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

Как сделать солнечную батарею своими руками

Как сделать солнечную батарею своими руками?

Многие компании в интернете реализуют уже готовые собранные панели, которые напрямую подключаются к потребителю. Но, такие устройства имеют куда большую стоимость, чем отдельные элементы. В связи с особенностью климатического пояса полностью перейти на солнечную электроэнергию у вас вряд ли получится, поэтому и готовые солнечные батареи смогут окупиться только через 10 — 40 лет. Чтобы сэкономить на дорогостоящих заводских панелях, куда выгоднее приобрести фотоэлектрические модули, комплектующие к ним и заняться сборкой ячеек в единую солнечную батарею самостоятельно.

Принцип работы солнечной батареи

Солнце – бесплатный источник энергии. Нужно только научиться правильно ее добывать. В безоблачный день небесное светило «заряжает» землю примерно 1000 Вт на 1 кв. м. Этого хватило бы, чтобы обеспечить бытовые потребности жителей планеты. Но пока устройство для получения такой энергии не очень доступно широким слоям населения.

Солнечная панель представляет собой набор фотоэлектрических элементов. По сути, они являются полупроводниками, чаще всего — из кремния. Свет попадает на солнечный элемент и частично поглощается им. Энергия освобождает электроны. Присутствующее в фотоэлементе электрическое поле направляет электроны – а это уже ток. Солнечные элементы модуля соединены между собой и выведены на металлический контакт, с помощью которого полученная энергия снимается для внешнего использования.

Для создания солнечной батареи в домашних условиях нужно позаботиться о реализации таких тезисов:

  1. Сконструировать модуль, который будет принимать и преобразовывать энергию с минимальными затратами.
  2. Обеспечить максимально возможную мощность (читай – эффективность) источника питания.

Солнечная батарея на крыше дома

Для сборки солнечной панели вам понадобятся:

  • фотоэлементы;
  • стекло или оргстекло;
  • фанера, ДСП или алюминиевый уголок;
  • герметик;
  • паяльник небольшой мощности;
  • шины для пайки, флюс, олово;
  • мультиметр.

Варианты модулей для самостоятельной сборки

Основное назначение солнечной панели – генерировать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в электрическую. Полученный электроток представляет собой поток свободных электронов, высвобожденных световыми волнами. Для самостоятельной сборки оптимальным вариантом являются моно- и поликристаллические преобразователи, так как аналоги еще одного вида – аморфные – в течение первых двух лет снижают свою мощность на 20-40%.

Стандартные монокристаллические элементы имеют размеры 3 х 6 дюймов и довольно хрупкую структуру, поэтому работать с ними нужно крайне бережно и аккуратно

Разные виды кремниевых пластин имеют свои плюсы и минусы. Например, поликристаллические модули отличаются довольно низким КПД – до 9%, тогда как КПД монокристаллических пластин достигает 13%. Первые сохраняют показатели мощности даже в облачную погоду, но служат в среднем 10 лет, мощность вторых резко падает в пасмурные дни, зато они прекрасно функционируют на протяжении 25 лет.

Самодельное устройство должно быть функциональным и надежным, поэтому часть деталей лучше приобрести в готовом виде. Перед тем, как сделать солнечную батарею по индивидуальному проекту, загляните на сайт eBay, где можно обнаружить огромный выбор модулей с незначительным браком. Легкая поломка не влияет на качество работы, зато заметно уменьшает стоимость панелей. Предположим, монокристаллический модуль Solar Cells, расположенный на стеклотекстолитовой плате, стоит чуть больше 15 долларов, а поликристаллический комплект из 72 штук – около 90 долларов.

Лучший готовый вариант солнечного элемента — панель с проводниками, которые требуют лишь последовательного соединения. Модули без проводников стоят дешевле, но увеличивают время сборки батареи в несколько раз

Типы батарей

Солнечная батарея, принцип работы которой заложен во всех случаях в фотоэлектрическом эффекте, может быть выполнена из различных материалов.

Преимущественное большинство (примерно 90%) всех солнечных панелей производиться из фотоэлементов, состоящих из монокристаллического или поликристаллического кремния. Следующие по популярности тонкопленочные панели с напылением из фоточувствительных веществ. Они имеют меньшую стоимость, так как на их изготовление требуется значительно меньшее количество материала. А последнюю нишу занимают многопереходные солнечные модули, состоящие из слоев, способных улавливать и перерабатывать в электрический ток весь спектр солнечных лучей.

Читать еще:  Вязаные варежки своими руками - 5 чудесных идей

Солнечные батареи из кремния представляют собой прямоугольную панель, состоящую из фотоэлементов. КПД таких панелей 15-20%, мощность может постепенно снижаться, приблизительно на 20% каждые 25 лет. Такие панели устойчивы к разрушительным факторам окружающей среды.

Тонкопленочные солнечные батареи изготовляются с напылением аморфного кремния, теллурида кадмия, состава из селенида, меди, индия и галлия. КПД тонкопленочных батарей составляет 10-12 %.

Многомодульные солнечные панели изготавливаются из слоев различных материалов. Каждый слой улавливает один диапазон солнечных лучей от ультрафиолетового до инфракрасного, за счет этого солнечная панель поглощает весь спектр света, а внутри системы происходит несколько переходов электронов из n-слоя в р-слой. Соединения галлия — основной элемент многомодульных солнечных панелей. Такая технология применяется для космических станций и марсоходов. КПД такой солнечной панели зависит от количества слоев. Так для двухслойной ячейки КПД составляет 42%, трехслойной — 49%, а для остальных 68%.

В последнее время производителями активно разрабатываются органические солнечные батареи, но на рынке они еще широко не представлены. Специалисты Мичиганского университета придумали прозрачные солнечные батареи, которые способны поглощать и ультрафиолетовое, и инфракрасное излучение без надобности использования многослойной конструкции. Самое интересное, что в теории солнечным фотоэлементом может выступать практически любой объект с прозрачной стеклянной поверхностью — от окон домов до экранов мобильных гаджетов.

Но пока это все в теории и разработке, рассмотрим реальные варианты создания солнечной батареи своими руками.

Фотоэлектрические системы частного дома

Электрические домашние системы энергообеспечения с использованием солнечных элементов можно разделить на 3 вида:

  • автономная;
  • гибридная;
  • безаккумуляторная.

Если дом подключен к центральной энергосети, то оптимальным вариантом будет смешанная система: днем питание производится от солнечных батарей, а ночью – от аккумуляторов. Центральная сеть в данном случае является резервом. Когда нет возможности подключиться к центральному энергоснабжению, его заменяют топливными генераторами – бензиновыми или дизельными.

Контроллер необходим для предотвращения короткого замыкания в момент максимальной нагрузки, аккумулятор – для накопления энергии, инвертор – для распределения и подачи ее к потребителю

При выборе наиболее удачного варианта следует учитывать время суток, в которое происходит максимальное потребление энергии. В частных домах пиковый период выпадает на вечер, когда солнце уже зашло, поэтому логичным будет использовать либо подключение к общей сети, либо дополнительное применение генераторов, так как солнечное энергоснабжение происходит в дневное время.

В фотоэлектрических системах энергоснабжения используют сети и с постоянным, и с переменным током, причем второй вариант подходит для размещения приборов на расстоянии более 15 м

Для дачников, режим работы которых часто совпадает со световым днем, подходит солнечная энергосберегающая система, которая начинает функционировать вместе с восходом солнца, а заканчивает вечером.

Пошаговая инструкция

Итак, чтобы сделать солнечную батарею своими руками, Вы должны выполнить следующие действия:

  • Отрезаем от листа меди кусок такого размера, чтобы мы смогли расположить его на спирали электрической плитки. Отрезанный кусок необходимо хорошо очистить от любых загрязнений при помощи наждачной бумаги, при необходимости можно применить чистящие средства. Любые следы жира будут препятствовать окислению, поэтому их необходимо удалить и брать чистый лист только за края.

  • Далее размещаем его на спирали плиты и включаем так, чтобы она раскалилась до красна. При этом будьте предельно аккуратны и соблюдайте технику безопасности! Под действием химических реакций, при нагревании медь станет окисляться. Вот когда медь приобретет чёрный окрас, отсчитайте ещё 30 минут, чтобы слой чёрного цвета стал толстым.

  • Затем выключите плиту. Пусть кусок, предназначенный для изготовления солнечной батареи своими руками, остынет до комнатной температуры. Охлаждаясь, медь и медная окись станут остывать и сжиматься с различной скоростью. Тогда начнется отслоение оксида.

  • Далее берем и промываем кусок меди подогретой водой. Не отскребайте чёрные остатки окиси и не деформируйте лист! Необходимо лишь слегка убрать куски, которые сами отслаиваются.
  • После этого начинаем собирать самодельную солнечную батарею не выходя из дома. Все сделать очень легко.
  • Отрезаем ещё один кусок меди, соответствующий тому, что мы уже нагрели, его также необходимо очистить от загрязнений. Сгибаем 2 листа таким образом, чтобы они поместились в бутылку, не соприкасаясь друг с другом, цепляем к ним «крокодильчики», как показано на фото ниже. Завершаем наш процесс по изготовлению солнечной батареи своими силами, подсоединением к чистому куску меди плюса, а к оксидированному – минуса. Далее добавляем несколько ложек соли в нагретую воду, и размешиваем до окончательного растворения. Затем переливаем полученный раствор в бутылку с кусками меди, но не до конца. Оставьте приблизительно два с половиной сантиметра от краев пластины.
Читать еще:  Линейка-делитель своими руками

Кстати, такая солнечная батарея может давать несколько миллиампер даже без солнца, работая как аккумулятор! Разумеется, что такая конструкция не способна запитать ничего серьезного, ее можно использовать как демонстрационный вариант или прототип, от которого могут загораться маломощные светодиоды. Рекомендуем сразу же просмотреть более серьезный вариант использования альтернативных источников энергии, который мы описали в статье о том, как сделать освещение для дачи на солнечных батареях!

Как собрать солнечную батарею?

Соединение фотоэлементов солнечных панелей имеет одинаковые схемы. Все элементы могут быть соединены в последовательную или параллельную цепь. Последовательное припаивание фотоэлементов происходит в соответствии со следующими этапами:

  • Фотоэлементы следует выложить на ровную поверхность, при этом между ними должно оставаться расстояние в 5 мм.
  • На точки пайки наноситься припой.
  • Контакты элементов припаиваются последовательно друг другу.
  • Крайние контакты фотоэлементов выводятся в соответствии к плюсу или минусу на шину.
  • На конец шины устанавливается клеймо подключения.

Параллельное подключение имеет такие же принципы пайки. Для параллельного соединения следует минусовой контакт первого фотоэлемента соединить с плюсовым контактом второго, минусовой второго элемента — с плюсовым третьего и т. д. Крайние плюс и минус всей цепочки соединяются общей шиной.

В независимости от того, как устроена солнечная батарея, она будет выдавать одинаковую мощность рассчитанную от площади фотоэлементов.

Перед тем, как сделать солнечную батарею, следует определить:

  • для каких целей она будет использоваться
  • какие материалы при этом понадобятся. Для частного дома батарея должна иметь твердый защитный каркас, а для квартиры больше подойдут гибкие солнечные батареи. Для разных целей подойдет свой тип батареи. Маленькие солнечные батареи могут пригодиться для питания отдельных низкопотреблямых объектов, а для домов нужны самодельные аналоги производственных моделей. Солнечные батареи для дачи можно выполнить даже из подручных материалов.

Как сделать солнечную батарею из фольги

  • медная фольга;
  • пластиковая бутылка;
  • нагревательные приборы;
  • соль;
  • два проводника «крокодильчика».

Изначально следует вырезать два одинаковых по площади листа фольги. Затем листы размещают на электроплите или другом нагревательном элементе для того, чтобы оксидная пленка отслоилась и ее можно было убрать.

Одному листу дают остыть, другому нет. Листы сгибаются и размещаются в пластиковой бутылке так, чтобы они не соприкасались между собой. Вовнутрь наливают воду с растворенной в ней солью. Далее один проводник подключается к нагретой панеле, образовывая плюсовой контакт, второй — к не нагретой, образовывая минусовой.

Солнечная батарея из транзисторов

Старые работающие транзисторы также могут сгодиться для изготовления батареи. Пластина, которая размещена внутри транзисторов может выступать как фотоэлемент.

Чтобы изготовить батарею, транзистор следует вскрыть, срезав с него крышку. Раскрытые транзисторы спаиваются между собой и размещаются внутри корпуса. Солнечная батарея из транзисторов имеет низкий КПД за счет маленького объема пластины, поэтому чем больше их будет использовано, тем мощнее будет батарея.

Солнечные батареи своими руками из диодов

Фотоэлементом в данном случае будет выступать кристалл, содержащийся в диоде. Для того, чтобы извлечь кристалл, следует вскрыть диод и разогревать его в течении 20 секунд, чтобы расплавился припой. Чистые кристаллы размещают на панели и припаивают между собой последовательно или параллельно серебряными контактами.

Тонкопленочные солнечные батареи

Для изготовления следует приобрести соответствующий фотоэлемент необходимой площади. Тонкопленочная солнечная панель может быть легко смонтирована и помещена на крышу или на балкон. Такая текстура принимает любые изгибы и ее монтаж не проблематичный, так как не требует изготовления каркаса.

Для подключения отрезки пленки соединяют между собой и выводят общие контакты через преобразователь и стабилизатор напряжения в потребляющую сеть. Особенно выгодно использовать тонкопленочные солнечные батареи на кровле частных домов. Под ними допускается размещение труб. Такая система позволяет снимать излишний нагрев с солнечных панелей для обеспечения большего КПД, а подогрев воды в трубах может использоваться для отопления дома.

Читать еще:  Измеритель сигнала wi-fi своими руками

Кремниевые (монокристаллические) солнечные батареи

Кремниевые солнечные батареи размещают на солнечной стороне крыши. Сами фотоэлементы должны быть размещены на каркасе. Каркас может быть выполнен из любых материалов.

Сборка солнечной батареи такого типа начинается с изготовления каркаса. Верхняя его часть должна быть выполнена из стекла, помещенного в раму, нижняя часть — твердая ровная панель. Для установки потребуется сконструировать ножки. Следует учитывать особенности места установки и преимущественный наклон для солнечной панели.

Далее приобретенные кремниевые элементы соединяются между собой в электрическую сеть. Можно осуществлять пайку прямо на лицевой стороне каркаса, разместив пластины лицом вниз.

Выходы шин контактов выводятся через отверстия в раме, швы герметизируются, а сама конструкция закрывается нижней панелью. Далее солнечная панель устанавливается, а контакты от нее прокладываются к источнику электросети.

Многопереходные (многослойные, тандемные) солнечные модули

Многопереходные солнечные модули подключаются и устанавливаются аналогично кремниевым, только в своей основе имеют более улучшенный фотоэлемент. За счет этого и более высокий КПД, и соответственно стоимость.

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определите, с какой стороны участка находиться больше всего солнечных лучей, не падает тень от деревьев и других построек. Место установки может быть на земле, скатах крыши, стенах или отдельно стоящих конструкциях. К примеру, если вы хотите установить солнечную батарею на крыше, следует убедиться, что конструкция выдержит ее вес.

Из-за того, что максимальная производительность моно- и поликристаллических ячеек обеспечивается исключительно при перпендикулярном попадании на них солнечных лучей, желательно собрать для них регулируемую конструкцию. Которая позволит изменять угол наклона солнечной батареи, в зависимости от времени года или даже времени суток. Так как положение источника света в различные периоды года и суток значительно отличаются (рисунок 1).

Рис. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание, что в стационарно установленной батарее, к примеру, вырабатывающая в идеальных условиях 7 кВт/ч, утром и вечером будет вырабатыватся только 3 кВт/ч. Соответственно, при установке только в одном положении, батарея будет выдавать номинальную мощность лишь несколько месяцев в году. Если вы решите монтировать ее в стационарном положении, панели следует располагать под углом от 50 до 60º, для регулируемых устанавливается два предела – зимний в 70º и летний в 30º, а в промежуточный период, их наклоняют как стационарные.

Чтобы определить количество пластин, необходимо подсчитать, какой электрический ток или мощность генерирует одна из них или 1 м 2 . Как правило, 1 м 2 выдает порядка 125 Вт, поэтому чтобы получить около 2,5 кВт для бытовых нужд, необходимо установить 20 м 2 панелей.

Герметизация элементов и монтаж панели

Этот процесс – финальный этап создания солнечного источника энергии. Герметизация нужна, чтобы уменьшить негативное воздействие окружающей среды на элементы. Отличный герметик (его используют за границей) – компаунд, однако он стоит недешево. Поэтому для домашней панели подойдет и силиконовый, но довольно густой. Начните с фиксации системы в середине и по бокам, после этого залейте вещество в промежутки между элементами. На обратную сторону нанесите акриловый лак, смешанный с тем же силиконом.

Панель можно эксплуатировать такими способами:

  1. В электрическую цель включается инвертор, который будет преобразовывать постоянное напряжение от солнечной панели в переменное.
  2. Электрическая цель комплектуется аккумулятором (АКБ) и контроллером заряда АКБ. Они накапливают энергию от солнечной панели постоянно (в пределах вместимости АКБ), даже в тот момент, пока вы ею не пользуетесь.

Помните: вы всегда сможете нарастить количество элементов, расширив панель. Солнечная батарея будет максимально эффективной только на солнечной стороне дома. Предусмотрите возможность механического поворота и смены угла наклона, ведь солнце движется по небу, иногда его затягивают тучи. Также для эффективности важно, чтобы на устройство не налипал снег.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector