Устройство приоритета для солнечной батареи своими руками. Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях – как собрать и изготовить солнечную батарею из диодов, транзисторов и фольги? Видео: Изготовление солнечной б

Солнечные батареи - источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?

Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками - затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.

В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.

Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.

При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

Галерея изображений

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

Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.

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%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.

Галерея изображений

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка . Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Самодельная солнечная батарея – полноценная замена выпущенных солнечных панелей, ведь по мощности она ничем не уступает.

Основные этапы изготовления

Сборка рамы.
Изготовление подложки.
Подготовка светочувствительных элементов и их пайка.
Закрепление пластин на подложке.
Подключение диодов и всех проводов.
Герметизация.

Выбор светочувствительных пластин

Они являются главным элементом будущей устанавливаемой на . Именно от их особенностей будет зависеть мощность всей сделанной в домашних условиях установки. Можно установить:

Монокристаллические пластины.
Поликристаллические пластины.
Аморфный кристалл.

Первые способны создать наибольшее количество электрического тока. Такая их производительность проявляется в условиях отличного освещения. Если интенсивность освещения становится меньше, их эффективность падает. Более продуктивной в таких условиях становится панель с поликристаллическими пластинами. Она при плохом освещении сохраняет привычный для себя небольшой КПД 7-9%. Монокристаллические радуют КПД, равным 13%.

Аморфный кремний отстает в производительности, однако из-за того, что является гибким и неуязвимым к ударам, он самый дорогой.

Самые хорошие светочувствительные элементы стоят дорого. Это касается тех пластин, в которых нет ни одного дефекта. Дефектные же изделия имеют чуть меньшую мощность и стоят значительно дешевле . Именно такие фотоэлементы стоит использовать для своего, создаваемого в домашних условиях, источника тока.

В наиболее популярных мировых интернет-магазинах (именно там есть наибольшее количество предложений по ) продают разные по размерам фотопластинки. Для своей батареи нужно покупать светочувствительные элементы с одинаковыми размерами. При покупке, а еще лучше, при разработке проекта стоит учитывать такие нюансы:

Фотоэлементы различных размеров генерируют ток с разной силой . Чем больше размер, тем больше сила тока. При этом она будет ограниченной силой тока наименьшего элемента. Неважно, что на панели размещается пластина с вдвое большими размерами. Панель будет выдавать электрический ток с той силой, которую имеет ток, созданный наименьшим элементом. Поэтому крупные элементы будут немного «отдыхать».
Напряжение от размеров не зависит . Оно зависит от типа элементов. Его можно нарастить, подключив пластины последовательно.
Мощность всей установки для частного дома или дачи является произведением напряжения и силы тока .

Расчет характеристик панели

Солнечная панель должна генерировать такой электрический ток, который может легко заряжать 12-вольтные батареи. Для их подзарядки необходим ток с большим напряжением. Очень хорошо, когда ток, созданный солнечной батарей, имеет напряжение 18 В.

Ни один из небольших светочувствительных элементов не выдает такого напряжения. Нужно узнать характеристики тока, который может создать один фотоэлемент. Часто продавцы указывают эти цифры.

Например, одна пластина дает ток с напряжением 0,5 В. Чтобы получить на выходе солнечной панели 18 В, нужно выполнить последовательное подключение 36 фотоэлементов. В таком случае общее напряжение является равным сумме напряжений токов, полученных на всех светочувствительных пластинах. Сила тока при последовательном подключении не изменится. Поэтому она будет равна показателю, который дает наименьший по размерам фотоэлемент.

Читайте также: Как произвести расчет солнечных панелей

Если нужно увеличить силу тока , то придется устанавливать дополнительное количество пластин и подключать их параллельно. Общая сила тока будет суммой сил токов, созданных каждой параллельно подключенной пластиной.

Расчет солнечных батарей, которые будут стоять на крыше дачи или частного дома, делают так:

Рассчитывают мощность устройств , которые будет заряжать солнечная батарея.
Определяют возможности наименьшего по размерам фотоэлемента. Это можно узнать как у продавцов, так и самостоятельно, поставив его на свет и, измерив напряжение и силу тока.
Определяют напряжение и силу тока самой панели. Например, 18 В и 3 А. Эти величины дадут возможность узнать мощность панелей. Она будет составлять 18х3 = 54 Вт. Для несколько часовой работы светодиодных ламп этого хватит.
Сравнивают мощность источника света с мощностью электроприборов. При необходимости вносят коррективы в основные параметры тока. Меняют мощность, а вместе с ней напряжение или силу тока. Высчитывают нужное количество панелей.
Рассчитывают нужное для одной панели число фотоэлементов. Оно должно быть таким, чтобы дать электроэнергию с необходимыми характеристиками. При этом определяют количество пластин в одном ряду и учитывают способ их подключения.

Большинство проектов, которые касаются того, как , предусматривают изготовление изделия с площадью 1 м². Часто мощность такой батареи составляет около 120 Вт. 10 панелей дадут более 1 кВт. Если планируется полностью обеспечивать свой дом бесплатной электрической энергией, то следует разрабатывать проект, предусматривающий столько панелей, общая площадь которых превышает 20 кв. м. При размещении их на солнечной стороне и в местах, где интенсивность освещения очень высока, они способы перекрыть месячную потребность в электроэнергии величиной 300 кВт. Даже для среднего дома эта цифра является большой.

Изготовление каркаса солнечной панели

Его можно собрать из любых подручных материалов, среди которых могут быть алюминиевые пивные банки или рулоны фольги. Выбрасывать такие банки не стоит, ведь из них можно собрать хороший воздушный солнечный коллектор. Он будет накапливать тепло солнца и передавать его из пивных банок в середину дома.

Читайте также: Особенности фонтанов на солнечных батареях

Материалами для изготовления каркаса могут быть:

Дерево и фанера, а также ДВП.
Алюминиевые уголки.
Стекло.
Оргстекло.
Поликарбонат.
Плексиглас.
Минеральное стекло.

Из материалов, представленных в первых двух пунктах, изготавливают раму.

Деревянный каркас

Если проект предусматривает использование дерева и ДСП, то процесс изготовления рамы в домашних условиях включает следующие этапы:

Разрезание деревянных реек толщиной 2 см на отрезки. Их длина зависит от того, какие размеры будет иметь рама. Их определяют, смотря на длину и ширину рядов, расположенных на расстоянии 5 мм фотопластин.
Сборка реек в рамку и скрепление их шурупами. Посередине рамки можно сделать 1-2 перекладины. В таком случае придется разбивать светочувствительные пластины на 2-3 группы.
Вырезание одного большого или нескольких малых листов фанеры толщиной 10 мм.
Закрепление на рамке вырезанных кусков фанеры.
Сверление в нижнем и среднем бортике каркаса малых отверстий. На одном бортике делают до 5 отверстий. Они необходимы для выравнивания давления во время нагревания будущей солнечной панели, а также для удаления влаги.
Вырезание из ДСП подложки для фотопластин . Она должна размещаться в середине каркаса. Поэтому ее размеры должны быть меньше ширины и длины каркаса на величину, равную толщине бортиков, умноженной на 2. Подложку в каркасе еще не фиксируют.
Покраска всех элементов светлой краской . Ее нужно наносить несколькими слоями. Краска должна быть специальной. Она не должна выгорать на солнце. Ее цвет должен быть светлым потому, что он отражает лучи, часть из которых смогут уловить полупроводниковые пластины.

Прозрачная часть в виде стекла или аналогов фиксируется в самом конце.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками, лучше всего использовать минеральное стекло. Оно прекрасно поглощает инфракрасные лучи, защищая этим панель от нагревания, и способно противостоять ударам. Оно дорогое. Худший вариант – поликарбонат и стекло. Последнее является тяжелым и не выдерживает ударов, как и пивные банки.

Алюминиевый каркас

Если проект предусматривает использование алюминиевых уголков 35 мм , то раму в домашних условиях делают так:

Разрезают уголки на отрезки нужной длины. При этом противоположные края одной стороны срезают под углом 45°.
Возле концов несрезанных сторон сверлят отверстия. Аналогичные делают по середине и возле концов сторон со срезанными углами.
Складывают четыре уголка так, чтобы они создали раму.
Прикладывают уголки длиной 35 мм и размерами 50х50 мм к углам рамы, фиксируют их метизами.
На внутреннюю поверхность алюминиевых уголков наносят силиконовый герметик.
Размещают стекло на герметике и слегка прижимают. Ждут полного высыхания герметика.
Фиксируют стекло метизами, которые могут лежать возле стеклянных банок. Их надо установить по углам стекла и по середине каждой стороны.
Очищают стекло от пыли.

Жизнь в стиле «Органик», столь популярная идея в последние годы, предполагает гармоничные «отношения» человека с окружающей средой. Камнем преткновения любого экологического подхода является использование полезных ископаемых для получения энергии.

Выбросы токсичных веществ и углекислоты в атмосферу, выделяющихся при сгорании ископаемого топлива, постепенно убивают планету. Поэтому концепция «зеленой энергии», которая не вредит окружающей среде, является базовой основой многих новых энерготехнологий. Одним из таких направлений получения экологически чистой энергии является технология преобразования солнечного света в электрический ток. Да, именно так, речь пойдет о солнечных батареях и возможности установки систем автономного энергообеспечения в загородном доме.

В настоящий момент энергоустановки промышленного изготовления на базе солнечных батарей, применяемые для полного энерго- и теплообеспечения коттеджа, стоят не менее 15-20 тыс. долларов при гарантированном сроке эксплуатации около 25 лет. Стоимость любой гелиевой системы в перерасчете соотношения гарантированного срока эксплуатации к средним годичным затратам на коммунальное содержание загородного дома достаточно высокая: во-первых, сегодня средняя стоимость солнечной энергии соизмерима с покупкой энергоресурсов из центральных энергосетей, во-вторых, требуются одномоментные капитальные вложения для установки системы.

Обычно принято разделять гелиосистемы, предназначенные для тепло- и энергообеспечения. В первом случае используется технология солнечного коллектора, во втором — фотоэлектрический эффект для генерации электрического тока в солнечных батареях. Мы хотим рассказать о возможности самостоятельного изготовления солнечных батарей.

Технология ручной сборки солнечной энергетической системы достаточно проста и доступна. Практически каждый россиянин может собрать индивидуальные энергосистемы с высоким КПД при сравнительно низких затратах. Это выгодно, доступно и даже модно.

Выбор солнечных элементов для солнечной панели

Приступая к изготовлению солнечной системы, нужно обратить внимание, что при индивидуальной сборке нет необходимости в одномоментной установке полнофункциональной системы, её вполне можно наращивать постепенно. Если первый опыт оказался удачным, то имеет смысл расширять функциональность гелиосистемы.

По своей сути, солнечная батарея — это генератор, работающий на основе фотоэлектрического эффекта и преобразовывающий солнечную энергию в электрическую. Кванты света, попадающие на кремниевую пластину, выбивают электрон с последней атомной орбиты кремния. Этот эффект создает достаточное количество свободных электронов, образующих поток электрического тока.

Перед сборкой батареи нужно определиться в типе фотоэлектрического преобразователя, а именно: монокристаллическом, поликристаллическом и аморфном. Для самостоятельной сборки солнечной батареи выбирают доступные в продаже монокристаллические и поликристаллические солнечные модули.

Вверху: Монокристаллические модули без припаянных контактов. Внизу: Поликристаллические модули с припаянными контактами

Панели на основе поликристаллического кремния имеют достаточно низкий КПД (7-9%), но этот недостаток нивелируется тем, что поликристаллы практически не понижают мощность при облачности и пасмурной погоде, гарантийная долговечность таких элементов составляет около 10 лет. Панели на основе монокристаллического кремния имеют КПД около 13% при сроке эксплуатации около 25 лет, но эти элементы сильно снижают мощность при отсутствии прямого солнечного света. Показатели КПД кристаллов кремния от разных производителей могут существенно варьироваться. По практике работы солнечных электростанций в полевых условиях можно говорить о сроке службы монокристаллических модулей более 30 лет, а для поликристаллических — более 20 лет. Причем за весь период эксплуатации потеря мощности у кремниевых моно- и поликристаллических элементов составляет не более 10%, когда у тонкопленочных аморфных батарей за первые два года мощность снижается на 10-40%.

Солнечные элементы Evergreen Solar Cells с контактами в наборе 300 шт.

На аукционе Еbay можно приобрести набор Solar Cells для сборки солнечной батареи из 36 и 72 солнечных элементов. Такие наборы доступны в продаже и в России. Как правило, для самостоятельной сборки солнечных батарей используются солнечные модули В-типа, то есть модули, отбракованные на промышленном производстве. Эти модули не теряют своих эксплуатационных показателей и значительно дешевле. Некоторые поставщики предлагают солнечные модули на стеклотекстолитовой плате, что предполагает высокий уровень герметичности элементов, а, соответственно, надежности.

Название	Характеристики	Стоимость, $
Everbright Solar Cells (Еbay) без контактов	поликристаллические, набор - 36 шт., 81х150 мм, 1,75 W (0,5 В), 3А, эффективность (%) - 13 в наборе с диодами и кислотой для паяния в карандаше	$46.00 $8.95доставка
Solar Cells (США новые)	монокристаллические, 156х156 мм, 81х150 мм, 4W (0,5 В), 8А, эффективность (%) - 16.7-17.9	$7.50
	монокристаллические, 153х138 мм, U хол. хода - 21,6V, I корот. зам. - 94 mA, Р - 1,53W, эффективность (%) - 13	$15.50
Solar Cells на стеклотекстолитовой плате	поликристаллические, 116х116 мм, U хол. хода - 7,2V, I корот. зам. - 275 mA., Р - 1,5W, эффективность (%) - 10	$14.50
		$87.12 $9.25 доставка
Solar Cells (Еbay) без контактов	поликристаллические, набор - 72 шт., 81х150 мм 1.8W	$56.11 $9.25 доставка
Solar Cells (Еbay) с контактами	монокристаллические, набор - 40 шт., 152х152 мм	$87.25 $14.99 доставка

Разработка проекта гелиевой энергосистемы

Проектирование будущей гелиосистемы во многом зависит от способа её установки и монтажа. Солнечные батареи должны быть установлены под наклоном, чтобы обеспечить попадание прямых солнечных лучей под прямым углом. Производительность солнечной панели во многом зависит от интенсивности световой энергии, а также от угла падения солнечных лучей. Размещение солнечной батареи относительно солнца и угол наклона зависит от географического расположения гелиевой системы и времени года.

Сверху вниз: Монокристаллические солнечные панели (по 80 ватт) на даче установлены практически вертикально (зима). Монокристаллические солнечные панели на даче имеют меньший угол (весна)ю Механическая система управления углом наклона солнечной батареи.

Промышленные гелиосистемы часто снабжены датчиками, которые обеспечивают ротационное движение солнечной панели по направлению движения солнечных лучей, а также зеркалами-концентраторами солнечного света. В индивидуальных системах такие элементы значительно усложняют и удорожают систему, поэтому не применяются. Может быть применена простейшая механическая система управлением углом наклона. В зимнее время солнечные панели должны быть установлены практически вертикально, это также защищает панель от налегания снега и обледенения конструкции.

Схема расчета угла наклона солнечной панели в зависимости от времени года

Солнечные батареи устанавливаются с солнечной стороны здания, чтобы обеспечить максимально доступный объем солнечной энергии в светлое время суток. В зависимости от географического расположения и уровня солнцестояния вычисляется угол наклона батареи, который наиболее подходит для вашего местоположения.

При усложнении конструкции можно создать систему управления углом наклона солнечной батареи в зависимости от времени года и углом поворота панели в зависимости от времени суток. Энергоэффективность такой системы будет выше.

При проектировании солнечной системы, которая будет устанавливаться на крышу дома, нужно обязательно выяснить, сможет ли кровельная конструкция выдержать требуемую массу. Самостоятельная разработка проекта предполагает расчет кровельной нагрузки с учетом веса снежного покрова в зимнее время.

Выбор оптимального статического угла наклона для кровельной солнечной системы монокристаллического типа

Для изготовления солнечных панелей можно выбирать различные материалы по удельному весу и другим характеристикам. При выборе материалов конструкции необходимо учитывать максимально допустимую температуру нагрева солнечного элемента, так как температура солнечного модуля, работающего на полную мощность, не должна превышать 250С. При превышении пиковой температуры солнечный модуль резко теряет свою способность преобразовывать солнечный свет в электрический ток. Готовые гелиосистемы для индивидуального использования, как правило, не предполагают охлаждение солнечных элементов. Самостоятельное изготовление может подразумевать охлаждение гелиосистемы или управление углом наклона солнечной панели для обеспечения функциональной температуры модуля, а также выбор соответствующего прозрачного материала, поглощающего ИК-излучение.

Грамотная конструкция солнечной системы позволяет обеспечить требуемую мощность солнечной батареи, которая будет приближаться к номинальной. При расчете конструкции нужно учитывать, что элементы одного типа дают одинаковое напряжение, не зависящее от размера элементов. Причем сила тока у крупноразмерных элементов будет больше, но и батарея будет значительно тяжелее. Для изготовления солнечной системы всегда берутся солнечные модули одного размера, так как максимальный ток будет ограничен максимальным током малого элемента.

Расчеты показывают, что в среднем в ясный солнечный день можно получить с 1 м солнечной панели не более 120 Вт мощности. Такая мощность не обеспечит работу даже компьютера. Система в 10 м дает более 1 кВт энергии и может обеспечивать электроэнергией работу основных бытовых приборов: светильников, телевизора, компьютера. Для семьи из 3-4 человек необходимо около 200-300 кВт в месяц, поэтому солнечная система, установленная с южной стороны, размером 20 м может вполне обеспечить семейные энергопотребности.

Если рассматривать среднестатистические данные по электроснабжению индивидуального жилого дома, то: ежедневное энергопотребление составляет 3 кВт ч, солнечная радиация с весны по осень — 4 кВт ч/м в день, пиковая мощность потребления — 3кВт (при включении стиральной машины, холодильника, утюга и электрочайника). С целью оптимизации энергопотребления для освещения внутри дома важно использовать лампы переменного тока с низким энергопотреблением — светодиодные и люминесцентные.

Изготовление каркаса солнечной батареи

В качестве каркаса солнечной батареи используется алюминиевый уголок. На аукционе Еbay можно приобрести готовые рамы для солнечных батарей. Прозрачное покрытие выбирается по желанию, исходя из характеристик, которые необходимы для данной конструкции.

Комплект рамы со стеклом для солнечной батареи, стоимость от 33 долларов

При выборе прозрачного защитного материала можно также ориентироваться на следующие характеристики материала:

Материал	Показатель преломления	Свето-пропуска-ние, %	Удельный вес г/см 3	Размер листа, мм	Толщина, мм	Стоимость, руб./м 2
Воздух	1,0002926	—	—	—	—	—
Стекло	1,43-2,17	92-99	3,168	—	—	—
Оргстекло	1,51	92-93	1,19	3040х2040	3	960.00
Поликарбонат	1,59	до 92	0,198	3050 х2050	2	600.00
Плексиглас	1,491	92	1,19	2050х1500	11	640.00
Минеральное стекло	1,52-1,9	98	1,40	—	—	—

Если рассматривать показатель преломления света в качестве критерия выбора материала. Самый минимальный коэффициент преломления имеет плексиглас, более дешевым вариантом прозрачного материала является отечественное оргстекло, менее подходящим — поликарбонат. В продаже имеется поликарбонат с антиконденсатным покрытием, также этот материал обеспечивает высокий уровень термозащиты. При выборе прозрачных материалов по удельному весу и способности поглощать ИК-спектр лучшим будет поликарбонат. К лучшим прозрачным материалам для солнечных батарей относятся материалы с высоким светопропусканием.

При изготовлении солнечной батареи важно выбирать прозрачные материалы, которые не пропускают ИК-спектр и, таким образом, снижают нагревание кремниевых элементов, теряющих свою мощность при температуре свыше 250С. В промышленности используются специальные стекла, имеющие оксидно-металлическое покрытие. Идеальным стеклом для солнечных панелей считается тот материал, которые пропускает весь спектр кроме ИК-диапазона.

Схема поглощения УФ и ИК излучения различными стеклами.
а) обычное стекло, б) стекло с ИК-поглощением, в) дуплекс с термопоглощающим и обычным стеклом.

Максимальное поглощение ИК-спектра обеспечит защитное силикатное стекло с оксидом железа (Fe 2 O 3), но оно имеет зеленоватый оттенок. ИК-спектр хорошо поглощает любое минеральное стекло за исключением кварцевого, оргстекло и плексиглас относятся к классу органических стекол. Минеральное стекло более устойчиво к повреждениям поверхности, но является очень дорогим и недоступным. Для солнечных батарей также применяется специальное антибликовое сверхпрозрачное стекло, пропускающее до 98% спектра. Также это стекло предполагает поглощение большей части ИК-спектра.

Оптимальный выбор оптических и спектральных характеристик стекла значительно повышает эффективность фотопреобразования солнечной панели.

Солнечная панель в корпусе из оргстекла

Во многих мастер-классах по изготовлению солнечных батарей рекомендуется использовать оргстекло для передней и задней панели. Это позволяет проводить инспекцию контактов. Однако конструкцию из оргстекла сложно назвать полностью герметичной, способной обеспечить бесперебойную эксплуатацию панели в течение 20 лет работы.

Монтаж корпуса солнечной батареи

В мастер-классе показывается изготовление солнечной панели из 36 поликристаллических солнечных элементов размером 81x150 мм. Исходя из этих размеров, можно вычислить размеры будущей солнечной батареи. При расчете размеров важно между элементами делать небольшое расстояние, которое будет учитывать изменение размеров основы под атмосферным воздействием, то есть между элементами должно быть 3-5 мм. Результирующий размер заготовки должен быть 835х690 мм при ширине уголка 35 мм.

	Самодельная солнечная батарея, сделанная с использованием алюминиевого профиля, наиболее похожа на солнечную панель фабричного изготовления. При этом обеспечивается высокая степень герметичности и прочности конструкции.
	Для изготовления берется алюминиевый уголок, и выполняются заготовки рамки 835х690 мм. Чтобы можно было провести крепление метизов, в раме следует сделать отверстия.
	На внутреннюю часть уголка дважды наносится силиконовый герметик.
	Обязательно проследите, чтобы не было незаполненных мест. От качества нанесения герметика зависит герметичность и долговечность батареи.
	Далее в раму кладется прозрачный лист из выбранного материала: поликарбоната, оргстекла, плексигласа, антибликового стекла. Важно силикону дать высохнуть на открытом воздухе, иначе испарения создадут пленку на элементах.
	Стекло нужно тщательно прижать и зафиксировать.
	Для надежного крепления защитного стекла понадобятся метизы. Нужно закрепить 4 угла рамки и по периметру разместить два метиза с длинной стороны рамки и по одному метизу с короткой стороны.
	Метизы фиксируются при помощи шурупов.

	Шурупы плотно затягиваются при помощи шуруповерта.
	Каркас солнечной батареи готов. Перед креплением солнечных элементов, необходимо очистить стекло от пыли.

Подбор и пайка солнечных элементов

В настоящий момент на аукционе Еbay представлен огромный ассортимент изделий для самостоятельного изготовления солнечных батарей.

Набор Solar Cells включает комплект из 36 поликристаллических кремниевых элементов, проводники для элементов и шины, диоды Шотке и карандаш с кислотой для паяния

Так как солнечная батарея, сделанная своими руками, практически в 4 раза дешевле готовой, самостоятельное изготовление — это значительная экономия средств. На Еbay можно приобрести солнечные элементы с дефектами, но они не теряют своей функциональности, таким образом, стоимость солнечной батареи может существенно сократиться, если вы можете дополнительно пожертвовать внешним видом батареи.

Поврежденные фотоэлементы не теряют своей функциональности

При первом опыте лучше приобретать наборы для изготовления солнечных панелей, в продаже имеются солнечные элементы с припаянными проводниками. Пайка контактов — это достаточно сложный процесс, сложность усугубляется хрупкостью солнечных элементов.

Если вы приобрели кремниевые элементы без проводников, то сначала необходимо провести пайку контактов.

	Так выглядит поликристаллический кремниевый элемент без проводников.
	Проводники нарезаются с помощью картонной заготовки.
	Необходимо аккуратно положить проводник на фотоэлемент.
	На место припаивания нанести кислоту для паяния и припой. Проводник для удобства фиксируется с одной стороны тяжелым предметом.
	В таком положении необходимо аккуратно припаять проводник к фотоэлементу. Во время пайки нельзя нажимать на кристалл, потому что он очень хрупкий.

Пайка элементов — это достаточно кропотливая работа. Если не удастся получить нормального соединения, то необходимо повторить работу. По нормативам серебряное напыление на проводнике должно выдерживать 3 цикла пайки при допустимых тепловых режимах, на практике сталкиваешься с тем, что напыление разрушается. Разрушение серебряного напыления происходит из-за использования паяльников с нерегулируемой мощностью (65Вт), этого можно избежать, если понизить мощность следующим образом — нужно последовательно с паяльником включить патрон с лампочкой в 100 Вт. Номинальная мощность нерегулируемого паяльника слишком высока для пайки кремниевых контактов.

Даже если продавцы проводников уверяют, что припой на соединителе имеется, его лучше нанести дополнительно. Во время пайки старайтесь аккуратно обращаться с элементами, при минимальном усилии они лопаются; не стоит складывать элементы пачкой, от веса нижние элементы могут треснуть.

Сборка и пайка солнечной батареи

При первой самостоятельной сборке солнечной батареи лучше воспользоваться разметочной подложкой, которая поможет расположить элементы ровно на некотором расстоянии друг от друга (5 мм).

Разметочная подложка для элементов солнечной батареи

Основа выполняется из листа фанеры с маркированием уголков. После пайки на каждый элемент с обратной стороны крепится кусок монтажной ленты, достаточно прижать заднюю панель к скотчу, и все элементы переносятся.

Монтажная лента, использованная для крепления, с обратной стороны солнечного элемента

При таком типе крепления сами элементы дополнительно не герметизируются, они могут свободно расширяться под действием температуры, это не приведет к повреждению солнечной батареи и разрыву контактов и элементов. Герметизации поддаются только соединительные части конструкции. Такой вид крепления больше подходит для опытных образцов, но вряд ли может гарантировать долгосрочную эксплуатацию в полевых условиях.

Последовательный план сборки батареи выглядит так:

	Выкладываем элементы на стеклянную поверхность. Между элементами должно быть расстояние, что предполагает свободное изменение размеров без ущерба конструкции. Элементы нужно прижать грузами.
	Пайку производим по приведенной ниже электросхеме. «Плюсовые» токоведущие дорожки размещены на лицевой стороне элементов, «минусовые» — на обратной стороне. Перед пайкой нужно нанести флюс и припой, после аккуратно припаять серебряные контакты.
	По такому принципу соединяются все солнечные элементы.
	Контакты крайних элементов выводятся на шину, соответственно, на «плюс» и «минус». Для шины используется более широкий серебряный проводник, который имеется в наборе Solar Cells. Рекомендуем также вывести «среднюю» точку, с ее помощью ставятся два дополнительных шунтирующих диода.
	Клемма устанавливается также с внешней стороны рамы.
	Так выглядит схема подключения элементов без выведенной средней точки.
	Так выглядит клеммная планка с выведенной «средней» точкой. «Средняя» точка позволяет на каждую половину батареи поставить шунтирующий диод, который не даст батарее разряжаться при снижении освещения или затемнении одной половины.
	На фото показан шунтирующий диод на «плюсовом» выходе, он противостоит разрядке аккумуляторов через батарею в ночное время и разрядке других батарей во время частичного затемнения. Чаще в качестве шунтирующих диодов используют диоды Шотке. Они дают меньшую потерю на общей мощности электрической цепи. В качестве токовыводящих проводов может быть использован акустический кабель в силиконовой изоляции. Для изоляции можно применить трубки из-под капельницы. Все провода должны быть прочно зафиксированы силиконом.
	Элементы могут быть соединены последовательно (см. фото), а не посредством общей шины, тогда 2-й и 4-й ряд необходимо повернуть на 1800 относительно 1-го ряда.

Основные проблемы сборки солнечной панели связаны с качеством пайки контактов, поэтому специалисты предлагают перед герметизацией панели ее протестировать.

Тестирование панели перед герметизацией, напряжение сети 14 вольт, пиковая мощность 65 Вт

Тестирование можно делать после пайки каждой группы элементов. Если вы обратите внимание на фотографии в мастер-классе, то часть стола под солнечными элементами вырезана. Это сделано намеренно, чтобы определить работоспособность электрической сети после пайки контактов.

Герметизация солнечной панели

Герметизация солнечных панелей при самостоятельном изготовлении — это самый спорный вопрос среди специалистов. С одной стороны, герметизация панелей необходима для повышения долговечности, она всегда применяется при промышленном изготовлении. Для герметизации зарубежные специалисты рекомендуют использовать эпоксидный компаунд «Sylgard 184», который дает прозрачную полимеризованную высокоэластичную поверхность. Стоимость «Sylgard 184» на Еbay составляет около 40 долларов.

Герметик с высокой степенью эластичности «Sylgard 184»

С другой стороны, если вы не хотите нести дополнительные затраты, вполне можно использовать силиконовый герметик. Однако в этом случае не стоит полностью заливать элементы, чтобы избежать их возможного повреждения в процессе эксплуатации. В таком случае элементы к задней панели можно прикрепить при помощи силикона и герметизировать только края конструкции. Насколько эффективна такая герметизация, сказать сложно, но использовать не- рекомендованные гидроизоляционные мастики не советуем, очень высока вероятность разрыва контактов и элементов.

	Перед началом герметизации необходимо подготовить смесь «Sylgard 184».
	Сначала заливаются места стыков элементов. Смесь должна схватиться, чтобы закрепить элементы на стекле.
	После фиксации элементов делается сплошной полимеризирующий слой эластичного герметика, распределить его можно с помощью кисточки.
	Так выглядит поверхность после нанесения герметика. Герметизирующий слой должен просохнуть. После полного высыхания можно закрыть солнечную батарею задней панелью.
	Так выглядит лицевая сторона самодельной солнечной панели после герметизации.

Схема электроснабжения дома

Системы электроснабжения домов с использованием солнечных батарей принято называть фотоэлектрическими системами, то есть системами, обеспечивающими генерацию энергии с использованием фотоэлектрического эффекта. Для индивидуальных жилых домов рассматриваются три фотоэлектрические системы: автономная система энергообеспечения, гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система, безаккумуляторная фотоэлектрическая система, подключенная к центральной системе энергоснабжения.

Каждая из систем имеет свое предназначение и преимущества, но наиболее часто в жилых домах применяют фотоэлектрические системы с резервными аккумуляторными батареями и подключением к централизованной энергосети. Питание электросети осуществляется при помощи солнечных батарей, в темное время суток от аккумуляторов, а при их разрядке — от центральной энергосети. В труднодоступных районах, где нет центральной сети, в качестве резервного источника энергоснабжения используются генераторы на жидком топливе.

Более экономной альтернативой гибридной батарейно-сетевой системе электроснабжения будет безаккумуляторная солнечная система, подсоединенная к центральной сети энергоснабжения. Электроснабжение осуществляется от солнечных батарей, а в темное время суток сеть питается от центральной сети. Такая сеть более применима для учреждений, потому что в жилых домах большая часть энергии потребляется в вечернее время.

Схемы трех типов фотоэлектрических систем

Рассмотрим типичную установку батарейно-сетевой фотоэлектрической системы. В качестве генератора электроэнергии выступают солнечные панели, которые подсоединены через соединительную коробку. Далее в сети устанавливается контроллер солнечного заряда, чтобы избежать короткого замыкания при пиковой нагрузке. Электроэнергия накапливается в резервных батареях-аккумуляторах, а также подается через инвертор на потребители: освещение, бытовую технику, электроплиту и, возможно, используется для нагревания воды. Для установки системы отопления эффективнее применять гелиоколлекторы, которые относятся к альтернативной гелиотехнологии.

Гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система с переменным током

Существует два типа электросетей, которые используются в фотоэлектрических системах: на базе постоянного и переменного тока. Использование сети переменного тока позволяет размещать электропотребители на расстоянии, превышающем 10-15 м, а также обеспечивать условно-неограниченную нагрузку сети.

Для частного жилого дома обычно используют следующие комплектующие фотоэлектрической системы:

суммарная мощность солнечных панелей должна составлять 1000 Вт, они обеспечат выработку около 5 кВт ч;
аккумуляторы с общей емкостью в 800 А/ч при напряжении 12 В;
инвертор должен иметь номинальную мощность 3кВт с пиковой нагрузкой до 6 кВт, входное напряжение 24-48 В;
контроллер солнечного разряда 40-50 А при напряжении в 24 В;
источник бесперебойного питания для обеспечения кратковременного заряда с током до 150 А.

Таким образом, для фотоэлектрической системы электроснабжения понадобится 15 панелей на 36 элементов, пример сборки которых приведен в мастер-классе. Каждая панель дает суммарную мощность в 65 Вт. Более мощными будут солнечные батареи на монокристаллах. Например, солнечная панель из 40 монокристаллов имеет пиковую мощность 160 Вт, однако такие панели чувствительны к пасмурной погоде и облачности. В этом случае солнечные панели на базе поликристаллических модулей оптимальны для использования в северной части России.

Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.

Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.

Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:

Топливная электроэнергетика — самая экологически грязная, сопровождается значительными выбросами в атмосферу углекислого газа, сажи и бесполезной теплоты, вызывая сокращение озонового слоя. Добыча топливных ресурсов для нее также наносит значительный вред природе.
Гидроэнергетика связана с очень значительными ландшафтными изменениями, затоплением полезных земель, причиняет ущерб рыбным ресурсам.
Атомная энергетика — самая экологически чистая из трёх, но требует очень значительных расходов на поддержание безопасности. Любая авария может быть связана с нанесением непоправимого долголетнего вреда природе. К тому же требует специальных мер по утилизации отходов использованного топлива.

Строго говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.

Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.

Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.

Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.

В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.

Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.

При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между . Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.

Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно .

Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2 , на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.

Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.

Основные недостатки солнечных батарей:

Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.

Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
Минимальные расходы на эксплуатацию.
Долговечность 30~50 лет.
Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2 . В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м 2 . 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/м 2 , 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 м 2 . 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/м 2 . 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 м 2 , а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .

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.

Подбор материалов для создания панели

В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.

Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:

Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
Рабочая мощность — 0,62 Вт.
Габариты — 52х77 мм.
Цена 29 р.

Совет: Надо учитывать, что элементы очень хрупкие и при транспортировке часть из них может быть повреждена, поэтому при заказе следует предусмотреть некоторый запас по их количеству.

Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.

Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.

Рассчитываем комплектующие

Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.

Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.

Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.

Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.

Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.

Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.

Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:

Длина — 15 x 52 = 780 мм.
Ширина — 77 x 6 = 462 мм.

Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.

Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.

Также нам потребуются:

Паяльник электрический 40 Вт.
Припой, канифоль.
Монтажный провод.
Силиконовый герметик.
Двусторонний скотч.

Этапы изготовления

Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.

Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, для квартиры и дома.

При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать .

Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:

Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.

При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.

Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.

Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.

Следовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .

Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.

Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.

Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.

Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.

Делаем выводы

При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.

Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.

В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.

Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому

Использование энергии солнца ассоциируется по большей части с космическими аппаратами. А теперь еще с разными далекими странами, где ускоренно развивается «альтернативная энергетика». Но попробовать то же самое даже с самодельными устройствами по силам почти всем.

Особенности и разновидности устройства

Из экзотического устройства, предназначенного только для специальных нужд, солнечная батарея превратилась в уже относительно массовый источник энергии. И причина не только в экологических соображениях, но и в беспрерывном росте цен на электроэнергию из магистральных сетей. Более того, есть еще немало мест, где такие сети вовсе не протянуты и неизвестно когда они появятся. Самостоятельная забота о протягивании магистрали, объединение ради этого усилий большого числа людей вряд ли возможны. Тем более что даже при успехе предстоит окунуться в мир стремительной инфляции.

Важно понимать, что панели, вырабатывающие электричество, могут довольно сильно отличаться друг от друга.

И дело даже не в формате – внешний вид и геометрия как раз довольно близки. А вот химический состав отличается разительно. Наиболее массовые изделия выполнены из кремния, который доступен почти всем и стоит недорого. По производительности батареи не хуже как минимум более дорогих вариантов.

Существует такие три основных варианта кремния, как:

монокристаллы;
поликристаллы;
аморфное вещество.

Монокристалл, если исходить из сжатых технических объяснений – это наиболее чистый тип кремния. Внешне панель похожа на своеобразные пчелиные соты. Основательно очищенное вещество в твердом виде делят на особо тонкие пластины, каждая из которых имеет не больше 300 мкм. Чтобы они выполнили свою функцию, используют электродные сетки. Многократное усложнение технологии по сравнению с альтернативными решениями делает подобные источники энергии наиболее дорогими.

Несомненным преимуществом монокристаллического кремния является очень высокий КПД по меркам солнечной энергетики, составляющий приблизительно 20%. Поликристалл получают иначе, требуется сначала расплавить материал, а затем медленно понижать его температуру. Относительная простота методики и минимальный расход энергоресурсов при производстве положительно сказываются на стоимости. Минусом становится пониженная эффективность, даже в идеальном случае она составляет не более 18%. Ведь внутри самих поликристаллов есть немало структур, понижающих качество работы.

Аморфные панели почти не проигрывают обоим только что названным видам. Кристаллов тут нет вообще, есть вместо них «силан» – это соединение кремния с водородом, размещаемое на подложке. КПД составляет примерно 5%, что в значительной мере компенсируется многократно увеличенным поглощением.

Немаловажно и то, что аморфные батареи лучше других вариантов справляются со своей задачей при рассеянном солнечном освещении и в пасмурную погоду. Блоки являются эластичными.

Иногда можно встретить комбинацию монокристаллических или поликристаллических элементов с аморфным вариантом. Это помогает сочетать достоинства используемых схем и гасить практически все их недостатки. С целью снижения стоимости изделий сейчас все чаще используют пленочную технологию, которая предусматривает генерацию тока на базе теллурида кадмия. Само по себе это соединение является токсичным, но выброс яда в окружающую среду исчезающе мал. А также могут использоваться селениды меди и индия, полимеры.

Концентрирующие изделия повышают эффективность использования площади панели. Но это достигается только при использовании механических систем, обеспечивающих разворот линз вслед за солнцем. Применение фотосенсибилизирующих красителей потенциально помогает улучшить прием энергии Солнца, но пока это скорее общая концепция и разработки энтузиастов. Если нет желания экспериментировать, лучше выбрать более стабильную и проверенную конструкцию. Это относится как к самостоятельному изготовлению, так и к покупке готового продукта.

Самостоятельное изготовление

Из чего делают?

Сделать своими руками солнечную батарею уже не так сложно, как кажется. Принцип действия устройства основан на применении полупроводникового перехода, освещенное устройство должно создавать ток. Самостоятельно изготовить приемник не получится, для этого нужны сложные производственные манипуляции и специализированное оборудование. А вот выполнить силовую часть преобразователя из подручных средств и материалов – не составляет особого труда. Для получения энергии в собственном смысле слова потребуется пластина из кремния, поверхность которой покрыта сеткой диодов.

Все пластины должны рассматриваться как обособленные генерирующие модули. Важно понимать, что оптимальная эффективность достигается при условии постоянного направления на солнце, и что придется позаботиться о накоплении энергии. Хрупкая батарея должна быть надежно защищена от любых загрязнений, от попадания снега. Если это все же происходит, посторонние включения следует убирать максимально быстро. Первым шагом при работе становится подготовка рамы.

Ее в основном делают из дюралюминия, который обладает следующими особенностями:

не подвержен коррозии;
не повреждается излишней влажностью;
служит максимально долго.

Но необязательно делать именно такой выбор. Если проведена окраска и специальная обработка, неплохие результаты достигаются с использованием стали либо древесины. Не рекомендуется ставить очень крупные панели, что неудобно и повышает парусность. Чтобы зарядить кислотный аккумулятор на 12 В, нужно создать рабочее напряжение от 15 В. Соответственно, модулей по 0,5 В потребуется 30 штук.

Можно создать конструкцию из пивных банок. Корпуса выполняются из фанеры 1,5 см, а лицевая панель формируется из органического стекла или поликарбоната. Допускается применение стандартного стекла толщиной 0,3 см. Гелиоприемник формируется при окрашивании черным пигментом. Краска должна быть устойчивой к значительному нагреву. Крышки разрабатываются таким образом, чтобы обеспечивать повышенную эффективность обмена теплом.

Внутри банок воздух прогревается гораздо быстрее, чем на открытом месте. Важно: требуется отмывать емкости сразу, как только принято решение об их использовании.

Брать следует только алюминиевые банки, стальные не подойдут. Проверка производится простейшим образом – с использованием магнита. Донце пробивают, вводят пробойник или гвоздь (хотя можно и сверлить).

Суппорт вставляют и искажают соответственно рисунку. Верх банки разрезают, чтобы получилось что-то похожее на плавник. Он помогает воздушному потоку снимать максимум тепла с греющейся стенки. Потом банку обезжиривают любым моющим средством и приклеивают отрезанные ранее части друг к другу. Исключить промахи можно, используя шаблон из нескольких досок, приколоченных гвоздями под прямым углом.

Довольно часто используют конструкции из дисков. Они выступают неплохими фотоэлементами. Как вариант, ставятся пластины из меди. Электрическая схема, как уже говорилось, работает по тому же принципу, что и большинство транзисторов. Фольга призвана предотвращать чрезмерный разогрев. Как альтернативу в летние месяцы используют просто поверхность, отделываемую в светлые цвета.

Какие инструменты понадобятся?

Чтобы произвести самостоятельно все работы по монтажу солнечной батареи на 220 вольт, понадобятся следующие инструменты:

паяльники, электрифицированные на 40 Вт;
герметики на базе силикона;
скотч, приклеиваемый с двух сторон;
канифоль;
припой;
провод, по которому будет уходить ток;
флюс;
шина из меди;
крепежные элементы;
дрель;
прозрачный материал листовой;
фанера, органическое стекло либо текстолит;
диоды конструкции Шоттки.

Как изготовить?

Пошаговая инструкция предусматривает выводы с панелей на батареи посредством защитного диода, что помогает исключить саморазряд. Поэтому на вывод подается ток напряжением 14,3 В. Стандартный зарядный ток имеет силу 3,6 А. Его получение достигается при использовании 90 элементов. Подключение частей панели производится параллельно-последовательным способом.

Нельзя использовать в цепочках неодинаковое число элементов.

С поправочными коэффициентами за 12 часов солнечного освещения можно получить 0,28 кВт/ч. Элементы расставляются в 6 полос, для довольно свободного монтажа требуется рама величиной 90х50 см. К сведению – когда есть подготовленные рамы с иными размерами, лучше пересчитать потребность в элементах. Если это невозможно, то применяют детали другой величины, их размещают, варьируя длину и ширину ряда.

Работать желательно на совершенно ровном месте, куда удобно подходить с любой стороны. Рекомендуется заготовленные пластины поставить немного в стороне, где они будут застрахованы от падений и ударов. Даже взять панель непросто, их берут только по одной и очень аккуратно. Крайне важно при монтаже в домашних условиях электрических солнечных панелей для дома или для дач поставить надежное УЗО. Такие блоки делают использование системы безопаснее, сокращая риск травмирования электрическим током и возгорания.

Большинство специалистов рекомендуют приклеивать распаянные элементы в виде единой цепи. Подложка должна быть плоской, поскольку это обеспечивает надежность. Как вариант, можно вставить в раму и основательно укрепить лист стекла либо плексигласа. Это изделие требует обязательной герметизации. На подложку выкладывают элементы в заранее определенном порядке и приклеивают их с помощью двустороннего скотча.

Работающая сторона должна быть повернута к прозрачному материалу, а паяльные выводы оборачивают в другую сторону. Удобнее всего распаивать выводы, если рама выложена рабочей плоскостью на столе.

Когда пластины приклеены, кладут смягчающую подкладку, для нее используют следующие материалы:

резину в листах;
древесноволокнистые плиты;
картонки.

Теперь можно вставить в раму оборотную стенку и герметизировать ее. Замена кормовой стенки на компаунд, в том числе на эпоксидную смолу, вполне возможна. Но такой шаг нужно совершать только при условии, что панель не придется разбирать и чинить. Стандартный сегмент выдает примерно 50 Вт тока при благоприятных условиях. А этого уже достаточно для подпитки светодиодных светильников в небольших домах.

Чтобы обеспечить комфортную жизнь, придется за сутки расходовать от 4 кВт/ч электричества. Для жизнеобеспечения семьи из трех человек понадобится подавать уже 12 кВт/ч. Учитывая неизбежные добавки (когда, к примеру, одновременно работает стандартный набор техники и перфоратор) – требуется увеличить этот показатель еще на 2–3 кВт. Эти параметры и можно взять за основу при расчете необходимых параметров. Чтобы работа проходила нормально, необходимо добавлять в схему устройство, контролирующее заряд.

12 В постоянного тока, ведь именно такую мощность выдает типовая и самодельная батарея, переделать на 220 В переменного способен инвертор. Если нет желания его приобретать, придется комплектовать дом электроаппаратурой, рассчитанной на 12 либо 24 В. Так как низковольтные магистрали насыщаются сильным током, придется выбирать провода значительного сечения и не скупиться на изоляцию. Для накопления выработанного электричества применяют в основном свинцовые аккумуляторы, содержащие кислоту. Несмотря на все технологические усовершенствования, лучший вариант еще не предложен. Чтобы увеличить вырабатываемое напряжение, ставят 2 или 4 аккумулятора.

Наибольшие расходы повлечет приобретение самих панелей, улавливающих солнечные лучи. Сэкономить можно, если заказывать китайский товар в электронных магазинах. В целом такие предложения качественные, но необходимо внимательно знакомиться с репутацией продавцов, с поступающими об их деятельности отзывами. Можно выбирать работоспособные системы с незначительными дефектами. Производители их бракуют и выставляют на продажу, чтобы не тратиться на дорогостоящую утилизацию.

Важно: не стоит монтировать в одной сборке разные по габаритам или вырабатываемому току элементы. Наибольшая генерация в таком случае все равно будет ограничена «узким местом».

Самостоятельная сборка инвертора оправдана только в случае ограниченного потребления тока. А контроллеры зарядов и вовсе стоят мизерную сумму, так что их производство своими руками не оправдывается. Проектируя батарею, следует помнить, что ее элементы должны отделяться разрывом в 0,3–0,5 см.

Часто выбирают сооружения из алюминиевых профилей и органического стекла. Тогда готовят на основе металлического уголка каркас прямоугольной формы. Углы каркаса сверлят, чтобы потом легче было скреплять конструкцию. Изнутри периметр смазывается силиконовым реагентом. Теперь можно поставить лист прозрачного материала, который как можно плотнее прижимают к раме.

Углы коробки пронзают шурупами, удерживающими специальные уголки. Эти уголки не дадут оргстеклу произвольно изменять свое местоположение внутри изделия. Сразу после этого оставляют заготовку в покое и ждут, пока герметик высохнет. На этом предварительный этап завершен. До внедрения солнечных уловителей в корпус его основательно вытирают, чтобы не было малейших признаков загрязнения. Сами пластины тоже очищают, но делают это предельно осторожно.

До сборки конструкций с припаянными на заводе проводниками желательно оценить качество соединений и ликвидировать все обнаруженные деформации. Когда шины еще не соединены, первоначально паяют их к контактам на пластинах, и только после этого связывают взаимно.

Последовательность соединения является следующей:

измерение требуемого участка шины;
нарезка полосок согласно результату замера;
смазывают обрабатываемый контакт флюсом на всем протяжении с нужной стороны;
прикладывают шину аккуратно и точно, прогретым паяльником ведут по всей поверхности, которую нужно соединить;
переворачивают пластину и все те же манипуляции повторяют сначала.

Важно: чрезмерно сильный нажим при пайке недопустим, что может разрушить хрупкие элементы. Нужно исключить и прогрев паяльником тех частей, которые не соединяются.

Закончив работу, внимательно осматривают всю поверхность батареи и каждого соединения. Нельзя, чтобы там были даже малейшие дефекты. Оставшиеся выемки и впадины устраняются еще одним проходом паяльника, уже максимально нежным и с еще меньшим прижатием. Сам паяльник не должен быть мощным, скорее, наоборот – сильный прогрев противопоказан. При отсутствии опыта столь тонкой работы желательно подготовить размеченный фанерный лист. Он позволит избежать многих серьезных ошибок. В ходе пайки контактов нельзя упускать из вида их полярность, в противном случае система работать не будет.

Приклеиваемые части соединяются тоже в максимально щадящем режиме. Избыток клея нежелателен, требуется накладывать в центральных частях пластин самые маленькие капли, которые только можно сформировать.

Перекладывание пластин в корпус желательно делать вдвоем, поскольку в одиночку это не слишком удобно. Далее, следует соединить каждый провод с края пластины с общими магистралями для тока. Вынеся подготовленную панель на освещенный солнцем участок, меряется вольтаж в общих шинах, который должен быть в пределах проектных значений.

Есть и другой способ герметизировать солнечную панель. Небольшие количества герметиков из силикона наносятся в промежутки пластин и на внутренние края корпуса. Далее, руками внешние стороны фотоэлементов прижимают к оргстеклу, при этом добиваются идеальной плотности. Накладывают незначительный груз на каждый край, дожидаясь высыхания герметика. После этого смазывают каждый стык пластины и внутренней стороны рамки.

При этом герметик может касаться краев оборота пластин, но не любой другой их части. Боковая часть корпуса послужит для установки соединяющего разъема, который связывается с диодами Шоттки. Внешняя сторона закрывается экраном, делаемым из прозрачных материалов. Создаваемая конструкция продумывается так, чтобы внутрь не попадало даже небольшое количество влаги. Лицевая грань из органического стекла покрывается лаком.

Солнечная батарейка может прослужить очень долго и стабильно, поставляя ток в домашнюю проводку. Но многое зависит не только от качества ее сборки и последующего подключения. Очень важно эксплуатировать такой нежный генератор, как полагается. Желательно направить батареи, если они не снабжены подстраивающейся под солнце системой, четко на юг, что поможет уловить максимум энергии и сократить непроизводительные потери. Чтобы исключить ошибку, достаточно ставить генератор под тем углом к горизонту, который равен числу градусов широты в конкретном месте. Но поскольку солнечный диск в течение года меняет свое местоположение на небосводе, рекомендуется в весенние месяцы понижать угол, а при наступлении осени повышать его.

Дополнение следящей системой в бытовых условиях нецелесообразно. Она оправдывает вложения исключительно на промышленном уровне. Гораздо выгоднее поставить сразу несколько батарей, ориентированных на наиболее вероятные углы освещения. Ставя солнечные генераторы поверх плоской кровли, к примеру, из рубероида или из листового железа, стоит поднять их над плоскостью. Тогда обдув воздушным потоком снизу повысит эффективность работы. На волнистых крышах так поступать необязательно, хотя никакого вреда от подъема не будет.

Самые лучшие кровли – это те, что ориентированы к югу и оформлены в виде плоских скатов. В такой ситуации скат служит для присоединения нескольких уголков, размер которых совпадает с величиной модуля. Выход над коньком составляет примерно 0,7 м, а крепление модуля к уголкам производится с разрывом в 150–200 мм. Как вариант, можно свешивать батарею при помощи тех же уголков ниже кровельного ската. На волнистой поверхности уголки часто сменяют трубами тщательно подбираемого диаметра.

Монтаж генераторов на фронтоне лучше всего сочетать с покраской этого элемента и свесов в светлые тона.

Солнечные блоки стоит выставлять по горизонтали, что сократит разброс температуры между их нижней и верхней частью на 50%, если сравнивать с вертикальным монтажом. А значит не только увеличится фактический ресурс, но и удастся повысить результативность системы.

Место для монтажа должно обладает следующими особенностями:

как можно более освещенным;
имеющим минимальную тень;
хорошо продуваемым ветрами.

Самодельная солнечная батарея может быть применена даже для отопления частного дома. Подобное оборудование можно монтировать, не требуя разрешения от государственных органов. Но даже при активном использовании оценить эффективность не получится раньше чем через 36 месяцев. Кроме того, такой вариант очень дорогой. Так как почти везде в России температура регулярно бывает отрицательной, придется дополнить гелиосистему теплоизоляцией.

Стабильное действие батарей обеспечивается в диапазоне температур от -40 до +90 градусов. Исправная работа гарантирована в среднем на 20 лет, а после этого эффективность резко сокращается. При выборе контроллера нужно учитывать разницу между мощными и слабыми электрическими системами. Если контроллера нет или он вышел из строя, придется непрерывно отслеживать заряды аккумуляторов. Невнимательность может сократить срок действия накопителя заряда.