Как сделать макет солнечной батареи. Солнечные панели своими руками

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях, фото пошагового изготовления солнечной панели.

Сделать солнечную батарею можно самостоятельно, и обойдётся она Вам дешевле, чем купить уже готовую.

Обычно солнечная батарея используется для зарядки аккумуляторов на 12 V, чтобы обеспечить полноценную зарядку понадобится собрать солнечную панель, которая будет вырабатывать без нагрузки в солнечную погоду около 17 — 18V.

Солнечные элементы продаются комплектами, наиболее часто можно встретить комплекты из 36 и 72 (+ 2 запасных) элементов размером 152 х 76 мм. Нужно замерить мультиметром одну панельку и определить точные её характеристики, сколько она выдаёт на солнце, затем уже рассчитать, сколько панелек расположить и подключить последовательно в ряду.

Например, одна панелька выдает 4,5 V, чтобы получить 18V нам понадобится 4 панельки в ряду. Количеством рядов можно добиться нужной мощности, которую будет выдавать панель. Панель из 36 элементов будет выдавать около 50 Вт и 3,5 А.

В набор с солнечными элементами также входит – карандаш с флюсом, ленточный провод (токопроводящая шина), соединительный провод.

В зависимости от того сколько солнечных элементов будет размещено, нужно рассчитать размер будущей панели.

Для изготовления корпуса батареи можно использовать алюминиевый уголок 25 х 25 или подобный, и деревянные рейки.

Прозрачную верхнюю крышку можно изготовить из стекла или оргстекла высокой прозрачности. Заднюю стенку можно изготовить из фанеры.

Также ещё нам понадобится:

Диод Шотки.
Клеммы.
Медные провода.
Скотч прозрачный.
Силиконовый герметик.
Акриловый лак.
Саморезы.

Изготовление солнечной панели в домашних условиях.

Раскладываем на стекле солнечные элементы токосьёмными дорожками к верху, временно фиксируем их с помощью скотча к стеклу. Нарезаем ленточный провод на размер чуть больше ширины пластин.

Покрываем флюсом места пайки и припаиваем провода к пластинам. На лицевой стороне панелек размещены токоведущие дорожки плюс, на обратной стороне минус.

В ряду пластины соединяем последовательно, сами ряды уже параллельно, крайние панельки выводим на общую шину.

Припаиваем выводы, на выходе на плюсовой вывод припаиваем последовательно диод Шотки, чтобы избежать разряда аккумулятора в ночное время, когда солнечная панель стаёт сама потребителем энергии.

Подготавливаем алюминиевую раму, на внутреннюю часть рамы клеим резиновый уплотнитель. В раму вставляем стекло с панелями.

Чтобы стекло на солнце не лопнуло при расширении, следует заранее предусмотреть зазор между стеклом и рамой по периметру около 5 мм. Чтобы под стекло не попадала вода во время дождя, места стыковки стекла и рамы обрабатываем герметиком. Края панелек клеим к стеклу также герметиком, всю тыльную сторону вскрываем акриловым лаком.

Современные реалии таковы, что альтернативные источники энергии являются удовольствием отнюдь не дешевым, и далеко не каждый может позволить себе заказать установку солнечных батарей у поставщика. Поэтому все более популярным становится производство солнечных батарей своими руками . И поговорим мы сегодня о том, как сделать солнечные панели в домашних условиях.

Где достать фотоэлементы, и сколько они стоят?

Введя соответствующий поисковый запрос в браузере, появляется большое количество предложений солнечных панелей, причем в странах СНГ. В том числе и в Беларуси нашлось несколько фирм и индивидуальных предпринимателей, предлагающих солнечные панели и необходимые элементы автономного электроснабжения. Бегло просмотрев предложения и каталоги фирм, увидел такую картину. Например, поликристаллические панели на 170 Вт стоили примерно 255$, встречались и за 420$. (Правда я не уточнял, в каком они виде поставляются и т.д., лишь ознакомился с некоторыми тех. характеристиками). Не дешевле они оказались и в Украине и в России. Это очень грубо, но думаю, что в Беларуси надо рассчитывать где-то 1,5$ за 1 Вт мощности.

Но в то же время на многих российских сайтах видел предложения комплектов для самостоятельной сборки небольшой мощности, например, комплект из 36 поликристаллических пластин в 76 Вт по 2550 рос. руб. или 63 Вт по 2300 рос. руб. Некоторые покупали фотоэлементы на Ebay. Там можно найти комплекты фотоэлементов значительно дешевле. Но при этом понадобится зарегистрироваться на Ebay, долларовая карта Visa Classic, регистрация в системе Pay Pal и привязка к системе своей долларовой карты. Там же можно приобрести абсолютно рабочие элементы, но отбракованные по каким-либо причинам в промышленности (B- тип). В этом варианте почему-то никто не говорит о доставке, однако этот вопрос тоже надо учитывать. Доставка может составить порядка 30$.

Какие типы фотоэлементов выбрать?

Все предлагаемые фотоэлектрические преобразователи, как правило, двух типов: поликристаллические и монокристаллические. Монокристаллические имеют более длительный срок эксплуатации (до 30 лет), однако при изменении прямого попадания солнечных лучей, облачности значительно снижается мощность. В этом плане поликристаллические элементы более устойчивые к изменениям погодных условий. Но у них меньше срок эксплуатации (около 20 лет) и более низкий КПД, равный 7-9%. Монокристаллические имеют КПД, равный 13%.

Что необходимо предусмотреть?

В первую очередь необходимо определиться с установленной мощностью. Подсчитать всю свою нагрузку, которая будет питаться от солнечных батарей. Отсюда будет понятно, сколько фотоэлементов необходимо купить, и сколько понадобиться площади для их установки. В дальнейшем их можно наращивать. Важной составляющей является и угол наклона панели. Естественно они должны находиться на максимально солнечной стороне дома. Необходимо предусмотреть механическое изменение угла наклона, это позволит более эффективно использовать панели. Например, зимой во избежание налипания снега угол наклона практически вертикальный.

Каркас солнечных батарей

В качестве прозрачной поверхности вполне подойдет оргстекло, есть примеры применения и обычного стекла. Здесь исходят из того, чтобы поверхность не пропускала ИК-спектр, это позволит снизить нагрев самих солнечных элементов. В качестве корпуса зачастую используют алюминиевые уголки, но встречаются и другие материалы (фанера, ДСП и т.д.).

В продаже часто встречаются элементы с уже припаянными проводниками, но может быть и не так. Паять придется в любом случае, но в первом варианте задача значительно упрощается. Тем более что фотоэлементы хрупкие, и действовать нужно аккуратно. Элементы могут лопаться, не стоит их складывать один на одного, т.к. это может вызвать трещины нижних элементов. Предварительно наносится флюс и припой.

Схема сборки солнечных батарей своими руками

После того, как готов каркас и пайка, приступают к сборке панели. Фотоэлементы аккуратно переносят на лицевую поверхность. Между ними должно сохраняться небольшое расстояние (примерно 5 мм). В принципе, элементы можно сразу перенести на лицевую сторону, и там паять, думаю, так даже удобнее. Затем крайние элементы припаиваются к шинам. Они есть в наборах, более широкие проводники. Выводится «плюс» и «минус».

Во многих источниках говорят о выводе« средней точки», которая позволит установить шунтирующие диоды на каждую половину панели. Это не даст батареи разряжаться в темное время суток или в пасмурную погоду. В качестве диодов используют диоды Шотке.

Герметизация

Перед герметизацией советуют протестировать панель, чтобы проверить качество пайки. За рубежом для герметизации используются компаунды, которые стоят у нас довольно прилично. Вполне можно обойтись и силиконовым герметиком. Сначала можно зафиксировать всю систему по краям и в середине, а затем залить расстояние между элементами герметиком. Тыльную сторону можно покрыть акриловым лаком, смешав его предварительно с герметиком.Пример изготовления солнечной батареи можно посмотреть на этом видео. Для сборки использовалось 36 пластин (4 цепочки по 9 элементов в каждой).

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.

Люди уже давно задумываются над тем, как можно получить электрическую энергию благодаря солнцу. Тогда возникает вопрос: «Как сделать солнечный коллектор?». Ведь если в доме у вас полно электрических приборов, это очень экономно. Особенно летом, когда солнце стоит круглый день. Вы можете сами сделать свою солнечную батарею, и на это не уйдет много денег – будет стоить 300–400 долларов. Взамен получите постоянный источник электроэнергии. Вам больше не придется беспокоиться о том, что ее отключат, и вы не сможете пользоваться электроприборами. Итак, чтобы разобраться, как сделать солнечную батарею, надо понять принцип ее работы. Тем более, если монтировать солнечную батарею придется в домашних условиях.

По сути, солнечная батарея делает из получаемой от солнца энергии электрическую, благодаря специальным фотоэлектрическим преобразователям.

Весь суть работы основана на фотоэлектрическом эффекте. На фотоэлементы попадает свет от солнца, тем самым он выбивает незанятые электроны из последних орбит каждого из атомов, которые находятся на пластине из кремния. Затем этот свет становится переменным током, которым можно электрифицировать дом.

Принцип самостоятельного изготовления солнечной батареи

Так как самому сделать солнечную батарею? Чтобы изготовить гелиосистему своими руками, нужны:

Алюминиевый или деревянный каркас
Подложка, сделанная из ДВП
Обычное стекло или оргстекло
Диоды и проводники
Фотоячейки

Только одна самодельная солнечная батарея будет иметь около 36 элементов и для каждого нужно будет напряжение равное 0,5 вольт. Получается 18 вольт на одну солнечную панель.

Кстати, по причине хрупкости панели с ними нужно обращаться как можно аккуратней и по этой же причине желательно купить на несколько штук больше, дабы дома были запасные, если вдруг что-то случится.

Преимуществом самостоятельной сборки солнечной батареи является то, что вы можете сделать основу, а потом к ней уже добавлять мощность, закупая дополнительные элементы.

Большие батареи ни к чему, так как появятся сложности в их установке, выборе угла наклона. Тем более они, скорее всего, будут улавливать ветер, а это крайне небезопасно.

И, кстати, учтите, что 220 вольт обеспечить от солнца никак не сможете потому, что для этого потребуется батарея огромных размеров. Одна пластина сможет дать ток, напряжение которого будет составлять 0,5 В. Идеальный вариант – это если солнечный коллектор будет обладать напряжением 18 вольт, но для этого потребуется рассчитывать количество фотоэлементов. Изготовление солнечных панелей – труд не простой, но и не сложный. В данном случае нас интересует плоский солнечный коллектор.

Собираем каркас

Теперь приступим к решению вопроса: «Как собрать солнечную батарею собственного производства?».

Первое, что делают, когда изготавливают самодельные солнечные батареи, – создают своеобразную защитную оболочку – корпус. Сделать его можно при помощи уголков из алюминия или деревянных брусков. Если будет использоваться металлическая основа, то на какой-то из полок нужно будет при помощи напильника снимать фаску под углом в 45 градусов, вторая же полка будет отражаться под таким же углом. Детали каркаса, которые отрезаны, нужно будет скрутить, используя угольники, которые изготовлены из такого же материала. Когда рама будет готова, к ней при помощи силикона нужно приклеить специальное защитное стекло.

Делаем спайку пластин

Первое, что при этом нужно знать, – это то, что напряжение повышается при последовательном соединении, а ток, соответственно, при параллельном.

Кремниевые пластины нужно будет выложить на стекло так, чтобы между ними осталось небольшое расстояние – примерно 5 мм с каждой из сторон. Это нужно, чтобы не допустить расширения компонентов при температурном нагреве, так как нет радиатора. У преобразователей есть две дорожки – это, соответственно, плюс и минус. Детали придется соединить последовательным образом в одну цепь. Проводники с последних радиодеталей нужно будет вывести на общую шину.

Чтобы батарея не разряжалась ночью сама, желательно установить диод Шоттки 31DQ0 на средний контакт.

Когда все элементы будут спаяны, проверьте показатель напряжения, который будет на выходе, мультиметром. Оно должно быть не менее 18–19 вольт.

Диодная солнечная батарея

Изготовление солнечных батарей в домашних условиях не ограничивается одним способом. Можно получать энергию от солнца при помощи диодов Д223Б. Они хороши, благодаря высокому вольтажу и стеклянному корпусу.

Как сделать:

Все радиодетали нужно сложить в специальную емкость и залить их ацетоном, где-то на несколько часов.
Затем найдите неметаллическую пластину и разметьте ее для будущих компонентов, которые будут составлять источник питания.
Используя мультиметр, отыскиваем плюс на каждом диоде и слегка загибаем его. Важно, чтобы диоды впаивались в вертикальном положении, таким образом удастся получить значительно большее напряжение генерации.

Вот так, в три этапа можно сделать солнечный коллектор своими руками.

Солнечная батарея из фольги

Как делается солнечная батарея из диодов, теперь понятно. Ещё хороший способ: можно сделать батарею из фольги. Но ее мощность будет ниже, чем у предыдущих методов.

Инструкция:

Потребуется медная фольга площадью 45 кв. см. Ее нужно обезжирить.
При помощи наждачной бумаги избавьтесь от оксидной пленки.
Теперь нужно положить фольгу на горелку, мощность которой должна быть менее 1,1 кВт. Необходимо нагревать, пока не начнут появляться красно-оранжевые пятна.
После этого нагревать нужно еще в течение получаса, чтобы образовалась оксидная пленка нужной толщины.
Затем прожарку нужно остановить и дать остыть листу вместе с печкой.
Остатки удалить проточной водой, но не сгибая лист
Обрежьте с пластиковой бутылки объемом 2–2,5 литра горло и поместите туда два куска фольги. Они не должны соединяться. Закрепляются они специальным зажимом типа «Крокодил».
К обработанному куску пойдет минус, а к другому – плюс.
Теперь туда нужно залить раствор из соли. Его уровень должен быть чуть ниже верхней кромки электродов – примерно на 2,5 см. Готовится он из 2–4 столовых ложек соли.

Самодельная солнечная панель – это отличный выход. И как можно заметить, имеется много способов ее изготовить: солнечная батарея из транзисторов, солнечный коллектор из алюминиевых банок, из фольги, из диодов. И это еще далеко не все. Собирать совсем несложно, если понимать принцип ее работы. Она, конечно, не сможет запитать целый дом или дачу, но в качестве дополнительного аккумулятора для зарядки телефона или другой мелкой техники вполне подойдет. Изготавливая солнечную батарею в домашних условиях, будьте очень аккуратны и четко соблюдайте все инструкции.

Главная > Спальня