Солнечная батарея своими руками

Солнечные панели

Как правильно и качественно сделать домашнюю солнечную батарею? Такое устройство является экологичным источником альтернативной энергии и подходит для использования в частных домах. Солнечную батарею можно сделать самому. Для этого необходимо внимательно изучить все тонкости — принцип работы, конструкцию, составляющие элементы и правила монтажа. В данной статье представлено подробное описание и способы самостоятельного создания солнечной электростанции.

Под солнечными батареями понимают устройства, которые могут генерировать электрическую энергию за счет фотоэлементов.

Устройство и принципы работы

Устройство и принципы работы

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях состоят из фотоэлементов, соединенных параллельно и последовательно, аккумулятора, накапливающего электроэнергию, инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный и контроллера, который следит за уровнем зарядки аккумулятора. Фотоэлементы изготавливают из разных химических элементов. Лучшим считается кремний, но из-за высокой стоимости его очистки используют селен, индий или медь.

Фотоэлементами называют кремниевые пластинки. Если на их поверхность попадает свет — на последнем энергетическом уровне атомов кремния или другого материала, используемого при изготовлении, выбирается электрон. Образуются потоки, за счёт чего вырабатывается постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный.

Генератор электроэнергии в солнечной батарее — это ячейка, состоящая из фотоэлемента. Ячейки создают единое поле, площадь которого формирует мощность. То есть, чем больше площадь, тем больше энергии можно сгенерировать.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

Самодельная солнечная батарея имеет преимущества и недостатки. Их необходимо учитывать до того, как вы начнете делать панель своими руками.

экологичность
бесшумная работа
большой срок эксплуатации
полная независимость от электричества из распределительных сетей
относительная легкость монтажа
низкая себестоимость
все детали конструкции неподвижны
не нужно использовать механические преобразователи
маленький вес
необходимо разобраться в разновидностях
нужно сделать проект и произвести дополнительные расчеты
монтаж может казаться сложным
возможная ограниченность пространства, из-за чего не получится достичь большой площади панелей

Для изготовления солнечной батареи самому необходимы базовые знания физики и умение составлять проект.

Разновидности

В зависимости от материала изготовления солнечная батарея своими руками из подручных средств бывает кремниевой или силановой (кремниеводородной). Первый тип подразделяется на монокристаллические и поликристаллические подвиды, второй подходит для изготовления аморфных солнечных модулей.

Монокристаллические модули

Солнечная батарея из кремниевых дисков, изготовленная своими руками, является монокристалической, если состоит из 100-процентоного кремния. Для таких панелей используют специально выращенный однородный монокристалл, отличающийся однородностью. Такие солнечные панели достаточно дорогие из-за чистого кремния, но они способны быстро накапливать мощность.

Поликристаллические фотоэлементы

Здесь подразумеваются кремниевые блоки, состоящие из обрезков монокристалла. При изготовлении их охлаждают из полностью расплавленного состояния, создавая неоднородные элементы. Такая батарея предполагает преимущества в сравнении с монокристаллическими модулями — она гораздо дешевле и дольше сохраняет мощность при отсутствии света.

Аморфные

Изготовление солнечной батареи из пленочных материалов не пользуется высоким спросом, поскольку ее КПД составляет 5-12%. Материал изготовления — различные полимеры, например, понифенилен, фуреллен и прочие. Такие модули называют и тонкопленочными, поскольку для них используют материал не толще 100 нм. Сравнительно низкая мощность конкурирует с дешевизной материала, легкостью самостоятельно монтажа и гибкостью. На данные момент аморфные солнечные модули менее востребованы, чем кристаллические.

Уровень деградации у аморфных батарей идентичен кристаллическим. То есть, все равновидности солнечных блоков снижают мощность из-за износа на 10% за 10 лет и на 20% за 25 лет.

Целесообразность самодельной солнечной панели

Запасные альтернативные источники энергии всегда востребованы и актуальны. Но, можно купить готовый комплект в магазине и есть ли смысл заниматься самостоятельным изготовлением?

Делать солнечную панель своими руками гораздо выгоднее, поскольку вы самостоятельно приобретаете все элементы конструкции и рассчитываете стоимость в процессе составления проекта. Что заложено в цене готового комплекта, точно сказать невозможно, но там однозначно учитывают расходы на заработную плату изготовителей и многое другое. Поэтому домашняя конструкция будет в любом случае дешевле. Более того, вы сможете полностью контролировать процесс изготовления и разберетесь во всех тонкостях в процессе сборки. Потому — да, однозначно стоит заниматься самостоятельным изготовлением солнечной батареи.

Использование солнечных электростанций экономит ваши финансовые средства за счет того, что сетевое электричество не понадобится. Соответственно, платить за него не нужно.

Целесообразность самодельной солнечной панели

Какие инструменты и материалы понадобятся

Солнечная батарея своими руками, изготовленная из дисков, станет хорошей альтернативой стандартному сетевому электричеству. Если вы все же решились сделать подобное устройство самостоятельно, то необходимо тщательно подготовиться к работе и предусмотреть наличие необходимых инструментов и материалов.

Основным элементом являются пластины. Для начала нужно определиться с параметрами будущей панели, после чего выбрать количество элементов. Обязательное требование — все диски должны быть идентичны другу другу.

Если вы делаете солнечную батарею своими руками впервые, то купите лишние пластины. Таким образом вы застрахуетесь от ошибок при сборке, когда может понадобиться замена из-за случайно испорченного материала.

Что необходимо для сборки солнечной батареи своими руками:

  • Алюминиевый профиль и уголок.
  • Листы ДСП.
  • Поролон, высота которого находится в диапазоне 16-27 миллиметров.
  • Прозрачнаяоснтва под пластины.
  • Шурупы и саморезы.
  • Несколько упаковок силикатного клея-герметика.
  • Зажимы с клемами.
  • Электропроводка.

Количество сырья рассчитывается для каждого конкретного случая, зависит от желаемых габаритов батареи и количества необходимых для сборки деталей.

Отдельно стоит выделить инструмент и дополнительные материалы:

  • шуруповерт;
  • ножовка по металлу;
  • ножовка по дереву;
  • электрический паяльник на 40 Вт;
  • электрический тестер;
  • припой и флюс для пайки;
  • технический спирт, которым обрабатывают поверхности перед пайкой.
  • ватные дисковые тампоны.

Выбор фотоэлементов

Здесь необходимо определиться с индивидуальными предпочтениями:

  • какая мощность необходима;
  • какую площадь вы можете себе позволить;
  • планируемый бюджет;
  • наличие базовых навыков по изготовлению таких устройств.

Для получения наибольшей мощности желательно использовать поликристаллические фотоэлементы. Монокристаллы быстро накапливают солнечную энергию и относительно долго не сохраняют после захода солнца. Но, такие батареи обойдутся довольно дорого.

Поликристаллические блоки имеют меньшую стоимость и дольше сохраняют накопленную мощность. Но, скорость накопления энергии значительно ниже, чем у монокристаллов.

Тонкопленочные солнечные батареи не считаются популярными из-за низкого КПД — в домашних условиях вы сможете собрать устройство с показателем не выше 5%. При этом именно аморфные пластины наиболее актуальны для начинающих — полимерные материалы удобны для монтажа за счет хорошей пластичности. Себестоимость таких солнечных батарей ниже, чем у кристаллических аналогов при одинаковой долговечности.

Стоит учитывать, что абсолютно все элементы для изготовления основы должны быть одного номинала и размера. В продаже встречаются фотоэлементы с восковым покрытием — его необходимо удалить.

Расчеты и проект

Чтобы рассчитать необходимое количество фотоэлементов, ориентируйтесь на желаемые выходные данные самостоятельно изготовленных панелей. В среднем, один квадратный метр солнечных блоков вырабатывает 0,12 кВт/час электроэнергии. При этом для стандартных бытовых нужд вполне достаточно 280–320 кВт в месяц — исходя из этих показателей можно частично рассчитать необходимый размер солнечной батареи.

Что еще нужно учитывать при составлении проекта — поэтапно:

  • Выяснить среднесуточное солнечное время на местности и рассчитать необходимую мощность.
  • Просчитать количество и размер ячеек.
  • Правильно рассчитать вес и размеры панели.
  • Правильно подобрать место установки батареи — оно должно выдержать ее вес.
  • Выбрать самое солнечное место.
  • Учесть возможность закрепления панели под прямым углом относительно солнечных лучей в течение светового дня.

Выбор места для установки

Для оптимальной генерации электрического тока нужно обеспечить достаточно большое количество солнечного света на поверхность панелей. Данную особенность обеспечивают следующими способами:

  • Размещают таким образом, чтобы близлежащие постройки ее не затеняли.
  • Аналогично поступают с деревьями — тень от крон и ветвей не должна попадать на панели.
  • Фотоэлектрический преобразователь достигает наибольшей мощности при перпендикулярном размещении относительно солнечных лучей.

Где лучше всего разместить солнечную электростанцию:

Крыша здания. В зависимости от возможности создания угла наклона, солнечные панели можно располагать непосредственно на кровле или на специальной конструкции. При этом учитывают допустимый диапазон наклона крыши — оптимальным считают 0-40°.

Выбор места для установки

Отдельно стоящая опора. Такие конструкции подразумевают наличие приусадебного участка. Солнечная батарея и опора считаются удобной конструкцией, поскольку здесь можно предусмотреть все нормы наклона и доступа солнечного света. Но, они занимают довольно места.

Стены. Создают специальный каркас, который сможет обеспечить необходимый наклон. После этого закрепляют солнечные панели. Важно учитывать прочность крепления и вес конструкции, поскольку стена не является полноценной опорой.

Лоджия или балкон. Аналогично креплению на стены или крыши, но здесь актуальны сравнительно небольшие конструкции — балкон может не выдержать слишком массивную батарею.

Кроме обязательного открытого пространства, необходимо учитывать другие тонкости размещения солнечных панелей:

  • Внимательно отнеситесь к весу солнечной батареи при размещении на крыше строящегося или модернизируемого здания. Конструкция кровли может быть утяжелена после завершения ремонтных или строительных работ. Из-за этого рассчитанный предельно допустимый вес батареи будет неактуальным, а кровля не справится с подобной нагрузкой.
  • Поверхность солнечной батареи должна смотреть на юг. Такое положение гарантирует максимально длительное попадание солнечных лучей.
  • Расположение панелей на земле предусматривает обязательный подъем над поверхностью грунта хотя бы на пол метра.
  • Обязательно учитывайте возможность доступа к устройству для регулярного технического обслуживания.

Если на поверхности солнечных панелей скапливаются снег, пыль, мусор, продукты жизнедеятельности птиц и насекомых — это постепенно снижает мощность.

Этапы работы

Сборка солнечной электростанции состоит из нескольких этапов, каждый из которых рассчитывается при составлении проекта.

Пайка контактов кремниевых пластин

Для начала нужно сделать нарезку плоских проводников. Длина должна быть немного короче ширины. После этого производят распределение проводников по элементу:

  • длинная сторона припаивается к лицевой части;
  • более короткая — к трем контактам на тыльной стороне.

В данном случае лицевая сторона является минусом, а тыльная — плюсом, и ее промазывают флюсом. После этого проводник фиксируют паяльником. Если фиксация неплотная, то необходимо дополнительно лудить получившуюся конструкцию. Затем припаивают еще один проводник на другую сторону — солнечная батарея своими руками готова.

При использовании следите за тем, чтобы конструкция не перегревалась.

Изготовление каркаса для солнечной батареи

Каркас — это основа, на которую устанавливают фотоэлементы. Для его изготовления необходимы алюминиевые уголки и рейки, которые формируют готовые рамки. Рекомендуемые размеры уголка составляют от 70 до 90 миллиметров.

На внутреннюю уголков нужно нанести силиконовый герметик. Учитите, что герметизация уголков должна быть проведена очень тщательно — именно от этого зависит прочность конструкции и ее долговечность.

После этого нужно изготовить задний корпус. Для этого нужен ящик с невысокими бортиками, сделанный из листов ДСП. Высота бортов имеет значение — она не должна превышать 2 сантиметра. В противном случае будет создаваться тень на фотоэлементах.

Процесс изготовления:

  • На дне ящика делают делают отверстия на расстоянии 10 сантиметров друг от друга.
  • В металлическую рамку вставляют прозрачный элемент — например, стекло, плексиглас.
  • Прозрачную деталь прочно прижимают и фиксируют с помощью метизов по углам и с внутренней стороны рамы.

Готовый каркас необходимо обезжирить спиртом и дождаться полного высыхания. Это обязательная манипуляция перед началом установки фотоэлементов.

Монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Пайку фотоэлементов производят по следующей схеме: «плюс» — дорожки располагаются на лицевой стороне пластины, «минус» — на тыльной. Перед началом пайки необходимо аккуратно нанести флюс и припой для прочного соединения контактов.

Процесс установки пластин:

  • Делают пайку всех фотоэлементов последовательно от верхнего ряда к нижнему.
  • Ряды должны быть соединены между собой последовательно.
  • Наносят герметик в центр кремниевого фотоэлемента и приклеивают его на каркас.
  • Аналогично необходимо приклеить пластины с другой стоны, аккуратно перевреную конструкцию.
  • Контакты крайних фотоэлементов необходимо выводить на шину, соответственно «плюс» и «минус». Для шин рекомендуют использовать массивные проводники из серебра.
  • Для солнечной батареи необходим блокирующий диод, который будет соединен с контактами. Он предотвращает быструю разрядку батарей ночью через конструкцию.
  • В дне каркаса сверлят отверстия, через которые провода будут выведены наружу.
  • Перед выводом их необходимо закрепить на стенках ящика с помощью клея.

Тестирование батареи перед герметизацией

Для проведения теста можно использовать простой бытовой амперметр. Измерение проводят в солнечную погоду, ориентировочно в 13.00.

  • Необходимо вынести батарею на улицу и установить в соответствии с правильным углом наклона.
  • Амперметр подключают к контактам батареи.
  • Производят замеры тока короткого замыкания.

Смысл проведения теста заключается в том, что рабочая сила электрического тока должна быть ниже примерно на 0,5-1,0 А чем показатель тока короткого замыкания. Соответственно, показания прибора должны превышать 4,5 Ампера — это доказывает работоспособность сделанной батареи.

При меньших показаниях необходимо проверить крепления фотоэлементов. Такие солнечные панели будут работать некорректно, а значит неполадки нужно устранить.

Герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Можно использовать два основных способа:

  • Полную заливку. В таких случаях солнечные панели заливают герметиком.
  • Нанесение герметика на крайние элементы или на пространство между фотоэлементами.

Первый способ более надежен и востребован. При полной заливке герметик сразу схватывается, затем устранавливают прозрачный элемент и прижимают к пластинам.

Второй способ допускает непрочную фиксацию даже из-за незначительной неточности нанесения клея — он менее удобен и непрактичен.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Основные факторы, характеризующие эффективное использование самодельных солнечных электростанций:

  • углы падения солнечных лучей;
  • температура окружающей среды;
  • чистота поверхности панелей;
  • отсутствие тени;
  • погодные условия;
  • длительность светового дня;
  • правильный монтаж конструкции.
Что влияет на эффективность солнечных батарей ?

Идеи из подручных материалов

Кроме основных общепринятых материалов, солнечные батареи могут быть другими. Например, из фольги, транзисторов или диодов.

Солнечная батарея из фольги

Интересная консирукция, которая внешне отдаленно напоминает привычные панели — это пластиковая емкость с соляным раствором и выведенными наружу проводами. Для изготовления используют фольгу, раствор соли, пластиковую бутылку и клеммы мультиметра. Это практически одноразовое приспособление, имеющее небольшую мощность.

Солнечная батарея из транзисторов

Такое устройство делают из полупроводниковых транзисторных элементов. Здесь оптимально подходят биполярные транзисторы советского производства. Для изготовления солнечных батарей из транзисторов лучше всего использовать кремниевые разновидности. Необходимо срезать их верхнюю часть и прикрепить на диэлектрическую пластину. После чего производят пайку по электрической схеме.

Солнечная батарея из диодов

Современные диоды можно удачно применять для самостоятельного изготовления мини-солнечной батареи. Установку элементов необходимо производить на текстолитовой подлодке или плотном картоне. В остальном, это сбор стандартных солнечных панелей, только в миниатюрном формате.

Солнечная батарея из пивных банок

Интересный способ изготовления домашних электростанций, позволяющий создать довольно массивную конструкцию. Стоит учитывать,что при большом размере мощность будет маленькой, а КПД вряд ли достигнет даже 5%.

Конструкция обычно состоит из деревянного корпуса со стеклянной передней панелью. Тыльная часть конструкции — пенопласт или стекловата. В центре располагают ровные ряды пустых пивных банок, которые прочно закреплены и окрашены в черный цвет.

Солнечная батарея — это экологичность и практичность. Самостоятельное изготовление домашних электростанций из подручных материалов позволяют экономить денежные средства. В данной статье представлены разные варианты создания солнечных батарей в домашних условиях — выбирайте оптимально подходящие для вас и действуйте.

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru