Солнечные панели выступают в качестве источника энергии, которую можно использовать для выработки электричества или подачи тепла в частный дом. Однако стоит отметить, что стоимость таких панелей зачастую довольно высока, что делает их недоступными для значительного числа россиян. Вы согласны с этим мнением?
Совсем другое дело, когда речь идет о самодельных солнечных панелях — в таком случае затраты снижаются, а функциональность модели не уступает заводским аналогам. Если вы серьезно обдумываете возможность внедрения альтернативного источника электроэнергии, попробуйте создать его самостоятельно — это не требует больших усилий.
В данной статье мы рассмотрим процесс изготовления солнечных батарей. Поделимся списком необходимых материалов и инструментов, а также предоставим пошаговую инструкцию с наглядными изображениями, иллюстрирующими весь процесс.
Перед началом работы стоит учесть несколько важных аспектов. Во-первых, рекомендуется ознакомиться с основами работы солнечных панелей и принципом их функционирования. Это знание поможет вам лучше понимать, как настроить и оптимизировать вашу самодельную установку.
Во-вторых, помимо материалов для сборки, вам понадобится выбрать место для установки солнечной батареи. Убедитесь, что оно хорошо освещается солнцем, без слишком больших затенений в течение дня. Это напрямую повлияет на эффективность работы панели.
Не забудьте также о законодательных аспектах. В некоторых регионах может потребоваться уведомление властей о монтаже подобного оборудования, особенно если планируется подключение к электросетям.
И наконец, при сборке панелей обязательно следуйте технике безопасности. Работая с электроникой и инструментами, используйте защитные очки и перчатки, а также внимательно следите за электрическими соединениями, чтобы избежать короткого замыкания и других опасных ситуаций.
Краткое содержание статьи
Коротко об устройстве и работе
Солнечную энергию можно преобразовать в тепло, когда в роли энергоносителя выступает жидкость, или в электричество, которое накапливается в АКБ. Солнечная батарея — это генератор, который функционирует по принципу фотоэлектрического эффекта.
Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую осуществляется, когда солнечные лучи попадают на фотоэлементы, являющиеся основной частью батареи.
В результате световые кванты «освобождают» электроны, находящиеся на внешних орбитах. Эти свободные электроны создают электрический ток, который проходит через контроллер и аккумулируется в батарее, откуда затем поступает к потребителям энергии.
Галерея изображений
В примере, который мы рассматриваем, батарея состоит из 36 пластин размером 80 на 150 мм. Мощность каждой пластины составляет 2,1 Вт, в сумме общая мощность системы достигает 76 Вт.
На лицевой стороне панели располагаются положительные токоведущие жилы, которые формируются посредством пайки.
С тыльной стороны при помощи пайки создаются минусовые токоведущие линии на шести контактах.
Пластины объединяются в последовательную цепь. Для предотвращения разряда аккумулятора в пасмурную погоду на выходе положительной линии устанавливается диод Шоттки.
Сборка солнечной батареи из кремниевых пластинок
Формирование положительной токоведущей дорожки
Создание минусовых токоведущих линий с задней стороны
Подключение проводника и блокирующего диода
В качестве фотоэлементов используются кремниевые пластины. Одна из сторон кремниевой пластины покрыта тонким слоем фосфора или бора — инертного химического элемента.
Под воздействием солнечного света в этом слое выделяется большое количество электронов, которые удерживаются фосфорной пленкой, предотвращая их рассеяние.
На поверхности пластины имеются металлические «дороги», по которым выстраиваются свободные электроны, создавая упорядоченное движение, то есть электрический ток.
Чем больше аналогичных кремниевых элементов, тем больше электрической энергии можно получить. Подробности о функционировании солнечной батареи вы найдете далее.
Верхняя часть фотоэлементов покрыта слоем, который предотвращает отражение солнечных лучей, что способствует повышению их КПД.
Материалы для создания солнечной пластины
Для создания солнечной батареи потребуется подготовить следующие материалы:
- силикатные пластины-фотоэлементы;
- листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
- жесткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
- прозрачный элемент, который послужит основанием для кремниевых пластин;
- шурупы, саморезы;
- силикогель для наружных работ;
- электрические провода, диоды, клеммы.
Количество необходимых материалов будет напрямую зависеть от размеров вашей батареи, которые зачастую определяются количеством доступных фотоэлементов. Инструменты, которые вам понадобятся: шуруповерт или набір отверток, пила по металлу и дереву, паяльник. Для тестирования готовой системы потребуется тестер-амперметр.
Теперь подробнее рассмотрим ключевые материалы.
Кремниевые пластины или фотоэлементы
Существуют три вида фотоэлементов для батарей:
- поликристаллические;
- монокристаллические;
- аморфные.
Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД, который составляет около 10-12%, но этот уровень остаётся стабильным на протяжении времени. Срок службы поликристаллов — около 10 лет.
Солнечные батареи собираются из модулей, состоящих из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой конструкцию, размещённую в алюминиевом профиле, напоминающую сэндвич.
Монокристаллические фотоэлементы отличаются более высоким КПД — 13-25% и длительным сроком службы — более 25 лет. Тем не менее, со временем КПД монокристаллов может снижаться.
Монокристаллические преобразователи производятся путём распила искусственно созданных кристаллов, что обеспечивает их высокую фотопроводимость и эффективную работу.
Пленочные фотоэлектрические преобразователи создаются путём нанесения тонкого слоя аморфного кремния на гибкую полимерную поверхность.
Гибкие солнечные панели на основе аморфного кремния являются самыми новыми. Их фотоэлектрические преобразователи либо напыляются, либо наплавляются на полимерную основу. КПД таких панелей составляет примерно 5-6%, однако их преимущество в удобстве укладки.
Пленочные системы с фотопреобразователями на основе аморфного кремния были разработаны сравнительно недавно. Это максимально простой и недорогой тип, но они быстрее теряют свои потребительские свойства.
Использование элементы различного размера нецелесообразно, так как максимальный вырабатываемый ток будет ограничен током наименьшего элемента. Это сокращает эффективность всех других, более крупных, пластин.
При покупке фотоэлементов стоит уточнить у продавца способ их транспортировки; чаще всего их упаковывают с использованием восковых материалов для защиты от повреждений.
Для самодельных батарей чаще всего используются мономерные и поликристаллические фотоэлементы размером 3 на 6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах, таких как Е-бай.
Цена на фотоэлементы довольно высока, однако многие магазины предлагают так называемые элементы группы B, имеющие незначительные дефекты, но подходящие для использования, при этом их стоимость снижается на 40-60% по сравнению со стандартными пластинами.
Большинство интернет-магазинов предлагают фотоэлементы по комплектам по 36 или 72 фотоэлектрических панелей. Для соединения различных модулей в одну батарею будут необходимы шины, а для подключения к системе — клеммы.
Галерея изображений
Поликристаллические кремниевые пластины славятся доступной ценой, но их недостаток заключается в сравнительно низкой эффективности и необходимой жесткой основе для укладки.
На тыльной стороне пластин расположены шесть контактов для присоединения токоведущих линий. Снаружи контакты могут быть выполнены либо в виде сплошной полосы, либо прерывистой линии.
Монокристаллические кремниевые пластины имеют в три раза большую мощность по сравнению с поликристаллическими, однако их стоимость практически в четыре раза выше.
Монокристаллические панели обладают гибкостью, что позволяет их укладку на неровные и нестабильные поверхности.
Поликристаллическая фотоэлектрическая пластина
Лицевая и тыльная стороны кремниевой пластины
Монокристаллическая фотоэлектрическая пластина
Обратная сторона монокристаллической пластины
Каркас и прозрачный элемент
Каркас для будущей панели можно изготовить из деревянных реек или алюминиевых уголков.
Второй вариант является более предпочтительным по ряду причин:
- Алюминий — легкий металл, который не создает значительной нагрузки на опорную конструкцию, к которой будет прикреплена батарея.
- При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен ржавчине.
- Не впитывает влагу из окружающей среды и не подвержен гниению.
При выборе прозрачного элемента следует обратить внимание на такие характеристики, как показатель преломления света и способность поглощать ИК-излучение.
Первый из этих показателей напрямую влияет на эффективность фотоэлементов: чем ниже показатель преломления, тем выше КПД кремниевых панелей.
Минимальный коэффициент отражения света наблюдается у плексигласа или его более дешевого аналога — оргстекла. Следующий по низкому показателю преломления света — поликарбонат.
Что касается второго показателя, то он определяет, будут ли сами кремниевые фотоэлементы нагреваться или нет. Чем меньше они нагреваются, тем дольше прослужат. ИК-излучение лучше поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-фильтром. Обычное стекло показывает чуть меньшую эффективность.
Если есть возможность выбора, оптимальным вариантом будет использование антибликового прозрачного стекла.
С точки зрения соотношения цены, показателей преломления света и ИК-поглощения оргстекло является наиболее предпочтительным вариантом для изготовления солнечной батареи.
Проект системы и выбор места
Проектирование солнечной системы включает в себя расчеты размеров необходимых солнечных панелей. Как упоминалось ранее, размер батареи зачастую ограничивается дорогими фотоэлементами.
Гелиобатарея должна быть установлена под специальным углом, который обеспечит максимальное количество солнечных лучей, попадающих на кремниевые панели. Идеальным вариантом являются батареи, которые могут изменять угол наклона.
Места установки солнечных пластин могут быть разнообразными: на земле, на наклонной или горизонтальной крыше жилого дома, а также на крышах вспомогательных построек.
Единственное условие — батарея должна размещаться на солнечной стороне участка или дома, избегая затенения высокими деревьями. При этом оптимальный угол наклона рекомендуется вычислить по специальной формуле или с помощью специализированного калькулятора.
Угол наклона солнечных батарей определяется в зависимости от расположения дома, времени года и текущих климатических условий. Оптимальным будет наличие регулировки угла наклона, что позволяет адаптировать батареи к сезонным изменениям в высоте солнца, поскольку они достигают наивысшей эффективности при перпендикулярном падении солнечных лучей на панель.
В европейском регионе СНГ рекомендованный угол для стационарных установок варьируется от 50 до 60 градусов. Если в конструкции предусмотрена возможность изменения наклона, в зимнее время лучше установить батареи под углом 70 градусов к горизонту, а в летнее — под углом 30 градусов.
Исходя из расчетов, один квадратный метр солнечной системы способен производить 120 Вт энергии. Таким образом, для обеспечения средней семьи электричеством в объемах около 300 кВт в месяц потребуется минимум 20 квадратных метров солнечных панелей.
Настроить полную систему солнечных батарей сразу будет сложно, но даже установка небольшой батареи площадью 5 квадратных метров может помочь сократить расходы на электричество и внести свой вклад в защиту окружающей среды. Также рекомендовано ознакомиться с методами расчета нужного количества солнечных панелей.
Кроме того, солнечные панели могут служить резервным источником энергии в случаях частых отключений централизованного электроснабжения. Для этого необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания для автоматической переключения источников.
Такой подход имеет свои плюсы. При использовании традиционного источника электроэнергии происходит автоматическая зарядка аккумуляторов солнечной системы. Оборудование для обслуживания солнечных панелей должно быть установлено в специально отведённом помещении внутри дома.
При установке солнечных батарей на скатной крыше стоит обратить внимание на угол наклона панелей; идеальным вариантом будет наличие устройства для изменения угла в зависимости от времени года.
Монтаж солнечной батареи по шагам
После выбора места для установки солнечной панели и необходимого оборудования, а также наличия всех нужных материалов и инструментов, можно приступать к монтажу системы.
В процессе установки очень важно учитывать меры безопасности, особенно при работе на крыше. Рассмотрим поэтапный процесс создания солнечной батареи.
Шаг #1 — пайка контактов кремниевых элементов
Создание самодельной солнечной батареи чаще всего начинается с пайки проводников для фотоэлементов. Если есть такая возможность, лучше приобрести фотоэлементы с уже установленными проводниками, так как пайка требует много времени и навыков.
Процесс пайки включает следующие шаги:
- Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса.
- Проводники нарезаются так, чтобы их длина была вдвое больше ширины кремниевой пластины.
- Проводник аккуратно выкладывается на фотоэлемент: на каждый элемент планируется установить два проводника.
- На место соединения следует нанести флюс для пайки.
- С помощью паяльника аккуратно произвести соединение проводников с пластины.
При пайке стоит избегать излишнего давления на кремниевые элементы, так как они слишком хрупкие. Если вам удастся найти фотоэлементы с готовыми контактами, вы сможете избежать долгой и трудоемкой работы и перейти к этапу изготовления каркаса для батареи.
Для поврежденных фотоэлементов процесс пайки проводится аналогично тому, как и для целых пластин.
Шаг #2 — создание каркаса для солнечной батареи
Каркас служит основанием для установки фотоэлементов. Для его создания используются алюминиевые уголки и рейки, из которых формируется рамка. Рекомендуемый размер уголка составляет 70-90 мм.
На внутреннюю поверхность металлических уголков наносится силиконовый герметик, чтобы обеспечить долговечность конструкции.
После завершения алюминиевой рамки необходимо сделать заднюю часть, которая представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортами.
Выше 2 см не должны быть бортики, чтобы они не создавали тень для фотоэлементов. К бортикам крепятся саморезы с помощью шуруповерта.
Габариты корпуса рассчитываются с учетом необходимого пространства между солнечными элементами — оно должно составлять от 3 до 5 мм.
В бортиках и разделительном бруске устанавливаются отверстия для вентиляции устройства.
Для повышения точности крепления пластин и равномерного распределения пространства используется подложка из ДВП.
Чтобы защитить детали корпуса солнечной батареи от неблагоприятных погодных условий, рекомендуется покрыть их водоотталкивающим красящим составом.
