Альтернативные источники энергии для отопления и электроснабжения дома — дорогостоящее решение, которое требует больших денежных вложений на покупку, установку и подключение.
Изготовить солнечный генератор самостоятельно обойдется дешевле, чем покупка готового изделия, и под силу многим умельцам. Приведем инструкцию, подробно объясняющую каждый этап создания такого устройства.
Как работает генератор солнечной энергии?
Солнечный генератор – это система из фотоэлектрических полупроводников, которые сразу же меняют солнечную энергию на электричество. энергию солнца в электрическую.
Лучи света, воздействуя на фотопластинку, освобождают кванты энергии, выбивающие электроны с последней орбиты атомов рабочих элементов. Многочисленные свободные электроны формируют непрерывный ток.
Для создания солнечных батарей применяют кремний, который демонстрирует высокую эффективность и достигает коэффициента фотоэлектрического преобразования в 20% при стандартных условиях, а в благоприятных обстоятельствах — до 25%.
На одну грань пластины кремния наносят тонкий слой из бора или фосфора. В результате воздействия солнечных лучей на эту поверхность происходит выделение электронов. Пленка из фосфора не дает им рассеяться.
На рабочей поверхности размещены металлические проводники. По ним движутся свободные электроны, формируя упорядоченную цепочку, которая представляет собой электрический ток.
К недостаткам пластин относят сложность и дороговизну очистки кремния. Чтобы избежать этих проблем, активно осваивают альтернативы в виде галлия, кадмия, индия и соединений меди. Пока что реальных конкурентов у кремниевых элементов нет.
Чтобы получить электричество из солнечного света, можно приобрести готовые солнечные панели и разместить их на крыше дома или гаража.
Для оборудования гаража обычно хватает одного модуля.
Что нужно для работы?
Для изготовления генератора, состоящего из комплекта солнечных батарей, требуются такие инструменты и материалы, как:
- Солнечные батареи.
- алюминиевые уголки;
- деревянные рейки;
- листы ДСП;
- Прозрачный материал (стекло, акрил, оргстекло, поликарбонат) служит защитой для кремниевых пластин.
- саморезы и шурупы разных размеров;
- плотный поролон толщиной 1,5-2,5 мм;
- качественный герметик;
- диоды, клеммы и провода;
- шуруповерт либо набор отверток;
- паяльник;
- Инструмент для работы с деревом и металлом, такой как ножовка или угловая шлифовальная машина.
Объем необходимых материалов определяется запланированным размером генератора. Большая конструкция требует больше расходов, но все равно будет стоить дешевле, чем готовый модуль.
Для финальной проверки работы собранного агрегата применяют амперметр. Это устройство фиксирует реальную эффективность установки и указывает на фактический выход энергии.
Выбор типа фотопреобразователя
Создание собственного солнечного генератора начинается с подбора фотоэлектрического кремниевого преобразователя.
Эти составляющие бывают трех видов:
- аморфные;
- монокристаллические;
- поликристаллические.
Каждому варианту присущи плюсы и минусы, а выбор зависит от доступного бюджета на приобретение всей системы.
Особенности аморфных разновидностей
Аморфные модули изготовлены не из кристаллического кремния, а из его производных (силана или кремниеводорода). Тончайший слой таких материалов наносится в вакууме на металлическую фольгу, стекло или пластик.
Готовые изделия окрашены в бледны́ серый цвет с размытыми границами. На их поверхности отсутствуют видимые кристаллы кремния. Главным преимуществом … гибких солнечных батарей Цена считается доступной, но эффективность таких устройств низкая и варьируется от 6 до 10%.
Специфика поликристаллических типов
Поликристаллические солнечные батареи Изделия получают при медленном охлаждении кремниевого расплава. Их отличает насыщенный синий цвет, поверхность с отчетливым рисунком, похожим на морозный узор, и эффективность в диапазоне 14-18%.
Недостаточная производительность по показателю КПД обусловлена наличием областей в материале, изолированных зернистыми границами от общей структуры.
Характеристика монократиллических вариантов
Монокристаллические модули отличаются насыщенной тёмной цветовой гаммой и состоят из цельных кристаллов кремния. Эффективность таких модулей превосходит показатели других элементов, достигая отметки в 18-22% (при оптимальных условиях – до 25%).
К достоинствам относится внушительный срок службы – по утверждению производителей свыше 25 лет. При этом при продолжительном использовании КПД монокристаллов снижается, и спустя 10-12 лет фотоотдача составляет не более 13-17%.
Для изготовления домашнего солнечного генератора чаще всего используют поли- и монохристаллические пластины разного размера. их можно купить в известных онлайн-магазинах, например, на eBay или АлиЭкспресс.
Высокая цена фотоэлементов побуждает поставщиков предлагать покупателям продукцию группы B — функциональные фрагменты с небольшими дефектами. Такой вариант стоит на 40-60% меньше стандартной цены, что делает сбор генератора более доступным.
Как сделать каркас для пластин?
При изготовлении каркаса генератора применяют либо крепкие деревянные бруски, либо алюминиевые профили. Деревянный вариант менее практичен, потому что древесине нужна дополнительная обработка, чтобы предотвратить порчу и расслоение.
Благодаря лёгкости алюминий обладает более притягательными физическими характеристиками и не создаёт лишней нагрузки на крышу или другую опору, где предполагается размещение агрегата.
Благодаря антикоррозийному покрытию сталь сохраняет свою целостность, не поддается коррозии, не подвержена гниению, не впитывает влагу и устойчива к воздействию любых агрессивных природных явлений.
Чтобы соорудить каркасную конструкцию из алюминиевых уголков, сначала нужно определить габариты будущей панели. В обычном случае для одного блока применяют 36 солнечных элементов размером 81 мм на 150 мм.
Для надлежащего использования между частями оставляют небольшой разбел (около 3-5 мм). Эта величина учитывает возможные изменения размеров основы, подвергшейся воздействию погоды. В итоге общая длина заготовки равна 83 мм х 690 мм при ширине уголка каркаса в 35 мм.
Определённые размеры позволяют вырезать из уголков нужные фрагменты. С помощью крепежных элементов их собирают в каркасные рамки. На внутреннюю часть конструкции наносят слой силиконового герметика, строго следя за отсутствием пропусков и пустот.
От этого зависит целостность, прочность и срок службы монтируемой конструкции. Сверху укладывают защитный прозрачный материал (стекло с антибликовым покрытием, оргстекло или поликарбонат со специальными характеристиками) и надежно крепят его с помощью метизов: по одному на короткой части рамы, два на длинной и четыре по углам корпуса.
Для выполнения работы понадобится шуруповерт и шурупы соответствующего диаметра. В завершении прозрачную поверхность следует тщательно очистить от пыли и мелких частиц.
Выбор прозрачного элемента
Главные требования к выбору прозрачных материалов для изготовления генератора.
- способность к поглощению ИК-излучения;
- уровень преломления солнечного света.
Чем ниже показатель преломления, тем эффективнее работают кремниевые пластины. Плексиглас и оргстекло отражают свет наименее. У поликарбоната показатели тоже не очень хорошие.
При строительстве каркасных сооружений для домашних гелиосистем предпочтительнее применять противоотражающее прозрачное стекло или поликарбонат с антиконденсатным слоем, дающим требуемую теплоизоляцию.
Прочное термопоглощающее оргстекло и стекло с функцией поглощения ИК-лучей лучше всего поглощают инфракрасное излучение. У обычного стекла показатели поглощения значительно ниже. От эффективности поглощения ИК-излучения зависит, будут ли нагреваться при работе кремниевые пластины.
При минимальном нагреве фотоэлементы будут работать длительное время и обеспечивать стабильный результат. Перегрев пластин спровоцирует сбои и быстрый выход из строя отдельных частей системы или всей установки.
Установка кремниевых фотоэлементов
Перед установкой защитные стекла, помещенные в алюминиевые рамы, тщательно очищают от пыли и обезжиривают спиртосодержащим раствором.
Фотоэлементы располагают ровно на разметочной подложке с интервалом 3-5 миллиметров, отмечая углы общей конструкции. После этого приступают к пропайке элементов — наиболее важной и трудоемкой операции сборки генератора.
Пропайка работающих частей генератора производится по схеме, где «+» обозначены дорожками наружной стороны, а «-» — каналами, находящимися с обратной стороны пластины.
Для правильного соединения контактов сначала наносят флюс и припой, затем обрабатывают в определенной последовательности снизу вверх. В завершении все ряды соединяют друг с другом.
Затем производят проклейку фотоэлементов. В центр каждой кремниевой пластины выдавливают небольшое количество герметика. Образовавшиеся цепочки элементов переворачивают внешней стороной вверх и располагают строго по размеченной разметке.
Рукотворно крепко сжимают пластины, зафиксировав их в нужной позиции. Работают крайне осмотрительно, заботясь о сохранности и целостности материала.
Контакты фотоэлементов по краям подключаются к отдельной шине, маркированной как «+» и «-», используя широкий серебряный проводник. Система также включает блокирующий диод, который предотвращает разряд аккумуляторов через каркасную конструкцию ночью при соединении с контактами.
В нижней части каркаса сверлят отверстия для вывода проводов наружу. Для предотвращения провисания применяют силиконовый герметик.
Фото-галерея покажет, как собрать солнечную панель из 60 элементов.
Фотоэлементы, собранные пайкой, нужно зафиксировать на базе. Их можно прикрепить к фанере и затем накрыть стеклом. В данном примере сначала производится приклейка к стеклу.
Чтобы аккумулятор, созданный для хранения энергии, не забирал энергию, производимую фотоэлементами, к нему подключают солнечную батарею через диод Шоттки.
Данная мини-электростанция способна производить до 15 вольт. Максимальная производительность наблюдается только в солнечные дни без облачности. В пасмурную погоду прибор вырабатывает значительно меньше энергии или вовсе не генерирует её. В связи с этим аккумулятор подбирают таким образом, чтобы запаса хватило как минимум на сутки.
Как протестировать смонтированный агрегат?
Перед герметизацией собранного генератора его тестируют для выявления возможных неисправностей, появившихся во время пайки.
Тест проводят с помощью бытового амперметра. Измерения выполняют в ясную солнечную погоду днем, с двенадцати до четырёх часов.
К выходным контактам солнечных батарей подключают амперметр для измерения тока короткого замыкания. При показаниях прибора более 4,5 А система считается исправной, а все соединения — качественно выполненными.
На дисплее тестера показаны меньшие значения, что свидетельствует о неисправностях, которые нужно выявить и перепаять заново. Обычно при ручной сборке солнечных генераторов из фотоэлементов группы B с небольшими дефектами, на тесте наблюдаются показатели от 5 до 10 Ампер.
Изделия промышленного изготовления демонстрируют показатели на 10-20% лучше. Такое различие обусловлено использованием кремниевых пластин группы А без дефектов в структуре.
Завершающий этап работы
Если тест подтвердил полную работоспособность батареи, ее герметизируют специальным силиконовым герметиком или более дорогим и прочным эпоксидным компаундом.
Работа предусматривает два способа проведения:
- Герметиком полностью покрывают всю поверхность.
- Частичная обработка предполагает нанесение герметика лишь по краям и в пустоты между элементами.
Первый вариант является более надежным и предоставляет системе полную защиту от внешнего воздействия.
После завершения заливки герметик выдерживается до застывания. После этого его закрывают прозрачной деталью и крепко прижимают к пластинам.
Затем на поверхность кладут груз, действующий на слои и выталкивающий из них пузырьки воздуха. После этого проводят повторное тестирование готового генератора и устанавливают его в отведенное место.
Где и как разместить генератор?
Выбор места для солнечного генератора происходит скрупулёзно и без спешки. Пластины, собирающие свет, обязательно устанавливают под углом, чтобы лучи не попадали на поверхность прямо, а скользили по ней плавно.
Лучше всего размещать конструкцию так, чтобы при необходимости можно было изменять угол наклона и таким образом получать максимум солнечного света.
Вполне допустимо поставить гелиосистему из солнечных батарей Для установки часто используют крышу дома или постройки, если точнее, её часть с южной стороны участка.
Важно, чтобы рядом не было высоких зданий и мощных, раскидистых деревьев, так как их близость создает тень и мешает полноценной работе агрегата.
Для установки солнечных батарей оптимальным считается угол наклона крыши в 45 градусов. В таком положении фотоэлементы поглощают солнечный свет максимально эффективно, обеспечивая дом необходимым объемом энергии.
В европейской части стран СНГ применяются другие показатели. Специалисты советуют устанавливать угол стационарного наклона в 50-60 градусов, а в подвижных конструкциях зимой размещать радиаторы под углом 70 градусов к горизонту.
Летом изменяют положение и наклон фотоэлементов до угла 30⁰.
Перед установкой крыша усилена и укомплектована крепкими опорами, поскольку не все конструкции рассчитаны на полную нагрузку оборудования для получения энергии от солнца.
В отдельных ситуациях для укрепления крыши под кровлей устанавливают усиленные стропила, которые предохраняют ее от обрушения при большой нагрузке, которая особенно высока зимой из-за скопления снега.
Для запуска в работу гелиосистеме потребуются аккумуляторы, инвертор и контроллер зарядаИнформация о подборе устройств и подключении их к сети содержится в рекомендуемых нами статьях.
Выводы и полезное видео по теме
Особенности и тонкости пайки фотоэлементов при самостоятельном изготовлении в домашней обстановке работоспособного солнечного генератора. Рекомендации и подсказки для умельцев, интересные идеи и собственные разработки.
Как проверить фотоэлемент и измерить его характеристики?
Поэтапный гид по созданию солнечных батарей для домашнего использования с объяснением этапов сборки, от покупки необходимых комплектующих до тестирования готового устройства.
Понимая принцип работы солнечных генераторов, собрать их дома не будет сложно. Работа требует внимания, аккуратности и тщательности, но итог вознаградит все затраты. Готовый агрегат обеспечит здание теплом и электроэнергией, создавая необходимый уровень комфорта для жильцов.
Не стоит сразу браться за крупный проект. Лучше сначала попробовать собрать небольшой агрегат, а после освоения всех тонкостей перейти к созданию более мощной и большой установки.
Какой способ создания мини-электростанции для дачи вы выбрали? Поделитесь опытом, фотографиями и информацией в комментариях к статье.