Как устроена солнечная батарея и как ее сделать самому

Как сделать солнечную батарею: 5 лучших мастер-классов

Человечество в целях заботы об экологии и экономии денежных средств начало использовать альтернативные источники энергии, к которым, в частности, принадлежат солнечные батареи. Покупка такого удовольствия обойдется довольно дорого, но не составляет сложности сделать данное устройство своими руками. Поэтому вам не помешает узнать, как самому сделать солнечную батарею. Об этом и пойдет речь в нашей статье.

Устройство и принципы работы

Солнечные батареи — устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов.

Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принципы ее работы. Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.

Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его очистка обходится дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен.

Каждый фотоэлемент является отдельной ячейкой, генерирующей электроэнергию. Ячейки сцеплены между собой и образуют единое поле, от площади которого зависит мощность батареи. То есть, чем больше фотоэлементов, тем больше электроэнергии генерируется.

Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с последнего энергетического уровня атомов кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.

Преимущества

Солнечные батареи имеют следующие преимущества:

Разновидности

Солнечные батареи подразделяются на следующие виды.

Кремниевые

Кремний — самый популярный материал для батарей.

Кремниевые батареи также делятся на:

Пленочные

Такие батареи подразделяются на следующие виды:

Солнечные батареи из полимеров начали изготавливать относительно недавно, обычно для этого используют фуреллены, полифенилен и др. Пленки из полимеров очень тонкие, порядка 100 нм. Несмотря на КПД 5%, батареи из полимеров имеют свои преимущества: дешевизна материала, экологичность, эластичность.

Аморфные

КПД аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремневодорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести, как к кремниевым, так и к пленочным. Аморфные батареи эластичны, генерируют электричество даже в непогоду, поглощают свет лучше других панелей.

Материалы

Для изготовления солнечной батареи потребуются следующие материалы:

Эти материалы обязательны для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками.

Выбор фотоэлементов

Чтобы сделать солнечную батарею для дома своими руками, следует правильно подобрать фотоэлементы. Последние подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

КПД первых составляет 13%, но такие фотоэлементы малоэффективны в непогоду, внешне представляют собой ярко-синие квадраты. Поликристаллические фотоэлементы способны генерировать электроэнергию даже в непогоду, хотя их КПД всего лишь 9%, внешне темнее монокристаллических и срезаны по краям. Аморфные фотоячейки изготавливаются из гибкого кремния, их КПД составляет 10%, работоспособность не зависит от погодных условий, но изготовление таких ячеек слишком затратное, поэтому их редко используют.

Если вы планируете применять генерируемую фотоэлементами электроэнергию на даче, то советуем собрать солнечную батарею своими руками из поликристаллических ячеек, так как их КПД достаточно для ваших целей.

Следует покупать фотоячейки одной марки, так как фотоэлементы нескольких марок могут сильно отличаться — это может стать причиной возникновения проблем со сборкой батареи и ее функционированием. Следует помнить, что количество производимой ячейкой энергии прямо пропорционально ее размеру, то есть чем крупнее фотоячейка, тем больше электроэнергии она производит; напряжение ячейки зависит от ее типа, а никак не от размера.

Количество производимого тока определяется габаритами самого маленького фотоэлемента, поэтому следует покупать фотоячейки одинакового размера. Конечно же, не стоит приобретать дешевую продукцию, ведь это значит, что она не прошла проверку. Также не следует покупать фотоэлементы, покрытые воском (многие производители покрывают фотоячейки воском для сохранности продукции при перевозке): при его удалении можно испортить фотоэлемент.

Расчеты и проект

Устройство солнечной панели своими руками — несложная задача, главное, подойти к ее выполнению ответственно. Чтобы изготовить солнечную панель своими руками, следует подсчитать дневное потребление электроэнергии, затем узнать среднесуточное солнечное время в вашей местности и рассчитать нужную мощность. Таким образом, станет понятно, сколько ячеек и какого размера нужно приобрести. Ведь как было сказано выше, генерируемый ячейкой ток зависит от ее габаритов.

Зная необходимый размер ячеек и их количество, нужно рассчитать габариты и вес панели, после чего необходимо выяснить выдержит ли кровля или другое место, куда планируется установка солнечной батареи, задумываемую конструкцию.

Устанавливая панель, следует не только выбрать самое солнечное место, но и постараться закрепить ее под прямым углом к солнечным лучам.

Этапы работы

Корпус

Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.

Корпус собирается из влагостойкого материала: фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат.

При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.

Пайка элементов

Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности, так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.

Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса: положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток — параллельно.

Во избежание разрядки аккумулятора ночью, в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой.

Сборка

В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон — все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.

Даже городской житель может сделать и разместить солнечную батарею на балконе своими руками. Желательно, чтобы балкон был застеклен и утеплен.
Вот мы и разобрали, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, оказалось, это совсем несложно.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом.

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Видео

Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.

Эффективная солнечная батарея своими руками

Альтернативная энергетика стала доступнее! В 2018 году можно купить поликристаллическую солнечную панель мощностью в 150 Вт и напряжением в 12 В примерно за 115 долларов. Технологии изготовления панелей осваиваются и совершенствуются, поэтому уже несколько лет подряд наблюдается тенденция снижения их стоимости. Чтобы использовать энергию солнца в полной мере, нужно собрать домашнюю СЭС. Профильные компании предлагают готовые комплекты и услуги по монтажу солнечной установки. С другой стороны, есть менее затратное решение – солнечная батарея своими руками.

Солнечная батарея: что это и как работает

Солнечная батарея – это набор панелей, преобразующих энергию света, соединенных в конкретную схему, для достижения нужных электрических характеристик: напряжения, тока и мощности. Каждая панель – это кремниевая пластина с металлизированными дорожками для подключения к цепи. В готовых решениях они соединены на заводе, а монтажнику нужно собрать схему из нескольких, чтобы обеспечить электроснабжение объекта в необходимом объеме.

Принцип действия основан на фотоэффекте. Посветив на кремний, вы ничего не добьетесь, поэтому в структуру пластины вносят примести – легируют. В результате появляется избыток положительных или отрицательных носителей заряда, что зависит от типа примеси, формируются P и N области и pn-переход – по типу простейшего полупроводникового диода. Когда на него попадает свет, на выводах формируется фото-ЭДС. Однако величина напряжения диода достаточно мала – порядка половины вольта. Поэтому в одном солнечном модуле находится множество таких ячеек, а выходное напряжение батареи в целом доходит до 12–24 В.

Так как солнечный свет не доходит до нас круглыми сутками – энергия будет вырабатываться только днем, чтобы пользоваться электричеством ночью, нужно ее накопить. Для этого потребуются аккумуляторы и контроллер для их заряда. Если вы собираетесь пользоваться не только 12-вольтовым оборудованием, но и привычными 220 В бытовыми приборами, нужен еще и инвертор.

Принцип работы солнечной батареи

Контроллеры заряда бывают разных типов:

Инвертор необходим для преобразования постоянного напряжения величиной 12 В, в переменное 110, 220, 380 и прочее. Обычно он рассчитан под одно выходное напряжение.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

В каждой из отраслей энергетики есть сильные и слабые стороны. Плюсы получения электричества из солнечного света:

Но и без минусов не обошлось:

Не забудьте учесть ресурс работы аккумуляторов и их периодическую замену. Солнечная энергия не настолько дешевая, как об этом часто утверждают. Однако если нет других вариантов – это подходящий способ электрификации.

Больше всего распространены поликристаллические и монокристаллические панели. Последние дороже, поскольку изготавливаются из однородных кристаллов кремния, больший КПД (около 15%). Поликристаллы производятся из вторсырья, остатков от изготовления монокристаллов и продуктов переработки панелей. Стоят примерно на 15% дешевле, имеют КПД чуть ниже (8–12%), при этом разные источники сходятся во мнении, что они показывают лучшие результаты в пасмурную или облачную погоду поэтому разница в цене не всегда оправдана. Аморфные батареи встречаются редко.

Как отличить поликристаллическую от монокристаллической солнечной панели?

Очень просто, у элементов монокристаллической структуры углы скруглены или сегментные, а цвет ее поверхности однородный: от темно-синего до черного. Поликристаллические элементы имеют форму правильных прямоугольников, а их цвет неоднородный, слегка переливающийся: от синего до почти черного, его текстура отдаленно напоминает камуфляж.

Поликристаллический и монокристаллический модули солнечной батареи к содержанию ↑

Выбор места и проектирование

Для установки панелей подойдет часть пространства, на которую не падает тень и освещена солнечными лучами. Если вы задались вопросами постройки СЭС, скорее всего, живете в частном доме или собираетесь электрифицировать дачу. Вот список мест, которые подходят для установки батарей:

Если крыша имеет любую конструкцию, в которой кровля расположена под углом к горизонту (двускатная, финская и т. д.) панели можно уложить непосредственно на нее. Для монтажа на горизонтальные и вертикальные, нужна металлическая конструкция, чтобы установить угол падения солнечных лучей, приближенный к прямому. Лучше, когда металлическая конструкция для установки на стены будет выполнена из алюминия или других легковесных сплавов, чтобы избежать лишней нагрузки на фундамент и кладку.

ВАЖНО! Эффективность установки снижается пропорционально углу падения света. Чем больше он отличается от 90 градусов, тем меньше электроэнергии вы получаете.

Проектирование

Нужно произвести правильный расчет мощности панелей, инвертора и емкости аккумулятора. Для этого необходимо определиться, для чего вам нужна солнечная батарея? Если как источник резервного питания, то рассчитайте, какое время резервной работы должна обеспечивать станция, и какое оборудование будет подключено к резервной сети.

Если нужен основной источник энергии, вы должны посчитать, какое количество времени всего в день работает каждый из ваших электроприборов, затем умножить число часов на их мощность. В результате вы узнаете, сколько кВт/ч энергии в день они потребляют. После чего добавьте про запас 20–50%, т. е. умножить количество кВт/ч на 1,2–1,5. Если разделить это число на напряжение АКБ (12 или 24 В) – вы получите емкость (А/ч).

Количество элементов панели подбирается исходя из их мощности и среднесуточного количества часов, когда в ваших широтах светит солнце. То есть если вы за день потребляете 1 кВт/ч, а солнечный день длится в среднем 10 часов, при этом максимально яркий свет падает в течение 4–5 часов, значит:

где P – общая мощность батареи, W – потребляемая мощность, Hs – количество солнечных часов, k – коэффициент максимальной яркости света, т. е. если из 10 часов солнце светит 4 часа очень ярко, а остальное время идет на спад, то он равен 4/10 или 0,4.

Инвертор подбирается исходя из количества работающей техники. В квартирах и домах на распределительных щитках установлены вводные автоматы на 16 А, это примерно 3.5 кВт, значит и инвертора такой мощности вам хватит с головой.

Последний шаг это монтаж всей установки. Самое сложное – это найти оптимальный угол наклона батареи. Нужно опытным путем определить угол, при котором наибольшую продолжительность времени солнечные лучи будут максимально приближены к перпендикулярному положению.

Монтаж солнечной батареи к крыше к содержанию ↑

Пошаговый процесс сборки

Чтобы построить панель понадобится:

Сборка каркаса

Когда вы определились, какого размера должна быть панель – вырежьте шаблон из картона, разложите на нем кремниевые элементы, оставляя зазор между ними 3–5 мм. Кремний – очень хрупкий материал, этот зазор нужен, чтобы пластины не треснули в процессе нагревания и охлаждения. Затем обрежьте шаблон по размерам и приступайте к сборке алюминиевого каркаса. Можно соединять детали внахлест или встык, но для последнего нужно резать материал под 45 градусов, для этого удобно использовать стусло. Не забудьте вклеить защитное стекло, прежде чем смонтируете щит с солнечными элементами.

Спайка пластин

На обратной стороне пластин нанесен металлический слой серебристого цвета. Он поддается лужению с применением кислотного флюса. Заранее залудите провод или шину. Шина – это плоский проводник. Если такой нет, можно использовать оплетку кабеля или тонкий провод.

Далее, нужно кисточкой нанести флюс на металлический слой на кремнии, быстрыми движениями паяльника размазать каплю припоя, когда поверхность станет более однородной и блестящей – контакт залужен. Некоторые используют флюс-карандаш. Не пробовал, но им, кажется, будет удобно работать. Припой ПОС-61 – подойдет для пайки. Последовательное соединение пластин повышает выходное напряжение, соединение групп в параллель – выходной ток.

Здесь есть две рекомендации:

Дополнительно нужно установить диод Шоттки. Если вы хотите избежать обратного тока от аккумулятора в темное время суток, то диод можно установить между батареей и аккумулятором. Производители не ставят диодов вовсе.

Сборка панели

Задняя крышка может быть выполнена из пластика, фанеры и других листовых материалов. Просверлите по его площади отверстия для циркуляции воздуха, при этом нужно залить герметиком все электрические соединения, чтобы избежать коррозии. После сборки необходимо установить ее на несущую стационарную конструкцию. Лучше предусмотреть возможность регулировки угла наклона – это поможет достичь оптимальной мощности в разные времена года, подстраивая положение под солнце.

Сборка самодельной солнечной панели к содержанию ↑

Солнечные батареи из подручных материалов

Если нет желания вкладывать больших денег в панели, но вам интересно попробовать на что они способны, можно собрать простейшую солнечную панель из старых радиодеталей самостоятельно.

Батарея из транзисторов

Для сборки нужны старые советские транзисторы в железных корпусах, типа КТ819 или МП21-МП43 и подобные. Их корпус напоминает летающую тарелку, две половинки которой соединены между собой, а шов закатан. Для разбора сточите поясок, и потяните половины в разные стороны. Внутри вы увидите кристалл кремния с двумя электродами, поместите его под яркий свет и вольтметром определите: между какими ножками присутствует самое высокое напряжение. Мощность одного самодельного фотоэлемента мала, а напряжение едва доходит до 0,3–0,5 Вт, вам понадобится порядка 30–40 штук, чтобы достичь желаемых 12 Вт, при этом токи будут маленькими.

Батарея из диодов

Диоды типа Д223Б выдают порядка 0,35 В на ярком солнце. Их корпус выполнен из стекла, но покрыт краской. Чтобы она сошла, залейте диоды растворителем, и оставьте на пару часов полежать, желательно в теплом, проветриваемом помещении, потом краска легко счищается. Ну а дальше вам придется спаять их в батарею, как было описано выше, для достижения нужного напряжения и тока.

Панель из фольги

Можно сделать батарею с помощью медной фольги. Для этого нужно взять два листа площадью 45 см2, очистить от жира окислов с помощью наждачной бумаги, отмыть в мыльном растворе. После нужно разогреть один из них, например, на электроплите (больше киловатта) до красно-оранжевого цвета, потом медь начнет чернеть – это появился оксид меди, держим еще 30 секунд. Выключите плиту и пусть все плавно остынет. На листе появится слой оксида черного цвета. Промываем под проточной водой, чтобы сошли крупные частицы оксида, должна остаться тонкая пленка, нельзя механически воздействовать на поверхность – скрести ее, чистить и гнуть.

Получится один лист со слоем оксида, а второй чистый, поместите их в емкость, отлично подойдет обрезанная 5-л бутылка. Лист с окисью будет у нас «минусом», а чистый «плюсом». Они не должны соприкасаться. Емкость наполняем солевым раствором (примерно 1 ложка соли на 1 литр воды). Таким образом, вы получите 1 ячейку для солнечного элемента.

Видео:

Еще пример сборки:

Выводы

Солнечные батареи подходят для электроснабжения, но срок окупаемости устройств достаточно велик, поэтому применять как основной источник питания их довольно дорого. Самодельные фотоэлементы малопригодны для практического использования в качестве источника электроэнергии, но как датчик света они работают неплохо. Можно применить устройства в разных схемах фотореле. Домашняя СЭС – отличный вариант резервного электроснабжения, как основной ввод она может использоваться только в том случае, когда садовый участок расположен в не электрифицированном районе.

Солнечная батарея своими руками: делаем солнечную батарею в домашних условиях

В получении электроэнергии альтернативными методами в последнее время прослеживается тенденция к активному развитию. И это несмотря на то что подобный подход пока еще остается весьма затратным, если планируется приобрести готовое оборудование. Ждать быстрой окупаемости сделанных вложений не приходится.

Солнечная батарея своими руками

Тем не менее, многие рачительные хозяева домов и даже квартир все пристальнее рассматривают такие возможности. А некоторые из них идут по пути самостоятельного создания необходимого оборудования, хотя бы в качестве стартового эксперимента. Так, например, солнечная батарея своими руками вполне может быть создана в домашних условиях, так как сегодня для ее сборки можно приобрести все необходимое. Тем более что существует несколько способов сборки солнечных панелей из разных комплектующих.

Тем, кто хочет попробовать самостоятельно собрать такой источник электроэнергии, и переназначена настоящая публикация.

Что такое солнечная батарея, и как она работает?

Общие понятия о принципе получения электричества от солнечной энергии

У людей, решивших собрать солнечную батарею, возникает немало вопросов, а для многих эта задача видится и вовсе не выполнимой из-за кажущейся сложности ее конструкции. Однако, на самом деле особых трудностей в ее сборке нет. И в этом можно убедиться, изучив схему и рассмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не один подобный прибор.

Солнечная батарея представляет собой совокупность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Солнечная батарея – это множество правильно соединенных между собой фотоэлементов. Каждый из них обладает невысокими генерирующими способностями, но в совокупности получаются весьма приличные показатели выработанной мощности.

Отдельные фотоэлементы соединены в единую панель и защищены с двух сторон материалами, стойкими к ультрафиолету, влаге и другим атмосферным явлениям. Это важно, так как батареи чаще всего эксплуатируются на открытом незащищенном пространстве — это может быть крыша здания, балконное ограждение или же поляна около дома.

Общая конструкция системы получения электрической энергии от солнечной представляет собой целый ряд приборов и устройств, соединенных в единую цепь:

Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.

Такая череда приборов используются в схеме в том случае, когда планируется отдельные постоянные точки потребления или даже полностью весь дом запитать от солнечной энергии. Накопленная в аккумуляторе за день энергия может быть использована в пасмурные дни или в темное время суток. Применяются и более простые схемы, когда солнечные батареи выступают лишь вспомогательным источником питания, и накопление энергии не требуется. Панель в таком случае может быть непосредственно подключена к прибору-потребителю. Однако, этот вариант менее надежен, так как стабильность питания будет полностью зависеть от наличия солнца в данный момент.

Использование солнечных батарей для полного снабжения дома энергией актуально в регионах, где количество солнечных дней в течение года преобладает. Этим обычно «славятся» южные регионы страны. В других условиях они чаще всего применяются в качестве дополнительных источников электроснабжения.

Три основных разновидности фотоэлектрических модулей

Модули солнечных батарей, из которых собирается панель, подразделяются на три типа:

— монокристаллический;

От особенностей структурного строения пластин напрямую зависит эффективность конструкции, а также ее общая стоимость.

Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи

Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского. Они отличаются высоким качеством и обладают неплохим (по меркам фотоэлементов) КПД, равным примерно 20÷22%. Из-за этого и стоимость их достаточно высока.

Солнечные лучи, попадая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с двух сторон подсоединены к шинам, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокий КПД этого типа пластин объясняется тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются по поверхности кристалла.

Поликристаллические фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батареи считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие — и целых батарей получается ниже по сравнению с монокристаллическими приборами. Это обуславливается особенностями производства фотоэлементов, так как при их изготовлении применяются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.

Если сравнивать два этих типа изделий, то можно выделить следующие различия, выявленные тестированием независимых компаний:

Аморфные солнечные модули

Этот тип элементов представляет собой плотную гибкую пленку, значительно упрощающую процесс монтажа батарей.

На современном рынке представлены три поколения подобных фотоэлементов:

Несмотря на не выдающиеся характеристики, самыми популярными остаются однопереходные тонкопленочные модули второго поколения. Они доступны по цене и обладают приличной мощностью, которая вполне может конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи работают с разной эффективностью в различные периоды, необходимо выделить факторы, которые влияют на КПД системы. Причем названные ниже моменты действуют на солнечные батареи всех типов, но с различной интенсивностью.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей существует ряд недостатков, узнав о которых многие хозяева жилья сразу отказываются от затеи их приобретения и установки.

Как собрать солнечную батарею в домашних условиях?

Если после изучения представленной выше информации желание заняться изготовлением солнечной батареи не пропало, можно поэкспериментировать, создав и проверив собственное творение. Далее будет подробно рассмотрена сборка панели из монокристаллических пластин.

Монокристаллическая пластина 78×156 мм с двумя токосъемными дорожками на лицевой стороне. Симметрично им, на тыльной стороне пластины линии припаивания шин обозначены фигурными контактными окошками.

В показанном примере домашний мастер собирает панель габаритами 750×960 мм, состоящую из 36 жёстких монокристаллических пластин размером мм. Пластины устанавливаются в четыре ряда, по 9 фотоэлементов в каждом. Между фотоэлементами выдерживается зазор порядка 10÷12 миллиметров.

Солнечные батареи, установлены на балконном ограждении, а также закреплены к его остеклению. Такой монтаж будет актуален, если балкон находится на солнечной стороне дома. Красной рамкой выделена панель, монтаж которой будет показан.

Многие мастера, кроме стекла и пленки, используют еще и обрамление батареи, одевая ее в жесткую раму. Это придает конструкции необходимую прочность и повышает ее надежность.

Если планируется собрать и использовать несколько солнечных батарей, то их соединяют или последовательно — для увеличения напряжения на выходе, или параллельно – так можно добиться более высоких показателей тока и суммарной мощности

Комплекс панелей через контроллер подключается к аккумулятору — накопителю энергии, а уже от него идет распределение на точки потребления, напрямую или через инвертор.

Итак, как можно видеть из представленной информации, батарею вполне можно собрать своими руками. Потребуется наличие некоторых знаний электротехники и монтажа, усидчивость и внимательность.

Другое дело — что предварительно стоить очень тщательно взвесить ожидаемый эффект от батареи и стоимость комплектующих и всего необходимого для системы оборудования. Насколько система получится рентабельной, тем более с учетом местных климатических условий? Не превратится ли ее создание просто в «игрушку» для деятельного мужчины среднего возраста?

Возможно, некоторые вопросы по этому поводу снимет размещенный ниже видеосюжет:

Солнечные батареи своими руками. Расчет и выбор солнечных элементов

Солнечные батареи редко рассматриваются в качестве единственного источника электроэнергии, тем не менее, целесообразность в их установке есть. Так, в безоблачную погоду правильно рассчитанная автономная система сможет обеспечивать электроэнергией подключенные к ней электроприборы практически круглые сутки. Впрочем, грамотно скомплектованные солнечные панели, аккумуляторы и вспомогательные устройства даже в пасмурный зимний день позволят значительно снизить затраты на оплату электроэнергии по счетчику.

Использую солнечные панели из элементов уже 2-й год. Был вынужден, так как в кооперативе, где мой гараж, очень надолго отключили свет. Собрал 2 шт. по 60 Ватт, контроллер купил и инвертер на 1500 Вт. Полная независимость просто окрыляет. И свет есть, и работа ручным инструментом доставляет удовольствие.

Правильная организация автономных систем электроснабжения на основе солнечных батарей – это целая наука, но, опираясь на опыт пользователей нашего портала, мы можем рассмотреть общие принципы их создания.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея (СБ) представляет собой несколько фотоэлектрических модулей, объединенных в одно устройство с помощью электрических проводников.

И если батарея состоит из модулей (которые еще называют панелями), то каждый модуль сформирован из нескольких солнечных элементов (которые называют ячейками). Солнечная ячейка является ключевым элементом, который находится в основе батарей и целых гелиоустановок.

На фото представлены солнечные ячейки различных форматов.

А вот фотоэлектрическая панель в сборе.

На практике фотоэлектрические элементы используются в комплекте с дополнительным оборудованием, которое служит для преобразования тока, для его аккумуляции и последующего распределения между потребителями. В комплект домашней солнечной электростанции входят следующие устройства:

Схематично система электроснабжения, работающая от солнечных батарей, выглядит следующим образом.

Схема довольно проста, но для того, чтобы она эффективно работала, необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех задействованных в ней устройств.

Расчет фотоэлектрических панелей

Первое, что необходимо знать, собираясь рассчитывать конструкцию фотоэлектрических преобразователей (панелей ФЭП), это количество электроэнергии, которое будет потреблять оборудование, подключенное к солнечным батареям. Просуммировав номинальную мощность будущих потребителей солнечной энергии, которая измеряется в Ваттах (Вт или кВт), можно вывести среднемесячную норму потребления электроэнергии – Вт*ч (кВт*ч). А требуемая мощность солнечной батареи (Вт) будет определяться, исходя из полученного значения.

Для примера рассмотрим перечень электрооборудования, которое сможет обеспечивать энергией небольшая солнечная электростанция мощностью 250 Вт.

Таблица взята с сайта одного из производителей солнечных панелей.

Налицо несоответствие между суточным потреблением электроэнергии – 950 Вт*ч (0,95 кВт*ч) и значением мощности солнечной батареи – 250 Вт, которая при непрерывной работе должна генерировать в сутки 6 кВт*ч электроэнергии (что намного больше обозначенных потребностей). Но раз уж мы говорим именно о солнечных панелях, то следует помнить, что свою паспортную мощность эти устройства способны развивать только в светлое время суток (примерно с 9-ти до 16-ти часов), да и то в ясный день. В пасмурную погоду выработка электроэнергии также заметно падает. А утром и вечером объем электроэнергии, вырабатываемой батареей, не превышает 20–30% от среднесуточных показателей. К тому же, номинальная мощность может быть получена с каждой ячейки только при наличии оптимальных для этого условий.

Почему номинал батареи 60 Вт, а она выдает 30? Значение 60 Вт производители ячеек фиксируют при инсоляции в 1000Вт/м² и температуре батареи – 25 градусов. Таких условий на земле, а тем более в средней полосе России, нет.

Все это учитывается, когда в конструкцию солнечных панелей закладывается определенный запас мощности.

Теперь поговорим о том, откуда взялся показатель мощности – 250 кВт. Указанный параметр учитывает все поправки на неравномерность солнечного излучения и представляет собой усредненные данные, основанные на практических экспериментах. А именно: измерение мощности при различных условиях эксплуатации батарей и вычисление ее среднесуточного значения.

Когда узнаете объем потребления, выбирайте фотоэлектрические элементы, исходя из требуемой мощности модулей: каждые 100Вт модулей вырабатывают 400-500 Вт*ч в сутки.

Идем дальше: зная среднесуточные потребности в электричестве, можно рассчитать требуемую мощность солнечных батарей и количество рабочих ячеек в одной фотоэлектрической панели.

При осуществлении дальнейших расчетов будем ориентироваться на данные уже знакомой нам таблицы. Итак, предположим, что суммарная мощность потребления равна примерно 1 кВт*ч в сутки (0,95 кВт*ч). Как мы уже знаем, нам понадобится солнечная батарея, обладающая номинальной мощностью – не менее 250 Вт.

Предположим, что для сборки рабочих модулей вы планируете использовать фотоэлектрические ячейки с номинальной мощностью – 1,75 Вт (мощность каждой ячейки определяется произведением силы тока и напряжения, которые генерирует солнечный элемент). Мощность 144-х ячеек, объединенных в четыре стандартных модуля (по 36 ячеек в каждом), будет равна 252 Вт. В среднем с такой батареи мы получим 1 – 1,26 кВт*ч электроэнергии в сутки, или 30 – 38 кВт*ч в месяц. Но это в погожие летние дни, зимой даже эти значения можно получить далеко не всегда. При этом в северных широтах результат может быть несколько ниже, а в южных – выше.

Есть солнечные батареи – 3,45 кВт. Работают параллельно с сетью, поэтому КПД – максимально возможный:

Эти данные чуть выше средних значений, т. к. солнца было больше обычного. Если циклон затяжной будет, то выработка в зимний месяц может не превысить 100-150 кВт*ч.

Представленные значения – это киловатты, которые можно получить непосредственно с солнечных батарей. Сколько же энергии дойдет до конечных потребителей – это зависит от характеристик дополнительного оборудования, встроенного в систему электроснабжения. О них мы поговорим позже.

Как видим, количество солнечных элементов, необходимых для генерирования заданной мощности, можно рассчитать лишь приблизительно. Для более точных расчетов рекомендуется использовать специальные программы и онлайн калькуляторы солнечной энергии, которые помогут определить требуемую мощность батареи в зависимости от многих параметров (в том числе, и от географического положения вашего участка).

Если с первого раза произвести правильный расчет фотоэлектрических панелей не удалось (а непрофессионалы очень часто сталкиваются с подобной проблемой), это не беда. Недостающую мощность всегда можно будет восполнить, установив несколько дополнительных фотоэлементов.

Разновидности фотоэлектрических элементов

С помощью настоящей главы постараемся развеять заблуждения, касающиеся преимуществ и недостатков наиболее распространенных фотоэлектрических элементов. Это упростит вам выбор подходящих устройств. Широкое распространение сегодня получили монокристаллические и поликристаллические кремниевые модули для солнечных батарей.

Так выглядит стандартный солнечный элемент (ячейка) монокристаллического модуля, который можно безошибочно отличить по скошенным углам.

Ниже представлено фото поликристаллической ячейки.

Какой модуль лучше? Пользователи FORUMHOUSE активно спорят по этому поводу. Кто-то считает, что поликристаллические модули работают более эффективно при пасмурной погоде, при этом монокристаллические панели демонстрируют превосходные показатели в солнечные дни.

У меня моно – 175 Вт дают на солнце под 230 Вт. Но я отказываюсь от них и перехожу на поликристаллы. Потому что, когда небо чистое, электричества хоть залейся с любого кристалла, а вот когда пасмурно – мои вообще не работают.

При этом всегда найдутся оппоненты, которые после проведения практических замеров полностью опровергают представленное утверждение.

У меня получается все наоборот: поликристаллы очень чувствительны к затемнению. Стоит маленькому облачку пройти по солнцу, как это сразу отражается на количестве вырабатываемого тока. Напряжение, кстати, практически не меняется. Монокристаллическая же панель ведет себя более стабильно. При хорошем освещении обе панели ведут себя очень хорошо: заявленная мощность обеих панелей – 50Вт, обе эти самые 50Вт выдают. Отсюда мы видим, как улетучивается миф о том, что монопанели дают больше мощности при хорошем освещении.

Второе утверждение касается срока службы фотоэлектрических элементов: поликристаллы стареют быстрее монокристаллических элементов. Рассмотрим данные официальной статистики: стандартный срок службы монокристаллических панелей составляет 30 лет (некоторые производители утверждают, что такие модули могут работать до 50 лет). При этом период эффективной эксплуатации поликристаллических панелей не превышает 20-ти лет.

Действительно, мощность солнечных батарей (даже с очень высоким качеством) с каждым годом эксплуатации уменьшается на определенные доли процента (0,67% – 0,71%). При этом в первый год эксплуатации их мощность может снизиться сразу на 2% и 3% (у монокристаллических и поликристаллических панелей – соответственно). Как видим, разница есть, но она незначительна. А если учесть, что представленные показатели во многом зависят от качества фотоэлектрических модулей, то разницу и вовсе можно не брать во внимание. Тем более, известны случаи, когда дешевые монокристаллические панели, изготовленные нерадивыми производителями, теряли до 20% своей мощности в первый же год эксплуатации. Вывод: чем надежнее производитель фотоэлектрических модулей, тем долговечнее его продукция.

Многие пользователи нашего портала утверждают, что монокристаллические модули всегда дороже поликристаллических. У большинства производителей разница в цене (в пересчете на один ватт генерируемой мощности) на самом деле ощутима, что делает покупку поликристаллических элементов более привлекательной. Поспорить с этим нельзя, но не поспоришь и с тем, что КПД монокристаллических панелей выше, чем у поликристаллов. Следовательно, при одинаковой мощности рабочих модулей поликристаллические батареи будут иметь большую площадь. Иными словами, выигрывая в цене, покупатель поликристаллических элементов может проиграть в площади, что при недостатке свободного пространства под установку СБ может лишить его так очевидной на первый взгляд выгоды.

У распространенных монокристаллов КПД, в среднем, равняется 17%-18%, у поли – около 15%. Разница – 2%-3%. Однако по площади эта разница составляет – 12%-17%. С аморфными панелями разница еще нагляднее: при их КПД – 8-10% монокристаллическая панель может быть по площади в два раза меньше аморфной.

Аморфные панели – это еще одна разновидность фотоэлектрических элементов, которые пока не успели стать достаточно востребованными, несмотря на свои очевидные преимущества: низкий коэффициент потери мощности при повышении температуры, способность генерировать электроэнергию даже при очень слабом освещении, относительная дешевизна одного производимого кВт энергии и так далее. А одна из причин низкой популярности кроется в их весьма ограниченном КПД. Аморфные модули еще называют гибкими модулями. Гибкая структура значительно облегчает их установку, демонтаж и хранение.

Не знаю, кто это аморфные рекламирует. КПД у них низкий, места почти в два раза больше занимают, при этом с возрастом КПД, так же, как и у кристаллических, снижается. Классические модули рассчитаны на 25 лет эксплуатации с потерей КПД в 20%. Плюс у аморфных пока только один: выглядят, как черное стекло (можно весь фасад такими покрыть).

Выбирая рабочие элементы для строительства солнечных батарей, в первую очередь следует ориентироваться на репутацию их производителя. Ведь именно от качества зависят их реальные рабочие характеристики. Также нельзя упускать из вида условия, при которых будет производиться монтаж солнечных модулей: если площадь, отведенная под установку солнечных батарей, у вас ограничена, то целесообразно использовать монокристаллы. Если недостатка в свободном пространстве нет, то обратите внимание на поликристаллические или аморфные панели. Последние могут оказаться даже практичнее панелей кристаллических.

Приобретая готовые панели от производителей, можно значительно упростить себе задачу по строительству солнечных батарей. Для тех же, кто предпочитает все создавать своими руками, процесс изготовления солнечных модулей будет описан в продолжении настоящей статьи. Также в ближайшее время мы планируем рассказать о том, по каким критериям следует выбирать аккумуляторы, контроллеры и инверторы – устройства, без которых ни одна солнечная батарея не сможет функционировать полноценно. Следите за обновлениями нашей статейной ленты.

На фото изображены 2 панели: самодельная монокристаллическая на 180Вт (слева) и поликристаллическая от производителя на 100 Вт (справа).

О самых популярных альтернативных источниках энергии вы сможете узнать в соответствующей теме, открытой для обсуждения на нашем портале. В разделе, посвященном строительству автономного дома, можно узнать много интересного об альтернативной энергетике и о солнечных батареях, в частности. А небольшой видеосюжет расскажет об основных элементах стандартной солнечной электростанции и об особенностях установки солнечных панелей.

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях

Если говорить об экономической целесообразности, то для изготовления небольшой солнечной батареи своими руками в домашних условиях выгодней купить фабричную панель, а не несколько десятков новых диодов или транзисторов. При одинаковой производительности (мощности) такая самоделка будет дешевле, а ее изготовление займет меньше времени. Единственное условие, оправдывающее потраченное время — это возможность дешево купить старые комплектующие, которые были списаны как «неликвиды».

Устройство и принцип работы

Есть два основных способа использования солнечной энергии:

Справка. Основные законы преобразования света в электроэнергию были сформулированы в конце XIX века российским ученым Александром Столетовым.

Первые солнечные панели появились еще в семидесятые годы прошлого столетия, но несовершенные технологии и низкая эффективность делали производство батарей дорогим и низкорентабельным. И только последние разработки в этой области сделали производство «солнечной» электроэнергии технически и экономически доступными.

Есть несколько типов панелей, использующих разные материалы. Но все они построены на полупроводниках. Преобразование света основано на внутреннем фотоэффекте p-n перехода — возникновении дополнительных «дырок» и свободных электронов под воздействием света. Электроны «стремятся» в n-область, дырки — в p-область. Как результат перераспределения заряда между областями, возникает разность потенциалов и через переход протекает ток.

Это делает возможным объединять модули в единую систему, с подключением к общему оборудованию, которое позволяет контролировать работу, накапливать электроэнергию, преобразовывать ее и распределять между потребителями. А для защиты фотоэлементов используют специальное покрытие из закаленного стекла.

Стационарные солнечные батареи дополнительно оборудуют инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный. Компактным модулям для питания устройств, работающих от аккумуляторов, инвертор не нужен.
Аналогичный компактный модуль можно сделать своими руками из диодов или транзисторов и подключить его к «промежуточному» аккумулятору. А уже от него заряжать мобильный телефон (как от Power Box) или использовать для питания LED светильника.

Солнечная панель из диодов

Для изготовления панели можно использовать диоды в металлических и стеклянных корпусах. Первый вариант мощнее, но более трудоемкий. Второй — проще, хотя для достижения такой же мощности понадобится больше элементов.

Панель из диодов в металлическом корпусе

Если говорить о максимальной мощности, которую можно получить с одного кристалла полупроводника, то лучшими в этом отношении будут диоды серии КД203 (КД2010).

Чтобы вынуть кристалл кремниевого полупроводника и «открыть» его для освещения, надо:

И эту процедуру надо выполнить с каждым диодом, а их должно быть несколько десятков. В реальных условиях напряжение на одном кристалле будет ниже максимума раза в полтора — около 0.5 В. Чтобы получить на выходе 5 В, надо последовательно соединить в блок 10 кристаллов.

Приблизительно такое же соотношение максимальной и реальной силы тока — рассчитывать надо на величину 4-5 мА. Чтобы «нарастить» силу тока и повысить мощность солнечной батареи, надо параллельно соединить на панели несколько таких блоков.

Сама панель должна иметь вид решетки из расположенных в несколько рядов ячеек двух разных диаметров, расположенных поочередно. Большое отверстие — для посадки корпуса, меньшее — для гибкого проводника, которым соединяют в цепь расположенные рядом диоды. Такая заготовка для диодов в металлическом корпусе без крышки глядит так:

Возможны и другие варианты конструкции панели, но принцип прежний — последовательно-параллельное соединение элементов. Принцип как сделать солнечную батарею из диодов был описан еще в советское время. Ниже приведено фото иллюстрации тех времен, на которой показаны способы разборки элементов и принципиальная схема соединения:

Панель из диодов в стеклянных корпусах

Эти элементы менее мощные и способны «генерировать» токи менее одного миллиампера, но их достоинство в том, что кристалл полупроводника не надо «открывать».

У некоторых серий корпус изначально прозрачный, а у тех элементов, корпуса которых окрашены, надо просто смыть краску растворителем.

К таким относятся диоды Д223Б, которые способны при оптимальной ориентации относительно яркого солнца выдавать напряжение около 0,3 В, что почти сопоставимо с более мощными аналогами.

Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:

Вот так выглядит панель, состоящая из 9 параллельно соединенных блоков по 12 элементов в каждом:

Как видно, помещенная на солнце, она выдает напряжение в 2.5 В, а ее мощности хватает, чтобы полностью зарядить за 2 часа ионистор емкостью 0,47 Ф.

Панель из светодиодов

Любой светодиод обладает обратимостью: он не только излучает свет под напряжением, но и наоборот — генерирует электричество под воздействием света. Максимальная ЭДС у сверхярких элементов — до 1.65 В, но ток при этом получается очень маленьким — до 20 мкА. Зеленые индикаторные светодиоды с линзой диаметром 3 или 5 мм при освещении выдают почти 1.6 В. Совсем немного уступают им красные и оранжевые светодиоды с линзой 5 мм.

Панель солнечной батареи из транзисторов

Так же как и у диодов, открытый полупроводниковый кристалл транзистора при освещении образует разность потенциалов на p-n переходах. Если провести измерения, то в результате окажется, что всегда есть пара контактов, которая выдает максимально возможную мощность.

Но перед этим надо «открыть» корпус транзистора — аккуратно снять крышку. Вот так выглядит транзистор 2Т908А «внутри»:

Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной панели надо протестировать все заготовленные элементы и рассортировать их по группам (блокам) с наиболее близкими значениями суммарных напряжений.

Примечание: Один из основных недостатков мощных транзисторов отечественного производства — это «нестабильность» характеристик.

Например, чтобы подобрать приблизительно одинаковую пару для двухкаскадного усилителя, надо было «прозвонить» вручную несколько транзисторов.

Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.

Первый вариант. Соединяют параллельно группы (блоки) с одинаковым суммарным напряжением последовательно собранных элементов, и получают на выходе сумму токов от каждого блока. Схема приведена ниже:

Второй вариант. Элементы с приблизительно одинаковыми напряжениями соединяют в группе параллельно (выходной ток будет равен сумме токов). А чтобы нарастить напряжение, несколько таких групп соединяют последовательно.

Сборка корпуса

Самый простой корпус для панели домашней солнечной батареи изготавливают из фанеры или листового пластика:

В качестве средства повышения эффективности панели из одного блока иногда используют алюминиевые банки. Такая солнечная батарея своими руками выглядит так:

В этой конструкции донышко от алюминиевой банки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» в фокусе отраженные лучи света.

Даже если кристалл полупроводника не лежит в главном фокусе, он все равно расположен на главной оптической оси, а это уже увеличивает концентрацию светового потока. Но такая конструкция оправдана в случае, если размеры панели не имеют значения, а количество диодов или транзисторов ограничено.

Как сделать солнечную батарею

Иногда сделать своими руками солнечную батарею бывает необходимо. Мы расскажем, как, из чего и для каких целей можно использовать самодельную СБ.

Людей, которые бы желали жить в экологически чистом месте, вдали от шума цивилизации, становится все больше. Развитая промышленность загрязняет воздух и окружающую среду и вызывает распространение многих болезней, ослабляя иммунитет. Но отъезд подальше от города имеет некоторые сложности, в первую очередь это связано с отсутствием электроснабжения некоторых участков. Жить же в наше время без электричества практически невозможно. На Западе данная проблема решается установкой ветрогенератора, но этот способ имеет свои сложности. В первую очередь дело в дороговизне оборудования. К тому же, чтоб обеспечить целый дом, потребуется не один, а как минимум несколько генераторов. Одним из самых эффективных способов обеспечения электроэнергии дома считается использование солнечных батарей. Небольшую солнечную батарею можно построить своими руками, ведь заводские варианты не дешевы.

Узнаем, как сделать солнечную батарею

Основные элементы: где достать

По сути, солнечная батарея представляет собой контейнер, в котором располагают массив элементов, преобразующих энергию Солнца в электричество. Мы не зря употребили слово «массив». Дело в том, что чтобы обеспечить даже самый маленький домик энергией, элементов должно быть достаточно много.

А так как эти элементы имеют весьма хрупкую структуру, контейнер должен обеспечить их механическую защиту. Кроме того, в контейнере все элементы объединяются в один. Принцип работы батареи не сложен. Поэтому сделать ее можно и самостоятельно.

Для этого все-таки надо изучить теоретическую часть, так как солнечные батареи мало кто делает самостоятельно. Отсюда, кстати, и мнение, что сделать их сложно. Но на самом деле это не так. Основные выводы, полученные после изучения материала о создании данного источника электроэнергии, следующие:

Таким образом, на солнечных элементах вполне можно сэкономить. А уж сделать своими руками контейнер не составит трудности.

Принцип работы

Если вы раньше особо не вникали в вопрос, как сделать солнечную батарею, то в первую очередь следует понять принцип ее работы. Если понять принцип, как она работает, то и вопрос, как ее сделать своими руками, не поставит вас в тупик. На самом деле ее конструкция вполне проста.

Как мы писали выше, солнечная батарея (СБ) — это некоторое количество фотоэлектрических преобразователей энергии, сделанных из кремния для генерации постоянного тока. Все элементы соединены и установлены в контейнере.

Преобразователи бывают трёх видов:

Фотоэлектрический эффект представляет собой следующее: свет от Солнца падает на фотоэлементы, после чего выбивает свободные электроны с последних орбит каждого атома кремниевой пластины. Свободные электроны начинают перемещаться между электродами, тем самым вырабатывая постоянный ток. Постоянный ток, в свою очередь, преобразовывается в переменный, которым и будет оснащаться здание.

схема преобразования солнечной энергии в элементах

Как правильно подобрать фотоэлемент

Так как фотоэлементы бывают аморфные, поликристаллические и монокристаллические, можно выбрать один из этих трех вариантов. Желательно это сделать до начала проектной работы. Рассмотрим основные характеристики каждого из видов.

В специализированных магазинах можно найти любой из этих вариантов. Если же вы хотите немного сэкономить, выбирайте второй сорт. Эти элементы будут иметь небольшие дефекты, но на работе прибора это не скажется. Иногда цена на б. у. части ниже в 2-3 раза, что позволяет сэкономить должным образом, делая работу самостоятельно.

Как расположить для улучшения КПД

Так как КПД зависит в первую очередь от света, при выборе места под ваше устройство необходимо пользоваться следующим принципом: установку стоит проводить как можно выше. Именно поэтому устройства располагают чаще всего на крыше здания. Однако иногда бывает так, что дом при строительстве не рассчитан на больший вес, а данный способ получения электричества требует более крепких перекрытий. Тогда следует выбирать место на земле, которое в течение дня постоянно освещено.

Как расположить солнечную батарею

Что же касается угла падения лучей, то установку лучше ставить так, чтоб они падали перпендикулярно. В современных заводских установках владелец может корректировать угол наклона платформы. Сделать же это в самодельных вариантах не просто.

Угол наклона определяется как географическим месторасположением участка, так и уровнем солнцестояния на местности.

Самостоятельная работа

как сделать солнечную батарею

Сразу хочется сказать – не особо надейтесь, что сможете сами построить устройство, которое полностью покроет все расходы дома, и обеспечит здание электричеством в 220 Вольт. Размеры такой установки были бы огромны, ведь одна пластина генерирует электрический ток с напряжением всего 0,5 В. Оптимально для самоделки – номинальное напряжение в 18 вольт. На этот показатель мы и будем ориентироваться, рассчитывая необходимое количество фотоэлементов для батареи.

Важно: Корпус устройства представляет простой неглубокий ящик. Бортики лучше сделать как можно меньше, чтобы они не создавали тень. Материалом для него может быть фанера и рейки.

Бортики для лучшего крепления садим на клей и привинчиваем саморезами. Чтобы блоки было проще спаять, ящик делим на две части с помощью планки, зафиксированной по центру ящика.

Собираем каркас для фотоэлементов

каркас для фотоэлементов солнечной батареи из профиля

Защитная рамка или каркас – важнейшая часть устройства. Для ее создания в домашних условиях можно использовать алюминиевые уголки 30х30 мм или деревянные бруски.

Если вы решили использовать металлический профиль, фаска снимается напильником под углом 45 градусов. После того, как все части каркаса выпилены, они соединяются с помощью уголков. Защитное стекло приклеивается на готовый каркас с помощью силикона.

Важно: Функцию подложек могут выполнять два вырезанных куска ДВП. На них и будут крепиться солнечные элементы. Вместо ДВП можно использовать любой тонкий материал, обладающий жесткостью и не проводящий электрический ток.

Как соединять пластины

Чтобы правильно соединить пластины, надо знать некоторые принципы:

Важно: чтобы избежать саморазряда устройства в ночное время или облачную погоду, можно сделать монтаж диода Шоттки 31DQ03 или другого аналога на контакт от «средней» точки.

Когда все работы по спайке закончены, с помощью мультиметра можно проверить выходное напряжение. Оно должно составлять 18–19В для обеспечения небольшого дома электроэнергией.

Как собрать панель

Устройство солнечной батареи

Итак, корпус у нас готов, и пора заняться панелью. В полученный ящик надо уложить спаянные преобразователи. В центре каждого фотоэлемента наносим силикон, и закрываем сверху подложкой из ДВП для их фиксации. Закрываем конструкцию крышкой, и для надежности все стыки герметизируем силиконом или герметиком. Полученная панель устанавливается на специальный держатель или каркас.

Важно: Чтобы защитить батарею от агрессивного воздействия среды и климата, применяют оргстекло, закрывающее лицевую сторону. Если батарея крупная, можно использовать два куска, но если позволяет ее размер – то можно вырезать один, тогда соединение будет без стыка.

Обычное стекло лучше не брать – оно слишком хрупкое, и в процессе эксплуатации может лопнуть.

Своими руками из того, что есть

Если цена на солнечные панели вас не устраивает, вы вполне можете создать свою установки из практически подручных материалов. Ниже мы рассмотрим, как сделать солнечную батарею своими руками из различных материалов – например, из транзисторов, диодов и фольги.

солнечная батарея своими руками из подручных средств

Транзисторы, как основа световых элементов

Транзисторы подходят под нашу цель, так как внутри у них располагается довольно большой кремневый полупроводниковый элемент, который и будет использоваться для производства электричества. Лучше всего остановить свой выбор на транзисторах типа КТ или П.

Важно: При сборке источника тока хорошим вариантом будет разработать монтажную плату из фольгированного стеклотекстолита. Плату, после распайки, нужно поместить в корпус подходящих размеров, а сверху закрыть пластиной из оргстекла. В результате мы можем получить источник тока из нескольких десятков транзисторов, который генерирует напряжение в несколько вольт при выходном токе в несколько миллиампер.

Начинаем работу. В первую очередь срезаем металлическую крышку с необходимого количества радиодеталей. Это сделать проще, если зажать транзистор в тисках и произвести срез аккуратно ножовкой по металлу. Внутри вы увидите пластину. Это и есть главная часть нашего будущего устройства. Он будет служить нам фотоэлементом.

Деталь будет иметь три контакта: база, эмиттер и коллектор. Во время сборки выбирайте коллекторный переход в связи с наибольшей разностью потенциалов.

Своими руками сборку лучше делать на ровной поверхности из любого диэлектрического материала.

Важно: Все транзисторы спаиваем в отдельные последовательные цепочки, которые, в свою очередь, необходимо соединять параллельно. Расчет источника тока делаем, основываясь на характеристиках радиодеталей. В среднем, один транзистор выдает напряжение 0,35 В при силе тока при КЗ в 0,25 мкА.

Те транзисторы, которые вы собираетесь использовать при создании солнечных батарей, перед работой следует проверить. Для этих целей берем простой мультиметр. Необходимо переключить прибор в режим измерения тока, включить его между базой и коллектором или эмиттером транзистора. Снимаем показатель – обычно прибор демонстрирует небольшой ток — доли миллиампера, реже чуть больше 1 мА. Далее переключаем прибор в режим измерения напряжения (предел 1-3 В), и получаем значение выходного напряжения (оно составит порядка нескольких десятых долей вольта). Транзисторы желательно группировать с близкими значениями выходных напряжений.

Используем диоды

Вторым популярным материалом для самодельного источника энергии считается диод. Диоды Д223Б могут стать действительно альтернативным источником электрического тока. Они имеют наибольший вольтаж, и заключены в стеклянном корпусе. Один диод может сгенерировать 350 мВ на солнце, исходя из этого, можно определить и напряжение на выходе готового изделия.

Произведя расчёты, подбираем нужное количество диодов. Их необходимо сложить в емкость и залить ацетоном. Можно использовать и другой растворитель. Это необходимо, чтобы снять краску со стекла.

Берем пластину из не металлического материала, и делаем на ней разметку, куда будут впаяны компоненты источника питания. Через несколько часов краска, как раз пока делается разметка, станет мягкой, и ее можно легко соскрести.

Солнечная панель на диодах

Далее необходимо определить плюсовой контакт – для этого используем мультиметр. Определяем контакт под лампочкой или на солнце. Впаиваем диоды параллельно, так как в данном случае кристалл лучше всего будет генерировать энергию от солнца. В результате на выходе будет максимальное напряжение.

Важно: для самостоятельной сборки можно выбрать диоды Д223Б. Они лучше всего подходят, так как имеют стеклянный и небольшой корпус, и их можно установить достаточно плотно. К тому же, напряжение в них одно из самых больших(целых 350 мВ под солнцем).

Как использовать фольгу

Фольгу также можно использовать для создания источника питания, однако энергии она будет давать немного. Подходит обычная фольга, размером 45 квадратных см. Ее необходимо промыть в мыльной воде, чтобы удалить любой жир. Вот пошаговая инструкция:

В бутылку заливаем солевой раствор так, чтобы до кромки электродов оставалась примерно 2,5 см.

Схема солнечной батареи из фольги

Аккумулятор для дачи готов.

Конечно, такого самодельного прибора не хватит для обеспечения дома, но зато ее можно использовать для подзарядки мелких электроприборов или в виде питания радиоприемника.

Собираем солнечную батарею дома

Один из альтернативных способов получения электричества — солнечные батареи. Но пока стоимость даже самых дешевых и готовых к подключению элементов еще очень высока. И это одна из причин, почему они не получили массового распространения. Но если собрана солнечная батарея своими руками, затраты существенно уменьшаются. О том, как это можно сделать, мы расскажем в этой статье.

Немного теории

Основной материал для производства панелей — кремний, с добавлением бора и фосфора. Они разнесены по разным сторонам друг от друга. Под воздействием солнечного света от фосфора (сторона n–типа), отделяются свободные электроны и начинают двигаться в сторону пластины из бора. Борная пластина, обладая свободными элементами, или своеобразными дырками (сторона p–типа) принимает свободные электроны. Или появляется p–n переход. Теперь остается снять с пластины это движение электронов в виде электрического тока.

Целесообразность самодельной солнечной панели

Понимание этих физических свойств кремния поможет в том, чтобы была собрана солнечная панель своими руками. Для начала работ необходимо подготовиться.

В любом случае запасной источник электроэнергии всегда востребован. Да еще и себестоимость солнечного киловатта существенно ниже традиционного электричества. Конечно, многие хотят приобрести и установить заводские солнечные панели. Отпугивает цена на весь комплект оборудования для домашней электростанции. Поэтому очень актуален вопрос — как собрать солнечную батарею самому?

Более грамотный подход — рассчитать количество вырабатываемой энергии одним модулем:

Исходя из планируемой полной мощности энергопотребления и расчётных данных, высчитывается общая мощность потребления электроэнергии.

Теперь если итог разделить на предполагаемую производительность одного фотоэлемента в финале получим необходимое количество модулей.

Необходимый инструмент и материалы

Если не пугает объем и сложность предстоящей работы, необходимо основательно подготовиться.

Основной элемент — сами пластины. Количество элементов подбирается исходя из выходных параметров будущей панели. Но основное условие — их технические характеристики должны быть идентичны друг другу. И если нет опыта в сборке подобных конструкции, лучше будет взять несколько элементов про запас, с учетом брака на первых этапах работы.

Продолжаем комплектовать материалы:

Объем сырья мы не указываем т.к. оно находится в прямой зависимости от габаритов и количества деталей, из которых будет собрана самодельная солнечная батарея.

Теперь инструмент и вспомогательные материалы:

Совет по подбору панелей

Чтобы получить на выходе мощность в 145 Вт при напряжении 18 В и при этом не сильно вылезти из бюджета, лучше присмотреться к комплектам класса В.

На комплекты класса В приходится основная доля всего рынка гелиобатарей. Для тех, кто хочет попробовать собрать панели своими руками лучше присмотреться именно к таким производителям. Но таких компаний в настоящее время очень много и, как правило, они занимаются не производством, а перепродажей готовых компонентов. Либо в целях экономии активно применяют ручную сборку панелей, что закономерно приводит к снижению качества. Поэтому надо быть готовым к тому, что заявленные характеристики могут не совпадать с реальными параметрами. И рассчитывать на гарантийные обязательства от таких малоизвестных фирм, тоже не стоит.

Если приобрести 36 штук китайских панелей на сайте Alibaba, это обойдётся в 3200 рублей. При цене готового комплекта с такими же характеристиками в 6250 рублей — выгода весьма ощутимая.

Следовательно, идея изготовить солнечные батареи для дома своими руками приобретает еще большую актуальность.

Какие панели покупать

Все изделия такого класса делятся на:

1–ые обладают более однородной структурой из–за чего КПД намного больше, чем у аморфных. Собственно именно это и обуславливает рост цены.

Отличить эти фотоэлементы друг от друга очень просто, как по цвету (монокристалл тёмно–синий), так и по форме.

Что выбрать — решать покупателю, но следует знать, что более дешевые аморфные ячейки делаются на мелких китайских предприятиях с отклонениями в качестве материалов, но с более низкой себестоимостью.

Чтобы рассчитать количество фотоэлементов нужно ориентироваться на проектируемые выходные данные самодельных панелей.

По паспортным данным с одного квадратного метра панелей снимается 0,12 кВт/час электроэнергии. Для бытовых нужд достаточно получать с устройства 280–320 кВт в месяц.

Все элементы должны быть одного размера и номинала.

Если приобретается фотоэлемент с защитным восковым покрытием, то его после покупки надо удалить.

Последовательность действий по подготовке фотоэлементов:

Изготовление каркаса

Солнечная батарея своими руками начинает свой путь с изготовления каркаса из подручных материалов.

Размеры для него рассчитываются с учетом параметров самих фотоэлементов.

Для рамки можно использовать уголок из алюминия с высотой полок 70х90мм.

Почему именно алюминий?

Чтобы устранить попадание влаги, все стыки каркаса необходимо подвергнуть обработке герметиками на силиконовой основе.

Теперь, когда есть металлическое обрамление, можно приступить к изготовлению корпуса солнечной панели.

Корпус

Здесь задача попроще — изготовить некое подобие деревянного ящичка с низкими (2 см) бортиками.

Перед тем как сделать солнечную батарею своими руками не мешало бы подготовить материалы. Вот типовая пошаговая инструкция:

Собственно основа готова. Теперь сборка солнечной панели продолжится с установки солнечных пластинок.

Сборка фотоэлементов

Перед тем как приступить к этому этапу, необходимо изучить, как выглядит схема солнечной батареи. Элементы тщательно разложить на основе. Важно сохранить расстояние между ними в 3–5 мм. Можно воспользоваться крестиками под монтаж кафельной плитки.

К пайке необходимо подготовиться — контакты вывести по порядку. Положительные, по одной стороне, отрицательные по другой.

Контакты на панелях могут уже быть готовыми и закреплены по месту. Если это не так — их придется приготовить и припаять самостоятельно.

Самодельная солнечная батарея делается из кристаллических элементов. Это довольно хрупкий материал, поэтому работать с ними необходимо с особой аккуратностью.

Изготовление солнечных батарей требует особого отношения. Чтобы паять солнечные пластины правильно и при этом их не повредить, необходимо бережное обращение с деталями. Правильно подобрать сам паяльник с допустимой мощностью — 24 /36 Вт.

Когда все пластины будут пропаяны, схему необходимо дополнить п/п диодами от саморазряда (контролером заряда) и акустическим кабелем на выходе для подключения.

Все элементы панели своими руками зафиксировать при помощи герметика.

Теперь все элементы подобраны и уложены внутри рамы.

Тестирование батареи перед герметизацией

Работы подходят к завершению, но перед дальнейшей сборкой панели с элементами из Китая необходимо проверить, а работает ли собранная конструкция вообще?

Велика вероятность некачественной пайки контактов. Собственно говоря, такую проверку лучше делать после пайки каждого ряда фотоэлементов — это очень упростит обнаружение мест некачественных соединений.

Тестирование проводится на открытой местности в солнечную погоду в полдень, когда солнце не закрыто облаками. Для замеров подойдет обычный цифровой тестер.

Подготовленную батарею необходимо вынести на улицу, направить на солнце под нужным углом наклона, который рассчитывается заранее. Тестер переключаем в режим замера силы тока и проводим замеры токов короткого замыкания.

В теории сила тока панели должна быть на 0,5–1,0 А пониже, чем ток короткого замыкания. Если тестер показывает силу тока выше 4,5 А, значит гелиобатарея собрана нормально и вполне работоспособна.

Если показания отличаются в меньшую сторону, надо искать слабый припаянный контакт в соединении фотоэлементов.

Герметизация

После того как испытания покажут работоспособность всех элементов наступает этап герметизации уже уложенных в каркас фотоэлементов. Для этой цели лучше всего подходит эпоксидный клей.

Но его применение неизбежно вызовет удорожание всего проекта “панели своими руками”. Хотя эпоксидку вполне можно заменить силиконовым герметиком, но не любым, а тем, который предназначен для использования при отрицательных температурах окружающей среды.

Герметизацию можно делать по–разному:

При работе следует учесть некоторые моменты:

Если все учтено и выполнено правильно, в результате получим водоотталкивающую и абсолютно прозрачную поверхность. Собираем панель дальше.

Особенности крепления крышки:

Теперь панель, собранная своими руками в домашних условиях, готова к установке и ее подключению к домашней гелиосистеме.

Установка готовой системы

Место установки выбирается еще до того как сделать солнечную панель. Оно также играет большую роль.

Солнечные панели можно ставить на земле, на стенах или крыше. Тут дело вкуса и свободных площадей. Но важно, чтобы на панель попадало максимум солнечного света. Поэтому любая падающая тень на конструкцию крайне нежелательна.

Часто можно увидеть систему из подобных китайских панелей на кровлях домов. Но в любом случае необходимо убедиться в надежности самой кровли, и сможет ли она выдержать дополнительный вес от солнечных элементов. И это существенное условие. Потому как кроме монтажа самих гелиопанелей, к ним добавится вес кронштейнов и поворотной системы, без которой не обойтись — угол установки строго регламентирован. Он должен составлять 30–40 градусов к крыше.

Если панели из тонкопленочных материалов, нужно оберегать их от дополнительных ветровых нагрузок и давления от накопившегося снега. Нужна ее надежная ветрозащита.

Неплохое решение для дачи — наземная установка на металлической раме из надежного профиля сечением 25х25 мм или больше. Перед рамной конструкцией должна изготавливаться установка ветрорассекателей и снегозащиты.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Теперь понятно, что собрать солнечную батарею своими руками вполне возможно. Но надо понимать, что эффективность такого источника энергии зависит от многих факторов. Причем это касается девайсов всех типов — и заводских, и самодельных:

Солнечная батарея из старых транзисторов

Те, кто занимается ремонтом радиоаппаратуры, со временем накапливают свой стратегический запас радиодеталей. Среди них могут оказаться транзисторы или диоды в металлическом корпусе. Для ремонта современных аппаратов они уже не подходят из–за больших габаритов, но собрать из старых транзисторов небольшую фотопанель — вполне реально.

Лучше всего из подручных материалов найти транзисторы типа КТ или П:

Чтобы добраться до фотоэлемента, необходимо аккуратно срезать ее верхнюю часть. Под ней и находится кремневый полупроводниковый элемент — фотоэлемент. Срезать крышечку можно, если зажать аккуратно деталь в тиски, ножовкой по металлу.

Под ней видна пластина. Именно она и будет основным элементом в будущей схеме.

Есть три выводных контакта:

Нам нужен коллектор. Именно он обладает хорошей разностью потенциалов.

Соберите начальную цепочку по схеме:

Собирать все элементы необходимо на ровной поверхности из диэлектрического материала. Исходя из параметров будущей фотопанели, собирается последовательная цепочка из деталей. И потом набирается параллельная группа из таких цепочек.

Если один транзистор способен выдавать 0,35 В и силу тока при КЗ в 0,25 мкА, то подобрать расчетное количество цепочек из радиодеталей можно опираясь на эти характеристики.

Не стоит забывать, что собранная батарея из светодиодов будет нуждаться в охлаждении. Поэтому не рекомендуется размещать детали плотно и близко друг от друга. Так будет лучше работать естественная вентиляция.

Опытные мастера знают, что такая конструкция неудобна из–за больших габаритов. Гораздо практичней солнечная батарея из диодов своими руками.

В любом случае попробовать спаять альтернативный источник энергии есть смысл по двум причинам:

Батарея из диодов

Солнечная батарея из диодов Д223Б действительно может стать источником электрического тока. Эти диоды имеют наибольший вольтаж и выполнены в стеклянном корпусе, покрытом краской. Напряжение на выходе готового изделия можно определить из расчета, что один диод на солнце генерирует 350 мВ.

Батарея из фольги

Помимо описанных выше двух способов источник питания можно собрать из фольги. Самодельная солнечная батарея, сделанная согласно пошаговой инструкции, описанной ниже, сможет давать электроэнергию, хотя и очень малой мощности:

Все солнечные батареи не пригодны для обеспечения дачи или частного дома помещения электричеством в виду своей маломощности. Но они способны служить источником питания для радиоприемников или зарядки мелких электроприборов.

Недостатки солнечных батарей

Теперь, когда панели своими руками стали еще доступнее, не все владельцы жилья стремятся обзавестись таким альтернативным источником электроэнергии. И для этого есть свои причины:

Утилизация системы

Солнечные системы, собранные на производстве, рассчитаны на 45–летний срок использования. Их составляющие — контроллер и инвертор служат около 20 лет. Срок жизни аккумуляторов также весьма ограничен, но точно не превышает десяти лет.

Поэтому возникает закономерный вопрос — что делать с отработавшими свой ресурс элементами гелиосистемы?

Ответ очевиден — продать!

Можно не сомневаться, что и в вашем городе найдётся компания готовая выкупить эти компоненты.

Они вполне пригодны для повторного применения, чтобы создавать аналогичные системы. Цена природного кремния весьма высока, как и его переработка. Выгоднее выкупить отслужившие свой срок элементы, переработать их и пустить в повторное производство солнечных панелей. Это намного прибыльнее, чем покупать сырье или самому добывать редкоземельные материалы.

Где купить

Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Заключение

Самоделки, типа домашней солнечной батареи это нешуточная задача, которая потребует помимо финансовых и временных затрат, еще и минимальных знаний по основам электротехники. Но если есть желание и усидчивость можно вполне быть уверенным в успехе поставленного перед собой вопроса.

В любом случае применение солнечного излучения сулит огромные перспективы. Статистика нам говорит о том, что на 1 м 2 земной поверхности попадает 4,2 кВт/час солнечной энергии в день! А это эквивалентно экономии почти одного барреля сырой нефти в год. Так что можно с уверенностью сказать — будущее за альтернативной энергетикой.

Видео по теме

Солнечная батарея своими руками: дорогая игрушка или реальная возможность сэкономить?

Наверное, нет такого человека, который не хотел бы стать более независимым. Возможность полностью распоряжаться собственным временем, путешествовать, не зная границ и расстояний, не задумываться о жилищных и финансовых проблемах — вот что даёт ощущение настоящей свободы. Сегодня мы расскажем о том, как, используя солнечное излучение, снять с себя бремя энергетической зависимости. Как вы догадались, речь пойдёт о солнечных батареях. А если быть точнее, то о том, можно ли своими руками построить настоящую солнечную электростанцию.

История создания и перспективы использования

Идею превращения энергии Солнца в электричество человечество вынашивало давно. Первыми появились гелиотермальные установки, в которых перегретый сконцентрированными солнечными лучами пар вращал турбины генератора. Прямое преобразование стало возможным лишь в середине XIX века, после того, как француз Александр Эдмон Баккарель открыл фотоэлектрический эффект. Попытки создать на основании этого явления действующую солнечную ячейку увенчались успехом лишь полвека спустя, в лаборатории выдающегося русского учёного Александра Столетова. Полностью описать механизм фотоэлектрического эффекта удалось ещё позже — человечество обязано этим Альберту Энштейну. К слову, именно за эту работу он получил Нобелевскую премию.

Баккарель, Столетов и Энштейн — вот те учёные, которые заложили фундамент современной солнечной энергетики

О создании первого солнечного фотоэлемента на основе кристаллического кремния возвестили мир сотрудники компании Bell Laboratories в далёком апреле 1954 года. Эта дата, по сути, и является отправной точкой технологии, которая в скором времени сможет стать полноценной заменой углеводородному топливу.

Поскольку ток одной фотоэлектрической ячейки составляет миллиамперы, то для получения электроэнергии достаточной мощности их приходится соединять в модульные конструкции. Защищённые от внешнего воздействия массивы солнечных фотоэлементов и являются солнечной батареей (из-за плоской формы устройство нередко называют солнечной панелью).

Преобразование солнечного излучения в электричество имеет огромные перспективы, ведь на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в среднем 4.2 кВт/час энергии в день, а это экономия практически одного барреля нефти в год. Изначально используемая лишь для космической отрасли технология уже в 80-х годах прошлого века стала настолько обыденной, что фотоэлементы стали использовать в бытовых целях — в качестве источника питания калькуляторов, фотоаппаратов, светильников и т. д. Параллельно создавались и «серьёзные» гелиоэлектрические установки. Закреплённые на крышах домов, они позволяли полностью отказаться от проводного электричества. Сегодня можно наблюдать рождение электростанций, представляющих собой многокилометровые поля из кремниевых панелей. Вырабатываемая ими мощность позволяет питать целые города, поэтому можно с уверенностью говорить о том, что будущее — за солнечной энергетикой.

Современные солнечные электростанции представляют собой многокилометровые поля фотоэлементов, способные снабжать электричеством десятки тысяч домов

Солнечная батарея: как это работает

После того как Энштейн описал фотоэлектрический эффект, миру открылась вся простота такого, казалось бы, сложного физического явления. В его основе лежит вещество, отдельные атомы которого находятся в неустойчивом состоянии. При «бомбардировке» фотонами света из их орбит выбиваются электроны — вот они-то и являются источниками тока.

Практически полвека фотоэффект не имел практического применения по одной простой причине — отсутствовала технология получения материалов с неустойчивой атомной структурой. Перспективы дальнейших исследований появились лишь с открытием полупроводников. Атомы этих материалов имеют либо избыток электронов (n-проводимость), или же испытывают в них нехватку (p-проводимость). При использовании двухслойной структуры со слоем n-типа (катод) и p-типа (анод), «обстрел» фотонами света выбивает электроны из атомов n-слоя. Покидая свои места, они устремляются на свободные орбиты атомов p-слоя и далее через подключённую нагрузку возвращаются на исходные позиции. Наверное, каждый из вас знает, что движение электронов в замкнутом контуре представляет собой электрический ток. Вот только заставить электроны перемещаться удаётся не благодаря магнитному полю, как в электрических генераторах, а за счёт потока частиц солнечного излучения.

Солнечная панель работает благодаря фотоэлектрическому эффекту, который был открыт ещё в начале XIX века

Поскольку мощность одного фотоэлектрического модуля недостаточна для питания электронных устройств, то для получения требуемого напряжения используется последовательное подключение множества ячеек. Что же касается силы тока, то её наращивают параллельным соединением определённого количества таких сборок.

Генерация электричества в полупроводниках напрямую зависит от количества солнечной энергии, поэтому фотоэлементы не только устанавливают под открытым небом, но и стараются сориентировать их поверхность перпендикулярно падающим лучам. А чтобы защитить ячейки от механических повреждений и атмосферного воздействия, их монтируют на жёстком основании и сверху защищают стеклом.

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:

Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами

В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов

Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.

Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:

О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти

Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.

Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний

Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.

Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.

Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках

Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.

Продавцы нередко предлагают фотоэлементы так называемого класса «B», которые представляют собой повреждённые солнечные батареи моно- или поликристаллического типа. Небольшие сколы, трещины или отсутствие уголков практически не сказывается на производительности ячеек, зато позволяет приобрести их по гораздо меньшей стоимости. Именно по этой причине их выгоднее всего использовать в самодельных гелиоэнергетических устройствах.

Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим

Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.

Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов

Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.

Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.

График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости

В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.

Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии

Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.

Как видите, даже для того, чтобы обеспечить электричеством бытовые потребности средней семьи, понадобится серьёзная гелиоэлектрическая установка. Что касается использования самодельных солнечных батарей для отопления, то на данном этапе такая затея не выйдет даже на границы самоокупаемости, не говоря уж о том, чтобы можно было что-то сэкономить.

Расчёт размера батареи

Размер батареи зависит от требуемой мощности и габаритов источников тока. При выборе последних вы обязательно обратите внимание на предлагаемое разнообразие фотоэлементов. Для использования в самодельных устройствах удобнее всего выбирать солнечные ячейки среднего размера. Например, рассчитанные на выходное напряжение 0.5 В и силу тока до 3 А поликристаллические панели размером 3×6 дюймов.

При изготовлении солнечной батареи они будут последовательно соединяться в блоки по 30 шт, что позволит получить требуемое для зарядки автомобильной батареи напряжение 13–14 В (учитывая потери). Максимальная мощность одного такого блока составляет 15 В × 3 А = 45 Вт. Исходя из этого значения, будет нетрудно подсчитать, сколько элементов понадобится для постройки солнечной панели заданной мощности и определить её размеры. Например, для постройки 180-ваттного солнечного электрического коллектора понадобится 120 фотоэлементов общей площадью 2160 кв. дюймов (1.4 кв.м).

Постройка самодельной солнечной батареи

Прежде чем приступать к изготовлению солнечной панели, следует решить задачи по её размещению, рассчитать габариты и подготовить необходимые материалы и инструмент.

Правильный выбор места установки — это важно

Поскольку солнечная панель будет изготавливаться своими руками, соотношение её сторон может быть любым. Это очень удобно, поскольку самодельное устройство можно более удачно вписать в экстерьер кровли или дизайн загородного участка. По этой же причине выбирать место для монтажа батареи следует ещё до начала проектировочных мероприятий, не забывая учитывать несколько факторов:

Конечно, установленная на крыше батарея выглядит более органично, однако размещение устройства на земле имеет больше преимуществ. В этом случае исключается возможность повреждения кровельных материалов при установке поддерживающего каркаса, снижается трудоёмкость монтажа устройства и появляется возможность своевременного изменения «угла атаки солнечных лучей». И что самое главное — при нижнем размещении будет намного проще поддерживать чистоту поверхности солнечной панели. А это является залогом того, что установка будет работать в полную силу.

Монтаж солнечной панели на крыше вызвана скорее нехваткой места, чем необходимостью или удобством эксплуатации

Что понадобится в процессе работы

Приступая к изготовлению самодельной солнечной панели, следует запастись:

В работе понадобится самый простой инструмент, который всегда есть под рукой у домовитого хозяина — паяльник, стеклорез, пила, отвёртка, малярная кисть и др.

Инструкция по изготовлению

Для изготовления первой солнечной батареи лучше всего использовать фотоэлементы с уже припаянными выводами — в этом случае уменьшается риск повреждения ячеек при сборке. Тем не менее, если вы имеете навыки обращения с паяльником, то сможете немного сэкономить, купив солнечные элементы с нераспаянными контактами. Для постройки панели, которую мы рассматривали в приведённых выше примерах, понадобится 120 пластин. Используя соотношение сторон примерно 1:1, потребуется укладка 15 рядов фотоэлементов по 8 штук в каждом. При этом мы сможем каждые два «столбика» соединить последовательно, а четыре таких блока подключить параллельно. Таким образом можно избежать путаницы в проводах и получить ровный, красивый монтаж.

Схема электрических соединений домашней солнечной электростанции

Корпус

Сборку солнечной панели всегда следует начинать с изготовления корпуса. Для этого нам понадобятся алюминиевые уголки или деревянные рейки высотой не более 25 мм — в этом случае они не будут бросать тень на крайние ряды фотоэлементов. Исходя из размеров наших кремниевых ячеек размером 3х6 дюймов (7.62х15.24 см), размер рамы должен составлять не менее 125х 125 см. Если вы решите использовать другое соотношение сторон (например, 1:2), то каркас можно дополнительно усилить поперечиной из рейки такого же сечения.

Обратную сторону корпуса следует зашить панелью из фанеры или OSB, а в нижнем торце рамы просверлить вентиляционные отверстия. Соединение внутренней полости панели с атмосферой понадобится для выравнивания влажности — в противном случае не избежать запотевания стёкол.

Для изготовления корпуса солнечной панели подойдут самые простые материалы — деревянные рейки и фанера

По внешнему размеру каркаса вырезают панель из плексигласа или высококачественного стекла высокой степени прозрачности. В крайнем случае можно использовать оконное стекло толщиной до 4 мм. Для его крепления подготавливают уголковые кронштейны, в которых выполняют сверления для крепления к раме. При использовании оргстекла можно проделать отверстия непосредственно в прозрачной панели — это упростит сборку.

Чтобы защитить деревянный корпус солнечной батареи от влаги и грибка, его пропитывают антибактериальным составом и окрашивают масляной краской.

Для удобства сборки электрической части, из ДВП или другого диэлектрического материала вырезают подложку по внутреннему размеру рамы. В дальнейшем на ней будет выполняться монтаж фотоэлементов.

Пайка пластин

Перед тем как начать пайку, следует «прикинуть» укладку фотоэлементов. В нашем случае понадобится 4 массива ячеек по 30 пластин в каждом, причём располагаться в корпусе они будут пятнадцатью рядами. С такой длинной цепочкой будет неудобно работать, к тому же возрастает риск повреждения хрупких стеклянных пластин. Рационально будет соединять по 5 деталей, а окончательную сборку выполнять после того, как фотоэлементы будут смонтированы на подложке.

Для удобства, фотоэлементы можно смонтировать на непроводящей подложкке из текстолита, оргстекла или ДВП

После соединения каждой цепочки, следует проверить её работоспособность. Для этого каждую сборку помещают под настольную лампу. Записывая значения силы тока и напряжения, можно не только контролировать работоспособность модулей, но и сравнивать их параметры.

Для пайки используем маломощный паяльник (максимум 40 Вт) и хороший, легкоплавкий припой. Его в небольшом количестве наносим на выводные части пластин, после чего, соблюдая полярность подключения, соединяем детали друг с другом.

При пайке фотоэлементов следует проявлять максимальную аккуратность, поскольку эти детали отличаются повышенной хрупкостью

Собрав отдельные цепочки, разворачиваем их тыльной частью к подложке и при помощи силиконового герметика приклеиваем к поверхности. Каждый 15-вольтовый блок фотоэлементов снабжаем диодом Шоттки. Этот прибор позволяет току протекать только в одном направлении, поэтому не позволит аккумуляторам разряжаться при низком напряжении солнечной панели.

Окончательное соединение отдельных цепочек фотоэлементов выполняют согласно представленной выше электрической схеме. В этих целях можно использовать специальную шину или многожильный медный провод.

Навесные элементы солнечной батареи следует закрепить термоклеем или саморезами

Сборка панели

Подложки с расположенными на них фотоэлементами укладывают в корпус и крепят саморезами. Если рама усиливалась поперечиной, то в ней выполняют несколько сверлений под монтажные провода. Кабель, который выводят наружу, надёжно фиксируют на раме и припаивают к выводам сборки. Чтобы не путаться с полярностью, лучше всего использовать двухцветные провода, подключая красный вывод к «плюсу» батареи, а синий — к её «минусу». По верхнему контуру рамы наносят сплошной слой силиконового герметика, поверх которого укладывают стекло. После окончательной фиксации сборку солнечной батареи считают законченной.

После того, как на герметик будет установлено защитное стекло, панель можно транспортировать к месту установки

Установка и подключение солнечной батареи к потребителям

В силу ряда причин самодельная солнечная панель является достаточно хрупким устройством, поэтому требует обустройства надёжного поддерживающего каркаса. Идеальным вариантом будет конструкция, которая позволит ориентировать источник бесплатной электроэнергии в обеих плоскостях, однако сложность такой системы чаще всего является весомым доводом в пользу простой наклонной системы. Она представляет собой подвижную раму, которую можно выставить под любым углом к светилу. Один из вариантов каркаса, сбитого из деревянного бруса, представлен ниже. Вы же можете использовать для его изготовления металлические уголки, трубы, шины и т. д. – всё, что есть под руками.

Чертёж каркаса солнечной батареи

Чтобы подключить солнечную батарею к аккумуляторам, понадобится контроллер заряда. Этот прибор будет следить за степенью заряда и разряда батарей, контролировать токоотдачу и выполнять переключение на сетевое питание при значительной просадке напряжения. Прибор необходимой мощности и требуемого функционала можно купить в тех же торговых точках, где продаются фотоэлементы. Что касается питания бытовых потребителей, то для этого потребуется трансформировать низковольтное напряжение в 220 В. С этим успешно справляется другое устройство — инвертор. Надо сказать, что отечественная промышленность выпускает надёжные приборы с хорошими ТТХ, поэтому преобразователь можно купить на месте — бонусом в этом случае будет «настоящая» гарантия.

Одной солнечной батареи для полноценного электроснабжения дома будет недостаточно — понадобятся еще и аккумуляторы, контроллер заряда и инвертор

В продаже можно найти инверторы одной и той же мощности, отличающиеся по цене в разы. Подобный разброс объясняется «чистотой» выходного напряжения, что является необходимым условием питания отдельных электрических устройств. Преобразователи с так называемой чистой синусоидой имеют усложнённую конструкцию, и как следствие, более высокую стоимость.

Видео: изготовление солнечной панели своими руками

Постройка домашней солнечной электростанции является нетривиальной задачей и требует как финансовых и временных затрат, так и минимальных знаний основ электротехники. Приступая к сборке солнечной панели, следует соблюдать максимальное внимание и аккуратность — только в этом случае можно рассчитывать на удачное решение вопроса. Напоследок хотелось бы напомнить о том, что загрязнение стекла является одним из факторов падения производительности. Не забывайте своевременно чистить поверхность солнечной панели, иначе она не сможет работать на полную мощность.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях – как собрать и изготовить солнечную батарею из диодов, транзисторов и фольги?

Здравствуйте Дорогие читатели блога prosamostroi.ru! В нашем 21-ом веке постоянно происходят какие-либо изменения. Особенно остро они замечаются в технологическом аспекте. Изобретаются более дешёвые источники энергии, повсеместно распространяются различные девайсы, которые должны упростить жизнь людям. Сегодня мы поговорим о такой вещи как солнечная батарея – устройство не прорывное но, тем не менее, которое с каждым годом всё больше и больше входит в жизнь людей. Мы поговорим о том, что представляет собой данное устройство, какими преимуществами и недостатками она обладает. Также уделим внимание тому, как собирается солнечная батарея своими руками.

Краткое содержание данной статьи:

Солнечная батарея: что это вообще такое и как работает?

Солнечная батарея – это устройство, которое состоит из определённого набора солнечных элементов (фотоэлементов), которые преобразуют солнечную энергию в электроэнергию. Панели большинства солнечных батарея состоят из кремния так как этот материал имеет хороший КПД по “переработке” поступающего солнечного света.

Работают солнечные батареи следующим образом:

Фотоэлектрические кремниевые ячейки, которые запакованы в общую рамку (каркас) принимают на себя солнечный свет. Они нагреваются и частично поглощают поступающую энергию. Данная энергия сразу же освобождает электроны внутри кремния, которые по специализированным каналам поступают в специальный конденсатор, в котором накапливается электричество и перерабатываясь из постоянного в переменное поступает к устройствам в квартире/жилом доме.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

Из преимуществ можно выделить следующие:

Из недостатков можно выделить следующие:

Как можно видеть, у данного источника энергии плюсов всё равно больше чем минусов, а минусы не такие страшные как казалось бы.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях

Несмотря на то, что мы живём в современном и быстроразвивающимся мире – покупка и монтаж солнечных батарей остаётся уделом обеспеченных людей. Стоимость одной панели, которая будет вырабатывать всего лишь 100 Ватт варьируется от 6 до 8 тысяч рублей. Это не считая ещё то, что отдельно надо будет покупать конденсаторы, аккумуляторы, контроллер заряда, сетевой инвертор, преобразователь и другие вещи. Но если у вас нет большого количества средств, а хочется перейти на экологически чистый источник энергии то у нас для вас есть хорошие новости – солнечную батарею можно собрать в домашних условиях. И если следовать всем рекомендациям, КПД у неё будет не хуже, чем у собранного в промышленных масштабах варианта. В данной части мы рассмотрим пошаговую сборку. Также уделим внимание материалам, из которых можно собрать солнечные панели.

Из диодов

Это один из самых бюджетных материалов. Если вы собрались делать солнечную батарею для дома из диодов, то помните, что с помощью данных компонентов собираются лишь небольшие солнечные батареи, способные запитать какие-либо незначительные гаджеты. Лучше всего подойдут диоды Д223Б. Это диоды советского образца, которые хороши тем, что имеют стеклянный корпус, из-за размера обладают высокой плотностью монтажа и имеют приятную цену.

После покупки диодов очистите их от краски – для этого достаточно поместить их в ацетон на пару часов. По прошествии данного времени она легко с них снимется.

Затем подготовим поверхность для будущего размещения диодов. Это может быть деревянная дощечка или любая другая поверхность. В ней требуется проделать отверстия на протяжении всей её площади Между отверстиями надо будет соблюдать расстояние от 2 до 4 мм.

После берём наши диоды и вставляем алюминиевыми хвостиками в данные отверстия. После этого хвостики требуется загнуть в отношении друг к другу и спаять для того, чтобы при получении солнечной энергии они распределяли электричество в одну “систему”.

Наша примитивная солнечная батарея из стеклянных диодов готова. На выходе она может давать энергию в пару вольт, что является неплохим показателем для кустарной сборки.

Из транзисторов

Этот вариант уже будет более серьёзный, чем диодный, но всё равно является образцом суровой ручной сборки.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею из транзисторов вам понадобятся для начала сами транзисторы. Благо их можно купить практически на любом рынке или в магазинах электронной техники.

После покупки вам потребуется срезать крышку у транзистора. Под крышкой прячется самый главный и нужный нам элемент – полупроводниковый кристалл.

Далее подготавливаем каркас нашей солнечной батареи. Можно использовать как дерево так и пластик. Пластик, конечно, будет лучше. В нём сверлим отверстия для выводов транзисторов.

Затем вставляем их в каркас и спаиваем их между друг другом соблюдая нормы “ввода-вывода”.

На выходе такая батарея может давать мощность, которой хватит на осуществление работы, к примеру, калькулятора или маленькой диодной лампочки. Опять же такая солнечная батарея собирается чисто ради забавы и не представляет собой серьёзный “электропитательный” элемент.

Из алюминиевых банок

Данный вариант уже является более серьёзным в отличие от первых двух. Это тоже невероятно дешёвый и эффективный способ получить энергию. Единственное, на выходе её будет гораздо больше, чем в вариантах из диодов и транзисторов и она будет не электрическая, а тепловая. Всё что вам надо – большое количество алюминиевых банок и корпус. Хорошо подходит корпус из дерева. В корпусе лицевая часть должна быть закрыта оргстеклом. Без него батарея не будет эффективно работать.

Перед началом сборки надо покрасить алюминиевые банки чёрной краской. Это позволит им хорошо притягивать солнечный свет.

Затем с помощью инструментов на дне каждой банки пробиваются три отверстия. Наверху в свою очередь делается звездообразный вырез. Свободные концы загибаются наружу, что необходимо для того, чтобы происходила улучшенная турбулентность нагретого воздуха.

После данных манипуляций банки складываются в продольные линии (трубы) в корпус нашей батареи.

Затем между трубами и стенками/задней стенкой прокладывается слой изоляции (минеральная вата). Затем коллектор закрывается прозрачным сотовым поликарбонатом.

На этом процесс сборки завершён. Последним шагом является установка воздушного вентилятора в качестве двигателя для энергоносителя. Такая батарея хоть и не вырабатывает электричество, зато может эффективно прогреть жилое помещение. Конечно, это будет не полноценный радиатор, но прогрев небольшого помещения такой батарее под силу — например, для дачи отличный вариант. Про полноценные биметаллические радиаторы отопления мы говорили в статье — биметаллические радиаторы отопления какие лучше и прочнее, в которой мы рассматривали подробно строение подобных батарей отопления, их технические характеристики и сравнивали производителей. Советую ознакомиться.

Солнечная батарея своими руками – как сделать, собрать и изготовить?

Отходя от самодельных вариантов мы уделим внимание уже более серьёзным вещам. Сейчас мы поговорим о том, как правильно собрать и изготовить настоящую солнечную батарею своими руками. Да – такое тоже возможно. И хочется вас уверить – она будет не хуже покупных аналогов.

Для начала стоит сказать, что, вероятно, вы не сможете найти на свободном рынке сами настоящие кремниевые панели, которые используются в полноценных солнечных батареях. Да и стоит они будут дорого. Мы же будем собирать нашу солнечную батарею из монокристаллических панелей – варианте более дешёвом, но отлично показывающим себя в плане выработки электрической энергии. Тем более что монокристаллические панели легко найти и стоят они достаточно недорого. Они бывают разных размеров. Самый популярный и ходовой вариант – 3х6 дюймов, который вырабатывает 0,5В в эквиваленте. Таких нам будет достаточно. В зависимости от ваших финансов вы можете купить их хоть 100-200 штук, но сегодня мы соберём вариант, которого хватит на то, чтобы запитать небольшие аккумуляторы, лампочки и прочие небольшие электронные элементы.

Выбор фотоэлементов

Как мы утверждали выше – мы выбрали монокристаллическую основу. Найти её можно где угодно. Самое популярное место, где её продают в гигантских количествах – это торговые площадки Amazon или Ebay.

Главное помните, что там очень легко нарваться на недобросовестных продавцов, так что покупайте только у тех людей, у кого достаточно высокий рейтинг. Если у продавца хороший рейтинг, то вы будете уверены, что ваши панели дойдут до вас хорошо запакованные, не битые и в том количестве, в котором вы заказывали.

Выбор места (система ориентации), проектирование и материалы

После того, как вы дождётесь вашу посылку с основными фотоэлементами, вы должны хорошо выбрать место для установки вашей солнечной батареи. Ведь вам нужно будет, чтобы она работала на 100% мощности, не так ли? Профессионалы в этом деле советуют проводить установку в то место, где солнечная батарея будет направлена чуть ниже небесного зенита и смотреть в сторону Запада-Востока. Это позволит практически весь день “ловить” солнечный свет.

Изготовление каркаса солнечной батареи

Пайка элементов и подключение

После того, как ваше основание будет готово вы можете размещать ваши элементы на его поверхности. Фотоэлементы размещаете вдоль всей конструкции проводниками вниз (просовываете их в наши просверленные отверстия).

Затем их требуется спаять между собой. В интернете есть множество схем, по которым происходит пайка фотоэлементов. Главное – соединить их в своеобразную единую систему для того, чтобы они все вместе могли собирать полученную энергию и направлять её в конденсатор.

Последним шагом будет припайка “выводного” провода, который будет подключён к конденсатору и выводить в него получаемую энергию.

Монтаж

Это финальный шаг. После того как вы убедитесь в том, что все элементы собраны верно, сидят плотно и не болтаются, хорошо закрыты оргстеклом – можно приступать к монтажу. В плане монтажа солнечную батарею лучше крепить на прочное основание. Отлично подойдёт металлический каркас, укреплённый строительными шурупами. На нём солнечные панели будут сидеть прочно, не шататься и не поддаваться никаким погодным условиям.

На этом всё! Что мы имеем в итоге? Если вы сделали солнечную батарею, состоящую из 30-50 фотоэлементов, то этого будет вполне достаточно для того, чтобы быстро зарядить ваш мобильный телефон или зажечь небольшую бытовую лампочку, т.е. у вас на выходе получилось полноценное самодельное зарядное устройство для зарядки аккумулятора телефона, уличного дачного светильника, либо небольшого садового фонарика. Если же вы сделали солнечную панель, к примеру, в 100-200 фотоэлементов, то тут уже может идти речь о “запитке” некоторых бытовых приборов, например, кипятильника для нагрева воды. В любом случае – такая панель будет дешевле покупных аналогов и сохранит вам деньги.

Видео — как изготавливается солнечная батарея своими руками?

Солнечная батарея своими руками на фото

В данном разделе представлены фотографии некоторых интересных, но в тоже время простых вариантов самодельных солнечных батарей, которые легко можно собрать своими руками.

Что лучше – купить или сделать солнечную батарею?

Давайте в этой части подытожим всё, что мы узнали в этой статье. Во-первых, мы разобрались с тем, как собрать солнечную батарею в домашних условиях. Как можно видеть, солнечная батарея своими руками при соблюдении инструкций собирается весьма быстро. Если вы будете пошагово следовать различным мануалам, то вы сможете собрать отличные варианты для обеспечения вас экологически чистой электроэнергией (ну или варианты, рассчитанные на запитку мелких элементов).

Но всё же, что лучше – купить или сделать солнечную батарею? Естественно, лучше её купить. Дело в том, что те варианты, которые изготавливаются в промышленных масштабах предназначены для того, чтобы работать так, как им следует работать. При ручной сборке солнечных панелей нередко можно допустить различные ошибки, которые приведут к тому, что они просто не будут работать должным образом. Естественно, промышленные варианты стоят больших денег, но зато вы получаете качество и долговечность.

Но если вы уверены в своих силах, то при правильном подходе вы соберёте солнечную панель, которая будет не хуже промышленных аналогов. В любом случае, будущее уже рядом и скоро солнечные панели смогут позволить себе все слои. А там, может быть, произойдёт полный переход к использованию солнечной энергии. Удачи!

Делаем солнечную батарею сами

Электроэнергия пронизывает жизнь современного человека. Все механизмы, облегчающие его быт и труд, используют ее как основу своей работы, преобразовывая поток электронов в действие, свет, тепло или холод. Как и у всего применяемого в нашем мире, – ресурс ее возобновляем, но имеет свою стоимость выработки, уменьшить которую желают, наверное, все пользователи систем энергоснабжения. Одним из вариантов уменьшения будет солнечная батарея, собранная своими руками. Один из рекламных щитов экологической энергетики

Повсеместное распространение системы возобновляемой энергии не получили из-за высокой начальной цены на компонентные составляющие.

К примеру, нормальный, 5 кВт ветрогенератор, которого будет достаточно для снабжения электроэнергией одного дома, стоит более 80 000 рублей. К нему нужна мачта, а это еще 60 тысяч, инвертор от 35 000 рублей, контроллер сети, цена которого начинается для 5 киловатт с 90 000. Также понадобится хороший, емкий аккумулятор. Стоимость проводки, растяжек для мачты и прочего сопутствующего оборудования в расчет даже не берется. Общая изначальная цена основы подобной «возобновляемой» электроэнергии составит около 300 тысяч, что далеко не каждому по карману.

Не стоит забывать и о том, что каждый генерирующий источник электроэнергии требует периодического обслуживания. К примеру, смазка вращающихся частей ветро-, водо- и приливных генераторов, чистка стекла и поверхности солнечных панелей, периодическая проверка, обмывка и перемещение элементов Пельтье. Обслуживание самодельного ветряка

Чтобы уменьшить расходы на запуск собственной экологической мини-электростанции, можно собрать ее самостоятельно из подручных материалов или уже готовых частей. Как наиболее экономичные, требующие меньше всего внимания при эксплуатации, рекомендуется использовать солнечные панели.

Конструкция и принцип работы солнечной батареи

Прежде чем начать монтаж системы преобразования света в электроэнергию, нужно понять общие принципы ее функционирования.

Все существующие, на текущий момент солнечные батареи построены на основе полупроводниковых кристаллов. Кванты света, падая на них, лишаются свободных электронов и протонов, которые впоследствии, через PN-переход, разделяются и отправляются уже по проводам дальше.

Ежесекундно, на каждый метр площади поверхности Земли падает солнечный свет, эквивалентный более чем 100 Вт электроэнергии. Речь идет о тех периодах, когда небо затянуто облаками. При ярком солнечном свете этот показатель, конечно, выше. Один из вариантов использования солнечных батарей и обычной линии

Для практического домашнего использования, кванты светового потока преобразуются в электричество посредством полупроводников. Генерируемая мощность последних зависит от материала солнечной батареи и ее площади.

В идеальных случаях, для получения киловатта энергии необходимо около 10 м² поверхности полупроводника.

Затем, постоянный ток от них поступает на инвертор и контроллер, первый из которых преобразует его в переменный ток, повышая значения напряжения до применяемых в условиях быта. Второй заряжает аккумулятор, который будет использоваться в периоды снижения освещенности.

Разновидности фотоэлементов и их особенности

В гелиоэнергетике, для создания полупроводниковых моно- и поли- кристаллов, а также аморфных их сборок (гибких) используется пластины на основе кремния, германия, арсенида галлия, индия, йодида висмута.

В зависимости от материала отличается и общий КПД получаемой энергии от такой панели. Он может составлять от 9% у кремниевых и до 44% в некоторых экспериментальных вариантах от изначально падающего света. Полупроводник

Преимущества и недостатки использования

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Кроме материала и площади полупроводниковых пластин, важным фактором эффективности служит и количество падающего на солнечные батареи света. Максимальную отдачу можно получить только в полдень, при условии, что прохождению света ничего не мешает. К сожалению, добиться этого практически невозможно. Солнце движется по горизонту, его периодически заслоняют облака, падают тени от предметов.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств

Конструктивно изготовить гелиостанцию достаточно просто. Элементы приобретаются на aliexpress или e-Bay, осуществляется их пайка и соединение в одну конструкцию. Готовые панели, в раме прочности, размещаются на хорошо освещенной площади, подключаются к инвертору, контроллеру и аккумулятору посредством присутствующих на них контакторов. Выход всей этой системы к потребителям электроэнергии.

Выбор правильного места

Начало создания любой гелиостанции – выбор места ее размещения. От размера и формы свободного пространства и зависит количество полупроводниковых модулей – основы солнечной батареи. Место должно быть хорошо освещено, на него не допускается падание тени.

В идеале, предпочтительна поверхность строго перпендикулярная относительно земли, чтобы солнце давало свой максимум, независимо от светлого времени суток.

Существуют системы, поворачивающие сборки полупроводниковых кристаллов вслед движению светила. К сожалению, практического толка в них мало, так как механика подобных конструкций сама потребляет энергию, сводя на нет весь плюс такого подхода.

Проведение расчетов

Следующим действием производят расчет реальной и максимально потребляемой энергии. Он нужны для знания требуемых технических параметров компонентов гелиостанции и количества необходимых генерирующих элементов – полупроводниковых модулей, из которых и будет состоять панель в целом. Потребление электричества в обычном доме