Солнечная батарея своими руками: экологичная дешёвая электростанция. Как сделать солнечную батарею в домашних условиях?

Солнечный свет вызывает накопление избытка электронов в одном слое и отсутствие их в другом. Избыточные электроны перемещаются в область, где наблюдается недостаток, этот процесс известен как p-n контакт.

Как самостоятельно создать солнечные батареи для загородного дома

Идея самодостаточного жилья волнует многих владельцев дачных участков. Это не удивительно: расходы на содержание возрастают дважды в год, а ресурсы природы — вода, тепло и солнечная энергия — доступны нам всегда. Природа предоставляет все необходимое, так почему бы не воспользоваться ее щедростью? Возьмем, к примеру, энергию нашего солнца. Это фактически бесплатные киловатты, которые можно получить, если изготовить свои собственные солнечные панели. Конечно, существует возможность покупки готового изделия, однако создание солнечной батареи своими руками позволяет существенно сэкономить. Давайте рассмотрим, как построить небольшую электростанцию у себя дома.

Читать статью.

Структура и принцип работы солнечных панелей

Если вы изучали физику в школе, то вам, вероятно, знаком термин «полупроводник». Солнечные панели функционируют именно благодаря им. Умные ученые разработали кремний, который на сегодняшний день считается самым эффективным из известных полупроводников. Когда верхняя кремниевая пластина нагревается, электроны в ней перемещаются к нижней пластине, но затем возвращаются на свои места. В процессе этого движения через соединительные провода они производят электричество, которое заряжает аккумуляторы. В общем, секрет заключается в электронах, которые перемещаются и направляются в нужном направлении.

ФОТО: pro-dachnikov.com Для достижения максимальной активности кремниевых ячеек была разработана технология монокристаллических солнечных модулей, позволяющая создать кристаллы кремния с минимальным числом граней. Это упрощает перенос электронов внутри солнечной батареи.

Как функционирует солнечная панель? В состав системы входят сами кремниевые коллекторы, устройства преобразования радиационной энергии в электрическую, аккумуляторы для хранения полученной энергии, а также дополнительные компоненты, помогающие накапливать энергию в интересах владельца. Полупроводниками служат модули преобразования, фотоэлектрические элементы и кремниевые пластины. Кремний может быть использован как в monocrystalline (монокристаллическом), так и в polycrystalline (поликристаллическом) варианте, причем второй метод отличается меньшей эффективностью.

Батареи играют важную роль в накоплении энергии, и рекомендуется использовать две из них (вторая батарея выполняет функцию резервного источника). Основная батарея аккумулирует энергию и передает её напрямую к домашним электроприборам, в то время как резервная батарея нужна для хранения избытка энергии. Когда уровень напряжения в сети начинает снижаться, активируется аварийный источник питания.

ФОТО: nazya.com Контроллеры являются ключевыми компонентами солнечной энергетической системы; без них невозможно надежно и эффективно распределить потоки энергии между устройствами батареи. Хотя они по сути выполняют функции простых регуляторов мощности, их роль крайне важна.

При самостоятельном изготовлении солнечного модуля нельзя недооценивать ни один составляющий элемент. Каждый из них, даже самый незначительный, играет свою уникальную роль. Например, диоды. Они могут показаться ненужными, однако их основная задача — защита узлов от перегрева.

Типы фотоэлементов и их особенности

Существует несколько видов кремниевых пластин для солнечных модулей: поликристаллические и монокристаллические. Давайте разберемся в их отличиях и выясним, какие из них обладают наибольшей эффективностью:

• Монокристаллические солнечные элементы имеют более высокую стоимость по сравнению с поликристаллическими аналогами, так как их изготовление требует применения более сложных технологий. КПД таких элементов достигает 25 %, и срок их службы составляет не менее 25 лет. Этот временной период является весьма значительным для солнечных батарей. За указанный срок они теряют лишь около 5 % своей производительности, что является несущественным уменьшением. Монокристаллические солнечные коллекторы эффективно улавливают солнечную энергию на всей своей поверхности и способны функционировать даже в условиях облачной погоды. Хотя такие батареи стоят дороже, они быстрее окупают свои расходы по сравнению с поликристаллическими. Кроме того, для достижения необходимой выработки электроэнергии им требуется меньшее количество панелей, что означает, что фотоэлектрические элементы из монокристаллического кремния требуют меньшей площади установки.

• Поликристаллические солнечные панели сравниваются с монокристаллическими, прежде всего из-за использования менее качественного кремния. Процесс их производства больше основан на простых технологиях, что непосредственно отражается на эффективности итогового продукта. В большинстве случаев поликристаллические панели изготавливаются из остатков монокристаллических элементов. Они имеют характерный голубовато-синий оттенок и легко отличимы. Поликристаллические солнечные ячейки имеют на 20% меньшую эффективность, а их коэффициент полезного действия не превышает 18%. Это соответствует тому, что для получения необходимого объема энергии требуется увеличенная площадь панелей. Тем не менее, даже с учетом кажущейся низкой эффективности, поликристаллические фотоэлектрические элементы пользуются высокой популярностью. Это обусловлено не только ценовыми факторами. Они демонстрируют отличные результаты в условиях облачной погоды, превосходя по этому показателю монокристаллические панели.

ФОТО: tiu.ru Важно подчеркнуть, что научные разработки непрерывно улучшают эффективность этого типа аккумуляторов, поэтому их нельзя сбрасывать со счетов.

Фольгированные солнечные батареи являются новинкой на рынке фотоэлектрических технологий, однако их популярность постепенно возрастает. Хотя цена этих панелей все еще остается достаточно высокой для массового потребления, есть несколько причин рассмотреть возможность их использования:

• Пленочные элементы на основе теллурида кадмия представляют собой космическую технологию, успешно опробованную на беспилотных космических аппаратах. Следует отметить, что при нагревании кадмий выделяет токсичные пары. Тем не менее, в солнечных батареях уровень этих выбросов минимален и практически безвреден в условиях чистого воздуха.
• С другой стороны, солнечные панели CIGS представляют собой совершенно иную категорию. Они безопасны, так как изготавливаются из меди, селена, индия и галлия. Одним из ключевых преимуществ данного типа является его высокая гибкость. Следует отметить, что этот тип также нашел активное применение в космических спутниках и сейчас пользуется большим спросом среди любителей активного отдыха. Коэффициент полезного действия малых солнечных систем CIGS может достигать 20%.

Выяснилось, что для обеспечения полного энергоснабжения в зимний период потребуется в пять раз больше солнечных модулей, чем летом. Поэтому целесообразно установить больше батарей одновременно или рассмотреть возможность применения гибридной системы электропитания в зимние месяцы.

Что собой представляет солнечная батарея

Солнечный модуль — это совокупность специализированных фотоэлектрических элементов, которые преобразуют солнечную энергию в электрическую. Фактическая система, используемая на практике, включает инвертор, устройство зарядки и аккумулятор. Фотоэлектрические элементы соединяются в группы как последовательно, так и параллельно, чтобы достичь необходимого значения тока и напряжения. Инвертор выполняет роль преобразователя постоянного тока в переменный. Устройство зарядки необходимо для пополнения энергии аккумулятора, поскольку ночью солнечного света нет.

Типы солнечных батарей

Солнечные панели имеют различные классификации. Основные виды кремниевых панелей делятся на два типа: монокристаллические и поликристаллические. Монокристаллические панели производятся из высокочистого кремния, в то время как поликристаллические созданы методом постепенного охлаждения кремниевой массы.

Монокристаллические солнечные панели изготавливаются из одного цельного кристалла, который формируется при контролируемых условиях. Они представляют собой тонкий срез этого кристалла. Эффективность работы таких панелей составляет от 17% до 22%. Это наиболее дорогие и качественные компоненты. Внешний вид этих панелей характеризуется черным цветом и прямоугольной формой с закругленными углами.

Поликристаллические солнечные панели были созданы с целью уменьшения себестоимости и конечной стоимости продуктов. Они производятся из расплавленного кремния, включающего несколько кристаллических структур. Эффективность этих элементов составляет примерно 12-18 %. Хотя их характеристики имеют некоторые ограничения, они более доступны для широкой аудитории. Внешний вид таких панелей обычно синий и прямоугольный.

Фольговые или аморфные солнечные батареи можно классифицировать на несколько типов. К ним относятся теллурид кадмия, известный высоким коэффициентом поглощения света, и селенид индия меди, который демонстрирует большую эффективность по сравнению с первым. Полимерные солнечные элементы выделяются своей низкой стоимостью материалов, экологической безопасностью и гибкостью. Аморфные конструкции имеют менее высокие характеристики по сравнению с моно- и поликристаллическими вариантами. Тем не менее, их стоимость значительно ниже, что позволяет общей мощности аморфных солнечных модулей конкурировать с более производительными образцами. Главное отличие заключается в количестве фотогальванических ячеек. Эти солнечные панели могут быть изготовлены из разнообразных материалов и иметь как жесткую, так и гибкую структуру. Примечательной особенностью данных панелей является их способность функционировать даже в облачную погоду и при сниженной освещенности.

Плюсы и минусы

Использование солнечной энергии имеет ряд положительных аспектов по сравнению с традиционной тепловой энергией:

• Экологичность,
• долговечность в эксплуатации устройств,
• простота изготовления и установки,
• бесшумность в работе,
• возможность создания автономных систем, независимых от электрической сети,
• отсутствие движущихся частей,
• небольшой вес,
• низкая стоимость,
• срок окупаемости (около 10 лет) меньше, чем срок службы (примерно 30 лет).

Тем не менее, у солнечных панелей имеются свои недостатки. Фотоэлектрические элементы характеризуются низким уровнем поглощения света, обрабатывая лишь около 20% от всего падающего на них солнечного излучения, что приводит к невысокой эффективности. В сравнении с традиционными источниками энергии они генерируют примерно 15% от собранной солнечной энергии. Эффективность работы фотоэлектрических элементов значительно зависит от погодных условий: в облачные или туманные дни выработка энергии снижается.

Безусловно, создать фотоэлектрические элементы своими руками невозможно; их требуется приобрести готовыми. Остальные составные части солнечной батареи можно найти в магазинах электротоваров. Тем не менее, собрать батарею из уже готовых заводских комплектующих вполне по силам опытному мастеру, знакомому с основами электротехники.

Шаг 3: Контроллер зарядки

Ключевым элементом системы является контроллер заряда, который должен соответствовать ряду требований:

1. Низкое падение напряжения: Поскольку напряжение солнечного модуля чуть превышает 14 В, а номинальное напряжение аккумулятора составляет 13,4 В (3,35 В на один элемент), максимально допустимое напряжение отключения контроллера должно быть минимальным.
2. Высокая сила тока. При достижении максимальной выходной мощности солнечный модуль выдает ток около 2 А. Поэтому используемый транзистор обязан справляться с током не менее 2 А и при этом иметь минимальные потери энергии и не перегреваться.
3. Минимальный ток утечки из аккумулятора в отсутствие тока от солнечного модуля. Это важно для предотвращения разряда батареи в период хранения.
4. Настройка силы тока не требуется. Поскольку солнечный модуль работает с постоянным током, регулировать ток, проходящий через модуль, не нужно, только напряжение.
5. Контроль напряжения осуществляется с помощью регулировки. Оптимальным значением является максимальное напряжение для зарядки литиевого аккумулятора. В данной схеме оно составляет 14,4 В (3,6 В на ячейку).

Схему можно увидеть в верхней части страницы.

Ключевым компонентом является силовой транзистор P-MOS. В нормальном режиме работы МОП-транзистор управляется выше порогового значения, что позволяет обеспечить минимальный импеданс в линейном режиме.

Напряжение контролируется с помощью регулятора TL431.

Выход MOSFET соединен с диодом Шоттки, что предохраняет от обратного тока, исходящего от аккумулятора к зарядному контроллеру. Диод Шоттки применяется для снижения потерь напряжения при его активации.

Оптический изолятор прерывает связь между аккумулятором и цепочкой обратной связи TL431. Несмотря на то, что делитель напряжения имеет достаточно высокое сопротивление (100 кОм), он все равно может вызывать нежелательные токи утечки в отсутствие нагрузки от батареи. Применяя оптический изолятор, подключенный к источнику питания солнечной панели, делитель напряжения может быть эффективно отключен при нехватке солнечного света, что минимизирует энергопотери.

Шаг 4: Аккумулятор

Собственная солнечная панель состоит из четырех последовательно соединенных элементов типа 26650 LiFePO4. Я использовал аккумуляторы с емкостью 3,3 Ач. Аккумулятор подключен к системе управления батареями на 8 А, которая обеспечивает защиту от перезаряда, недозаряда и короткого замыкания.

Существует множество коммерчески доступных аккумуляторов, которые также могут быть использованы. Для тех, кто не имеет опыта в сборке аккумуляторов, настоятельно рекомендую приобрести готовый блок с интегрированной схемой управления батареей.

Аккумуляторный модуль представляет собой потенциальную опасность, так как он содержит литиевую батарею высокой емкости, способную привести к взрыву при коротком замыкании.

Готовый аккумуляторный блок уже включает в себя систему управления, которая гарантирует безопасность в случае возникновения короткого замыкания.

Шаг 5: Сборка компонентов

Контроллер заряда собран на макетной плате, использующей намотанный провод. Все устройство помещено в коробку, которая оказалась под рукой.

На верхней крышке изделия я установил вольтметр, приобретённый на Amazon. Это позволяет следить за уровнем напряжения аккумулятора в процессе зарядки и разрядки.

Перед началом работы важно уменьшить выходное напряжение до заданного уровня для корректной настройки. Наилучшим вариантом будет использование лабораторного источника питания, который позволить полностью зарядить аккумулятор до 14,4 В и оставить его в таком состоянии на 5 минут; напряжение должно снизиться примерно до 14 В.

После этого необходимо снова подключить источник питания (можно использовать солнечный или лабораторный) и настроить потенциометр до тех пор, пока аккумулятор не достигнет 14,4 В вновь.

В процессе эксплуатации транзистор P-MOS немного нагревается. Я установил на него небольшой радиатор, что помогает избежать перегрева в тёплую погоду.

Узнайте, как создать что-то своими руками, следуя пошаговым фотографиям и видеоруководствам.

Примечание: Одним из значительных недостатков отечественных мощных транзисторов является их «нестабильность» характеристик.

Солнечная панель на основе транзисторов

Подобно диодам, открытый полупроводниковый кристалл транзистора при попадании света генерирует разность потенциалов в области p-n-перехода. При проведении измерений вы можете обнаружить, что всегда существует пара p-n-переходов, которая обеспечивает максимальную возможную мощность.

Прежде чем приступить к процессу, необходимо аккуратно снять крышку корпуса транзистора, чтобы получить доступ к его внутренней части 2T908A:

Наиболее значительное электродвижущая сила (ЭЭД) чаще всего фиксируется между коллектором и базой или же между эмиттером и базой. Перед тем как собрать солнечный модуль для использования в домашних условиях, обязательно протестируйте все подготовленные элементы и упорядочите их по группам (блокам) с сопоставимыми значениями суммарных напряжений.

Примечание: Одной из главных проблем, присущих отечественным мощным транзисторам, является неустойчивость их характеристик.

Например, для того чтобы отобрать пары с аналогичными характеристиками для двухкаскадного усилителя, приходилось вручную проверять несколько транзисторов.

Для повышения общего напряжения и тока применяется смешанная проводка.

Первый способ. Группы (узлы) с одинаковыми суммарными напряжениями последовательно соединённых элементов объединяются параллельно, а на выходе берется сумма токов от каждого узла. Данная схема представлена ниже:

Второй способ. Элементы с приблизительно одинаковым напряжением объединяются в блок параллельно (выходной ток равен сумме токов). Для повышения напряжения несколько таких групп соединяются последовательно.

По сравнению с солнечным модулем на диодах, установленный транзисторный модуль занимает больший объем при той же мощности.

Сборка корпуса

Простой корпус для солнечного модуля, предназначенного для домашнего использования, можно изготовить из фанеры или пластикового покрытия:

• Вырежьте лист, к которому будет крепиться панель.
• Прикрепите или приклейте по периметру пластины небольшие бортики, которые немного превышают толщину основной панели.
• Просверлите отверстия для вывода кабеля с зажимами, предназначенными для подключения батареи.
• Подключите кабель к панели через диод Шоттки (это нужно для защиты батареи от короткого замыкания).
• Закройте панель полупрозрачной пленкой — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Зафиксируйте его на боковых гранях с помощью саморезов.

Для повышения эффективности солнечных панелей с однофункциональным блоком иногда применяются алюминиевые конструкции. Так выглядит самодельная солнечная батарея: в данной модели дно алюминиевой коробки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» и фокусирует отраженные световые лучи.

Даже если полупроводниковый кристалл не расположен в главном фокусе, он все равно находится на главной оптической оси, что значительно увеличивает концентрацию светового потока. Однако такая конструкция оправдана только в том случае, если размер панели не представляет проблемы, а количество диодов или транзисторов ограничено.

Перечисленные выше системы не могут служить альтернативными источниками энергии для подключения большого количества потребителей электроэнергии.

Одним из главных достоинств данного подхода является возможность использования устаревших элементов, которые в значительной степени остались в «наследство» от советского производства. Создание такой солнечной батареи может рассматриваться как увлечение или способ получить полезные навыки для начинающих. Практическая выгода, хоть и незначительная, все равно будет присутствовать.

Кроме того, солнечные панели устанавливаются на стекло с лицевой стороной наружу. Между модулями оставляется промежуток примерно в 5 мм. Для проверки идеального выравнивания можно предварительно отметить стекло.

Какие инструменты и материалы потребуются

Солнечная панель, собранная из дисков, является отличной альтернативой традиционной электросети. Если вы приняли решение создать ее самостоятельно, важно тщательно подготовиться к процессу и обеспечить наличие всех необходимых инструментов и материалов.

Основным компонентом являются панели. Сначала необходимо установить характеристики будущих панелей, а затем определить их количество. Все панели должны быть идентичными, что является обязательным условием.

Если вы впервые собираете солнечное устройство самостоятельно, рекомендуется приобрести дополнительные панели. Это поможет избежать проблем в процессе сборки, когда потребуется заменить вышедшие из строя элементы из-за нежелательных повреждений.

Что необходимо для самостоятельной сборки солнечной батареи:

• Алюминиевые профили и уголки.
• Алюминиевые уголки.
• Гофрированный картон толщиной от 16 до 27 мм.
• Прозрачная пластиковая пленка для защиты панелей.
• Винты и саморезы.
• Несколько тюбиков силикатного клея.
• Зажимы и клипсы.
• Электропроводка.

Объем сырья определяется в каждом конкретном случае, основываясь на требуемых размерах батареи и количестве элементов, которые необходимо использовать для её сборки.

Инструменты и вспомогательные материалы следует хранить отдельно:

• Отвертка,
• пила по металлу,
• ножовка по дереву,
• электросварочный аппарат мощностью 40 ватт,
• электрический тестер,
• сварочные электроды и флюс,
• промышленный спирт для подготовки поверхности перед сваркой,
• хлопчатобумажные тампоны.

Выбор солнечных панелей

На этом этапе важно учесть свои индивидуальные предпочтения:

• необходимый объем энергии,
• доступная площадь для установки,
• запланированные инвестиции,
• основные навыки, нужные для создания таких систем.

Для достижения максимальной эффективности рекомендуется использовать поликристаллические солнечные элементы. Монокристаллические модели способны быстро аккумулировать солнечную энергию, но удерживают ее недолго после захода солнца. Однако такие батареи отличаются высокой стоимостью.

Поликристаллические панели более доступны по цене и лучше удерживают запасенную энергию, хотя их скорость накопления энергии значительно ниже в сравнении с монокристаллическими вариантами.

Тонкопленочные солнечные батареи считаются менее популярными из-за их низкой производительности — в домашних условиях их эффективность не превышает 5%. Тем не менее, аморфные пластины могут быть более подходящими для начинающих пользователей, так как полимерные материалы легко поддаются установке благодаря своей хорошей формуемости. Цены на эти солнечные элементы оказываются ниже, чем у аналогичных кристаллических изделий с таким же сроком службы.

Важно понимать, что все компоненты для основной конструкции должны обладать одинаковыми размерами и параметрами. На рынке доступны фотоэлементы с восковым покрытием — их рекомендуется исключить из сборки.

Проектирование и расчеты

Необходимая мощность самодельных солнечных панелей используется для вычисления требуемого количества фотоэлементов. В среднем один квадратный метр солнечных батарей генерирует около 0,12 кВт/ч электроэнергии. Это предполагает, что для удовлетворения стандартных нужд домохозяйства требуется примерно 280-320 кВт в месяц. На основе данных показателей можно частично рассчитать размеры необходимой солнечной установки.

При планировании необходимо учитывать следующие этапы:

• Определите среднее количество солнечных часов в день для вашего региона и рассчитайте необходимую мощность.
• Вычислите количество и размеры ячеек.
• Корректно определите вес и габариты панели.
• Определите подходящее место для установки, способное выдержать вес солнечной батареи.
• Выберите максимально освещенное солнцем место.
• Убедитесь, что существует возможность разместить панель под углом, перпендикулярным к солнечным лучам на протяжении всего дня.

Солнечный комплекс нужно устанавливать в зонах, которые не находятся в тени от деревьев или других объектов. Если у вас имеется несколько устройств, размещайте их так, чтобы они не перекрывали солнечный свет друг другу.

Как рассчитать необходимую мощность

Перед началом монтажа солнечного комплекса, важно определить необходимую мощность, которая вам потребуется. Это определит количество нужных вам элементов и общую площадь, которую займёт готовая солнечная батарея.

Система может быть автономной (подключенной только к вашему дому) или комбинированной, то есть работающей как от солнечной энергии, так и от традиционных источников электроэнергии.

Расчет проходит в три этапа:

1. Определите общее потребление энергии.
2. Выберите необходимую емкость для батареи и инвертора.
3. Рассчитайте нужное количество элементов, основываясь на уровне солнечной радиации в вашем регионе.

Потребляемая мощность

Для автономной энергетической системы это значение можно вычислить по показаниям электросчетчика. Разделите общее ежемесячное потребление энергии на число дней в месяце, чтобы получить среднее дневное потребление.

Если от батарей будет работать не всё оборудование, определите их потребление, посмотрев в техническую документацию или на этикетке устройств. Умножьте эти значения на количество часов работы в день. Сложите результаты для всех приборов, чтобы узнать среднее суточное потребление.

Емкость аккумуляторной батареи и мощность инвертора

Батареи, используемые в солнечных тепловых системах, должны иметь возможность выдерживать большое количество циклов разряда, отличаться низким уровнем саморазряда, справляться с высокими зарядными токами, функционировать в условиях как высокой, так и низкой температур, а также требовать минимального обслуживания. Все эти характеристики подходят для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Еще одним значимым параметром является емкость, что подразумевает максимальный заряд, который батарея способна принимать и хранить. Нехватка емкости может быть компенсирована путем параллельного или последовательного соединения нескольких аккумуляторов, а также их комбинацией.

Вы можете провести расчеты, чтобы определить необходимое количество батарей. Рассмотрим пример с аккумулятором емкостью 200 Ач и напряжением 12 В для обеспечения энергопотребления на один день.

Предположим, что суточная потребность в энергии составляет 4800 Вт, что означает, что выходное напряжение системы равно 24 В. Если учесть, что потери в инверторе составляют 20%, необходимо ввести поправочный коэффициент 1,2.

Глубина разряда аккумуляторов не должна превышать 30-40%, и это также следует учитывать.

Полученное значение в три раза превышает емкость одной батареи, поэтому для достижения необходимого уровня требуется установить 3 батареи, соединенные параллельно. Однако каждая батарея имеет напряжение 12 В. Следовательно, чтобы достичь требуемого напряжения, нам нужно добавить еще 3 батареи, которые будут соединены последовательно.

Для получения 48 В необходимо соединить два аккумулятора типа 4 AB.

Инвертор предназначен для преобразования постоянного тока в переменный. При выборе инвертора учитывайте пиковой нагрузки и максимальные значения нагрузки. В некоторых случаях пусковой ток может значительно превышать номинальный ток, что обязательно следует принимать во внимание. Если такой ситуации нет, ориентируйтесь на номинальные параметры.

Кроме того, форма выходного напряжения играет важную роль. Идеальным вариантом является чистая синусоидальная волна. Если устройство не чувствительно к параметрам напряжения, подойдет квадратная волна. Также стоит обсудить возможность непосредственного подключения от аккумуляторов к солнечным панелям.

Количество необходимых ячеек

Показатели солнечного излучения варьируются в зависимости от географического положения. Для точного расчета важно иметь информацию для вашей конкретной местности, которую можно без труда найти в интернете или на сайте метеостанции.

Как собрать солнечную панель своими руками

Процесс сборки включает несколько этапов: подготовка корпуса, соединение элементов, компоновка системы и установка. Убедитесь, что у вас есть все нужные материалы и инструменты, прежде чем начинать работу.

Батарея состоит из нескольких слоев.

Материалы и инструменты

• Световые барьеры,
• плоские проводники,
• спиртовой и канифольный флюс,
• паяльник,
• алюминиевый профиль,
• алюминиевые уголки,
• материал для изоляции,
• силиконовый герметик,
• пила по металлу,
• отвертка,
• стекло, плексиглас или оргстекло,
• диоды,
• измерительные приборы.

Рекомендуется заказывать световые барьеры в комплекте с проводниками, так как они специально предназначены для этой задачи. Альтернативные проводники могут быть более чувствительными, что может вызвать сложности во время сварки и сборки. Также доступны ячейки с заранее приваренными проводниками. Хотя их стоимость выше, это позволяет значительно экономить время и усилия при монтаже.

Покупайте панели с проводниками, это поможет значительно снизить затраты на труд.

Каркас шкафа обычно изготавливают из алюминиевых профилей, однако можно также воспользоваться деревянными рейками или квадратными брусьями размером 2х2. Этот вариант менее предпочтителен, так как он не обеспечивает достаточную защиту от неблагоприятных погодных условий.

При выборе прозрачной панели отдавайте предпочтение материалу с минимальным коэффициентом преломления. Любое препятствие на пути лучей света приводит к увеличению потерь энергии. Оптимально, чтобы материал пропускал как можно меньше инфракрасного излучения.

Важно! Чем дольше панель находится под воздействием, тем меньше энергии она будет производить.

Расчет каркаса

Размеры панели рассчитываются исходя из размеров ячеек. Необходимо оставлять от 3 до 5 миллиметров пространства между соседними ячейками и учитывать ширину рамы, чтобы она не перекрывала края ячеек.

Читайте также: Фильтры для воды: проточные под раковиной. Какой вариант является наилучшим для вашего дома, какие есть опции, рейтинг 2020 года и инструкции по установке.

Ячейки производятся в различных размерах, например, с 36 пластинами размером 81×150 мм. Каждая ячейка состоит из четырех рядов, в каждом из которых по 9 пластин. Исходя из этих параметров, размеры рамки составляют 835×690 мм.

Создание короба

1. С помощью алюминиевого угольника шириной 35 мм отрежьте два отрезка длиной 835 мм и два отрезка длиной 690 мм.
2. Сделайте отверстия по краям для крепления.
3. Прорежьте четыре отверстия в каждой детали большего размера.
4. Соберите раму, фиксируя внешние углы с помощью винтов.

Конструкция рамы для батареи выполнена из алюминиевых профилей и фиксируется с использованием угловых креплений.

Установите прозрачную пластину на раму

Пайка компонентов и сборка модулей

Если вы приобрели элементы без контактов, их нужно сначала прикрепить к каждой пластине. Для этого нарежьте проводник на равные части.

Монтаж солнечных батарей

1. Перед установкой солнечных батарей на крыше проверьте надежность конструкции крыши и, если требуется, укрепите ее.
2. Соберите кронштейны, к которым будут крепиться батареи, и установите их на крыше. Конструкция должна быть способна выдерживать сильные порывы ветра.
3. Установите панели так, чтобы они плотно прилегали к опорам, и закрепите их с помощью саморезов.

Закрепите панель на крыше с помощью опоры, выполненной из алюминиевого профиля или другого подходящего материала.

Вы также можете установить устройство на вертикальной опоре.

Теперь вы можете протестировать его и воспользоваться бесплатной электроэнергией.

Для прозрачной панели рекомендуется выбирать материал с низким коэффициентом преломления. Любые препятствия на пути света могут вызывать дополнительные потери энергии. Лучше, чтобы материал пропускал как можно меньше инфракрасного излучения.

Как создать солнечную батарею своими руками (пошаговая инструкция)

Солнечные батареи являются одним из самых многообещающих методов получения электричества. Приобретение аналогичного устройства может обойтись достаточно дорого. Однако вы можете самостоятельно собрать солнечную батарею, что будет более экономичным решением.

Солнечный модуль состоит из двух фотоэлектрических полупроводниковых элементов, которые преобразуют световую энергию в электрическую. Он работает на основе эффекта фотоэлектрического барьера.

Принцип работы полупроводникового фотоэлемента

На границе полупроводников разных типов проводимости (p и n) формируется электрическое поле, которое препятствует перемещению электронов из области n-проводимости в область p-проводимости и блокирует «дырки» из области p-проводимости в область n-проводимости. При освещении такого кристалла элементарные частицы света, известные как фотоны, способны выбивать электроны из их орбит, создавая пары электрон-дырка.

В данной ситуации электроны, формирующиеся в p-слое рядом с p-n-переходом, перемещаются в область n под влиянием электрического поля барьера. В то же время «дыры», созданные светом в n-области, перемещаются в p-проводящую зону. В результате в n-слое образуется избыток электронов, что делает эту область отрицательно заряженной. В свою очередь, p-слой имеет избыточное количество дырок и положительный заряд. Таким образом, отрицательное напряжение прикладывается к контакту, который соединен с n-полупроводником, а положительное напряжение воздействует на другой вывод.

Из чего состоит

Для производства солнечных панелей применяются следующие материалы:

• Кремний (Si),
• Диоксид кремния (SiO2),
• Арсенид галлия (GaAs),
• Селен (Se),
• Теллурид кадмия (CdTe).

Наиболее популярные солнечные элементы изготавливаются на основе кремния. Они обладают высокой эффективностью и сравнительно низкой ценой.

Существует три основных типа солнечных источников: монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

1. Монокристаллические солнечные панели создаются на основе одного кристалла кремния. Они изготавливаются методом резки искусственно выращенных кристаллов. Эффективность таких панелей колеблется от 13 % до 25 %. Ожидаемый срок службы составляет около 25 лет, однако со временем их производительность может снижаться. При слабом освещении эффективность этих элементов также уменьшается.
2. Поликристаллические солнечные элементы производятся путем плавления и охлаждения кремниевого кристалла. Их эффективность варьируется от 9 % до 18 %. Эти панели имеют срок службы примерно 10 лет, при этом их производительность не утрачивается с течением времени. Поликристаллические модули могут функционировать даже в условиях плохой погоды.
3. Солнечные панели на основе аморфного кремния производятся посредством обжига полупроводниковых материалов на полимерной основе. Их гибкость значительно упрощает процесс установки. Тем не менее, их эффективность составляет всего 5-10%, а срок службы не превышает 2 лет. При этом они демонстрируют хорошие результаты в условиях недостаточной освещенности.

Рекомендуется использовать одинаковые световые барьеры для предотвращения возможных проблем во время установки и эксплуатации панелей.

Пошаговая инструкция по сборке солнечной панели из готовых компонентов

Процесс создания солнечной батареи начинается с подбора необходимых инструментов и приобретения солнечных элементов. Затем необходимо собрать каркас, соединить элементы с батареей, установить их в корпус, герметизировать конструкцию и подключить к контроллеру и аккумулятору. Давайте рассмотрим, как в пошаговом порядке самостоятельно собрать солнечную батарею.

Нам понадобятся такие материалы и инструменты

Перед тем как начать сборку солнечного модуля, вам понадобятся следующие материалы:

• Световые барьеры,
• ДСП или фанера,
• деревянные рейки,
• алюминиевые уголки,
• алюминиевая фольга,
• стекло,
• герметик,
• диоды Шоттки,
• кабели,
• крепежные винты, шурупы, гайки и саморезы,
• стекло или прозрачный полимер.

Также вам потребуется аккумулятор, контроллер и инвертор. Кроме того, понадобится следующий инструмент:

• Набор отверток,
• электродрель,
• отвертка,
• паяльник,
• мультиметр.

Шаг 1: Выбор компонентов

Оптимальным вариантом для покупки являются солнечные панели, созданные из монокристаллического кремния. Такие устройства демонстрируют превосходные эксплуатационные характеристики и имеют больший срок службы по сравнению с другими типами модулей.

Чтобы определить необходимое количество солнечных элементов, следует вычислить общую площадь поверхности панели. При этом важно помнить, что с 1 м² можно получить до 120 Вт энергии. Следовательно, для генерации 3 кВт потребуется солнечный модуль площадью 3 000 Вт / 120 Вт = 25 м². Указанные расчеты являются ориентировочными и не учитывают особенности грунта, на котором будет установлен источник энергии. Также стоит отметить, что выработка электроэнергии значительно зависит от погодных условий.

Сила тока и выходная мощность фотоэлектрического элемента зависят от его размеров, в то время как напряжение определяется материалом и типом элемента.

Фотоэлементы часто имеют фоточувствительное покрытие, которое защищает их от механических воздействий. Чтобы удалить это покрытие, выполните следующие шаги:

• Откройте упаковку с пластинами и погрузите их в горячую воду (температура воды должна достигать до 90 градусов),
• Когда воск расплавится, подождите, пока вода немного остынет, и извлеките пластины,
• Очистите каждую пластину от остатков воска,
• Достаньте элементы из воды и дайте им высохнуть.

Шаг 2: Изготовление каркаса

Размер каркаса для самодельных солнечных батарей определяется габаритами солнечных элементов. При расчете размеров также учитывайте расстояние между ячейками.

Для изготовления рамы можно использовать алюминиевые уголки:

Затем можно приступить к созданию задней части рамы. Она состоит из фанерной панели и шпал, сделанных из деревянных брусков. Высота шпал не должна превышать 2 см, чтобы не перекрывать светочувствительные компоненты. Для изготовления деревянной конструкции корпуса вам понадобятся:

Шаг 3: Схемы соединения элементов в солнечную батарею

Рассмотрим процесс сборки солнечной батареи. Существуют три основных метода соединения солнечных панелей: параллельное, последовательное и комбинированное.

При параллельном соединении напряжение на каждом элементе остается постоянным, тогда как ток возрастает в зависимости от количества подключенных источников. Например, если объединить две батареи по 15 В (30 элементов по 0,5 В, соединенных параллельно) с мощностью 75 Вт, получится источник питания с выходом 15 В и мощностью 150 Вт.

Идеи для создания из фольги, диодов, транзисторов и других доступных материалов

Рассмотрим несколько идей для изготовления солнечной батареи своими руками из подручных предметов.

Один из способов — создание солнечной панели из алюминиевой фольги. Для этого необходимо выполнить следующие шаги:

1. Отрежьте кусок медной фольги и тщательно очистите его от загрязнений,
2. Вырежьте дополнительный участок медной фольги и аккуратно полируйте его, чтобы удалить оксидный слой с поверхности,
3. Разогрейте фольгу в электрической духовке на протяжении 30 минут.
4. Позвольте фольге остыть на воздухе.
5. Осторожно удалите оксид меди с поверхности с помощью воды.
6. Вырежьте еще одну фольгу того же размера, что и первая.
7. Отрежьте часть у plástico бутылки и поместите туда кусочки медной фольги.
8. Подключите провода к каждому листу (негативный провод к обработанному листу, позитивный провод к необработанному листу).
9. Заполните стакан соляным раствором.

Солнечную батарею также можно создать из транзисторов. Для этого подойдут старые, вышедшие из строя транзисторы.

Чтобы изготовить такой солнечный элемент, нужно аккуратно отрезать крышку транзистора, зажав его в тисках.

Под крышкой расположена вафля. Кремниевый транзистор способен обеспечивать среднее напряжение в 0,35 В. Интенсивность тока варьируется в зависимости от типа транзистора. Ток также зависит от конкретной модели транзистора.

Для подключения нескольких транзисторов к источнику питания необходимо соединить базу одного транзистора с коллектором следующего, как это показано на иллюстрации.

Эту батарею можно использовать для питания часов или небольшого радиоприемника.

Диоды также могут служить основой для создания солнечного энергоисточника. В качестве элементов можно применять диоды D223B. Они способны генерировать напряжение до 350 мВ при солнечном свете. Для сборки такой батареи нужно выполнить следующие шаги:

Обратите внимание: Диоды должны быть припаяны в вертикальном положении, с положительным полюсом вверх. Так вы добьетесь максимальной производительности.

При создании подобных источников энергии стоит учитывать, что батарея из доступных материалов будет давать очень низкий ток.