Солнечная энергия в своем доме: как сделать батарею собственными руками. Как самостоятельно сделать солнечную батарею: пошаговый инструктаж Аккумулятор для солнечных батарей своими руками

Желание стать независимым потребителем электричества заставляет проводить эксперименты и опыты в поиске альтернативной экологически чистой энергии.

Одним из набирающих популярность способов является , которые преобразовывают солнечную энергию в привычное для нас электричество.

На рынке оборудования альтернативной энергии достаточно предложений, но стоимость одной системы может доходить до нескольких тысяч долларов. Именно поэтому представляем вашему вниманию подробный обзор по изготовлению солнечных панелей в домашних условиях.

Какие материалы потребуются

Посылка с ячейками Перед тем как приступать к непосредственной сборке панелей, необходимо подготовить материалы, которые будут использоваться.

В первую очередь нам понадобятся фотоэлементы. Делятся они на два вида:

Поликристаллические. Фотоэлементы имеют относительно низкий КПД (9-11%), но способны одинаково работать солнечную и пасмурную погоду.
Монокристаллические. Этот вид элементов неэффективно работает в пасмурную погоду, но имеет высокий КПД - 15-17%.

Как правило, в домашних условиях используют первый вариант. Все элементы можно приобрести на ресурсах «eBay» и «Aliexpress».

Далее нам понадобятся ячейки для фотоэлементов. Важно купить их одной модели, так как ячейки разных производителей могут не подойти друг к другу и плохо функционировать, не давая ожидаемой мощности. Кроме этого, понадобятся соединительные проводники для фиксации ячеек между собой.

Корпус из алюминиевых уголков - оптимальный выбор Для сборки корпуса понадобятся уголки (1-1,5 длиной) из легкого металла (алюминий).

Некоторые умельцы, чтобы сэкономить, изготовляют корпус из дерева, но это материал быстро придет в негодность из-за постоянного воздействия солнечных лучей, воды, мороза и т.д.

Для защиты можно воспользоваться поликарбонатом или оргстеклом.

Совет специалистов: на многих сайтах можно приобрести поврежденные фотоэлементы или с дефектом, со значительной скидкой. Они имеют неудовлетворительный внешний вид, но работать будут, как новые. Это касается и корпуса панели, которые можно купить уже готовым.

Список необходимых инструментов

Хороший паяльник - залог качественной работы В процессе сборки солнечной панели из поликристаллических фотоэлементов понадобятся следующие инструменты:

паяльник 25-30 Вт, канифоль, олово;
паяльная кислота;
карандаш для подготовки места пайки;
кусачки;
пинцет.

Для сборки корпуса:

деревянные брусья или алюминиевые уголки (размеры индивидуальны);
шуруповерт;
силиконовый клей или герметик;
болты, гайки или другие крепления (метиз);
пила и ножовка по металлу (для нарезания оргстекла).

Этапы работы

Процесс пайки элементов При покупке всех необходимых материалов и инструментов можно переходить к сборке панели.

Сборка солнечной панели несложное мероприятие, требует определенных навыков пайки и общего понимания схемы.

Пайка проводников панели:

При помощи кусачек нарезаем проводники нужной длины.
Пинцетом аккуратно вставляем в ячейку отрезанный проводник.
Наносим две капли паяльной кислоты и припой. Для точного нанесения припоя лучше использовать настольное увеличительное стекло, которое продается в каждом супермаркете.
Аккуратно припаиваем проводник, не нажимая на фотоэлемент.

Вот в принципе и вся пайка. Сам процесс долгий и потребует несколько часов. Желательно после каждого часа работы нужно отдохнуть хотя бы 30 минут. Это позволит идеально припаять фотоэлементы.

Желательно заранее карандашом разметить места, где будут фиксироваться элементы. Это позволит сократить время сборки.

Объединяем ячейки в одну энергосистему:

Преимущества солнечных панелей, собранных своими руками очевидны:

можно самому заказывать подходящие фотоэлементы различных видов;
самостоятельно подбирать схемы, проводить сборку и тестировать панель;
себестоимость готовой конструкции собранной в домашних условиях намного дешевле предлагаемых интернет порталами.

Из минусов можно отметить потраченное время и терпение на сборку. Еще есть шанс ошибиться, если нет определенных навыков в работе с паяльником.

Но в любом случае сборка солнечной панели - это отличный способ стать независимым от общей электроэнергии.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно показывает процесс сборки солнечной панели своими руками:

Альтернативной энергетикой сейчас занимаются не только специалисты. Варианты автономных источников питания интересуют и любителей, которые дружат с электро- и радиотехникой. Применительно к солнечным батареям главная сложность в реализации проекта – их высокая цена. А если учесть, что для частного дома понадобится несколько панелей, то некоторый скепсис в плане их использования в быту становится понятен.

Хотя есть неплохое решение для тех, кто привык все делать своими руками – собрать солнечную батарею из отдельных панелей. Например, китайских, которые стоят относительно недорого.

По опыту их практического применения можно сделать вывод, что они вполне оправдывают ожидания мастера. А если ориентироваться на комплект класса B (более дешевая продукция), то экономия при самостоятельной сборке источника питания достигается значительная.

Для получения образца в 145 Вт общим напряжением 18 В придется выложить за китайские панели (36 штук) около 3 100 рублей (если приобретать через Интернет, к примеру, на площадках Alibaba, Ebay) против 6 180 (стоимость готового аналога промышленного изготовления). Получается, есть смысл потратить время и сделать такую батарею.

Не только китайские, а все солнечные панели делятся на моно- (более дорогие) и поликристаллические (аморфные). В чем разница? Не вдаваясь в технологию изготовления, достаточно указать, что первые характеризуются однородной структурой. Поэтому их КПД выше, чем у аморфных аналогов (примерно 25% против 18%) и стоят они дороже.

Визуально их можно отличить по форме (показано на рисунке) и оттенку синего. Монокристаллические панели несколько темнее. Ну а есть ли смысл в экономии на мощности, решать придется самостоятельно. К тому же следует учесть, что производством недорогих поликристаллических панелей в Китае занимаются в основном мелкие фирмы, экономящие буквально на всем, в том числе, и на исходных материалах. Это напрямую отражается не только на себестоимости, но и на качестве продукции.

Все фотоэлементы соединяются в единую энергетическую цепочку проводниками. В зависимости от типа панелей, они могут быть уже зафиксированы по месту или отсутствовать. Значит, припаивать их придется своими руками. Все кристаллические образцы довольно хрупкие, и обращаться с ними нужно крайне аккуратно.

Если нет должных навыков работы паяльником, то лучше приобрести панели класса A (более дорогие). Покупая дешевые аналоги (B), желательно взять хотя бы один в запас. Практика сборки солнечных батарей показывает, что повреждений точно не избежать, поэтому лишняя панель однозначно понадобится.

При определении потребного количества фотоэлементов можно ориентироваться на такие данные. 1 м² панелей дает примерно 0,12 кВт/час электроэнергии. Статистика эн/потребления показывает, что для небольшой семьи (4 человека) в месяц достаточно порядка 280 – 320 кВт.

Солнечные панели продаются в двух возможных вариантах – с восковым покрытием (для предохранения от повреждений при транспортировке) и без него. Если панели с защитным слоем, то их придется подготовить к сборке.

Что необходимо сделать?

Распаковать товар.
Погрузить комплект в горячую воду. Примерная температура – 90±5 0С. Главное, чтобы это не был кипяток, иначе панели частично деформируются.
Разъединить образцы. Признаки того, что воск растаял, заметны визуально.
Обработать каждую панель. Технология простая – поочередное погружение их в воду горячую мыльную, потом – чистую. Процедура «омовения» продолжается до тех пор, пока на поверхности не останется следов воска.
Просушить. Раскладывать панели следует на мягкой ткани. К примеру, на махровой скатерти.

Порядок сборки

Специфика изготовление каркаса

По сути, это традиционная простейшая рама, материал для которой выбирается в зависимости от места расположения батареи. Обычно на тематических сайтах указывается алюминиевый уголок или древесина. Целесообразность использования последней (при всем уважении к авторам статей) вызывает определенные сомнения. Основная причина – в особенностях любого дерева. Она заключается в содержании влаги, независимо от степени осушки.

Сколько бы процентов ее ни было, скручивания, а то и растрескивания дерева не избежать. С учетом хрупкости панелей – не вариант, однозначно. Долго такая , даже при закреплении на окне внутри строения, не прослужит.

Монтаж батареи

Размеры рамы выбираются исходя из линейных параметров панелей. Горизонтальная ориентация или вертикальная – это зависит от специфики установки батареи, и принципиального значения не имеет.

На каркас крепится лист стекла или поликарбоната (только не ячеистого, а монолитного). Он выполняет защитную функцию, предохраняя фотоэлементы от механического разрушения.

На него, с внутренней стороны каркаса, наносятся капли силиконового герметика (по центру панелей), или он намазывается тончайшим слоем. Рекомендации по использованию смолы (эпоксидной) вряд ли заслуживают внимания, так как о ремонтопригодности батареи в этом случае говорить не приходится.

В раму укладывается расчетное количество панелей (сборка делается заранее). Одна дает напряжение порядка 0,5 В (небольшое отклонение номинала не в счет). Здесь важно не перепутать, где лицевая сторона изделий, а где тыльная.

Задняя часть закрывается мягким съемным матом. Для его изготовления своими руками можно взять поролон (4 см, как минимум) и пленку п/э. Соединяются ее кромки скотчем или спаиваются (если есть специальная машинка).

На этом работа не заканчивается. Между стеклом (поликарбонатом) и панелями останутся воздушные пузырьки, которые снижают эффективность солнечной батареи. Их необходимо удалить. Для этого на мат укладывается плотный материал. Например, фрагмент, подобранный по размерам каркаса, толстой (многослойной) фанеры.

Сверху – груз, вес которого достаточный, чтобы панели слегка придавить. В таком положении батарея оставляется на полсуток, не менее. Здесь следует ориентироваться на ее габариты и равномерность распределения нагрузки.

По истечении этого времени гнет, фанера и мат демонтируются. Сразу же крепить батарею по месту установки нельзя. Понадобится еще некоторое время, чтобы герметик окончательно просох.

Вместо мата можно использовать и иную мягкую подложку. К примеру, опилки, стружку.

Завершающий этап – изготовление задней стенки и ее постановка на место. Для этого берется ДСП, ДВП, фанера, но обязательно с той же подложкой, чтобы защитить панели от деформации.

Особенности сборки схемы

Спайка пластин – процесс сложный, требующий кропотливости и внимательности. Лучше работать паяльником маломощным (24 – 36 Вт). Если используется распространенный в быту на 65, то его следует включать через ограничительное сопротивление. Простейший вариант – последовательное присоединение лампочки-«стоваттки».

Но это не все. Необходимо исключить саморазряд батареи (ночью, в ненастную погоду). Это обеспечивается включением в схему п/п диодов. В качестве проводника (для выводов) целесообразно использовать кабель акустический, который на панели также фиксируется герметиком.

Вариант пленочной солнечной батареи (есть и такой) не рассматривается. Несмотря на некоторые достоинства, у него есть ряд существенных минусов – низкий КПД и необходимость укладки на больших площадях. Для частного дома решение неприемлемое.

Многих людей интересует, как можно преобразовать солнечную энергию в электричество. Альтернативные источники энергии всегда занимали умы людей, и уже сегодня каждый может получить энергию солнца. В статье мы расскажем как самостоятельно изготовить панели преобразователи из подручных средств (в домашних условиях), дадим пошаговую инструкцию по сборке конструкции.

Как это работает

Альтернативный источник энергии представляет собой генератор, действующий на основе фотоэлектрического эффекта. Он позволяет преобразовывать энергию солнца в электричество. Попадая на кремниевые пластины, являющиеся составными частями солнечной батареи, кванты света вытесняют электроны с последних орбит каждого атома кремния. Таким образом, можно получить большое количество свободных электронов, которые и образуют электрический ток.

Прежде чем приступить к изготовлению солнечной панели, нужно выбрать модули преобразователи, которые будут использованы: монокристаллические, поликристаллические или аморфные. Наиболее доступными являются первый и второй варианты. Для того чтобы выбрать подходящие элементы, необходимо знать их точные характеристики:

Поликристаллические пластины с кремнием дают довольно низкий КПД – не более 8-9%. Однако они выгодно отличаются тем, что могут работать даже во время пасмурной погоды или облачности.
Монокристаллические пластины выдают около 13-14% КПД, однако любая облачность, не говоря уже о пасмурной погоде, значительно снижают мощность батареи, собранной из таких пластин.

Оба вида пластин отличаются длительным сроком службы – от 20 до 40 лет.

Приобретая кремниевые пластины для самостоятельной сборки можно брать элементы с небольшими дефектами – так называемые модули B-типа. Некоторые компоненты пластин можно заменить, собрав таким образом батарею за существенно меньшие деньги.

Проектирование солнечной батареи

Планируя размещение преобразователей, нужно выбрать место ее установки так, чтобы она располагалась под наклоном, принимая лучи солнца более - менее перпендикулярно. Идеальным способом станет такое размещение батарей, чтобы можно было корректировать их угол наклона. Располагать их нужно с наиболее освещённой стороны участка, причем чем выше, тем лучше – например, на крыше дома. Однако далеко не все крыши могут выдержать вес полноценной солнечной батареи, поэтому в некоторых случаях рекомендуется установить специальные опорные подставки под преобразователи.

Необходимый угол, под которым должна располагаться батарея, можно высчитать исходя из географического положения данного участка, а также уровня солнцестояния в данной местности.

Материалы для изготовления

Вам потребуются:

модули преобразователи B-типа,
алюминиевые уголки или готовые рамы для будущей батареи,
защитное покрытие для модулей.

Опорные рамы можно изготовить самостоятельно, используя алюминиевые рамки, или же можно приобрести уже готовые, различные по размеру.

Защитное покрытие для солнечных батарей может отсутствовать, а может представлять собой:

стекло,
поликарбонат,
оргстекло,
плексиглас.

В принципе, все защитные покрытия могут быть использованы без больших потерь преобразуемой энергии, однако плексиглас пропускает лучи хуже всех перечисленных материалов.

Монтаж

Размер рамки солнечной батареи зависит от того, сколько модулей будет использовано. Планируя расположение элементов, необходимо оставить между модулями расстояние в 3-5 мм для компенсации возможного изменения размеров из-за перепадов температуры.

Рассчитав данные и получив нужные размеры, можно приступать к монтажу рамки. Если используются готовые рамки, нужно просто подобрать модули, полностью заполняющие их. Алюминиевые уголки позволяют создать батарею любого размера.
Рамка из алюминиевых уголков собирается с помощью крепежных элементов. На внутреннюю часть рамки наносится силиконовый герметик. Наносить его нужно тщательно, не пропуская ни одного миллиметра – от этого напрямую зависит срок службы батареи.
Далее в рамку помещается панель из выбранного защитного материала. Рекомендуется с помощью метизов качественно закрепить материал на рамке. Для этого понадобятся шурупы и шуруповерт. По окончании работ стекло или его аналог необходимо очистить от пыли и мусора.
Приобретенные модули могут как содержать уже припаянные контакты, так и нет. В любом случае рекомендуется либо произвести пайку с нуля, то есть трижды – для большей надежности – с использованием припоя и кислоты для паяния, либо пройтись с паяльником по уже сделанной пайке.
Солнечная батарея может быть собрана либо сразу на подготовленной раме, либо сначала на размеченном картоне. Выложив элементы на стекло необходимым способом, нужно соединить их пайкой: с одной стороны дорожки, ведущие ток, со знаком «плюс»; с другой стороны – со знаком «минус». Контакты последних элементов должны быть выведены на широкий серебряный проводник, так называемую шину.

После окончания пайки необходимо проверить работу и тщательно ликвидировать все проблемы, убедиться в работоспособности панели.

Окончательным этапом работ станет герметизация изготовленных панелей с помощью специального эластичного герметика. Все соединенные модули полностью покрываются этой смесью. После ее полного высыхания нужно поставить вторую панель защитного материала, а также разместить получившийся источник альтернативной энергии под нужным углом в планируемом месте.

Видео

Полная видео инструкция по изготовлению солнечной батареи для дома:

Фото

Желание сделать систему энергообеспечения частного дома более эффективной, экономичной и чистой с экологической точки зрения заставляет искать новые источники энергии. Одним из способов модернизации является установка солнечных батарей, способных преобразовывать энергию солнца в электрический ток. Существует прекрасная альтернатива дорогостоящему оборудованию - солнечная батарея, сделанная своими руками, которая позволит ежемесячно экономить средства из семейного бюджета. О том, как такую вещь соорудить, мы сегодня и будем говорить. Обозначим все подводные камни и расскажем как их обойти.

Общую информацию о конструктивных особенностях солнечных батарей смотрите на видео:

Разработка проекта солнечной энергосистемы

Проектирование необходимо для более удачного размещения панелей на крыше дома. Чем больше солнечных лучей попадет на поверхность батарей и чем выше их интенсивность, тем больше энергии они произведут. Для установки понадобится южная сторона кровли. В идеале лучи должны падать под углом 90 градусов, поэтому следует определить, в каком именно положении работа модулей принесет больше пользы.

Дело в том, что самодельная солнечная батарея, в отличие от заводской, не имеет специальных датчиков движения и концентраторов. Для изменения угла наклона существует возможность изготовить механизм на ручном управлении. Он позволит устанавливать модули почти вертикально в зимний период, когда солнце стоит низко над горизонтом, и опускать их летом, когда солнцестояние достигает своего пика. Вертикальное зимнее расположение имеет и защитную функцию: оно препятствует скапливанию на панелях снега и наледи, чем продлевает срок эксплуатации модулей.

Энергоэффективность модульной конструкции можно увеличить, если создать простейший механизм управления, который позволит менять угол наклона батареи в зависимости от времени года и даже времени суток

Возможно, перед монтажом батарей потребуется усиление кровельной конструкции, так как комплект из нескольких панелей имеет довольно большую массу. Необходимо вычислить нагрузку на крышу с учетом тяжести не только солнечных батарей, но и снежного пласта. Вес системы во многом зависит от материалов, которые применяются при ее изготовлении.

Количество панелей и их размер рассчитывают исходя из требующей мощности. Например, 1м² модуля производит приблизительно 120 Вт, этого не хватит даже для полноценного освещения жилых помещений. Примерно 1 кВт энергии при 10м² панелей позволит функционировать осветительным приборам, телевизору и компьютеру. Соответственно, солнечная конструкция площадью 20м² обеспечит нужды семьи из 3 человек. Приблизительно на такие размеры следует рассчитывать, если частный дом предназначен для постоянного проживания.

Изготовление солнечной батареи не обязательно заканчивается первоначальной сборкой, в дальнейшем можно наращивать элементы, тем самым увеличивая КПД оборудования

Варианты модулей для самостоятельной сборки

Основное назначение солнечной панели – генерировать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в электрическую. Полученный электроток представляет собой поток свободных электронов, высвобожденных световыми волнами. Для самостоятельной сборки оптимальным вариантом являются моно- и поликристаллические преобразователи, так как аналоги еще одного вида – аморфные – в течение первых двух лет снижают свою мощность на 20-40%.

Стандартные монокристаллические элементы имеют размеры 3 х 6 дюймов и довольно хрупкую структуру, поэтому работать с ними нужно крайне бережно и аккуратно

Разные виды кремниевых пластин имеют свои плюсы и минусы. Например, поликристаллические модули отличаются довольно низким КПД – до 9%, тогда как КПД монокристаллических пластин достигает 13%. Первые сохраняют показатели мощности даже в облачную погоду, но служат в среднем 10 лет, мощность вторых резко падает в пасмурные дни, зато они прекрасно функционируют на протяжении 25 лет.

Самодельное устройство должно быть функциональным и надежным, поэтому часть деталей лучше приобрести в готовом виде. Перед тем, как сделать солнечную батарею по индивидуальному проекту, загляните на сайт eBay, где можно обнаружить огромный выбор модулей с незначительным браком. Легкая поломка не влияет на качество работы, зато заметно уменьшает стоимость панелей. Предположим, монокристаллический модуль Solar Cells, расположенный на стеклотекстолитовой плате, стоит чуть больше 15 долларов, а поликристаллический комплект из 72 штук – около 90 долларов.

Лучший готовый вариант солнечного элемента - панель с проводниками, которые требуют лишь последовательного соединения. Модули без проводников стоят дешевле, но увеличивают время сборки батареи в несколько раз

Инструкция по изготовлению солнечной батареи

Вариантов самостоятельной сборки солнечных батарей множество. Технология зависит от количества солнечных элементов, приобретенных заранее, и дополнительных материалов, необходимых для изготовления корпуса. Важно запомнить: чем больше общая площадь панелей, тем мощнее оборудование, но вместе с тем вырастает и вес конструкции. В одной батарее рекомендуют применять одинаковые модули, так как эквивалентность тока приравнивается к показателям меньшего из элементов.

Сборка модульного каркаса

Дизайн модулей, как и их размеры, могут быть произвольными, поэтому вместо цифр ориентироваться следует на фото и выбрать любой индивидуальный вариант, подходящий для конкретных расчетов.

Наиболее дешевые солнечные элементы - панели без проводников. Чтобы сделать их готовыми к сборке батареи, необходимо первоначально припаять проводники, а это долгий и кропотливый процесс

Для изготовления корпуса, внутри которого будут закреплены солнечные элементы, необходимо подготовить следующий материал и инструмент:

листы фанеры выбранного размера;
невысокие рейки для бортиков;
клей универсальный или для древесины;
уголки и саморезы для крепежа;
дрель;
плиты ДВП;
куски оргстекла;
краска.

Берем кусок фанеры, который будет играть роль основания, и по периметру приклеиваем невысокие бортики. Рейки по краям листа не должны загораживать солнечные элементы, поэтому следим, чтобы высота их не превышала ¾ дюйма. Для надежности каждую приклеенную рейку дополнительно привинчиваем саморезами, а углы можно скрепить металлическими уголками.

Деревянный каркас - наиболее доступный вариант для размещения солнечных элементов. Его можно заменить рамой из алюминиевого уголка или покупным набором рама + стекло

Для вентиляции высверливаем отверстия в нижней части корпуса и по бортикам. Отверстий в крышке быть не должно, так как это грозит попаданием влаги. Крепление элементов будет производится на листы ДВП, которые можно заменить любым похожим материалом, главное условие – он не должен проводить электроток.

Маленькие отверстия для вентиляции необходимо просверлить по всей площади подложки, включая бортики и серединную рейку. Оно позволят регулировать уровень влаги и давления внутри каркаса

Крышку вырезаем из оргстекла, подгоняя под размеры корпуса. Обычное стекло слишком хрупкое для размещения на крыше. Для защиты деревянных частей используем специальную пропитку или краску, которой следует обработать каркас и подложку со всех сторон. Неплохо, если оттенок краски каркаса будет сочетаться с цветом кровельного покрытия.

Покраска выполняет не столько эстетическую функцию, сколько защитную. Каждую деталь следует покрыть минимум 2-3 слоями краски, чтобы в дальнейшем древесину не покоробило от влажного воздуха или перегрева

Монтаж солнечных элементов

Все солнечные модули раскладываем ровными рядами на подложке обратной стороной вверх, чтобы произвести пайку проводников. Для работы потребуется паяльник и припой. Места пайки предварительно необходимо обработать специальным карандашом. Для начала можно потренироваться на двух элементах, соединив их последовательно. Так же последовательно, цепочкой, соединяем все элементы на подложке, в результате должна получиться «змейка».

Каждый элемент устанавливаем строго по разметке и следим за тем, чтобы проводники соседних элементов пересекались в местах пайки

Соединив все элементы, аккуратно поворачиваем их лицевой стороной вверх. Если модулей много, придется пригласить помощников, так как одному спаянные элементы, не повредив, повернуть достаточно сложно. Но перед этим намазываем модули клеем, чтобы прочно закрепить их на панели. В качестве клея лучше использовать силиконовый герметик, причем наносить его следует строго по центру элемента, в одной точке, а не по краям. Это необходимо для предохранения пластин от поломок, если вдруг произойдет небольшая деформация основания. Лист фанеры может прогнуться или разбухнуть из-за изменения влажности, и стабильно приклеенные элементы просто треснут и выйдут из строя.

Закрепив модули на подложке, можно произвести пробный запуск панели и проверить функциональность. Затем основу помещаем в готовый уже каркас и фиксируем по краям шурупами. Чтобы исключить разряд аккумулятора через солнечную батарею, на панель устанавливаем блокировочный диод, закрепляя его герметиком.

Для соединения цепочек можно использовать медный провод или оплетку кабеля, которые фиксируют каждый элемент с обеих сторон, а затем закрепляются герметиком

Пробное тестирование помогает сделать предварительные расчеты. В данном случае они оказались верными - на солнце без нагрузки батарея производит 18,88 В

Сверху установленные элементы накрываем защитным экраном из оргстекла. Перед тем, как зафиксировать его, вновь проверяем работоспособность конструкции. Кстати, тестировать модули можно и в течении всего процесса установки и пайки, группами по нескольку штук. Следим за тем, чтобы герметик просох окончательно, так как его испарения могут покрыть оргстекло непрозрачной пленкой. Выходной провод оснащаем двухконтактным разъемом, чтобы в дальнейшем можно было использовать контроллер.

Одна панель собрана и полностью готова к работе. Все оборудование, включая купленные в интернете элементы, обошлось в 105 долларов

Фотоэлектрические системы частного дома

Электрические домашние системы энергообеспечения с использованием солнечных элементов можно разделить на 3 вида:

автономная;
гибридная;
безаккумуляторная.

Если дом подключен к центральной энергосети, то оптимальным вариантом будет смешанная система: днем питание производится от солнечных батарей, а ночью – от аккумуляторов. Центральная сеть в данном случае является резервом. Когда нет возможности подключиться к центральному энергоснабжению, его заменяют топливными генераторами – бензиновыми или дизельными.

Контроллер необходим для предотвращения короткого замыкания в момент максимальной нагрузки, аккумулятор – для накопления энергии, инвертор – для распределения и подачи ее к потребителю

При выборе наиболее удачного варианта следует учитывать время суток, в которое происходит максимальное потребление энергии. В частных домах пиковый период выпадает на вечер, когда солнце уже зашло, поэтому логичным будет использовать либо подключение к общей сети, либо дополнительное применение генераторов, так как солнечное энергоснабжение происходит в дневное время.

В фотоэлектрических системах энергоснабжения используют сети и с постоянным, и с переменным током, причем второй вариант подходит для размещения приборов на расстоянии более 15 м

Для дачников, режим работы которых часто совпадает со световым днем, подходит солнечная энергосберегающая система, которая начинает функционировать вместе с восходом солнца, а заканчивает вечером.

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.