0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Делаем солнечную батарею сами

Делаем солнечную батарею сами

Электроэнергия пронизывает жизнь современного человека. Все механизмы, облегчающие его быт и труд, используют ее как основу своей работы, преобразовывая поток электронов в действие, свет, тепло или холод. Как и у всего применяемого в нашем мире, – ресурс ее возобновляем, но имеет свою стоимость выработки, уменьшить которую желают, наверное, все пользователи систем энергоснабжения. Одним из вариантов уменьшения будет солнечная батарея, собранная своими руками. Один из рекламных щитов экологической энергетики

Повсеместное распространение системы возобновляемой энергии не получили из-за высокой начальной цены на компонентные составляющие.

К примеру, нормальный, 5 кВт ветрогенератор, которого будет достаточно для снабжения электроэнергией одного дома, стоит более 80 000 рублей. К нему нужна мачта, а это еще 60 тысяч, инвертор от 35 000 рублей, контроллер сети, цена которого начинается для 5 киловатт с 90 000. Также понадобится хороший, емкий аккумулятор. Стоимость проводки, растяжек для мачты и прочего сопутствующего оборудования в расчет даже не берется. Общая изначальная цена основы подобной «возобновляемой» электроэнергии составит около 300 тысяч, что далеко не каждому по карману.

Не стоит забывать и о том, что каждый генерирующий источник электроэнергии требует периодического обслуживания. К примеру, смазка вращающихся частей ветро-, водо- и приливных генераторов, чистка стекла и поверхности солнечных панелей, периодическая проверка, обмывка и перемещение элементов Пельтье. Обслуживание самодельного ветряка

Чтобы уменьшить расходы на запуск собственной экологической мини-электростанции, можно собрать ее самостоятельно из подручных материалов или уже готовых частей. Как наиболее экономичные, требующие меньше всего внимания при эксплуатации, рекомендуется использовать солнечные панели.

  1. Конструкция и принцип работы солнечной батареи
  2. Разновидности фотоэлементов и их особенности
  3. Преимущества и недостатки использования
  4. Что влияет на эффективность солнечных батарей?
  5. Солнечная батарея своими руками из подручных средств
  6. Выбор правильного места
  7. Проведение расчетов
  8. Какие материалы понадобятся?
  9. Изготовление каркаса
  10. Пайка пластин
  11. Сборка и тестирование
  12. Основные ошибки при установке солнечных батарей
  13. Неординарные батареи из подручных средств

Материалы для изготовления

Для того, чтобы сделать устройство в домашних условиях, Вам понадобятся:

  1. Тонкий медный лист. Средняя его стоимость около ста пятидесяти рублей за 0,9 м2. Потребуется где-то 0,45 м2.
  2. «Крокодилы» в числе двух штук.
  3. Тестер или же микроамперметр. Этот прибор нужен для измерения силы тока и оценки эффективности источника энергии.
  4. Электроплита, мощностью от 1100 Ватт, нужно, чтобы спираль в ней раскалялась до красна.
  5. Пластиковая бутылка, у которой надо самому отрезать горлышко.
  6. Обычная соль. Несколько столовых ложек.
  7. Подогретая вода.
  8. Мелкая наждачная бумага (нулевка).

Подготовка инструментов и выбор материалов

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

  • Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие оловянные сплавы.
  • Соединительные провода – подбираются однопроволочные медные марки. Для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин применяются голые проводники, а для отвода электроэнергии изолированные.
  • Рамка – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих, металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
  • Стекло или полимерная пластина – создают защитный слой поверх монокристаллических пластин, также, в сочетании с рамой, служат для скрытия элементов от воздействия атмосферных осадков и механических воздействий.
  • Герметик – наилучшим материалом для герметизации является эпоксидный компаунд, но это достаточно дорогостоящее удовольствие, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
  • Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Экономить при выборе батареи не стоит, так как качественная модель прослужит гораздо дольше.
  • Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батареи любых бытовых приборов.

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

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Читать еще:  Свидание и отношения

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

Современные устройства со встроенными солнечными модулями

  • Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство, зависимо от модели может дополняться различными функциями, как, к примеру, фонариком.
  • Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
  • Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.

Возможности эксплуатации настолько разнообразны, а технологии так быстро развивается, что скоро солнечные модули охватят все сферы жизни современного человека.

Сборка корпуса

Самый простой корпус для панели домашней солнечной батареи изготавливают из фанеры или листового пластика:

  • Вырезают по размеру лист, к которому крепят панель.
  • По периметру листа крепят саморезами или на клей небольшие бортики высотой чуть больше толщины панели.
  • Сверлят отверстия под выходной кабель с клеммами для подключения аккумулятора.
  • Подключают к панели кабель через диод Шотки (это надо, чтобы обезопасить аккумулятор от короткого замыкания).
  • Сверху накрывают лист светопрозрачным листом — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Крепят его к бортам саморезами.

В качестве средства повышения эффективности панели из одного блока иногда используют алюминиевые банки. Такая солнечная батарея своими руками выглядит так:

В этой конструкции донышко от алюминиевой банки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» в фокусе отраженные лучи света.

Даже если кристалл полупроводника не лежит в главном фокусе, он все равно расположен на главной оптической оси, а это уже увеличивает концентрацию светового потока. Но такая конструкция оправдана в случае, если размеры панели не имеют значения, а количество диодов или транзисторов ограничено.

Проект системы и выбор места

Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.

Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант – батареи, которые могут менять угол наклона.

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

Единственное условие – батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.

Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.

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

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

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

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

Читать еще:  Ремонт кафельной плитки на полу

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

Инструменты

Одним из наиболее практичных источников альтернативной энергии считается солнечная батарея. Она способна накапливать и преобразовывать свет в электричество даже в условиях облачности. Тем не менее, ее стоимость не позволяет отечественному потребителю перейти на независимое электроснабжение. Решение — самодельная солнечная батарея.

Оглавление:

  1. Устройство солнечной батареи
  2. Электрическая схема солнечной батареи
  3. Принцип солнечной батареи: как это работает
  4. Конструкция солнечных батарей
  5. Производство солнечных батарей
  6. Система солнечных батарей
  7. Применение на практике

Устройство солнечной батареи

В отношении солнечной батареи, как нельзя к месту, фраза все гениальное — просто. Устройство состоит из двух элементов:

  • блоков преобразователей;
  • корпуса батареи.

Все остальное — это контакты, микросхемы и дополнительные гаджеты, которые нужны исключительно для увеличения функциональных возможностей солнечной батареи.

Блок преобразователь — это кремниевая пластина, которая изготовлена либо монокристаллическим, либо поликристаллическим методом. Первый вариант, более эффективный, второй — более дешевый.

Корпус батареи, как правило, изготавливают из пластика. Это обычная плита, к которой крепятся блоки преобразователи.

Электрическая схема солнечной батареи

Правильное подключение блоков преобразователей — это главный залог успешной работы солнечной батареи. При параллельном подключении увеличивается сила тока, при последовательном — напряжение. Для того, чтобы оба эти параметра были максимальными, используют параллельно-последовательное подключение.

От перегревания и перегорания контактов при сверх нагрузках защищают диоды, по одному на каждую четверть фотоэлемента. Если диодов нет, то блок преобразователь выйдет из строя после первого дождя.

Так как напряжение и сила тока на солнечной батарее не соответствуют параметрам бытовой техники, необходимо осуществить накопление и перераспределение электроэнергии. Для этого подключаются два аккумулятора. Первый, является накопительным, второй — резервным.

Наличие двух аккумуляторов объясняется тем, что в хорошую солнечную погоду зарядка идет достаточно быстро, поэтому необходимо куда-то девать избыточную энергию. За процессом следит специальный контроллер, сделанный по принципу реостата. При достижении 80-90% заряда основного аккумулятора, контроллер переводит подачу электричества на дополнительный.

Важно: принцип работы описан поверхностно, поскольку для создания самодельной солнечной батареи особого значения не имеет.

Принцип солнечной батареи: как это работает

Блоки преобразователи или фотоэлемнты — это кремниевые пластины. Кремний или силиций — это морской песок, вернее это вещество наиболее соответствует чистому силицию по химическому составу. Песок, имеет ту же атомную решетку, что и алмаз. Хрупкость материала связанна с более длинным расстоянием между атомами. Именно эта схожесть позволила существенно удешевить технологию производства солнечных батарей и запустить ее на конвейер.

В чистом виде, кремний является полупроводником, поэтому его кристаллизуют. Поликристаллы изготовить проще, но они имеют значительно больше граней, в результате чего электроны не могут двигаться прямолинейно. Монокристалл обеспечивает прямолинейное поступательное движение частиц. Кроме того, электропроводность повышается добавлением в кристаллическую решетку атомов мышьяка или фосфора.

Еще одно интересное свойство силиция — он невидим для инфракрасного излучения. Таким образом, фотоэлемнты поглощают только полезную часть солнечного спектра.

Преобразование света проходит по следующему принципу:

  • солнечная энергия попадает на кремниевые пластины;
  • они нагреваются и высвобождают электроны;
  • электроны начинают активное движение от пластин по проводникам;
  • проводники заряжают аккумулятор.

Конструкция солнечных батарей

Переходя от теории к практике, первым делом, необходимо выполнить расчеты и определить количество блоков преобразователей. Для этого необходимо определить мощность солнечного света. На входе в атмосферу она составляет около 1300 Вт/м², но возле земли, особенно в облачную погоду, редко превышает 200 Вт/м², при этом следует понимать, что около 40% спектра — бесполезное инфракрасное излучение, т.е. реальная мощность всего 120 Вт/м². В солнечную погоду, когда солнце в зените, мощность возрастает до 500-600 Вт/м², но закладываться на такие высокие показатели не стоит, поэтому будем считать по минимуму.

Интенсивное солнечное излучение на протяжении года составляет в среднем 9 часов. Следовательно, солнечная батарея площадью 1 м² за день производит 120*9=1 кВт электроэнергии. При этом нужно учесть еще и КПД, максимальное — 25%. Таким образом, за сутки с солнечной батареи площадью 1 м² можно получить около 0,3 кВт электроэнергии. Если на дворе стоит солнечная погода, то около 0,6 кВт.

Далее необходимо рассчитать количество потребляемой энергии за день. Для этого нужно разделить предыдущие показания счетчика на 30. Т.е. если в прошлом месяце было израсходовано 300 кВт, то расход в день составит 10 кВт в сутки. Чтобы полностью обеспечить такой дом электроэнергией потребуется примерно 20 м² солнечных батарей.

Важно: для качественного и бесперебойного электроснабжения понадобятся дорогие аккумуляторы для солнечных батарей. Это обстоятельство объясняется не только большой емкостью, но и устойчивостью электролита к постоянному режиму зарядки-разрядки.

Производство солнечных батарей

Процедура самостоятельной сборки не требует особых навыков и сводится к выполнению простой инструкции:

1. Изготовить основу для фотоэлементов.

2. Подготовить основу к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Читать еще:  Зачем нужен автокран?

3. Закрепить блоки преобразователи.

4. Соединить блоки проводами.

5. Защитить фотоэлементы при помощи установки стеклянной крышки.

6. Подключить выход к аккумулятору.

С каждым из пунктов нужно разобраться детальнее, чтобы в последствии не было ошибок. Например, для основы используют либо твердый пластик, либо дерево. Другие материалы категорически не допускаются по технике безопасности. Пластик более прост в обработке, но от высоких температур он быстро теряет свои свойства. Термостойкие модификации стоят, как правило, дороже чем дерево.

Деревянная основа изготавливается из обычной фанеры не менее 4 мм в толщину. Вырезается основание, размеры которого зависят от количества и размеров фотоэлементов. По краю основания устанавливается защитная гарда или бортик. Такой же бортик должен быть по периметру каждого фотоэлемента. Лучше, если он будет изготовлен из рейки или деревянного массива.

В получившихся квадратиках нужно просверлить дырки под контакты. В зависимости от размеров фотоэлементов, их число равняется 4, 6 или 8. Для сверления лучше использовать сверло в 6 или 8 мм, чтобы отверстие было достаточно большим и контакты не соприкасались с деревом. В идеале каждое отверстие желательно обработать жидкой резиной или битумом. Это исключит возможность возгорания.

Далее заготовку нужно обработать защитными антисептиками, прогрунтовать и покрасить. Краска, как не сложно догадаться, должна быть белой, чтобы не рассеивать солнечную энергию. Кроме того, акрилосодержащие краски лучше не использовать, поскольку они подвержены разрушению под воздействием прямых солнечных лучей.

Блоки преобразователи крепятся либо на клей, но в таком случае их повторное использование будет невозможно, либо вставляются в специальные защелки. Если размер солнечной батареи небольшой, до 1 м², допускается фиксация фотоэлементов без дополнительного крепления.

Следующий шаг — соединение всех контактов. Делать это можно либо параллельно, либо последовательно. Так как смешанная схема предполагает наличие дополнительного дорогостоящего оборудования и на реальное КПД влияет достаточно опосредованно. Для соединения контактов нужен паяльник и качественный припой, лучше, если это будет серебро.

Совет: работать с солнечными батареями намного удобнее при помощи газовых паяльников, поскольку они обеспечивают больше мобильности.

Когда конструкция готова, ее необходимо защитить от попадания влаги и мусора. Для этого подойдет ударопрочное оргстекло. Установка солнечных батарей предполагает минимальное участие в процессе преобразования и накопления электроэнергии, поэтому на защитном коробе экономить не стоит. Способ фиксации — молекулярный клей.

Совет: подобное клеящее вещество лучше покупать в узкопрофильных, специализированных магазинах, поскольку в строительных гипермаркетах, и тем более, на рынке, найти настоящий молекулярный клей практически невозможно.

Аккумулятор имеет два полюса, важно подключить фотоэлементы так, чтобы полюсность была одинаковой. Иначе, солнечная батарея спалит аккумулятор.

Еще один принципиальный момент подключения солнечных батарей — вольтаж. Напряжение на выходе должно быть на 30-40% больше, чем напряжение на аккумуляторе, иначе процесс зарядки не пойдет. Это обстоятельство является главным минусом любой солнечной батареи. Единственное решение проблемы — установка трансформатора, который будет выравнивать напряжение от аккумулятора к электросети. При этом не стоит забывать, что порядка 30% электроэнергии будут потеряны.

Система солнечных батарей

Описанная инструкция справедлива по отношению к одной солнечной батарее, но для обеспечения дома электричеством понадобится несколько таких изделий. Чтобы определить, как связывать между собой отдельные солнечные батареи, необходимо для начала определиться с порядком их работы. Варианта есть два:

  • несколько малоемких аккумуляторов, подающих ток на трансформатор;
  • один мощный аккумулятор.

Схема подключения солнечных батарей от нескольких аккумуляторов, также, имеет свои вариации:

  • каждый отдельный аккумулятор питает конкретный прибор;
  • все аккумуляторы передают электричество на трансформатор, который обеспечивает электричеством дом.

Первый вариант предпочтительнее, поскольку позволяет уменьшить нагрузку на отдельно взятый аккумулятор. Для реализации такой схемы солнечная батарея и прибор подключаются к источнику питания напрямую. При использовании трансформатора необходимо создать стационарную электроразводку. Этот вариант более актуален для мощных аккумуляторов.

Применение на практике

Учитывая, что стоимость новых фотоэлементов начинается от 900 руб. за штуку, а для сборки одной батареи их нужно не менее 30, становится очевидным — альтернативная энергетика является очень дорогим удовольствием. Определенным выходом станет приобретение б/у элементов солнечных батарей. Это снизит стоимость минимум вдвое.

Для изготовления батареи площадью 1 м², при использовании стандартных фотоэлементов, понадобится 60 шт. кремниевых пластин. Стоимость одной батареи 60*900=54 000 руб. Т.е. для полного перехода на независимое электропитание понадобится вложить более миллиона рублей.

Из-за такой дорогой стоимости, солнечные батареи применяются только в качестве вспомогательного электропитания. Наиболее часто встречается освещение на солнечных батареях. И этому есть вполне логичное объяснение.

При использовании энергосберегающих ламп на 20 или 40 В, достаточно собрать небольшую батарею, цена которой, вместе с аккумулятором и дополнительными материалами, будет около 30 000 руб. Этой батареи с лихвой хватит, чтобы обеспечить освещение не только внутри дома, но и на улице. Вместо стандартных включателей, устанавливают светореагирующие тумблеры, которые автоматически включают освещение при снижении интенсивности солнечного света. В доме лучше установить стандартные выключатели или диммеры.

Шаг 6: Установите коробку клемм

Установите клеммную коробку на задней панели и припаяйте клеммы исходящей шины к клеммной колодке. Коробка может быть закреплена винтами на деревянной подложке или, если используется стеклянная подложка, также может быть прикреплена с помощью силикона.

Наконец, прикрепите любой монтажный кронштейн к задней панели, и ваша солнечная панель готова.

Подключите ее к контроллеру заряда для зарядки аккумуляторов или напрямую к вашей сети постоянного тока. Если вам нужен переменный ток, то необходимо подключить инвертор — поищите руководства по выбору инвертора.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector