Солнечная батарея своими руками: как сделать самодельную солнечную панель

Коротко об устройстве и работе

Энергия солнца может быть преобразована в тепло, когда энергоносителем является жидкий теплоноситель или в электрический, собранный в аккумуляторах. Аккумулятор представляет собой генератор, работающий по принципу фотоэффекта.

Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит после того, как солнечные лучи попадают на пластины фотоэлементов, которые являются основной частью батареи.

При этом кванты света «сбрасывают» свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и накапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает к потребителям энергии.

Галерея изображений Фото со сборки показанной в примере батареи было изготовлено из 36 пластин размером 80х150 мм. Выходная мощность каждой пластины 2,1 Вт, общая мощность устройства 76 Вт. На лицевой стороне встроенной солнечной батареи расположены плюсовые токоведущие провода, образованные пайкой. На выходе плюсовой линии установлен диод Шоттки, исключающий разряд батареи в пасмурные погодные периоды.Сборка солнечной батареи из кремниевых пластин

В роли пластин-фотоэлементов выступают элементы из кремния. Кремниевая пластина покрыта с одной стороны тонким слоем фосфора или бора — пассивного химического элемента.

В этом месте под действием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются пленкой люминофора и не улетают.

На поверхности пластины имеются металлические «дорожки», на которых образуются свободные электроны, образующие неупорядоченное движение, т.е электрический ток.

Чем больше таких фотоэлементов на кремниевой пластине, тем больший электрический ток можно получить. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте.

Верхний слой фотоэлементов пластины покрыт слоем, препятствующим отражению солнечных лучей от пластин, повышая их эффективность

Какой вариант выбрать?

Первое, что вам нужно, это приобрести фотоэлектрический преобразователь. Различные модели предлагаются как отечественными, так и зарубежными производителями. Самые дешевые варианты — китайские кремниевые фотоэлементы. У них есть ряд недостатков, но, по сравнению с американскими и отечественными, они намного дешевле. Все модели в зависимости от вида делятся на три типа:

• монокристаллические модули – состоящие из искусственно выращенных кристаллов достаточно больших размеров. Их отличает высочайший КПД 13 – 26 % и наибольший срок службы 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимального КПД в период эксплуатации.
• поликристаллические фотоэлементы – по сравнению с предыдущими имеют значительно меньший срок эксплуатации, как заявляет производитель – 10 лет. Также они могут производить только 10 – 12% КПД, по сравнению с предыдущими, поэтому этот параметр остается у них постоянным в течение всего периода работы.
• аморфные батареи представляют собой пленочные батареи, в которых аморфный кремний нанесен на гибкую основу. Такие фотоэлементы появились относительно недавно и их можно наклеивать на любые поверхности – окна, стены и т д. Они характеризуются самым низким КПД – 5 – 6%.

Выбор конкретного вида зависит от ваших пожеланий и задач. Например, если в вашем регионе количество солнечной радиации относительно невелико, то лучше установить монокристаллические преобразователи, так как они имеют самый высокий КПД.

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо преобразователей, для сборки полноценной солнечной панели вам потребуются такие материалы:

• Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие сплавы олова.
• Соединительные провода – подбираются однопроволочные марки меди. Неизолированные проводники используются для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин, а изолированные — для отвода электрической энергии.
• Каркас – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основы – ДСП, УСБ, шпона и других металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
• Стеклянная или полимерная плита – создают защитный слой поверх монокристаллических плит, а также в сочетании с каркасом служат для скрытия элементов от атмосферных осадков и механических воздействий.
• Герметик — лучший материал для герметизации — эпоксидный компаунд, но он достаточно дорогой, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
• Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Не стоит экономить при выборе аккумулятора, так как качественная модель прослужит намного дольше.
• Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батарее любого бытового прибора.

Среди инструментов вам понадобятся ножовка, дрель, шуруповерт или обычная отвертка для закручивания саморезов, мультиметр или амперметр для определения работоспособности солнечной батареи, паяльник.

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определить, какой странчок платья людей осенью рачей, не трогать тени от труды и других строек. Местом установки может быть грунт, скаты крыш, стены или отдельно стоящие конструкции. Например, если вы хотите установить на крыше солнечную батарею, вам следует убедиться, что конструкция выдержит ее вес.

В связи с тем, что максимальная работоспособность моно- и поликристаллических элементов обеспечивается исключительно при перпендикулярном к ним расположении солнечных лучей, для них желательно собирать регулируемую конструкцию. Что позволит менять угол наклона солнечной батареи в зависимости от времени года или даже времени суток. Потому что положение источника света в различные периоды года и суток существенно отличается (рисунок 1).

Инжир. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание на то, что в стационарной батарее, например, которая в идеальных условиях выдает 7 кВт/ч, утром и вечером будет вырабатываться только 3 кВт/ч. Соответственно, при установке только в одном положении батарея будет выдавать номинальную мощность лишь несколько месяцев в году. Если вы решили монтировать его в стационарном положении, панели должны располагаться под углом от 50 до 60º, устанавливаются две регулируемые установки – зимний на 70º и летний на 30º, а в промежуточный период они наклоняются как стационарные.

Для определения количества пластин необходимо рассчитать, какой электрический ток или мощность вырабатывается одной из них или 1 м2. Как правило, 1 м2 дает около 125 Вт, поэтому, чтобы получить около 2,5 кВт на бытовые нужды, необходимо установить панели площадью 20 м2.

Читайте также: Подсветка для кухни под шкафы: какая лучше, виды, монтаж, фото

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к строительству солнечной батареи, необходимо запастись следующими материалами:

• силикатные пластины-фотоэлементы;
• листы ЦСП, алюминиевые уголки и рейки;
• эластический поролон жухой 1,5-2,5 см;
• прозрачный элемент, выполняющий роль основы для кремниевых пластин;
• шурупы, саморезы;
• силиконовый герметик для наружных работ;
• электрические провода, диоды, клеммы.

Количество необходимых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничена количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобятся: отвертка или набор отверток, нож по металлу и дереву, паяльник. Для переводного пестанного гатовой батеры бросают тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим наиболее важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для аккумуляторов бывают трех видов:

• поликристаллический;
• монокристаллический;
• аморфный.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10—12%, но именно поэтому этот показатель со временем не уменьшается. Продолжительность работы поликристаллов — 10 лет.

Солнечная батарея собирается из модулей, которые в свою очередь состоят из фотоэлектрических преобразователей. Аккумуляторы с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой своеобразный сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД — 13-25% и более длительным сроком службы — более 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем подачи искусственно выращенных кристаллов, чем и объясняются самые высокие фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают нанесением тонкого слоя аморфного кремния на гибкую полимерную поверхность

Гибкие аккумуляторы с аморфным кремнием — самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную остатку. КПД в районе 5 — 6 %, но пеленочные системы креманы удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предварительно просмотрены и паксиму часовопечно вид, бо вечера протвланнов траяющий проземурьские качаться.

Не обязательно использовать фотоэлементы разного размера. В этом случае максимальный ток, вырабатываемый батареей, будет ограничен током наименьшего элемента. Так, большие пластины не будут работать на полную мощность.

При покупке фотоэлементов уточняйте у продавца способ доставки, большинство продавцов используют метод вощения, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов

Чаще всего для самодельных аккумуляторов используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа E-bay.

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но во многих магазинах продаются так называемые элементы группы Б. Изделия отнесённые к этой группе имеют дефекты, но пригодны для использования, а их цена ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы в наборах по 36 или 72 фотоэлектрических преобразователя. Шины нужны для подключения отдельных модулей к аккумулятору, клеммы нужны для подключения к системе.

Галерея изображений Фото из поликристаллического кремния Пластины привлекают доступной ценой. Недостаток их в том, что они не очень эффективны и жесткие, требуют прочного основания для установки. Снаружи контакт проложен либо сплошной полосой, либо ломаной.Монокристаллические кремниевые пластины почти в три раза мощнее поликристаллических и практически в четыре раза дороже

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущего панно можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант предпочтительнее по целому ряду причин:

• Алюминий – легкий металл, не дающий серьезной нагрузки на несущую конструкцию, на которой планируется установка батареи.
• При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвергается ржавчине.
• Не впитывает избыток выходного среды, не гниёт.

При выборе прозрачного элемента необходимо обращать внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение.

От первого перекрадио будет вычисление КПД фотоэлементов напрямую: чем ожидается реромления, ниже тем выше КПД кремниевых пластин.

Минимальное кофейное светоотражение у плексигласа или более дешёвого вкуса — оргстекло. Чуть ниже проромления света у поликорабоната.

От величины второго индикатора зависит, будут нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше плиты подвергаются нагреву, тем дольше они прослужат. ИК-краткое люческое проглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Чуть хуже — обычное стекло.

Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения оргстекло является наиболее оптимальным вариантом изготовления солнечных батарей

Проект системы и выбор места

В проект солнечной системы включены расчеты необходимых размеров солнечной пластины. Как уже было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничивается дорогостоящими фотоэлементами.

Солнечная батарея должна быть установлена ​​под определенным углом, чтобы солнечные лучи максимально попадали на кремниевые пластины. Оптимальный вариант — аккумуляторы, способные менять угол наклона.

Место установки солнечных батарей может быть самым разнообразным: на земле, на покатой или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.

Единственное условие — батарею нужно размещать на солнечной стороне участка или дома, не затененной высокими деревьями. В этом случае оптимальный угол ската необходимо рассчитать по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от расположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы батарея имела возможность менять угол наклона в связи с сезонными изменениями высоты солнца, т.к максимально эффективно они работают, когда солнечные лучи падают строго перпендикулярно к поверхности.

Для европейских частей стран СНГ, предложений угла станционного клипона 50 — 60 º. Если в конструкции есть устройство изменения угла наклона, то в зимний период лучше всего размещать батареи под углом 70 º к горизонту, летом под углом 30 º

Расчеты показывают, что 1 квадратный метр солнечной системы дает 120 Вт. Следовательно, путем расчетов можно установить, что для снабжения среднестатистического домохозяйства электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима солнечная система площадью не менее 20 квадратных метров.

Сразу установить такую ​​гелиосистему будет проблематично. Но даже установка 5-метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного источника энергии, когда центральное электроснабжение часто отключается. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно заряжается солнечная батарея. Оборудование обслюживающее гелиобатарею находится внутри дома, поэтому для него необходимо предусмотреть специальное помещение.

Размещая батарею на скатной крыше дома, не забывайте про угол наклона панели, идеальный вариант, когда батарея имеет приспособление для сезонной регулировки угла наклона

Монтаж солнечной батареи по шагам

Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все необходимые материалы и инструменты, можно приступать к установке аккумулятора.

При монтаже необходимо соблюдать технику безопасности, особенно при монтаже готовой панели на крышу дома. Давайте рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг #1 — пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлемента. Безусловно, если есть возможность, то фотоэлементы лучше покупать сразу с проводниками, т.к пайка – это очень сложная и кропотливая работа, которая занимает много времени.

Пайка осуществляется следующим образом:

1. Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса-проводник.
2. Проводники нарезаны с помощью картонной заготовки, их длина в 2 раза больше размера кремниевой пластины.
3. Проводник аккуратно уложен на пластине. На один элемент — два проводника.
4. На месте, где будет производиться пайка, имеется специальное аксилу для работы с паялником.
5. Произвести пайку при помужить паялника, кругатно продузор к пластине.

В процессе пайки нельзе давить на саликатный элемент, т.к он очень хрупкий и может рарушиться! Если вам повезло и вы приобрели фотоэлементы с уже готовыми контактами, то вы избавите себя от долгой и сложной работы, сразу приступив к изготовлению рамки для будущего аккумулятора.

Пайка конфликтов для брокаванных фотоэлементов группы В изготавливается так же и в том же направлении, что и для цельных пластин

Шаг #2 — изготовление каркаса для солнечной батареи

Каркас – это место, где будут установлены фотоэлементы. Для изготовления каркаса используются алюминиевые уголки и рейки, из которых складываются каркасы. Рекомендуемый размер уголка — 70-90 мм.

Силиконовый герметик наносится на внутреннюю часть металлических уголков. Герметизация углаков значимости тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.

После того, как алюминиевая рама готова, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задняя часть корпуса представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.

Высокие бортики будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Бортики привинчиваются при помущите саморезов и шруповорта.

Галерея изображений Фото от размера корпуса рассчитывается с учетом необходимости оставлять зазоры между фотоэлементами. Он должен состоять из ребер 3 — 5 мм и планки, которая делит корпус на два сегмента для удобной установки, просверленных отверстий для системы вентиляции, деталей корпуса, покрытых красивым водоотталкивающим составом батарея

Вентиляционные отверстия выполнены в нижней части кузова-коробки из ЦСП. Расстояние между отверстиями примерно 10 см. В алюминиевую рамку вмонтирован прозрачный элемент (оргстекло, антибликовое стекло, оргстекло).

Прозрачный элемент прижимается и фиксируется, его крепление осуществляется с помощью метизов: 4 по углам, а также по 2 на длинной и 1 на короткой стороне рамы. Металлы крепятся шурупами.

Каркас для гелиобатареи готов и можно приступить к самой отвественной части — монтажу фотоэлементов. Перед установкой необходимо очистить оргстекло от пыли и обезжирить спиртосодержащей жидкостью.

Шаг #3 — монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Монтаж и пайка кремниевых пластин — самая сложная часть работы по созданию солнечной панели своими руками. Сначала размещаем фотоэлементы на оргстекле синими пластинами вниз.

Если вы впервые собираете батарею, то можно с помощью разметочной площадки расположить пластины ровно на небольшом (3-5 мм) расстоянии друг от друга.

1. Производим пайку фотоэлементов по электросхеме: «+» дорожки расположены на лицевой стороне пластины, «-» — на обратной. Перед пайкой тщательно нанесите флюс и припой для соединения контактов.
2. Производим пайку всех фотоэлементов последовательно по рядам сверху вниз. Затем ряды также должны быть соединены между собой.
3. Приступаем к склеиванию фотоэлементов. Для этого на центр каждой силиконовой пластины наносим небольшое количество герметика.
4. Переворачиваем получившиеся цепочки с фотоэлементами лицевой стороной (там, где синие пластины) вверх и размещаем пластины по разметке, которую мы нанесли ранее. Аккуратно нажмите на каждую пластину, чтобы зафиксировать ее на месте.
5. Контакты крайних фотоэлементов выводим на шину, соответственно «+» и «-». Для шины рекомендуется использовать более широкий проводник из серебра.
6. Солнечную батарею необходимо оборудовать блокировочным диодом, который подключается к контактам и предотвращает разряд аккумуляторов через конструкцию в ночное время.
7. В дне карказа сверлим отверяты для вывода проводов естественно.

Провода нужно прикрепить к каркасу, чтобы они не болтались, это можно сделать с помощью силиконового герметика.

Шаг #4 — тестирование батареи перед герметизацией

Тестирование солнечной энергии продукты в этом меретзации, от име име отранит истранит дерекрености, что что очень время пайки. Лучше всего тестировать после пайки каждого ряда элементов — так гораздо проще выяснить, где контакты плохо соединены.

Для проверки вам понадобится обычный бытовой амперметр. Измерения необходимо проводить в солнечный день в 13-14 часов, солнце не должно быть скрыто тучами.

Выносим форму на высоту и устанавливаем установленное с предварительно рассчитанным углом наклона. Амперметр подключается к контактным батареям и проводится межемер короцкого заказувая токра.

Смысл испытания в том, что рабочая сила электрического тока должна быть на 0,5-1,0 А ниже силы тока короткого замыкания. Индикация прибора должна быть выше 4,5 А, что говорит об эффективности солнечной батареи.

Если тестер выдајать меньшие загадки, то где программа нарочна загадки сообщение фотоэлементов.

Обычно самодельная солнечная батарея, сконструированная из фотоэлементов группы В, дает показания 5-10 А, что на 10-20% ниже, чем солнечные панели промышленного производства.

Галерея изображений Фото с шага 9: После проверки работоспособности частей аккумулятора, запаянных на площадку, их помещают в корпус Шаг 10: Накладки с пластинами внутри корпуса закрепляют на четырех винтах. Провод, соединяющий части батареи, пропускается через вентиляционные отверстия. Шаг 11: К каждой половинке собранной батареи последовательно подключается диод Шоттки. Его минус вышел к плюсу стистемы Шаг 12: Для вывода проводов из корпас выходит отроей. Провода завязываются узлом, чтобы не болтались, и фиксируются герметиком.

К аккумулятору устройства присоединяется соответствующая розетка, которая будет заряжать аккумулятор.Шаг 15: После сборки обеих частей устройства и подключения линии питания наружу, аккумулятор накрывается заранее подготовленным экраном батарея в подготовленном кожухеКрепление основания солнечной батареи внутри кожухаУстановка блокировочного диода ШотткиВывод из кожуха наружу проводов прибораЖдем затвердевания герметикаПрисоединение двухконтактного разъема к проводуУстановка светильника -передающий экран на прибореКонтроль производительности перед пломбированием

Шаг #5 — герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Опломбировать можно только убедившись в работоспособности аккумулятора. Для герметизации лучше всего использовать эпоксидный компаунд, но учтите, что расход материала будет большим, а его стоимость составит примерно 40-45 долларов. Если дорого, то можно вместо него использовать все тот же силиконовый герметик.

При использовании силиконового герметика отдавайте предпочтение тому, на упаковке которого указано, что он пригоден для использования при минусовых температурах

Существует два способа герметизации:

• полная заливка, когда панели заливаются меретиком;
• нанесение герметика на пространство между фотоэлементами и внешними элементами.

В первом случае герметизация будет более надежной. После заполнения герметик должен затвердеть. Затем сверху устанавливается оргстекло и плотно прижимается к пластинам с силиконовым покрытием.

Для обеспечения амортизации и дополнительной защиты между задней поверхностью фотоэлементов и рамкой из ЦСП многие мастера советуют устанавливать жесткую поролоновую прокладку шириной 1,5-2,5 см.

Делать это не обязательно, но желательно, учитывая, что кремниевые пластины достаточно хрупкие и легко повреждаются.

После установки оргстекла на конструкцию кладут груз, под действием которого высвобождаются пузырьки воздуха. Солнечная батарея готова и после повторных испытаний ее можно установить в заранее выбранном месте и подключить к солнечной системе вашего дома.

Другие видео инструкции