Эффективная солнечная батарея своими руками

Альтернативная энергия стала дешевле! В 2018 году поликристаллическую солнечную панель мощностью 150 Вт, 12 В можно будет приобрести примерно за 115 долларов. Технологии изготовления панелей осваиваются и совершенствуются, поэтому уже несколько лет подряд наблюдается тенденция к сокращению затрат. Чтобы максимально использовать солнечную энергию, нужно собрать домашнюю СЭС. Профильные компании предлагают готовые комплекты и услуги по установке солнечной системы. Зато есть более дешевое решение — солнечная панель своими руками.

Содержание: 1. Солнечная батарея: что это такое и как работает 2. Достоинства и недостатки этого вида энергии 3. Расположение и конструкция 4. Конструкция 5. Пошаговый процесс сборки 6. Солнечные батареи из отходов 7. Видео: 8. Еще один пример монтажа: 9. Выводы

Солнечная батарея: что это и как работает

Солнечный элемент — это набор панелей, преобразующих энергию света, включенных в определенную цепь для получения желаемых электрических характеристик: напряжения, тока и мощности. Каждая панель представляет собой кремниевую пластину с металлизированными дорожками для подключения к цепи. В готовых решениях они подключаются на заводе и установщик должен собрать схему из нескольких, чтобы обеспечить питание системы в необходимом объеме.

Принцип действия основан на фотоэффекте. Если пролить свет на кремний, вы ничего не получите, поэтому они вносят сплав в структуру пластины. В результате появляется избыток положительных или отрицательных носителей заряда, что зависит от типа примеси, образуются P- и N-области и pn-переход, как в простейшем полупроводниковом диоде. Когда на него попадает свет, на выводах образуется фотоЭДС. Однако напряжение на диоде довольно небольшое — около полвольта. Поэтому в солнечном модуле таких ячеек много, а выходное напряжение батареи в целом достигает 12-24 В.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию промышленного электрического и электронного оборудования Задайте вопрос эксперту Интересно: на самом деле солнечные панели на 12 вольт имеют выходное напряжение вдвое меньше, в зависимости от количества света. В оптимальных условиях оно может достигать 18 В и более — это называется точкой максимальной мощности (сегмент вольт-амперной характеристики с наибольшим напряжением и током). Промышленные объекты в основном рассчитаны на работу с напряжением 12 и 24 В, использование последнего позволяет снизить токи на первичной стороне преобразователя.

Поскольку солнечный свет не достигает нас весь день, энергия будет вырабатываться только днем, чтобы использовать электроэнергию в ночное время, ее необходимо накапливать. Для их зарядки требуются батареи и контроллер. Если вы собираетесь использовать не только 12-вольтовую технику, но и обычную бытовую технику на 220В, вам также понадобится инвертор.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Принцип работы солнечной батареи

Контроллеры заряда бывают разных типов:

  • Вкл выкл.
  • MPPT.
  • ШИМ.

инвертор нужен для преобразования постоянного напряжения 12 В в переменное напряжение 110, 220, 380 и так далее. Обычно он рассчитан на выходное напряжение.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

У каждого из секторов энергетики есть свои сильные и слабые стороны. Плюсы получения электричества от солнечного света:

  • Ископаемое, жидкое и газообразное топливо не используется.
  • Солнечный свет — это бесплатный источник энергии.
  • Факторов загрязнения окружающей среды нет.

Но были и недостатки:

  • Хотя стоимость аккумуляторов снижается, она все еще находится на высоком уровне.
  • Срок окупаемости — 5 лет.
  • Помимо панелей потребуются аккумуляторы и преобразователи.

Не забывайте учитывать ресурс батарей и их периодическую замену. Солнечная энергия не такая дешевая, как часто утверждают. Однако, если других вариантов нет, это подходящий метод электрификации.

Наиболее распространены поликристаллические и монокристаллические панели. Последние более дорогие, так как состоят из однородных кристаллов кремния с более высоким КПД (около 15%). Поликристаллы производятся из переработанных материалов, остатков от обработки монокристаллов и продуктов для обработки панелей. Они стоят примерно на 15% меньше, имеют немного меньшую эффективность (8–12%), при этом несколько источников согласны с тем, что они показывают лучшие результаты в пасмурную или пасмурную погоду, поэтому разница в цене не всегда оправдана. Аморфные батареи встречаются редко.

Как отличить поликристаллическую солнечную панель от монокристаллической солнечной панели?

Проще говоря, элементы монокристаллической структуры имеют закругленные или сегментированные углы, а цвет ее поверхности однороден: от темно-синего до черного. Поликристаллические элементы имеют форму правильных прямоугольников, их цвет неоднородный, слегка переливающийся: от синего до почти черного, его текстура отдаленно напоминает камуфляж.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Поликристаллические и монокристаллические модули солнечных батарей

Выбор места и проектирование

Для установки панелей подойдет та часть пространства, на которую не падает тень и которая освещается солнечными лучами. Если вы задаетесь вопросом о строительстве солнечной электростанции, вы, скорее всего, живете в частном доме или собираетесь электрифицировать дачу. Вот список подходящих мест для установки батарей:

  • Кровля домов и хозяйственных построек.
  • Южные стены зданий.
  • Пустые места на земле во дворе.

Если кровля имеет конструкцию, в которой крыша расположена под углом к ​​горизонту (двускатная, финская и т.д.), Панели можно укладывать прямо на нее. Для горизонтального и вертикального монтажа требуется металлическая конструкция, чтобы угол падения солнечных лучей был близок к прямой. Лучше всего, когда металлическая конструкция для настенного монтажа будет изготовлена ​​из алюминия или других легких сплавов, чтобы избежать ненужных нагрузок на фундамент и кладку.

ВАЖНЫЙ! Эффективность системы уменьшается пропорционально углу падения света. Чем больше он отличается от 90 градусов, тем меньше электричества вы получаете.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Пример конструкции батареи. Главное, чтобы он чаще смотрел на солнце

Проектирование

должен быть произведен правильный расчет мощности панелей, инвертора и емкости аккумулятора. Для этого нужно определиться, для чего вам нужна солнечная батарея? Если в качестве резервного источника питания, рассчитайте, сколько времени резервной работы должна обеспечивать станция и какое оборудование будет подключено к резервной сети.

Если вам нужен основной источник питания, вам нужно подсчитать, как долго каждое из ваших электроприборов в целом работает в день, а затем умножить количество часов на их мощность. Следовательно, вы будете знать, сколько кВтч энергии они потребляют в день. Затем добавьте 20-50% резерва, то есть количество кВт / ч умножьте на 1,2-1,5. Если разделить это число на напряжение аккумулятора (12 или 24 В), получится емкость (А / ч).

Количество элементов панели выбирается исходя из их мощности и среднего дневного количества часов, в течение которых солнце светит в ваших широтах. То есть, если вы потребляете 1 кВтч в день и солнечный день длится в среднем 10 часов, а максимальная яркость света приходится на 4-5 часов, то:

P = W / (Hs * k),

где P — полная мощность батареи, W — потребляемая мощность, Hs — количество часов солнечного света, k — максимальный коэффициент яркости света, т.е если солнце светит 4 часа из 10 часов очень ярко, а остальное время уменьшается, тогда оно равно 4/10 или 0,4.

Инвертор выбирается исходя из количества работающего оборудования. В квартирах и домах на распределительных щитах устанавливают вводные автоматические выключатели на 16 А, это примерно 3,5 кВт, а значит, вам будет достаточно инвертора такой мощности.

Последний этап — сборка всей установки. Сложнее всего найти оптимальный угол наклона аккумулятора. Необходимо экспериментально определить угол, при котором максимальная длительность пребывания солнечных лучей будет максимально приближена к перпендикулярному положению.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Монтаж солнечной панели на крышу

Пошаговый процесс сборки

Для сборки панно вам понадобятся:

  • Герметик.
  • Саморезы, уголки и прочая фурнитура.
  • Ножовка по металлу.
  • Прозрачное защитное покрытие (оргстекло или низкое железо, закаленное стекло).
  • Отвертка.
  • Солнечные панели.
  • Кабель.
  • Автобус для пайки солнечных элементов (в идеале) или оплетки из проволоки, проволоки.
  • Алюминиевые уголки.
  • Фанера, ДВП или ДСП.

Сборка каркаса

Когда вы определились, какого размера должно быть панно, вырежьте из картона шаблон, расположите на нем силиконовые элементы, оставив между ними зазор 3-5 мм. Кремний — очень хрупкий материал, это пространство необходимо, чтобы пластины не ломались при нагревании и охлаждении. Затем вырежьте шаблон по размеру и приступайте к сборке алюминиевого каркаса. Можно детали накладывать внахлест или головку, но для последнего нужно разрезать материал под углом 45 градусов, для этого удобно использовать угловой короб. Не забудьте приклеить защитное стекло перед установкой солнечной панели.

Спайка пластин

На тыльной стороне пластин есть серебряный металлический слой. Поддается лужению кислотным флюсом. Заранее залудите провод или шину. Автобус — это плоский проводник. В противном случае можно использовать плетеную или тонкую проволоку.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Спаяйте пластины вместе

Далее необходимо кисточкой нанести флюс на слой металла на кремнии, быстрыми движениями паяльника намазать каплю припоя, когда поверхность станет более ровной и блестящей — контакт залуживается. Некоторые используют флюсовую палочку. Я не пробовал их, но, похоже, они работают нормально. Пайка ПОС-61 — подходит для пайки. Последовательное соединение пластин увеличивает выходное напряжение, параллельное соединение групп увеличивает выходной ток.

Здесь есть два правила:

  1. Не перегревайте! Чтобы не повредить пластину и контакт, долго задерживаться с паяльником нельзя, для этого понадобится паяльник мощностью от 30 до 60 Вт, с термическим (т.е более толстым) жало).
  2. Не делить! Пластины очень тонкие и хрупкие. При сварке класть плиты на мягкий плотный картон, пенопласт, пенофол, возможно тряпку. Это снизит вероятность появления сколов при нажатии паяльником или переворачивании элементов.

Кроме того, необходимо установить диод Шоттки. Если вы хотите избежать обратного тока от батареи в темноте, вы можете установить диод между батареей и батареей. Производители вообще не устанавливают диоды.

Сборка панели

Задняя крышка может быть из пластика, фанеры и других листовых материалов. Просверлите отверстия для циркуляции воздуха по его поверхности, заполнив все электрические соединения герметиком для предотвращения коррозии. После сборки его необходимо установить на неподвижную опорную конструкцию. Лучше предусмотреть возможность регулировки угла наклона — это поможет получить оптимальную мощность в разное время года, регулируя положение под солнцем.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Сборка самодельной солнечной панели

Солнечные батареи из подручных материалов

Если вы не хотите вкладывать много денег в панели, но хотите доказать, на что они способны, вы можете самостоятельно собрать простую солнечную панель из старых радиодеталей.

Батарея из транзисторов

Эффективная солнечная батарея своими руками

Батарейный транзистор с распиленной крышкой

Для сборки нужны старые советские транзисторы в железных корпусах типа КТ819 или МП21-МП43 и им подобные. Их туловище напоминает летающую тарелку, две половинки которой соединены между собой, а шов закатан. Для разборки отшлифуйте ремень и потяните половинки в разные стороны. Внутри вы увидите кристалл кремния с двумя электродами, поместите его на яркий свет и определите с помощью вольтметра: между какими ножками наибольшее напряжение. Мощность самодельного фотоэлемента невелика и напряжение едва достигает 0,3-0,5 Вт, для достижения желаемых 12 Вт потребуется порядка 30-40 штук, при этом токи будут небольшими.

Батарея из диодов

Эффективная солнечная батарея своими руками

Диоды Д223Б

Диоды типа D223B излучают примерно 0,35 В на полном солнце. Их корпус сделан из стекла, но покрыт краской. Для его снятия залейте диоды растворителем и дайте ему постоять пару часов, желательно в теплом проветриваемом помещении, тогда краска легко удаляется. Что ж, тогда вам нужно будет впаять их в батарею, как описано выше, чтобы получить желаемое напряжение и ток.

Панель из фольги

Батарейку можно сделать из медной фольги. Для этого нужно взять два листа по 45 см2, очистить от жира от окислов наждачной бумагой, промыть водой с мылом. После этого нужно один из них нагреть, например, на электроплите (более киловатта) до красно-оранжевого цвета, тогда медь начнет чернеть — это оксид меди, за другой держим 30 секунд. Выключите плиту и дайте ей без проблем остыть. На листе появится черный оксидный слой. Промываем под проточной водой, чтобы отошли крупные частицы оксида, должна остаться тонкая пленка, нельзя механически воздействовать на поверхность: соскоблите, очистите и сложите.

Возьмите один лист с оксидным слоем, а второй чистый, положите в тару, идеально подойдет вырезанная 5-литровая бутылка. Лист с оксидом будет «минусом» и чистым «плюсом». Их нельзя трогать. Наполните емкость физиологическим раствором (примерно 1 столовая ложка соли на 1 литр воды). Это дает вам 1 солнечный элемент.

Видео:

Еще пример сборки:

Выводы

Солнечные батареи подходят для питания, но срок окупаемости у устройств довольно продолжительный, поэтому использовать их в качестве основного источника питания достаточно дорого. Самодельные фотоэлементы мало пригодны для практического использования в качестве источника электричества, но они хорошо работают как датчик освещенности. Вы можете использовать устройства в различных схемах фотореле. Домашняя СЭС — отличный вариант для резервного питания, так как главный вход можно использовать только тогда, когда сад находится в неэлектрифицированной зоне.

Оцените статью
Добавить комментарий