Для самодельных гелиосистем лучшим выбором являются гелевые аккумуляторы, отличающиеся сроком бесперебойного функционирования 10-12 лет. После 10-летней работы их емкость уменьшается примерно на 15-25 %. Это необслуживаемые и абсолютно безопасные устройства, не выделяющие вредных веществ.

Зимой или в пасмурную погоду панели также продолжают работать (если их регулярно очищать от снега), но выработка энергии снижается в 5-10 раз

Задача инвертеров – преобразовывать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 В. Они отличаются такими техническими характеристиками, как мощность и качество получаемого напряжения. Синусовое оборудование способно обслуживать наиболее «капризные» к качеству тока приборы – компрессоры, бытовую электронику.

Обзор бытовой СЭС:

Стоит знать, что бытовые электростанции способны обслуживать постоянно работающий холодильник, периодически запускаемый погружной насос, телевизор, систему освещения. Чтобы обеспечить энергией функционирование котла или даже микроволновки, потребуется более мощное и очень дорогое оборудование.

Простейшая схема солнечной электростанции, включающая главные составные элементы. Каждый из них выполняет свою функцию, без которой работа СЭС невозможна

Существуют и другие, более сложные схемы сборки солнечных электростанций, однако данное решение является универсальным и наиболее востребованным в быту.

Солнечные панели своими руками: что понадобится

Для начала разберемся с вопросом, что вообще понадобится для самостоятельного изготовления солнечных панелей.  По большому счету, не так уж и много, и самое дорогое из нижнего списка – это сами элементы. Приобрести их можно через интернет – когда-то это можно было сделать в Китае, но теперь и у них они обходятся дорого, если, конечно, не попасть на распродажу. В общем, о них нужно подумать заранее.

1. Солнечный элемент. Как правило, их мощность не велика – если говорить о напряжении, то это порядка 0,5-4,5V, если говорить о выдаваемой мощности, то и того меньше. Поэтому элементов на одну панель понадобится ровно столько, чтобы при последовательном их подключении в сумме они выдавали 14-16V – как правило, это 36шт. Именно по этой причине они продаются комплектами из расчета на панель определенной мощности. Лучше приобретать комплект, в котором сразу указывается его мощность. Какая она должна быть? Чтобы в сутки получить 6-8 кВт энергии, понадобится как минимум 3 собранные солнечные панели мощностью по 250Вт каждая.
2. Шина для спайки солнечных элементов. В большинстве случаев она прилагается к комплекту. При этом используются два типа этих изделий. Тонкая шина применяется для последовательного соединения элементов в группы и широкая для объединения групп в единый контур.
3. Диод Шотки. Профессионалы советуют устанавливать его, а вот любители, которые до всего доходят сами, наоборот, говорят, что он мешает.
4. Стекло. Лучше если это будет поликарбонат – в таком случае панели получатся более легкими. Стекло предпочтительнее в том плане, что оно меньше преломляет свет, и эффективность панели становится несколько выше. Если решите использовать стекло, то его толщина должна составлять 4мм.
5. Алюминиевый профиль для корпуса панели. В принципе, его можно изготовить и из дерева, но это, опять же, увеличение веса конструкции.

6. Пленка для герметизации панели с тыльной стороны. Как вариант, можно использовать второе стекло, но тогда снова увеличивается вес солнечной панели.

В принципе, это все, что понадобится для сборки солнечной панели своими руками. Можно упомянуть еще и о специальной распаечной коробочке, но, по большому счету, можно обойтись и без нее.

Возможные варианты обустройства солнечного отопления

Варианты сооружения системы солнечного отопления полностью зависят от пожеланий владельца домохозяйства:

• Применение фабричных изделий. Покупка готовых коллекторов с самостоятельной установкой и монтажом.
• Сооружение пилотного проекта.  Он нужен для проверки эффекта от использования системы для дальнейшего производства точных расчетов.
• Самостоятельное выполнение полного цикла работ.  Расчет, проектирование, сооружение «с нуля» гелиосистемы, ее установка.

Вариант №1. Подразумевает выбор правильного места расположения солнечных установок, ведь от этого будет зависеть эффективность их использования. Для монтажа также потребуются специальные навыки.

Рассчитывать же количество панелей не понадобится – достаточно будет озвучить все свои пожелания фирме-поставщику оборудования. Еще нужно будет ответить на уточняющие вопросы менеджеров – все, подбор оптимального количества панелей (коллекторов) произойдет безо всяких сложностей.

Для монтажа гелиоустановки своими руками на крыше нужно заручиться поддержкой как минимум одного помощника. Одному с такой работой справиться не удастся

Вариант №2 – сооружение пилотного проекта. Он будет оптимальным решением для сомневающихся людей. Ведь окончательное решение о замене системы отопления сложно сразу принять. Соорудить солнечный коллектор (воздушный или водяной) небольшого размера и проверить его «в действии» станет полезным опытом.

Оценив реальные затраты на изготовление, сопоставив их с рыночной стоимостью аналогичных систем и просчитав экономию от использования в хозяйстве, принять ответственное решение будет просто.

Вариант №3 – выбор настоящих мастеров.

Для полноценного отопления объекта понадобится провести колоссальную работу:

• Просчитать нужную площадь гелиосистемы.
• Определить место будущего монтажа, укрепить его.
• Дополнительно утеплить жилище.
• Приобрести все элементы для сооружения системы.
• Соорудить солнечную батарею.
• Установить сооруженную систему, ориентируясь на основные требования – угол наклона относительно падения солнечных лучей.

Выполнение полного цикла работ по устройству системы нельзя назвать легким делом, но процесс крайне увлекательный. К тому же, позволяющий сэкономить довольно солидную сумму.

Выбирая тип отопления, использующего солнечную энергию, следует определиться, будет ли оно дополнительно использоваться для нагревания воды и выработки электроэнергии (кликните для увеличения)

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях – как собрать и изготовить солнечную батарею из диодов, транзисторов и фольги?

Здравствуйте Дорогие читатели блога prosamostroi.ru! В нашем 21-ом веке постоянно происходят какие-либо изменения. Особенно остро они замечаются в технологическом аспекте. Изобретаются более дешёвые источники энергии, повсеместно распространяются различные девайсы, которые должны упростить жизнь людям. Сегодня мы поговорим о такой вещи как солнечная батарея – устройство не прорывное но, тем не менее, которое с каждым годом всё больше и больше входит в жизнь людей. Мы поговорим о том, что представляет собой данное устройство, какими преимуществами и недостатками она обладает

Также уделим внимание тому, как собирается солнечная батарея своими руками

Краткое содержание данной статьи:

Можно ли сделать преобразователь солнечной энергии своими руками?

Мастеровые люди, обладающие обширными познаниями в электронике, могут сделать фотоэлементы для преобразования солнечной энергии в электрическую и самостоятельно. Для этого используются кремневые диоды, вернее их кристаллы, освобожденные из корпусов. Процесс этот трудоемкий, и начинать его или нет, каждый решает самостоятельно. Можно брать диоды, использующиеся в мостовых схемах выпрямителей напряжения и стабилизаторах – Д226, КД202, Д7 и др. Находящийся в этих диодах полупроводниковый кристалл при попадании на него солнечного света становится источником тока, точно так же как и фотопластинка. Но добраться до него и при этом его не повредить — довольно сложный и кропотливый процесс.

Всем, кто решится заняться созданием элементов для преобразователя самостоятельно, стоит запомнить следующее – если удалось аккуратно разобрать и спаять батарею, состоящую всего из двадцати диодов марки КД202 по схеме из параллельно соединенных 5 групп, то можно получить напряжение около 2 В с током до 0,8 Ампера. Этой мощности хватит лишь на питание небольшого радиоприемника, имеющего в своей схеме всего один или два транзистора. Но чтобы из них получилась полноценная солнечная батарея для дачи, нужно очень сильно постараться. Огромный труд, большие площади, громоздкость конструкции делает это занятие бесперспективным. Но для маленьких приборов и гаджетов это вполне подходящая конструкция, которую могут сделать все, кто любит заниматься электротехникой.

Солнечные батареи на загородных участках

Конечно, с гаджетами все понятно, ситуаций, где используется их зарядка от солнечной батареи, большое количество. Но тут встает другой вопрос, а можно ли использовать эти устройства для нужд на дачах? К примеру, соорудить садовый светильник на солнечных батареях своими руками.

Как показывает практика, ничего невозможного нет. Правда, это устройство более сложное в плане сбора электрического тока. Поэтому для того чтобы светильник горел ночью, когда солнца нет, нужны аккумуляторы.

Комплектация светильника

Итак, потребуется:

• Аккумулятор емкостью 1500 мАч. Выходное напряжение на клеммах должно составлять 3,7 В. Такие аккумуляторы приобрести не проблема.
• Солнечная панель. Ее параметры: напряжение 5,5 В, ток 200 мА. Такая батарея зарядит аккумулятор часов за восемь.
• Несколько резисторов, транзистор, диоды. Их количество видно на рисунке ниже.

Все комплектующие в сборе поместятся на колпачок от обычного дезодоранта. Только схему из диодов, транзисторов и резисторов, а также аккумулятор, можно разместить внутри колпачка. Солнечную же панель размещают снаружи. Ее просто можно приклеить специальным термоклеем. Чтобы усилить отражающую способность всей конструкции, к колпачку надо приклеить обычный компакт-диск. По сути, сборка очень похожа на детский конструктор.

Такая батарея спокойно потянет светодиод мощностью до 3 Вт. А его хватит для одного дачного уличного светильника. Самое интересное, что на основе данной схемы сам светильник будет автоматически включаться с приходом темноты и отключаться ранним утром. Как видите, даже такие сложные солнечные батареи своими руками сделать не проблема.

Правда, практика показывает, что иногда солнечные батареи для дома или дачи на улицу горят с меньшей яркостью и вдруг затухают совсем. Это связано с низким сопротивлением схемы. Поэтому данная проблема решается просто. Необходимо в цепь врезать резистор сопротивления (последовательно) с номиналом 20-80 Ом. Специалисты рекомендуют выбирать резистор по току. Его показатель – 5 мА, что хватит с лихвой обеспечить электричеством светодиод в течение нескольких часов. Кстати, в этом случае можно использовать аккумулятор меньшей емкости.

Солнечная батарея: что это вообще такое и как работает?

Солнечная батарея – это устройство, которое состоит из определённого набора солнечных элементов (фотоэлементов), которые преобразуют солнечную энергию в электроэнергию. Панели большинства солнечных батарея состоят из кремния так как этот материал имеет хороший КПД по “переработке” поступающего солнечного света.

Работают солнечные батареи следующим образом:

Фотоэлектрические кремниевые ячейки, которые запакованы в общую рамку (каркас) принимают на себя солнечный свет. Они нагреваются и частично поглощают поступающую энергию. Данная энергия сразу же освобождает электроны внутри кремния, которые по специализированным каналам поступают в специальный конденсатор, в котором накапливается электричество и перерабатываясь из постоянного в переменное поступает к устройствам в квартире/жилом доме.

Схема сборки солнечной электросистемы

Подключение солнечных панелей осуществляется посредством задействования встроенных соединительных проводов сечением в 4 мм2. Лучше всего для этой цели подходят одножильные медные провода, изоляционная оплетка которых устойчива к ультрафиолетовому излучению.

В случае использования провода, изоляция которого не устойчива к воздействию УФ-лучей, его наружную прокладку рекомендуется выполнять гофрорукаве.

Конец каждого провода соединен с разъемом стандарта МС4 посредством пайки или обжима, благодаря чему обеспечивается герметичное соединение

Независимо от выбранной схемы перед подключением солнечных панелей в обязательном порядке необходимо проверить правильность электромонтажа.

При подключении панелей не рекомендуется превышать технические требования по допустимому току и максимальному напряжению других устройств

Важно придерживаться указанных производителем технических требований контроллера заряда и инвертора

Стандартная схема сборки самой простой солнечной электростанции выглядит следующим образом.

Схема подключения панелей к аккумулятору, инвертору и контроллеру имеет простое исполнение, а потому особых сложностей в подключении не вызывает

Чтобы избежать поломки контроллера, при подключении элементов системы важно соблюдать последовательность. Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

Монтажные работы выполняют в несколько этапов:

1. Аккумулятор подключают к контроллеру, задействуя для этого соответствующие разъемы и не забывая соблюдать полярность.
2. К контроллеру через разъемы при соблюдении все той же полярности присоединяют солнечную батарею.
3. К разъемам контроллера подключают нагрузку в 12 В.
4. Если необходимо преобразовать электрическое напряжение с 12 до 220 В, то в схему включают инвертор. Его подключают только к аккумулятору и ни в коем случае не напрямую к контроллеру.
5. К свободному выходу инвертора подключают электроприборы, рассчитанные на напряжение в 220 В.

Выполнив соединение, нужно проверить полярность и измерить напряжение холостого хода панелей. Если показатель отличается от паспортного значения – соединение выполнено неправильно.

Для подключения устройства к системе нет необходимости вскрывать распаечную монтажную коробку – все соединительные разъемы расположены в доступности

На завершающем этапе солнечную батарею необходимо заземлить. Чтобы минимизировать вероятность короткого замыкания, в местах соединения между аккумулятором, инвертором и контроллером устанавливают предохранители.

Энергия солнечных электростанций найдет применение в питании маломощных бытовых приборов и в зарядке аккумуляторов мобильной техники:

Желающим соорудить солнечную батарею собственноручно поможет информация, приведенная в следующей статье.