Солнечные батареи могут поставлять энергию для производства электроэнергии или тепла в частном доме. Однако высокая цена делает их доступными не всем жителям нашей страны. Согласны?
При изготовлении солнечной батареи самостоятельно расходы снижаются, а её работа ничем не уступает панелям промышленного производства. Если вы серьёзно рассматриваете получение альтернативного источника электроэнергии, попробуйте сделать его своими руками — это достаточно просто.
Эта статья посвящена созданию солнечных батарей. Будет рассказано о необходимых материалах и инструментах. Помимо текста, вас ждут пошаговые инструкции с иллюстрациями, позволяющими визуально ознакомиться с процессом изготовления.
Коротко об устройстве и работе
Солнечную энергию возможно перевести в тепловую с помощью жидкости-теплоносителя или в электрическую, которую хранят в аккумуляторах. Аккумулятор — это генератор, основанный на фотоэлектрическом эффекте.
Солнечная энергия превращается в электричество, когда солнечные лучи достигают фотоэлектрических пластин, составляющих сердцевину батареи.
Световые кванты освобождают электроны с крайних орбит. Свободные электроны создают электрический ток, протекающий через контроллер и накапливающийся в аккумуляторе. Затем ток поставляется энергопотребителям.
В качестве фотоэлектрических элементов используются кремниевые пластины. С одной стороны кремниевую пластину покрывают тонким слоем фосфора или бора, который является пассивным химическим элементом.
Солнечный свет здесь освобождает множество электронов, которые фосфорная плёнка удерживает.
На поверхности пластины расположены металлические дорожки, по которым движутся свободные электроны, создавая упорядоченный поток, то есть электрический ток.
Количество получаемого электрического тока увеличивается с ростом числа кремниевых фотоэлементов. далее.
Материалы для создания солнечной пластины
Для постройки солнечной батареи потребуется подготовить такие материалы:
- силикатные пластины-фотоэлементы;
- листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
- жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
- Прозрачный материал, служащий основой для кремниевых пластин.
- шурупы, саморезы;
- силиконовой герметик для наружных работ;
- электрические провода, диоды, клеммы.
Необходимое количество материалов определяется размером вашей батареи, которое обычно ограничивается числом доступных фотоэлементов. Вам потребуются инструменты: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проверки готовой батареи понадобится тестер-амперметр.
Рассмотрим наиболее важные материалы подробнее.
Кремниевые пластины или фотоэлементы
Существуют три вида фотоэлементов для батарей.
- поликристаллические;
- монокристаллические;
- аморфные.
Поликристаллические пластины имеют низкий КПД, составляющий приблизительно 10—12 %. Этому показателю со временем не подвергается снижение. Срок службы поликристаллов составляет 10 лет.
Монокристаллические фотоэлементы демонстрируют более высокий КПД (13-25%) и длительный срок службы (более 25 лет). С течением времени КПД монокристаллов уменьшается.
Получают монокристаллические преобразователи путём распила специально выращенных кристаллов, что обуславливает наивысшую фотопроводимость и производительность.
Батареи с аморфным кремнием представляют собой самые новые разработки. Фотоэлектрические преобразователи в них напыляются или наплавляются на полимерную основу. Эффективность работы составляет около 5-6%, но плёночные системы очень удобны в монтаже.
Пленки с аморфными фотопреобразователями существуют недолгое время. Это самый простой и дешёвый тип, но быстро уступающий конкурентам по качеству.
Применение фотоэлементов различного размера неэффективно. Максимальный ток, производимый батареей, определится током самого мелкого элемента. Следовательно, большие пластины не смогут функционировать в полном режиме.
Для сборки ручных батарей чаще всего применяют солнечные элементы размером 3 на 6 дюймов, как моно-, так и поликристаллические, доступные к заказу в онлайн-магазинах, таких как eBay.
Фотоэлементы стоят дорого, но некоторые магазины предлагают так называемые элементы группы В. Продукция этой группы имеет дефекты, но всё ещё работоспособна, и её цена на 40-60% ниже, чем у стандартных пластин.
Большинство интернет-магазинов реализуют фотоэлементы наборами из 36 или 72 элементов фотоэлектрического преобразования. Соединение отдельных модулей в батарею осуществляется с помощью шин, а для подключения к системе нужны клеммы.
Каркас и прозрачный элемент
Для конструкции панели можно использовать деревянные бруски или алюминиевые профили.
Второй вариант предпочтительнее по нескольким причинам.
- Алюминий — лёгкий металл, не создающий большой нагрузки на опору, предназначенную для установки батареи.
- Во время обработки от коррозии алюминиевые сплавы не покрываются ржавчиной.
- Влагонепроницаем, устойчив к порче.
При подборе прозрачных элементов важно учитывать коэффициент преломления солнечного света и способность поглощать инфракрасное излучение.
КПД фотоэлементов прямо зависит от первого показателя: меньшее значение показателя преломления обеспечивает большую эффективность кремниевых пластин.
Плексиглас и его более бюджетный аналог — оргстекло, обладают минимальным коэффициентом светоотражения. У поликарбоната показатель преломления света немного ниже.
Размер второго показателя определяет, будут ли нагреваться кремниевые фотоэлементы. Меньшее нагреванию пластин ведет к большей их долговечности. Специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением лучше всего поглощают инфракрасные лучи. Обычное стекло справляется похуже.
При возможности предпочтительнее применять в качестве прозрачного элемента стекло с эффектом противо Reflections.
Проект системы и выбор места
Проект гелиосистемы подразумевает вычисление оптимального размера солнечной панели. Стоимость фотоэлементов обычно ограничивает габариты аккумулятора.
Гелиобатарею следует размещать под таким углом, чтобы кремниевые пластины получали максимально возможное количество солнечного света. Лучшим вариантом являются батареи с изменяемым углом наклона.
Солнечные панели можно размещать в различных местах: на земле, на крышах домов – как с уклоном, так и плоских, а также на крышах хозяйственных построек.
Для работы аккумуляторов требуется участок под прямым солнечным светом, без тени от высоких деревьев. Оптимальный угол наклона следует рассчитать по формуле или при помощи специального калькулятора.
Наилучший угол наклона зависит от местоположения дома, времени года и климата. Батарея должна иметь возможность менять угол наклона с изменением высоты солнца в течение года, поскольку максимально эффективно работает при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.
Расчёты свидетельствуют, что один квадратный метр гелиосистемы производит 120 Вт. Таким образом, для удовлетворения потребности средней семьи в электроэнергии (300 кВт в месяц) необходима гелиосистема площадью не менее 20 квадратных метров.
Установка такой солнечной системы сразу будет сложной задачей. Однако монтаж пятиметровой панели сможет снизить расходы на электричество и немного помочь экологии Земли. Рекомендуем изучить принцип расчёта необходимого количества… солнечных батарей.
Солнечная батарея может служить источником энергии во время частых отключения централизованного электричества. Для автоматического переключения требуется система бесперебойного питания.
Такая система полезна потому что при использовании привычного источника электричества происходит одновременная подзарядка. аккумулятора гелиосистемыДля обслуживания оборудования гелиобатареи внутри здания требуется отдельная комната.
Хорошо, если батарея оснащена устройством для регулировки угла наклона в зависимости от сезона.
Монтаж солнечной батареи по шагам
Определив расположение солнечной панели и устройств для работы с гелиосистемой, при наличие необходимого оснащения и инструментов, можно приступить к установке батареи.
Во время монтажа важно придерживаться правил техники безопасности, особенно во время выполняемых работ. установку готовой панели На крышу дома можно установить солнечные панели. Рассмотрим пошаговый алгоритм создания солнечной батареи.
Шаг #1 — пайка контактов кремниевых пластин
Устройство собственной солнечной батареи часто начинается с пайки проводов фотоэлементов. Если есть такая возможность, целесообразнее приобрести фотоэлементы с уже припаянными проводами, так как пайка — трудоемкий и долгий процесс.
Пайка осуществляется следующим образом:
- Используется кремниевый элемент без проводов и металлическая пластинка, являющаяся проводником.
- Для изготовления проводников используется картонка, вырезанная по шаблону. Длина проводников вдвое превышает размер кремниевой пластины.
- Два проводника аккуратно размещают на пластине, по одному на каждый элемент.
- На участок для пайки нужно нанести специальный состав.
- Соедините проводник с пластиной при помощи паяльника.
Во время пайки не стоит оказывать давление на силикатный элемент, поскольку он очень хрупкий и может разбиться. Приобретение фотоэлементов с готовыми контактами избавит вас от трудоёмкой работы по их изготовлению и позволит сразу перейти к созданию каркаса для батареи.
Шаг #2 — изготовление каркаса для солнечной батареи
Каркас предназначен для размещения фотоэлементов. Изготавливается он из алюминиевых уголков и реек, которые соединяются в рамки. Ширина уголков должна составлять 70-90 мм.
Металлические уголки промазываются силиконовым герметиком по внутренней стороне. Качественная герметизация уголков важна для долгой службы всей конструкции.
По окончании сборки алюминиевой рамы начинаем изготовление заднего корпуса. Корпус – это деревянный ящик из ДСП с небольшими бортами.
Большая высота бортов может затмевать фотоэлементы, поэтому её не стоит делать более 2 см. Крепление бортиков выполняется с помощью саморезов и дрели.
В днище ящика-корпуса из ДСП проделывают вентиляционные отверстия с интервалом приблизительно 10 см. Прозрачный элемент (оргастекло, антибликовое стекло, плексиглас) помещают в алюминиевую раму.
При помощи винтов прозрачный элемент закрепляется и фиксируется. Крепление выполняется по четыре штуки в углах, две с каждой длинной стороны и одна с короткой стороны рамки.
Каркас гелиобатареи готов, теперь можно начать монтаж фотоэлементов – самую ответственную часть работы. Перед установкой необходимо очистить оргстекло от пыли и обработать спиртом.
Шаг #3 — монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов
Монтаж и пайка кремниевых пластин — самый сложный этап при изготовлении солнечной батареи самостоятельно. Первым шагом выкладываем фотоэлементы на оргстекло стороной с синими пластинами вниз.
При первом сборке аккумулятора можно использовать подложку для нанесения разметки и разместить пластины равномерно с небольшим (3-5 мм) интервалом.
- Производство пайки фотоэлементов выполняется согласно такой электрической схеме: плюсовые дорожки находятся на лицевой стороне платы, минусовые — на обратной. Перед пайкой тщательно наносится флюс и припой для соединения контактов.
- Сначала соединяем все фотоэлементы по рядам, начиная с верхней части. Затем соединяем ряды друг с другом.
- Начинаем крепление фотоэлементов. На центральную часть каждой кремниевой пластины наносится немного герметика.
- Перевернём цепочки с фотоэлементами лицевой стороной (с синими пластинами) вверх и установим пластины по размеченной ранее разметке. Аккуратно прижмем каждую пластину, чтобы зафиксировать её в нужном положении.
- Выводы фотоэлементов подключаем к шине полярностью «+», «-«. Шину лучше выполнить с серебряным проводом большей сечения.
- Для гелиобатареи нужен блокирующий диод, подключенный к контактам, чтобы не разряжать аккумуляторы через конструкцию ночью.
- В корпусе конструкции проделываем отверстия для выхода кабелей.
Для предотвращения сползания проводов к каркасу примените силиконовый герметик.
Шаг #4 — тестирование батареи перед герметизацией
Перед герметизацией солнечную панель нужно проверить на работоспособность для возможности устранения неполадок, которые иногда появляются при пайке. Рекомендуется проводить тестирование после пайки каждого ряда элементов — это упростит поиск плохих контактов.
Для эксперимента понадобится стандартный домашний амперметр. Проводить измерения нужно в ясный день между 13 и 14 часами, когда солнце не закрыто облаками.
Вынесем аккумулятор наружу и установим его по ранее вычисленному углу наклона. Амперметр подключим к контактам аккумулятора и выполним измерении тока короткого замыкания.
Тестирование показывает, что силу тока в рабочем состоянии электрического тока нужно установить на уровень на 0,5-1,0 ампера ниже токи короткого замыкания. Значения прибора должны быть более 4,5 ампер, что свидетельствует о работоспособности гелиобатареи.
Если тестовые приборы показывают меньшее значение, значит в соединении фотоэлементов нарушена очередность.
Обычно самодельная солнечная батареяФотоэлектрическая установка, собранная из фотоэлементов группы В, генерирует от 5 до 10 ампер, что составляет 10-20% меньше, чем у серийно выпускаемых солнечных панелей.
Шаг #5 — герметизация уложенных в корпус фотоэлементов
Перед герметизацией необходимо удостовериться в работоспособности батареи. Эпоксидный компаунд – оптимальный вариант для герметизации, но его расход велик, а цена составляет около 40-45 долларов. В качестве альтернативы можно использовать силиконовый герметик.
Существует два способа герметизации:
- Герметизация панелей путем полной заварки.
- Герметик нанесли между фотоэлементами и на краевые элементы.
В данном случае герметизация окажется более надежной. По окончании заливки герметику необходимо дать время застыть. После этого сверху размещается оргстекло и крепко прижимается к пластинам, обработаным силиконом.
Чтобы смягчить удары и защитить фотоэлементы, некоторые специалисты рекомендуют между задней стороной датчиков и каркасом из ДСП размещать прокладку из плотного пенополиуретана толщиной 1,5-2,5 см.
Необязательно выполнять данное действие, однако его рекомендуется осуществлять из-за повышенной хрупкости кремниевых пластин и их подверженности повреждениям.
После закрепления оргстекла на конструкции ставится груз, который выжимает воздушные пузырьки. Солнечная панель готова: ее проверили еще раз, теперь ее можно установить в удобном месте и подключить к солнечной системе дома.
Выводы и полезное видео по теме
Анализ полученных фотоэлементов из китайского онлайн-магазина.
Видео-инструкция по изготовлению солнечной батареи:
Изготовление солнечной батареи самостоятельно — сложная задача. Эффективность большей части таких батарей ниже, чем у панелей промышленного изготовления на 10-20 процентов. При проектировании солнечной батареи необходимо правильно подобрать и разместить фотоэлементы.
Вначале создайте небольшой прибор, чтобы разобраться со всеми тонкостями работы.
Опытными руками создаёте солнечные батареи? Поделитесь своими знаниями на нашем сайте! Напишите комментарий ниже и ответьте на вопросы других читателей.