Эффективная солнечная батарея своими руками

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.

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.

Установка

Монтировать батарею необходимо по месту максимальной освещенности солнечным светом. Панели могут крепиться на крыше дома, на жестком или поворотном кронштейне.

Лицевая часть солнечной батареи должна быть обращена на юг или юго-запад под углом от 40 до 60 градусов. При монтаже нужно учитывать внешние факторы. Панели не должны загораживаться деревьями и другими предметами, на них не должна попадать грязь.

Несколько рекомендаций, которые помогут сберечь деньги и время при изготовлении солнечных панелей:

1. Лучше покупать фотоэлементы с небольшими дефектами. Они также работоспособны, только имеют не такой красивый внешний вид. Новые элементы очень дороги, сборка солнечной батареи будет экономически не оправдана. Если нет особой спешки, пластины лучше заказать на eBay, это обойдется еще дешевле. С пересылкой и Китая нужно быть осторожнее – большая вероятность получить бракованные детали.
2. Фотоэлементы нужно купить с небольшим запасом, велика вероятность их поломки во время монтажа, особенно, если нет опыта сборки подобных конструкций.
3. Если элементы пока не используются, следует припрятать их в надежное место во избежание поломок хрупких деталей. Нельзя складывать пластины большими стопками – они могут лопнуть.
4. При первой сборке следует изготовить шаблон, на котором будут размечены места расположения пластин перед сборкой. Так легче вымерять расстояния между элементами перед пайкой.
5. Паять необходимо маломощным паяльником, и ни в коем случае не применять усилие при пайке.
6. Для сборки корпуса удобнее применять алюминиевые уголки, деревянная конструкция менее надежная. В качестве листа с тыльной стороны элементов лучше использовать оргстекло или другой подобный материал и надежнее, чем крашеная фанера, и эстетично выглядит.
7. Располагать фотоэлектрические панели следует в местах, где солнечное освещение будет максимальным в течение всего светового дня.

Принцип работы солнечной батареи

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall — аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт — и домашняя зарядка для электромобилей)

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Сборка

При первой сборке лучше воспользоваться заготовленной разметочной подложкой, помогающей расположить ровно элементы друг от друга. Основу выполняем из фанеры с обязательным маркированием уголков конструкции. После пайки на элемент батареи с обратной стороны крепим кусок ленты для монтажа, и таким образом их переносим. Герметизации подвергаются исключительно соединительные части.

Дальнейшие действия выглядят следующим образом:

• Выложите элементы на поверхность стекла.
• Между элементами оставьте расстояние и прижмите их грузами.
• Пайку сделайте по электрической схеме, то есть «Плюсовые» дорожки размещаются на лицевой стороне, а «минусовые» дорожки — на обратной стороне.
• Аккуратно припаяйте серебряные контакты.
• Соедините по этому принципу все элементы. В крайних элементах контакты выводят на шину «плюс» и «минус».

Рекомендуется также поставить «среднюю» точку, с двумя дополнительными шунтирующими диодами. Клемму устанавливают с внешней стороны нашей рамы. В качестве выводящих проводов можно использовать акустический кабель в изоляции. Все провода прочно фиксируются силиконом.

Грамотная конструкция системы позволит обеспечить необходимую мощность батареи. При расчете конструкции учитывают, что для изготовления одной солнечной батареи всегда берут солнечные модули только одного размера, так как в системе максимальный ток ограничен током самого малого элемента.

Стандартные расчеты показывают, что в солнечный день получают с 1 метра панели около 120 Вт мощности. Конечно, такая мощность не даст необходимого напряжения даже для компьютера. Но уже панель в 10 метров даст 1 кВт энергии и обеспечит энергией работу основных приборов дома: светильников, телевизора, холодильника и компьютера. Для обычной семьи из 4 человек необходимо в месяц около 300 кВт, поэтому система, установленная оптимально с южной стороны, размером 20 метров обеспечит семейные потребности в электроэнергии

С целью оптимизации потребления энергии для освещения важно использовать в доме лампочки переменного тока — светодиодные и люминесцентные

Солнечная батарея своими руками – как сделать, собрать и изготовить?

Отходя от самодельных вариантов мы уделим внимание уже более серьёзным вещам. Сейчас мы поговорим о том, как правильно собрать и изготовить настоящую солнечную батарею своими руками

Да – такое тоже возможно. И хочется вас уверить – она будет не хуже покупных аналогов.

Для начала стоит сказать, что, вероятно, вы не сможете найти на свободном рынке сами настоящие кремниевые панели, которые используются в полноценных солнечных батареях. Да и стоит они будут дорого. Мы же будем собирать нашу солнечную батарею из монокристаллических панелей – варианте более дешёвом, но отлично показывающим себя в плане выработки электрической энергии. Тем более что монокристаллические панели легко найти и стоят они достаточно недорого. Они бывают разных размеров. Самый популярный и ходовой вариант – 3х6 дюймов, который вырабатывает 0,5В в эквиваленте. Таких нам будет достаточно. В зависимости от ваших финансов вы можете купить их хоть 100-200 штук, но сегодня мы соберём вариант, которого хватит на то, чтобы запитать небольшие аккумуляторы, лампочки и прочие небольшие электронные элементы.

Выбор фотоэлементов

Как мы утверждали выше – мы выбрали монокристаллическую основу. Найти её можно где угодно. Самое популярное место, где её продают в гигантских количествах – это торговые площадки Amazon или Ebay.

Главное помните, что там очень легко нарваться на недобросовестных продавцов, так что покупайте только у тех людей, у кого достаточно высокий рейтинг. Если у продавца хороший рейтинг, то вы будете уверены, что ваши панели дойдут до вас хорошо запакованные, не битые и в том количестве, в котором вы заказывали.

Выбор места (система ориентации), проектирование и материалы

После того, как вы дождётесь вашу посылку с основными фотоэлементами, вы должны хорошо выбрать место для установки вашей солнечной батареи. Ведь вам нужно будет, чтобы она работала на 100% мощности, не так ли? Профессионалы в этом деле советуют проводить установку в то место, где солнечная батарея будет направлена чуть ниже небесного зенита и смотреть в сторону Запада-Востока. Это позволит практически весь день “ловить” солнечный свет.

Изготовление каркаса солнечной батареи

Для начала вам требуется изготовить основание солнечной батареи. Оно может быть деревянное, пластиковое или алюминиевое. Лучше всего себя показывает дерево и пластик. Оно должно быть достаточного размера, чтобы в ряд поместить все ваши фотоэлементы, но при этом они не должны будут болтаться внутри всей конструкции.

После того, как вы собрали основание солнечной батареи вам потребуется просверлить множество отверстий на его поверхности для будущего выведения проводников в единую систему.

Кстати не забудьте, что всё основание требуется сверху закрыть оргстеклом для защиты ваших элементов от погодных условий.

Пайка элементов и подключение

После того, как ваше основание будет готово вы можете размещать ваши элементы на его поверхности. Фотоэлементы размещаете вдоль всей конструкции проводниками вниз (просовываете их в наши просверленные отверстия).

Затем их требуется спаять между собой. В интернете есть множество схем, по которым происходит пайка фотоэлементов. Главное – соединить их в своеобразную единую систему для того, чтобы они все вместе могли собирать полученную энергию и направлять её в конденсатор.

Последним шагом будет припайка “выводного” провода, который будет подключён к конденсатору и выводить в него получаемую энергию.

Монтаж

Это финальный шаг. После того как вы убедитесь в том, что все элементы собраны верно, сидят плотно и не болтаются, хорошо закрыты оргстеклом – можно приступать к монтажу. В плане монтажа солнечную батарею лучше крепить на прочное основание. Отлично подойдёт металлический каркас, укреплённый строительными шурупами. На нём солнечные панели будут сидеть прочно, не шататься и не поддаваться никаким погодным условиям.

На этом всё! Что мы имеем в итоге? Если вы сделали солнечную батарею, состоящую из 30-50 фотоэлементов, то этого будет вполне достаточно для того, чтобы быстро зарядить ваш мобильный телефон или зажечь небольшую бытовую лампочку, т.е. у вас на выходе получилось полноценное самодельное зарядное устройство для зарядки аккумулятора телефона, уличного дачного светильника, либо небольшого садового фонарика. Если же вы сделали солнечную панель, к примеру, в 100-200 фотоэлементов, то тут уже может идти речь о “запитке” некоторых бытовых приборов, например, кипятильника для нагрева воды. В любом случае – такая панель будет дешевле покупных аналогов и сохранит вам деньги.

Способ изготовления солнечных батарей

Сначала определимся что нужно:

• Фотоэлементы.
• Основание для крепления самого ценного.
• Площадка где будет стоять будущая электростанция.

Теперь разберемся детальнее с каждым пунктом.

Сборка солнечных модулей из кремниевых фотоэлементов

Фотоэлементы с одного бока покрыты тонким слоем фосфора. Иногда там может быть бор.

Данный слой концентрирует в одном месте большое количество электронов. Они не разбегаются так как удерживаются фосфорной пленкой.

На пластине прикреплены металлические дорожки, по которым в дальнейшем протекает электрический ток. Данные кремневые элементы достаточно хрупкие поэтому будьте аккуратными при работе с ними.

Уровень напряжения зависит от количества таких полноценных пластинок.

Основные составляющие части:

1. Кремневые пластины.
2. Рейки.
3. ДСП, несколько листов.
4. Уголки из алюминия.
5. Поролон толщиной 1,5-2,5 см.
6. Что-то прозрачное для основания кремниевых пластин. Обычно это оргстекло.
7. Шурупы или саморезы.
8. Герметик.
9. Провода.
10. Клейма.
11. Диоды.

Так же потребуются такие инструменты как:

• Ножовка.
• Шуруповерт.
• Паяльник.
• Мультиметр.

Для самостоятельной сборки солнечного модуля используют моно или поликристаллические фотоэлементы с параметрами 3 на 6 дюйма. Их можно отыскать в любом китайском магазине. Чтобы с экономить можно приобрести «специальные группы-пачки». Правда в них часто встречается брак.

Масса торговых точек продает фото пластины пачками по 36 или 72 штуки.

Чтобы соединить разделенные пластины-модули нужны специальные шины. А что бы сборку включить потребуются клеймы.

Теперь, когда с кремневыми фотоэлементами стал все ясно, идем собирать основание.

Остов для солнечной батареи

Это самое простое что можно изготовить в домашних условиях! Обычно его выполняют из реечек или алюминиевого профиля. Его без проблем можно приобрести в хозяйственном магазине. Целесообразно работать с алюминием по следующим причинам:

• Он легкий и не очень давит на опорную установку.
• Не ржавеет.
• Не поглощает влагу.
• Не подвержен гниению в отличие от древесины.

Прозрачный элемент

При покупке обратите внимание на:

• Процент преломления солнечного света. Чем он ниже, тем лучше! КПД пластин будет больше.
• На сколько он поглощает инфракрасные лучи.

На его роль подойдут:

• Плексиглас.
• Поликарбонат. Чуть хуже.
• Оргстекло.

От уровня поглощения зависит будет ли повышаться температура на кремниевых пластинах. Лучше всего пользоваться антибликовым прозрачным стеклом.

Определяемся с местом

Размер солнечного модуля зависит от количества, фотоэлементов, которые будут в него установлены. Лучше всего ставить батареи в место куда свет солнца падает со всех сторон. Так же можно оснастить подобную электростанцию автоматическим поворотом. То есть она будет всегда повернута к солнцу за счет этой штуки. Поворотное устройство для солнечной батареи можно изготовить своими руками.

Проследите за тем чтобы тени домов и деревьев не падали на нашу самодельную солнечную батарею.

Угол наклона зависит от:

• Климата.
• Того где находится дом.
• Времени года.

Солнечные элементы питания выдают максимальный КПД в тот момент, когда лучи падают перпендикулярно.

По некоторым расчетам было выяснено что 1кв метр выдает 120 Вт. В результате этого можно предположить, что на обычный дом в месяц будет уходить 300 кВт. Поэтому нужно задействовать площадь в 20 квадратных метров.

В результате всего выше сказанного солнечная батарея, выполненная своими руками, поможет сэкономить часть средств на электричество.

Солнечная панель из простых алюминиевых банок

Невероятно практичная конструкция гелионагревателей создается из пивных или банок из под газировки. Стоит всего лишь набрать необходимое количество пустых алюминиевых банок.

Сборка банок в единую систему выглядит следующим образом:

1. Подготовка банок. Каждая банка промывается, дно пивных банок пробивается для потока воздуха в целях сбора тепла.
2. Производится обезжиривание поверхности банок.
3. Подготовленные банки склеиваются друг на друга, как конструктор.

Каркас под теплообменник нужно изготовить из основы, деревянной рамы и оргстекла для лицевой отделки. Подложку основы лучше сделать из фольги. Ведь, как известно, установка подложки из фольги повышает светоотражающие качества основы.

Аккумулирование природного солнечного света является полезным действом, что касается экологии. К тому же производство солнечного света совершенно бесплатно и доступно на любом открытом участке дачи. И к тому же, такая приятная экономия денежных средств вас приятно удивит.

Характеристики фотоэлементов

Принцип работы генератора основан на свойства некоторых материалов под воздействием света вырабатывать электроны. Разработано несколько видов кремнийсодержащих панелей:

Монокристаллические самые жесткие, тяжелые, хрупкие. С большим КПД, не менее 14%, современные аналоги мощнее, отдача до 35%.

Поликристаллические прочнее однородных, легче, прочнее. По мощности и свойствам уступают монокристаллам: КПД панели не выше 9%, срок эксплуатации 20 лет.

Зато разноориентированные кристаллы вырабатывают электроны под рассеянным светом:

• в условиях затенения;
• средней облачности;
• сумерках.

Аморфные – гибкие, тонкопленочные, легкие. КПД до 100%,срок эксплуатации не менее 15 лет.

Зависимы от степени освещенности, на порядок дороже монокристаллических. Легко монтируются, прочные. Их нашивают на сумки, рюкзаки, жилеты, используют для подзарядки гаджетов.

Для домашних солнечных генераторов используют первые и вторые, третьи слишком долго будут окупаться. Собирать преобразователь лучше из панелей типа В – это преобразователи с небольшими дефектами: сколотыми краями, царапинами.

На качестве готового генератора они не сказываются. Панели с маркировкой «В» дешевле первосортных аналогов в 2-3 раза.

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• из аморфного Si.

Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами

В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов

Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.

Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:

• на основе теллурида кадмия;
• из тонких полимеров;
• с использованием индия и селенида меди.

О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

Шаг 1: Расчет нагрузки

Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:

1. Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
2. Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
3. Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).

Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.

Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.

Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.