Солнечная батарея из подручных средств своими руками. Солнечные батареи своими руками

Спрос на альтернативные источники энергии возрастает с каждым днём. Народные умельцы активно осваивают способы, как изготовить солнечную батарею своими руками.

Подготовительная стадия: что надо знать о солнечных батареях

Для самостоятельного изготовления солнечной батареи можно использовать как специально закупленные заготовки, так и по максимуму использовать материал, имеющийся в домашней мастерской – диоды, транзисторы, фольгу.

Солнечные батареи не могут в большинстве случаев заменить полноценную электростанцию и дать рабочее напряжение 220 В для работы мощных электроприборов. Ограничения возникают по причине их высокой стоимости и большой площади свободного пространства для монтажа.

Часто их применяют как дополнительный источник энергии и для не электрифицированных дачных участков.

КПД солнечных батарей зависит от погодных условий, интенсивности потока солнечных лучей, угла падения светового потока.

Небольшое количество ясных дней в конкретном регионе, сильная затенённость земельного участка, может быть причиной экономической нерентабельности новой установки: срок окупаемости будет больше, чем срок службы (до 30 лет).

Место для установки солнечной батареи для вашего дома должно быть хорошо освещённым, желательно находится выше уровня земли (на крыше), а сама конструкция иметь возможность коррекции положения в пространстве, чтобы лучи солнца падали перпендикулярно поверхности фотоэлементов.

Как самостоятельно сконструировать солнечную батарею

Чтобы собрать солнечную батарею надо:

• Изготовить каркас – рамку из алюминиевых уголков или деревянных реек. Форму корпуса, и соответственно, форму солнечной батареи выбирать можно любую. Надо подготовить подложку из ДВП и защитное стекло в размер.
• Спаять солнечные элементы. Самый ответственный этап: от качественной спайки зависит итоговый КПД батареи. 3. Уложить пластину в каркас и загерметизировать – завершающий этап работы.

Главная часть солнечной батареи составляют фотоэлементы, которые преобразовывают энергию дневного светила в электрическую.

Промышленность выпускает 3 вида пластин: монокристаллические, поликристаллические и тонкоплёночные (аморфные). Только 2 первых доступны по цене и закупаются как заготовки для будущих домашних экспериментов.

Различие между ними состоит в КПД – до 14% и 9% соответственно, долговечности – 30 и 20 лет службы, и чувствительности к интенсивности солнечного света.

Только батареи с поликристаллическими проводниками не снижают выработку электроэнергии в пасмурную погоду.

Имеет смысл закупать уценённые фотоэлементы второго сорта – для промышленных целей они не подходят, а существующие дефекты не ухудшают качество самоделок.

Приобретённые фотоэлементы требуется спаять между собой. Отдельный элемент даёт 0.5 В напряжения, обычно домашние умельцы ориентируются на номинальное напряжение готового изделия 18 В.

Правильно объединяя цепь, легко добиться нужных потребительских свойств: параллельное соединение увеличивает силу тока, последовательное – напряжение.

На рабочем столе должен быть паяльник, флюс и припой. Олово проволочное, флюс бескислотный, оставляющий минимум жирных следов.

Кремниевые пластины укладываются на защитное стекло, оставляя зазор 5 мм: при нагревании фотоэлементы расширяются. При спайке важно соблюдать полярность – дорожки с отрицательным знаком и положительным различить не сложно.

Обратите внимание!

Лучше приобретать солнечные элементы с уже припаянными плоскими проводниками к солнечным элементам, а самостоятельно только объединять их в цепь. Крайние элементы цепи выводятся на общую шину.

Дополнительно следует припаять диода Шоттки 31DQ03 или аналогичный, чтобы не допустить саморазряда батареи в неактивном состоянии.

Сердцевина солнечной батареи готова, осталось уложить её в подготовленный корпус. После этого по центру каждого отдельного фотоэлемента наносится одна капля термостойкого герметика (если капель несколько, то при расширении от нагревания пластина может лопнуть) и аккуратно накрывается подложкой, затем крышкой.

При помощи силикона следует загерметизировать стыки, и изделие готово.Что может быть альтернативой промышленным фотоэлементам

Фото солнечных батарей из подручных радиодеталей удивляют своей оригинальностью, хотя технические характеристики имеют не очень впечатляющие.

Обратите внимание!

Для домашнего производства электричества можно использовать разнообразный материал:

• Транзисторы типа КТ или П, внутри которых расположен полупроводниковый кремниевый элемент. С них срезается металлическая крышка, и открывшееся пластина способна выполнить функции фотоэлемента, её напряжение 0,35 В.
• Диоды Д223Б. Их преимущества перед другими – напряжение 0,35 В при компактных размерах, удобный корпус, лёгкое очищение от ненужной краски при помощи ацетона для последующей работы.
• Медная фольга.

Чтобы она приобрела свойства преобразовывать солнечную энергию в электрическую, необходимо осуществить специальную обработку:

• Обезжирить.
• Обработать наждачной бумагой с целью удаления защитной оксидной плёнки и возможной коррозии. Прокалить на газовой горелке до образования оксида меди – пластина меняет цвет на чёрный и нагревается после этого полчаса.
• Заготовка после медленного охлаждения аккуратно промывается под проточной водой с целью удаления черной пленки.

Искомый полупроводник – пластина с тонким слоем медной окиси. В отличие от первых двух вариантов, для дальнейшей работы паяльные работы здесь не нужны.

Требуется поместить соленый раствор 2 кусочка фольги одинакового размера, но разных по свойствам – обработанный и первоначальный вариант.

Соприкасаться они не должны, зажать «крокодильчиками» с проводами. Положительный полюс – к чистой меди, отрицательный – к оксиду. Солёный раствор в прозрачной ёмкости на 2-3 см не доходит до верхней части пластин.

Купить солнечные батареи в виду достаточно высокой цены безболезненно для семейного бюджета может не каждый. Проявите себя в техническом творчестве, порадуйте домочадцев и удивите гостей результатами своего труда.

Обратите внимание!

Фото солнечной батареи своими руками

В последние годы вопрос о обеспечении энергосбережения становится все более остро. Многие люди начинают думать о том, как сэкономить электроэнергию с применением разнообразных энергосберегающих технологий. В последнее время использование солнечной энергии в бытовых условиях начинает интересовать все больше людей, которые приходят к выводу, что лучше будет один раз поставить солнечные батареи, а потом получать весомую экономию своего бюджета. Это актуально в условиях постоянного подорожания цен на энергоносители как в России, так и по всему миру. Еще сильнее можно сэкономить, если разобраться, как собрать солнечную батарею своими руками. Главной особенностью сбора солнечных батарей будет доступность комплектующих и минимальные финансовые вложения.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Выбираем элементы для панелей

Большим достоинством своими силами собранной солнечной системы является то, что не нужно устанавливать сразу всю комплексную систему, мощность можно постепенно увеличивать. Если опыт сбора будет успешным, то можно продолжать работу и увеличивать объем.

Солнечная батарея является локальным генератором, который функционирует на основе преобразования солнечной энергии в электрическую при помощи фотоэлектрического элемента. Для того, чтобы собрать ее своими руками необходимо подбирать в свободной продаже солнечные модули. К примеру, на Ebay можно прикупить комплект SolarCells , состоящий из 36 солнечных элементов, который как раз предназначен для самостоятельной сборки батареи. Подобные наборы можно приобрести и в России.

Разрабатываем проект

Разработка проекта будет зависеть от того, где Вы будете размещать солнечную батарею и варианта монтажа. Подобные батареи должны устанавливаться под углом, который обеспечивает попадание солнечных лучей под прямым углом на фотоэлементы. Не забывайте, что производительность солнечной батареи полностью зависит от интенсивности освещения. Их нужно устанавливать на солнечной стороне здания. В зависимости от месторасположения объекта, а также потока солнечной энергии в каждом регионе вычисляется угол наклона для солнечной панели.

Стоит обратить Ваше внимание на то, что в момент проектирования системы, которую предполагается устанавливать на крыше здания, заранее необходимо выявить или просчитать несущую способность кровли. Кровля должна полностью выдерживать приложенную нагрузку, а также обеспечить запас прочности.

Изготавливаем каркас

До того, как сделать солнечную батарею необходимо приобрести солнечные элементы (36 штук). По проведенным расчетам один элемент выдает 0,5 Вольт энергии, то есть при наличии 36 элементов может получиться 18 Вольт.

На рынке представлен огромный выбор пластин, имеющих различные размеры, однако необходимо помнить следующее во время их выбора:

• Все пластины будут производить одинаковый уровень напряжения вне зависимости от их размеров;
• Большие пластины производят большую силу тока;
• Используя пластины большого размера можно получить больше энергии, но помните о весе панелей увеличенного размера;
• Не рекомендуется применять пластины разных размеров в одной конструктивной системе.

Для каркаса при изготовлении солнечных батарей применяют алюминиевый уголок, но можно купить и уже готовые предназначенные для этого рамы. Прозрачное покрытие нужно выбирать по своему желания, но учитывая показатели преломления света. Самым доступным материалом будет оргстекло, а наименее подходящим по своим характеристикам является обычный поликарбонат. Лучшими материалами для изготовления панели будут материалы, имеющие высокий уровень светопропускания. Если использовать оргстекло, то в процессе эксплуатации можно проводить наблюдения за контактами в системе.

Монтаж корпуса солнечной батареи

Если говорить о стандартном изготовлении одной солнечной батареи, то оно предполагает применение 36 фотоэлементов с пластинами 150х81 мм. Во время расчета размеров нужно учесть наличие зазоров между элементами в 3-5 мм, которые будут необходимы при изменении размеров каркаса под воздействием атмосферных явлений. Размеры заготовки с учитываемыми допусками будут 690х835 мм и ширина уголка в каркасе 35 мм. Солнечная батарея, которая будет изготовлена с помощью алюминиевого профиля будет похожа на панель заводского производства и будет обеспечивать высокий уровень герметичности, прочности и жесткости.

Для начала из алюминиевого уголка нужно сделать заготовки – рамки размерами 690х835 мм. Для дальнейшего крепления саморезов в полученной рамке нужно сделать отверстия. Затем по внутренней поверхности уголков следует нанести без пропусков силиконовый герметик. Это достаточно важный момент, т.к. не должно получаться мест, которые не заполнены силиконом. В полученную раму нужно положить прозрачный лист из оргстекла, специального поликарбоната или антибликового стекла.

Обращаем внимание , что силикону нужно дать просохнуть, в противном случае испарение будет создавать лишнюю пленку на фотоэлементах.

Уложенное стекло нужно с тщательностью прижать к каркасу и зафиксировать. Для хорошей фиксации крепеж нужно выполнить по всему периметру рамки. Все, каркас солнечной батареи почти выполнен.

Подбираем и паяем элементы

Также на том же Ebay или другом подобном магазине можно приобрести солнечные элементы, имеющие уже припаянные проводники. Обязательно оцените свои способности, т.к. паять контакты в подобной конструкции довольно таки сложный процесс. Ответственность еще увеличивается за счет хрупкости элементов.

Если все же решили пропаять элементы самостоятельно, то для начала проводники необходимо нарезать с помощью картонной заготовки и с аккуратностью разложить на фотоэлементе. Затем на точки припаивания нужно нанести кислоту и припой. Для более удобного выполнения работы прижмите проводник тяжелым предметом. Далее следует аккуратно припаять к фотоэлементу проводник, но не пережмите хрупкие кристаллы. По указанным нормативам на проводнике серебряное напыление обязано выдержать три пайки.

Собираем элементы солнечной батареи

Когда производите первую сборку лучше всего использовать размеченную подложку, которая поможет разместить элементы ровно относительно друг друга. Основа выполняется из фанеры, обязательно промаркируйте уголки конструкции. После проведенной пайки на элементы батареи на обратную сторону нужно закрепить кусочек ленты для монтажа и подобным образом их переносить. Герметизировать необходимо только соединительные части.

Далее элементы нужно выкладывать на поверхность стекла. Не забывайте оставлять между элементами расстояние и прижать их грузом. Пайку проводите по приложенной электрической схеме. Плюсовые дорожки должны быть размещены на лицевой стороне, а минусовые – с обратной. Пропаивайте все серебряные контакты. По этому принципу соедините все фотоэлементы. На крайних элементах панели контакты нужно вывести на шину плюс и минус. Рекомендуется создать «среднюю» точку – используя два дополнительные шунтирующие диоды. Клемма устанавливается на внешней стороне рамы. Для выводящих проводов можно применять акустический кабель в изоляции. После пайки все провода нужно зафиксировать силиконом. После сборки солнечные панели в качестве основной проблемы имеют качество пайки контактов. Именно поэтому специалисты рекомендуют перед герметизацией проводить тестирование, которое нужно выполнить в каждой группе элементов, когда проводится пайка.

Если выполнена грамотная конструкция всей системы, то это обеспечить достаточную мощность батареи. Во время расчета всей конструкции следует учитывать, что во время изготовления одной солнечной батареи нужно использовать только солнечные модули одних размеров, т.к. в системе максимальный ток ограничивается током самого маленького элемента.

Стандартные подсчеты дают понять, что в достаточно солнечный день с одного метра панели получается примерно 120 Вт мощности. Естественно, что подобная мощность не позволит даже на компьютере поработать, но панели в 10 метров уже обеспечит 1 кВт энергии, что даст Вам возможность дать энергию для основных приборов в доме. В среднем, для семьи требуется в месяц примерно 300 кВт, поэтому система, которая оптимально установлена на южной стороне размерами в 20 метров позволит обеспечить электроэнергией семейные потребности. Для оптимизации использования электроэнергии в освещении рекомендуется использовать лампочки переменного тока светодиодные или люминесцентные. Как подобрать подобные лампочки, к примеру для натяжного потолка можно прочитать .

Солнечные батареи становятся все более популярными среди альтернативных источников питания. Однако в наших условиях их цена чаще всего завышена, поэтому используя всем доступные материалы и необходимые инструкции можно собрать солнечную батарею своими руками.

Видео

А этом видео представлен процесс сборки солнечной батареи.

Однажды услышав по телевидению о солнечных батареях, которые способны превращать энергию солнца в электрическую автор загорелся идеей их использования. Для начала он постарался узнать как можно больше информации о солнечных панелях, инверторах, элементах и их прочих составляющих. К сожалению хорошие солнечные панели стоят довольно дорого и автор не мог просто взять и купить заводскую панель для практического использования дома. Однако среди множества статей в сети интернет автор нашел несколько посвященных самостоятельной сборке солнечных панелей в домашних условиях.

Материалы и инструменты, которые использовал автор для создания своей солнечной панели:
1) стекла оконные размером 86 на 66 см
2) алюминиевые уголки
3) паяльник с расходными материалами
4) комплект солнечных элементов
5) скотч двухсторонний
6) инвертор
7) аккумуляторы

Рассмотрим более подробно этапы постройки солнечной панели.

Перед созданием своей первой солнечной панели автор довольно длительное время готовился изучая статьи посвященных сборке панелей, информацию о различных типов элементов, способов герметизации и материалов необходимых для создания панелей новичку. Одно из важнейших знаний, которое почерпнул автор в данных статьях это опыт чужих ошибок. Так например он довольно детально изучил основные ошибки при герметизации панели, а так же понял как лучше работать с пластинами солнечных элементов, чтобы не повредить их.

После теоретической подготовки автор приступил к практической. Так как бюджет на изготовление солнечной панели был не велик, то собирать ее автор решил по большей части из подручных материалов. Найдя довольно неплохой магазин пластиковых окон, автор заказал там два стекла размером 86 на 66 см. Так же в одном из магазинов были приобретены алюминиевые уголки, которые будут составлять каркас солнечной панели. Солнечные элементы автор решил заказать в интернет магазине, так как там они были гораздо дешевле.

Когда все основные материалы были собраны, а элементы получены на почте, автор приступил к сборке своей первой солнечной панели.
Для начала было решено соединить все элементы при помощи металлической ленты и паяльника. Так как автор ознакомился с основными ошибками при пайке солнечных элементов, то данный процесс прошел без поломок. В работе автор использовал небольшое количество канифоли, а нажим при пайке был легким, к тому же перед началом работ все элементы были разложены на ровную поверхность стекла, таким образом весь процесс пайки элементов не составил большого труда. На пайку 36 пластин солнечных элементов у автора ушло около полутора часов, плюс было потрачено некоторое время на лужение проводов. Главными принципами автор назвал необходимость в паяльнике на 40 вт, так как пластины отдают тепло при приближении паяльника, а канифоли для спайки надо совсем немного иначе олово может не прилипнуть к пластине, именно по этой причине автору пришлось залудить все провода полностью.

Ниже расположена фотография со всеми видами скотча, которые применял автор при создании данной солнечной панели:

Далее стекло необходимо было поместить в рамку, чтобы уберечь его от сколов да и просто увеличить надежность конструкции солнечной батареи. Рамку для стекла автор предпочел делать из пластика, так как у него имелось некоторое количество пластика оставшегося от домашнего ремонта, хотя так же можно использовать и металлические уголки или деревянные бруски. В общем все зависит от того каким средствами и материалами вы располагаете.

Рамка была склеена при помощи стандартного утюга на ровной поверхности при 45 градусах.

Затем стекло было установлено внутрь такой самодельной рамы и края еще раз проклеены силиконовым герметиком. Лишняя пленка в процессе была обрезана для лучшего эстетического вида изделия.

У первой панели было напряжение в 21 В и сила тока при замыкании 3.4 А. Заряд батареи 40 А.ч. 2.1 А. При испытаниях было довольно облачно и проверить максимальную мощность панелей не удалось.

В итоге при тех же погодных условиях собранная система из двух солнечных панелей выдавал мощность тока замыкания в 7 ампер, а напряжение около 20 В. Этого вполне достаточно, к тому же при более солнечной погоде показатели будут значительно лучше.

Можно ли сделать солнечные батареи своими руками? Этот вопрос интересует многих людей, решивших использовать альтернативные энергоисточники. Да, вполне можно. Причем процесс этот, по сути, далеко не такой технологически сложный, как может показаться на первый взгляд. Главная сложность будет заключаться в пайке проводников к фотоячейкам, но и эту проблему можно решить с минимальными затратами.

Однако прежде, чем собирать солнечную батарею в домашних условиях, нужно приобрести все необходимые элементы. То есть собственно фотоячейки и материалы для изготовления корпуса (сам корпус и лицевое защитное стекло). Также понадобятся паяльник и припой.

Выбор фотоячеек

Фотоячейки можно использовать и поли-, и монокристаллические, все зависит от того, какие рабочие параметры должна будет «выдавать» батарея. Разумеется, их нужно рассчитать заранее. Приобрести фотоячейки можно на крупных интернет-порталах (Ebay, Amazon и т.д.) или же в специализированных магазинах. Причем в последнее время там все чаще продаются уже готовые наборы для солнечных панелей, включающие в себя подобранные по параметрам фотоячейки с уже припаянными к ним проводниками. Более того, для защиты от механических повреждений такие ячейки покрыты защитным ламинирующим составом.

Лучше всего воспользоваться именно таким набором, поскольку пайка проводников к ячейкам – процесс очень трудоемкий и без должного опыта вряд ли выполнимый. А кроме того, купленные «по отдельности» ячейки в ходе транспортировки нередко оказываются поврежденными.

Еще один немаловажный аспект – классификация фотоячеек. По своему качеству все ячейки для солнечных батарей делятся на 5 классов:

• A. Отборные элементы без малейших дефектов, способных снизить их производительность.
• B. Фотоэлементы «второго сорта» с незначительными царапинами или иными дефектами малых размеров.
• C. Элементы «третьего сорта» с ярко выраженными дефектами, сколами и трещинами.
• D. Брак ячеек. Треснутые, разломанные изделия, пригодные только для переработки.

Разумеется, выбирать нужно фотоячейки с маркировкой «Grade A». Именно они будут обладать максимальным КПД и позволят собрать для дома или для дачи наиболее эффективную солнечную батарею.

Схема же соединения ячеек представляет собой последовательное соединение. Число ячеек в цепи будет зависеть, опять же, от требуемого выходного напряжения. Чем больше ячеек, тем выше будет напряжение на выходе. Как правило, для дачи или для дома достаточно изготовить солнечную батарею из 36 ячеек. Их выходное напряжение составляет 12-18 В (в зависимости от исходных параметров ячеек), что как раз позволяет запитывать бытовую энергосберегающую нагрузку. Единственное условие – наличие в схеме запирающего диода (обычно – диода Шотке). Он необходим для предотвращения появления обратных токов при отсутствии солнечных лучей.

Лучше всего паять ячейки, заранее расположив их в нужном порядке на будущей лицевой поверхности солнечной батареи. Расстояние между ячейками надо выдерживать около 5 мм.

Корпус

Корпус солнечной батареи выполняет несколько важных функций. Прежде всего он защищает ячейки от механических повреждений, а электрические контакты – от влаги и пыли. Поэтому материал корпуса должен быть обязательно влагостойким. Отлично подойдут фанера и деревянные рейки, обработанные влагоотталкивающим составом. Можно воспользоваться и алюминиевыми уголками (для боковых граней).

Для защиты лицевой стороны корпуса лучше использовать специальное закаленное стекло. Кстати, некоторые фирмы продают специальные стекла для солнечных батарей. Они достаточно прочны, чтобы выдерживать воздействия погодно-атмосферных факторов и при этом обладают хорошими оптическими характеристиками. Можно использовать и простое оргстекло.

Сборка

Когда каркас батареи будет готов, а элементы – спаяны, начинается непосредственная сборка изделия. Фотоячейки должны быть расположены на лицевой поверхности солнечной батареи (если это не было сделано перед пайкой, то придется перекладывать уже соединенные ячейки).

Следующие этап – герметизация системы. Для этих целей в промышленности применяют специальные компаунды, изготовление же своими руками позволяет воспользоваться силиконовым герметиком. Сначала система фиксируется по краям, затем – в середине, и лишь после этого герметиком заливаются промежутки между ячейками. Перед герметизацией лучше еще раз проверить качество пайки и надежность соединений.

Последняя стадия – соединение лицевой части корпуса с каркасом и их надежное скрепление. Также необходимо установить специальную коммутационную коробку, к которой будут подсоединены выводные рабочие контакты фотоячеек. Кроме того, коробка имеет отдельные разъемы для дальнейшего подключения солнечной батареи в систему. Монтируется она на тыльную сторону корпуса. Нередко в комплекте с такой коробкой продаются и соединительные кабели для коммутации панели. Коробка герметична и надежно защищает все электроконтакты от погодно-атмосферных факторов.

«Химическая» солнечная батарея

Домашнюю фотопанель можно сделать не только из кремниевых пластин, но и из обычной листовой меди. Правда, полученная таким образом батарея, будет обладать гораздо меньшей производительностью - ее хватит лишь для получения совсем небольшого тока. Однако и себестоимость ее изготовления, и затраты времени в несколько раз ниже.

Итак, нам понадобятся:

• Два листа меди (размером примерно 15х15 см). Их можно найти и в хозяйственном магазине.
• Два зажима-«крокодила».
• Небольшой мультиметр или высокочувствительный амперметр (для фиксации токов 10-50 мкА).
• Обычная электрическая плитка (мощностью более 1000 Вт для получения нужного нагрева).
• Стеклянная банка (достаточно объема 2 л) или пластиковая бутыль с отрезанным горлом.
• Обычная вода.
• Поваренная соль (2 столовые ложки).

Также потребуются ножницы для нарезки меди и наждачная бумага или же металлическая щетка (для зачистки меди).

Изготовление

Сам процесс очень простой. В первую очередь необходимо отрезать два куска меди нужных размеров (чтобы они полностью помешались на ТЭНе или конфорке плитки). Затем тщательно промыть один лист с моющим средством, чтобы удалить все жировые загрязнения. Наждачной бумагой или щеткой лист очищается от возможного микрокорродирования или поверхностных сульфидов.

Затем лист нужно положить на плитку и включить ее на полную мощность. Медь начнет прогреваться и постепенно менять цвет с оттенков красного на черный. Это означает, что начала образовывать медная окись. Когда весь лист станет равномерно черным, можно начинать отсчет времени. Медь должна прокалиться еще полчаса. Это необходимо для того, чтобы образовался более толстый слой окиси. Впоследствии черный слой легко «отойдет», открыв многоцветный нижний слой. Именно он и потребуется для генерации энергии.

По истечении 30 минут плитку нужно отключить, оставив лист на конфорке. Медь должна остыть, причем очень медленно, иначе черная окись не отслоится. По мере остывания черный слой начнет «шелушиться», а так как окись и медь остывают с разными скоростями, то верхние хлопья начнут самостоятельно отскакивать от листа.

Примерно через 20 минут пластина остынет до комнатной температуры. Оставшиеся небольшие участки черной окиси надо аккуратно удалить под проточной водой. Ни в коем случае нельзя пользоваться губкой, моющими средствами и т.д., так как они повредят необходимый для фотореакции слой красно-фиолетовой меди.

Сборка

Собственно сборка не менее проста. Второй лист меди (он должен быть такого же размера) аккуратно сгибают по дуге и помещают в банку. Также поступают и с прокаленным листом. Пластины меди не должны касаться друг друга! Причем так как при прокаливании на верхней стороне листа образуется покрытие лучшего качества, то именно эта сторона и должна «смотреть наружу из банки».

Далее к пластинам подсоединяют «крокодилы». Провод от чистого листа подключают к «плюсу» измерительного прибора, от прокаленного – к «минусу». Затем соль растворяют в небольшом количестве обычной воды. Раствор выливают в банку, причем он должен отступать от края пластин примерно на 2 см (чтобы при перемещении банки не намочить контакты).

Все, солнечная батарея из меди готова! Правда, производительность ее минимальна, около 50 мкА на 0,25 В. Поэтому для бытовых практических целей она мало применима.

В современном мире сложно представить себе существование без электрической энергии. Освещение, отопление, связь и прочие радости комфортной жизни напрямую зависят от неё. Это заставляет искать альтернативные и независимые источники, одним из которых является солнце. Эта область энергетики пока ещё не слишком развита, и промышленные установки стоят недёшево. Выходом станет изготовление солнечных батарей своими руками.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея представляет собой панель, состоящую из соединённых между собой фотоэлементов. Она напрямую преобразует солнечную энергию в электрический ток. В зависимости от устройства системы, электрическая энергия аккумулируется или сразу идёт на энергообеспечение зданий, механизмов и приборов.

Солнечная батарея состоин из соединённых между собой фотоэлементов

Простейшими фотоэлементами пользовался почти каждый. Они встроены в калькуляторы, фонарики, аккумуляторы для подзарядки электронных гаджетов, садовые фонарики. Но этим использование не ограничивается. Существуют электромобили с подзарядкой от солнца, в космосе это один из основных источников энергии.

В странах с большим количеством солнечных дней батареи устанавливаются на крышах домов и используются для отопления и нагрева воды. Этот вид называют коллекторами, они преобразуют энергию солнца в тепловую.

Нередко электроснабжение целых городов и посёлков происходит только за счёт этого вида энергии. Строятся электростанции, работающие на солнечной радиации. Особенное распространение они получили в США, Японии и Германии.

Устройство

В основе устройства солнечной батареи лежит явление фотоэффекта, открытое в ХХ веке А.Энштейном. Выяснилось, что в некоторых веществах под действием солнечного света или других веществ, происходит отрыв заряженных частиц. Это открытие и привело в 1953 году к созданию первого гелиомодуля.

Материалом для изготовления элементов служат полупроводники - совмещённые пластины из двух материалов с разной проводимостью. Чаще всего для их изготовления используется поликристаллический или монокристаллический кремний с различными добавками.

Под действием солнечного света в одном слое появляется избыток электронов, а в другом - их недостаток. «Лишние» электроны переходят в область с их недостатком, этот процесс получил название р-n переход.

Солнечный элемент состоит из двух полупроводниковых слоём с разной проводимостью

Между материалами, образующими избыток и недостаток электронов, помещён барьерный слой, препятствующий переходу. Это необходимо для того, чтобы ток возникал только при наличии источника потребления энергии.

Попадающие на поверхность фотоны света выбивают электроны и снабжают их необходимой энергией для преодоления барьерного слоя. Отрицательные электроны переходят из р-проводника в n-проводник, а положительные совершают обратный путь.

За счёт разной проводимости материалов полупроводника удаётся создать направленное движение электронов. Таким образом возникает электрический ток.

Элементы последовательно соединены между собой, образуя панель большей или меньшей площади, которую и называют батареей. Такие батареи можно напрямую подключать к источнику потребления. Но поскольку солнечная активность в течение суток меняется, а ночью прекращается вообще, используют аккумуляторы, накапливающие энергию на время отсутствия солнечного света.

Необходимой составляющей в этом случае является контроллер. Он служит для контроля за зарядкой аккумулятора и отключает батарею при полном заряде.

Вырабатываемый солнечной батареей ток является постоянным, для использования его необходимо преобразовать в переменный. Для этого служит инвертор.

Поскольку все электрические приборы, потребляющие энергию, рассчитаны на определённое напряжение, в системе необходим стабилизатор, обеспечивающий нужные значения.

Между гелиомодулем и потребителем устанавливают дополнительные приборы

Только при наличии всех этих составляющих можно получить функциональную систему, снабжающую энергией потребители и не грозящую вывести их из строя.

Виды элементов для модулей

Существует три основных типа гелиопанелей: поликристаллические, монокристаллические и тонкоплёночные. Чаще всего все три типа производятся из кремния с различными добавками. Используются также теллурид кадмия и селенид меди-кадмия, особенно для производства плёночных панелей. Эти добавки способствуют увеличению эффективности ячеек на 5-10 %.

Кристаллические

Самые популярные - монокристаллические. Они изготавливаются из монокристаллов, имеют равномерную структуру. Такие пластины имеют форму многоугольника или прямоугольника со срезанными углами.

Монокристаллическая ячейка имеет форму прямоугольника со скошеными углами

Батарея, собранная из монокристаллических элементов, имеет большую по сравнению с другими видами производительность, её КПД 13 %. Она легка и компактна, не боится небольшого изгиба, может быть установлена на неровную поверхность, срок службы 30 лет.

К недостаткам можно отнести значительное снижение мощности при облачности, вплоть до полного прекращения выработки энергии. Это же происходит и при затемнении, ночью батарея работать не будет.

Поликристаллическая ячейка имеет форму прямоугольника, что позволяет собрать панель без пропусков

Поликристаллические производятся методом литья, имеют прямоугольную или квадратную форму и неоднородную структуру. Эффективность их ниже монокристаллических, КПД всего 7-9 %, но падение выработки при облачности, запылении или в сумерках несущественно.

Поэтому их применяют при устройстве уличного освещения, их же чаще используют самоделкины. Стоимость таких пластин ниже монокристаллов, срок эксплуатации 20 лет.

Плёночные

Токкоплёночные или гибкие элементы изготавливаются из аморфной формы кремния. Гибкость панелей делает их мобильными, свернув рулоном их можно взять с собой в путешествия и иметь независимый источник энергии в любом месте. Это же свойство позволяет монтировать их на криволинейных поверхностях.

Плёночная батарея изготавливается из аморфного кремния

По эффективности плёночные панели уступают кристаллическим в два раза, для производства одинакового количества необходима двойная площадь батареи. Да и долговечностью плёнка не отличается - в первые 2 года их эффективность падает на 20-40 %.

Но при облачности или затемнении выработка энергии сокращается всего на 10-15 %. Несомненным достоинством можно считать их относительную дешевизну.

Из чего можно сделать гелиопанель в домашних условиях

Несмотря на все преимущества батарей промышленного производства, главным их недостатком является высокая цена. Этой неприятности можно избежать, изготовив простейшую панель своими руками из подручных материалов.

Из диодов

Диод - это кристалл в пластиковом корпусе, выступающем в роли линзы. Она концентрирует солнечные лучи на проводнике, в результате возникает электрический ток. Соединив между собой большое количество диодов, получаем солнечную батарею. В качестве платы можно использовать картон.

Проблема в том, что мощность полученной энергии мала, для выработки достаточного количества понадобится огромное количество диодов. По финансовым и трудозатратам такая батарея намного превосходит заводскую, а по мощности сильно ей уступает.

Кроме того, выработка резко падает при уменьшении освещённости. Да и сами диоды ведут себя некорректно - нередко возникает самопроизвольное свечение. То есть сами же диоды потребляют произведённую энергию. Вывод напрашивается сам: неэффективно.

Из транзисторов

Как и в диодах, главный элемент транзистора - кристаллик. Но он заключён в металлический корпус, не пропускающий солнечный свет. Для изготовления батареи крышка корпуса спиливается ножовкой по металлу.

Батарею небольшой мощности можно собрать из транзисторов

Затем элементы крепят к пластине из текстолита или другого материала, подходящего на роль платы, и соединяют между собой. Таким способом можно собрать батарею, энергии которой достаточно для работы фонарика или радиоприёмника, но большой мощности ожидать от такого устройства не стоит.

Но в качестве походного источника энергии небольшой мощности вполне подойдёт. Особенно если вас увлекает сам процесс создания и не очень важна практическая польза от результата.

Умельцы предлагают использовать в качестве фотоэлементов CD-диски и даже медные пластины. Портативную зарядку для телефона несложно изготовить из фотоэлементов от садовых фонариков.

Лучшим решением будет покупка готовых пластин. Некоторые интернет-площадки продают модули с небольшим производственным браком по приемлемой цене, они вполне пригодны для использования.

Рациональное размещение батарей

От размещения модулей в большой степени зависит, сколько энергии будет производить система. Чем больше лучей попадёт на фотоэлементы, тем больше они произведут энергии. Для оптимального расположения нужно соблюдать следующие условия:

Важно! Сила тока батареи задаётся производительностью самого слабого элемента. Даже небольшая тень на одном модуле может снизить производительность системы от 10 до 50%.

Как рассчитать необходимую мощность

Прежде чем приступить к сборке батареи, необходимо определиться с требуемой мощностью. От этого зависит количество приобретаемых ячеек и общая площадь готовых батарей.

Система может быть как автономной (самостоятельно обеспечивающей электричеством дом), так и комбинированной, совмещающей энергию солнца и традиционного источника.

Расчёт состоит из трёх шагов:

1. Выясните общую потребляемую мощность.
2. Определите достаточную ёмкость аккумуляторной батареи и мощность инвертора.
3. Вычислите необходимое количество ячеек на основе данных об инсоляции в вашем регионе.

Потребляемая мощность

Для автономной системы определить её можно по вашему электросчётчику. Общее количество потребляемой энергии за месяц разделите на количество дней и получите среднее значение ежедневного потребления.

Если от батареи будет запитана только часть устройств, выясните их мощность по паспорту или маркировке на приборе. Полученные значения умножьте на количество часов работы в сутки. Сложив полученные значения для всех устройств, получите среднее потребление в сутки.

Ёмкость АБ (аккумуляторной батареи) и мощность инвертора

АБ для солнечных систем должны выдерживать большое количество циклов разряда и разряда, иметь малый саморазряд, выдерживать большой ток зарядки, работать при высоких и низких температурах, при этом требовать минимального обслуживания. Эти параметры оптимальны у свинцово-кислотных АБ.

Ещё один немаловажный показатель - ёмкость, максимальный заряд, который может принять и сохранить аккумулятор. Недостаточную ёмкость увеличивают, соединяя АБ параллельно, последовательно или комбинируя оба соединения.

Выяснить необходимое количество АБ поможет расчёт. Рассмотрим его для концентрации запаса энергии на 1 день в АБ ёмкостью 200 А.ч и напряжением 12 В.

Предположим, ежедневная потребность составляет 4800 В.час, выходное напряжение системы 24 В. Учтём, что потери на инверторе составят 20%, введём поправочный коэффициент 1,2.

4800:24х1.2=240 А.ч

Глубина разряда АБ не должны превышать 30-40%, учтём это.

240х0.4= 600 А.ч

Полученное значение втрое превышает ёмкость аккумулятора, поэтому для запаса необходимого количества потребуется 3 АБ, соединённых параллельно. Но при этом напряжение аккумулятора 12 В, чтобы увеличить его в два раза, понадобится ещё 3 АБ, соединённых последовательно.

Для получения напряжения в 48 В соедините параллельно две параллельные цепочки по 4 АБ

Инвертор служит для преобразования постоянного тока в переменный. Выбирают его по пиковой, максимальной нагрузке. На некоторых потребляющих устройствах величина пускового тока значительно выше номинальной. Именно этот показатель и берётся в расчёт. В остальных случаях учитываются номинальные значения.

Имеет значение и форма напряжения. Лучший вариант - чистая синусоида. Для приборов, нечувствительных к перепадам напряжения подойдёт квадратная форма. Следует также учитывать возможность переключения прибора от АБ напрямую к солнечным батареям.

Необходимое количество ячеек

Показатели инсоляции в разных областях сильно отличаются. Для правильного расчёта необходимо знать эти цифры для вашей местности, данные несложно найти в интернете или на метеостанции.

Таблица инсоляции по месяцам для разных регионов

Инсоляция зависит не только от времени года, но и от угла наклона батареи

При расчёте ориентируйтесь на показатели наименьшей инсоляции в течение года, иначе в этот период батарея не будет вырабатывать достаточное количество энергии.

Предположим, минимальные показатели - в январе, 0.69, максимальные - в июле, 5.09.

Поправочные коэффициент для зимнего времени - 0.7, для летнего - 0.5.

Необходимое количество энергии - 4800 Вт.ч.

Одна панель имеет мощность 260 Вт и напряжение 24 В.

Потери на АБ и инверторе составляют 20%.

Вычисляем потребление с учётом потерь: 4800×1,2=5760 Вт·ч=5,76 кВтч.

Определяем производительность одной панели.

Летом: 0,5× 260×5,09= 661,7 Втч.

Зимой: 0,7× 260×0,69=125,5 Втч.

Высчитываем необходимое количество батарей, разделив потребляемую энергию на производительность панелей.

Летом: 5760/661,7=8,7 шт.

Зимой: 5760/125,5=45,8 шт.

Получается, что для полного обеспечения, зимой понадобится в пять раз больше модулей, чем летом. Поэтому стоит сразу устанавливать больше батарей или на зимний период предусмотреть гибридную систему электроснабжения.

Как собрать солнечную батарею своими руками

Сборка состоит из нескольких этапов: изготовление корпуса, пайка элементов, сборка системы и её установка. Прежде чем приступить к работе, запаситесь всем необходимым.

Батарея состоит из нескольких слоёв

Материалы и инструменты

• фотоэлементы;
• плоские проводники;
• спиртово-канифольный флюс;
• паяльник;
• алюминиевый профиль;
• алюминиевые уголки;
• метизы;
• силиконовый герметик;
• ножовка по металлу;
• шуруповёрт;
• стекло, оргстекло или плексиглаз;
• диоды;
• измерительные приборы.

Фотоэлементы лучше заказать в комплекте с проводниками, они специально предназначены для этой цели. Другие проводники обладают большей хрупкостью, что может стать проблемой при пайке и сборке. Есть ячейки с уже припаянными проводниками. Стоят они дороже, но существенно экономят время и трудозатраты.

Приобретите пластины с проводниками, это сократит время работы

Рамка корпуса обычно изготавливается из алюминиевого уголка, но возможно использование деревянных реек или брусков квадратного сечения 2х2. Этот вариант менее предпочтителен, так как не обеспечивает достаточную защиту от атмосферного воздействия.

Для прозрачной панели выбирайте материал с минимальным показателем преломления света. Любое препятствие на пути лучей увеличивает потери энергии. Желательно, чтобы материал пропускал как можно меньше инфракрасного излучения.

Важно! Чем больше наргевается панель, тем меньше она вырабатывает энергии.

Расчёт каркаса

Габариты каркаса высчитываются исходя из размеров ячеек. Важно между соседними элементами предусмотреть небольшое расстояние в 3-5 мм и учесть ширина рамки, чтобы она не перекрывала кромки элементов.

Ячейки выпускаются различных типоразмеров, рассмотрим вариант из 36 пластин, размером 81х150 мм. Элементы располагаем в 4 ряда, по 9 штук в одном. Исходя из этих данных, размеры каркаса получаются 835х690 мм.

Изготовление короба

Пайка элементов и сборка модулей

Если элементы приобретены без контактов, сначала их нужно припаять к каждой пластине. Для этого нарежьте проводник на одинаковые отрезки.

1. Вырежьте из картона прямоугольник нужного размера и намотайте на него проводник, затем разрежьте с обеих сторон.
2. На каждый проводник нанесите флюс, приложите полоску к элементу.
3. Аккуратно припаяйте проводник по всей длине ячейки.

   Припаяйте проводники к каждой пластине

4. Ячейки выложите в ряд друг за другом с зазором 3-5 мм и последовательно спаяйте между собой.

   При монтаже периодически проверяйте работоспособность модулей

5. Готовые ряды по 9 ячеек перенесите в корпус и выровняйте относительно друг друга и контура рамки.
6. Спаяйте параллельно, используя более широкие шины и соблюдая полярность.

   Выложите ряды элементов на прозрачную подложку и спаяйте между собой

7. Выведите контакты «+» и «-».
8. На каждый элемент нанесите по 4 капли герметика и уложите сверху второе стекло.
9. Дайте клею высохнуть.
10. Залейте по периметру герметиком, чтобы внутрь не попадала влага.
11. Закрепите панель в корпусе при помощи уголков, прикрутив их в боковым сторонам алюминиевого профиля.
12. Установите при помощи герметика блокировочный диод Шоттке, чтобы исключить разрядку АБ через модуль.
13. Выходной провод снабдите двухконтактным разъёмом, к нему в дальнейшем подсоедините контроллер.
14. Прикрутите к рамке уголки для крепления батареи к опоре.

Видео: пайка и сборка солнечного модуля

Батарея готова, осталось её установить. Для более эффективной работы можно изготовить трекер.

Изготовления поворотного механизма

Простейший поворотный механизм несложно изготовить самостоятельно. Принцип его работы основан на системе противовесов.

1. Из деревянных брусков или алюминиевого профиля соберите опору для батареи в виде стремянки.
2. С помощью двух подшипников и металлической штанги или трубы установите на вершине батарею так, чтобы она была закреплена по центру большей стороны.
3. Сориентируйте конструкцию с востока на запад и дождитесь, когда солнце будет в зените.
4. Поверните панель, чтобы лучи падали на неё вертикально.
5. Укрепите на одном конце ёмкость с водой, уравновесьте её на другом конце грузом.
6. В ёмкости проделайте отверстие, чтобы вода понемногу вытекала.

По мере вытекания воды, вес сосуда будет уменьшаться и край панели поднимется вверх, поворачивая батарею за солнцем. Величину отверстия придётся определять опытным путём.

Простейший солнечный трекер изготавливается по принципу водяных часов

Всё, что вам понадобится, это утром налить воды в ёмкость. Такую конструкцию не установишь на крыше, а для садового участка или лужайки перед домом она вполне подойдёт. Есть и другие, более сложные конструкции трекера, но они потребуют больших затрат.

Укрепить модуль можно и на вертикальной опоре

Теперь можно провести испытание, и пользоваться бесплатным электричеством.

Обслуживание модулей

Особенного обслуживания солнечные панели не требуют, ведь у них нет движущихся частей. Для их нормального функционирования достаточно время от времени очищать поверхность от грязи, пыли и птичьего помёта.

Помойте батареи из садового шланга, при хорошем напоре воды для этого не понадобится даже забираться на крышу. Следите за исправностью дополнительного оборудования.

Как скоро окупятся затраты

Не стоит ждать сиюминутной выгоды от гелиосистемы снабжения электричеством. Средняя её окупаемость приблизительно 10 лет для автономной системы дома.

Чем больше вы потребляете энергии, тем быстрее окупятся ваши затраты. Ведь и для маленького, и для большого потребления требуется приобретение дополнительного оборудования: АКБ, инвертора, контроллера, а они оставляют нималую часть расходов.

Учитывайте также срок службы оборудования, да и самих панелей, чтобы не пришлось их менять прежде, чем они окупятся.

Несмотря на всё издержки и недостатки, за солнечной энергией будущее. Солнце относится к возобновляемым источникам энергии и он прослужит, по крайней мере, ещё 5 тысяч лет. Да и наука не стоит на месте, появляются новые материалы для фотоэлементов, с гораздо большим КПД. А значит, скоро они будут доступнее по цене. Но использовать энергию солнца можно уже сейчас.