Электроснабжение при помощи солнечных батарей: сборка системы своими руками

Как выбрать и где приобрести преобразователи?

Дешевле будет приобрести фотоэлементы на китайских интернет-площадках, хоть, конечно же, там зачатую продаются заводские детали, имеющие брак. Для старта и это неплохо, тем более, что цена у них ниже. А после того, как придет опыт в сборке батарей, можно брать более качественные детали с завода.

Некоторые продавцы продают преобразователи все скопом запаянные в воск, дабы во время транспортировки они не повредились, ведь кремниевые пластины хрупкие, как хрусталь. Очищение их от воска – весьма трудоёмкое занятие

Для начала необходимо погрузить их в горячую воду и после того, как воск расплавится, очень осторожно разделить их. После нужно опустить каждый фотоэлемент в мыльный раствор, а потом в чистую горячую воду

И так, пока воск не отстанет от пластин полностью. Потом нужно разложить их сушиться на махровом полотенце. В общем, это лишние хлопоты, так что лучше покупать пластины без воска.

На проверенных китайских площадках Ebay и Alibaba приобретать фотоэлементы для установки солнечных батарей своими руками надёжно. Для покупки нужно зарегистрироваться и вписать в поисковую строку нужный запрос. На экран выведется несколько предложений.

Выбирать нужно не только из тех соображений, что понравился именно этот товар – необходимо обязательно обращать внимание на отзывы и рейтинг продавца. Если нет желания переплатить за товар вдвое из-за платной доставки, нужно посмотреть, есть ли у выбранного товара опция «бесплатная доставка»

Если нет – это неподходящий вариант, так как это — чересчур затратное дело.

Деньги за товар нужно перечислить сразу. Продавцу они попадут только после подтверждения о получении товара покупателем. Платить можно прямо платежной картой или через промежуточные сервисы – всё зависит от степени доверия к таким торговым интернет-ресурсам. Возвратить товар тоже можно, но лучше сразу отовариваться у продавца с хорошей репутацией, дабы избежать тяжб по поводу возврата. Посылка может идти и месяц, и полтора – это уже во власти почты.

Установка

По перечисленным схемам подключения к аккумулятору солнечные батареи крепятся на специальную конструкцию, обеспечивающую устойчивость фотоэлементов к влиянию неблагоприятных атмосферных воздействий и формирующую конкретный угол наклона.

Подобная конструкция предлагается в нескольких вариантах:

• Наклонный. Оптимален для установки на скатных кровлях.
• Горизонтальный. Конструкция, монтаж которой осуществляется на плоские крыши.
• Свободностоящий. Солнечные батареи, подходящие под кровли любого типа.

Для монтажа используется следующая схема подключения солнечной батареи для дома:

• Каркас крепится металлическими углами размером 50х50 мм, распорные перекладины – угольниками 25х25 мм. Детали обеспечивают прочность и надежность всей конструкции и придают необходимый угол наклона.
• Для сборки каркаса требуются болты размером 6 и 8 мм.
• Под покрытие кровли конструкция монтируется 12-миллиметровыми шпильками.
• В металлических угольниках просверливаются отверстия, при помощи которых крепятся панели. Шурупы обеспечивают прочное соединение.
• Каркас должен собираться максимально точно и без перекосов. Наличие ошибок и перекосов может привести к перенапряжению системы и растрескиванию панелей.

Схема подключения солнечных батарей к сети балкона либо лоджии в квартире аналогична. Разница кроется только в креплении конструкции к наклонной поверхности: его размещают между торцом и стеной здания, обязательно с доступом солнца.

Использовать схемы подключения контроллеров солнечных батарей можно без наличия соответствующего опыта, но могут потребоваться навыки монтажных работ. Самостоятельная установка позволяет сэкономить на услугах специалистов.

Варианты соединения гелиобатарей

Солнечные батареи состоят из нескольких отдельных панелей. Чтобы увеличить выходные параметры системы в виде мощности, напряжения и тока, элементы присоединяют друг к другу, применяя законы физики.

Соединение нескольких панелей между собой можно выполнить, применив одну из трех схем монтажа солнечных батарей:

• параллельная;
• последовательная;
• смешанная.

Параллельная схема предполагает подключение одноименных клемм друг к другу, при котором элементы имеют два общих узла схождения проводников и их разветвления.

При параллельной схеме «плюсы» соединяются с «плюсами», а «минусы» с «минусами», в результате чего выходной ток увеличивается, а напряжение на выходе остается в пределах 12 Вольт

Величина максимально возможного тока на выходе при параллельной схеме прямо пропорциональна количеству подключенных элементов.

Последовательная схема предполагает подключение противоположных полюсов: «плюс» первой панели к «минусу» второй. Оставшийся незадействованный «плюс» второй панели и «минус» первой батареи подключают к расположенному дальше по схеме контроллеру. Такой вид соединения создает условия для протекания электрического тока, при котором остается единственный путь для передачи энергоносителя от источника к потребителю.

При последовательной схеме подключения напряжение на выходе увеличивается и достигает отметки в 24 Вольт, чего бывает достаточно для запитки портативной техники, светодиодных ламп и некоторых электроприемников

Последовательно-параллельную или смешанную схему чаще всего используют при необходимости соединения нескольких групп батарей. Посредством применения этой схемы на выходе можно увеличить и напряжение и ток. Такой вариант выгоден и в том плане, что в случае выхода из строя одного из конструктивных элементов системы, другие связующие цепи продолжают функционировать. Это существенно повышает надежность работы всей системы.

При последовательно-параллельной схеме подключения напряжение на выходе достигает отметки, характеристики которой наиболее подходят для решения основной массы бытовых задач

Принцип сборки комбинированной схемы построен на том, что устройства внутри каждой группы соединяются параллельно. А подключение всех групп в одну цепь осуществляется последовательно.

Комбинируя разные типы соединений, не составит собрать батарею с необходимыми параметрами. Главное – число соединенных элементов должно быть таким, чтобы подводимое к аккумуляторам рабочее напряжение с учетом его падения в зарядной цепи превышало напряжение самих аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи при этом обеспечивал необходимую величину зарядного тока.

Советы

Специалисты рекомендуют придерживаться нескольких критериев при укладке и подключении солнечных батарей:

• Устройства, использующие альтернативные источники энергии, чаще всего размещаются на стенах либо кровле зданий. Немногим реже прибегают к высокопрочным опорам. Батареи должны быть ориентированы таким образом, чтобы на них не падала тень расположенных поблизости объектов.
• Пластины монтируются параллельными рядами, при этом вышерасположенные ряды не должны перекрывать те, что находятся под ними. Это требование обязательно должно соблюдаться, поскольку частичное либо полное затенение может привести к сокращению или прекращению выработки энергии. Не стоит исключать эффект «обратных токов», способный вывести оборудование из строя.
• Эффективность работы панелей напрямую зависит от их грамотной ориентации относительно солнечного света. Вся поверхность батареи должна получать полный поток ультрафиолетовых лучей. Расчет правильной ориентации осуществляется на основании данных о географическом расположении здания.
• От географического положения строения также зависит угол наклона конструкции. Данный показатель основывается на широте координат дома; ввиду того, что солнце в течение года постоянно меняет свое положение над горизонтом, рассчитывается возможность корректировки угла наклона панелей. Максимальный угол коррекции в большинстве случаев не превышает 12 градусов.
• Монтаж батарей осуществляется с обеспечением свободного доступа к ним. Это требуется для упрощения очистки панелей от следов атмосферных осадков, существенно понижающих эффективность функционирования батарей.
• Широкий ассортимент солнечных панелей разной ценовой категории европейских и азиатских производителей позволяет потребителю подобрать оптимальную модель.

Основным поставщиком альтернативной энергии считаются солнечные батареи, гарантирующие высокую энергетическую эффективность не только в ясные, но и в пасмурные дни. Для обеспечения здания питанием требуется приобретение специального оборудования и его грамотная установка. Сделать это можно как самостоятельно, так и с привлечением специалистов.

Выделяют несколько схем монтажа и подключения солнечных панелей. Способы установки батарей разнятся в зависимости от географического места их расположения, климата в конкретном регионе, питаемой техники и электроприборов, а также — типа постройки, у которой они возводятся.

Связка СП между собой

Схема соединения СППроблем, связанных с подключением батарей, не возникнет, если они все должны быть расположены в одной плоскости.

Но они будут работать по-разному, если располагать их приходится на разных скатах крыши. Те панели, на которые попадает больше света, будут работать эффективнее.

Снизить потери мощности можно за счет установки индивидуального контроллера на батареи каждой плоскости.

Контроллером называется входящий в комплект прибор, обеспечивающий автоматическую работу зарядки и разрядки аккумуляторов.

Кроме того, помочь в таком случае может установка отсекающих диодов. Диоды могут быть установлены производителями изначально, или под них может быть оставлено место для самостоятельной интеграции.

Шаг 3: Выбор панелей

Панели классифицируются как монокристаллические или поликристаллические. Тут останавливаться долго не будем, но лучше рассмотреть именно эти два типа, а аморфные и прочие тонкопленочные панели рассматривать не будем, в виду их быстрой деградации – потери мощности.

Основные отличия моно и поли:

Монокристаллические панели дороже и эффективнее, чем поликристаллические панели. Но в целом эффективность отличается незначительно, она зависит не только от типа ячейки, но и от качества самих ячеек и добросовестности производителя.

Характеристики солнечных панелей, как правило, приводятся к стандартным условиям испытаний (STC):

• освещенность = 1 кВт/м2;
• воздушная масса (AM) – 1,5;
• температура – 25°C.

Как рассчитать мощность солнечных батарей?

Мощность солнечных батарей должна выбираться таким образом, чтобы потребляемая мощность нашими электроприборами, была восполнена обратно. Иными словами – сколько взяли, столько и нужно отдать + потери на преобразование, а также собственное потребления инвертора с контроллером заряда.

В связи с тем, что солнечный свет в течение дня поступает непостоянно и с разной интенсивностью, нельзя знать сколько выработает та или иная панель сегодня, но исходя их статистических данных это можно предположить достаточно точно.

Например, для средней полосы России в летнее время хорошим показателем считается если каждый 1 Ватт солнечной батареи выработал 6Вт*ч за световой день, но если рассматривать пасмурный, дождливый день этот показатель может быть в несколько раз меньше, поэтому при расчетах учтем этот факт и вместо 6Вт*ч, подставим 3Вт*ч.

Итак, наше потребление в Ватт-часах, с учетом КПД составило 32,5Ач * 12В = 390Вт*ч, разделим на 3Вт*ч и получим мощность солнечной батареи 130Вт, если у Вас получается не целое число – округляйте вверх.

Зимой и в весенне – осенний период запас по мощности требуется делать значительно больше, поскольку световой день короче – солнце находится над горизонтом меньше времени.

Изобретение

Инсолятор О. МушоПервым, кто смог экспериментально обнаружить взаимодействие между светом и электрической энергией, был знаменитый немецкий физик Генрих Герц. Также известно, что явление, аналогичное открытому позднее фотоэффекту наблюдал и исследовал в 1839 г. Эдмон Беккерель.

Он сумел выяснить, что ультрафиолет значительно способствует возникновению и прохождению разряда между двумя проводниками электрической энергии. Однако, проведя ряд экспериментов, Герц не стал больше развивать эту тему.

Первую в мире, работоспособную схему по выработке и передаче электрической энергии с применением лучей света произвёл русский учёный из Москвы Александр Столетов. Он создал прообраз первого в мире фотоэлемента.

Француз Огюст Мушо в конце позапрошлого столетия сумел создать систему, при которой сфокусированные и преобразованные солнечные лучи приводили в движение печатную машину.

Это привело к появлению первых фотоэлементов на основе селена (Se – 34), а затем и таллия (Tl – 81). В 1930 гг. учёными-физиками Академии наук СССР был создан медно-таллиевый (Cu-Tl) фотоэлемент с наибольшим для тех времён КПД в 1%.

Появившиеся позднее фотоэлементы на основе Кремния (Si-14) имели в 6 раз больший КПД. В 1953 г. была разработана первая в мире солнечная батарея. Спустя всего 5 лет учёные СССР установили первые солнечные батареи на искусственный спутник Земли №3.

Третий искусственный спутник Земли (СССР, 15 мая 1958 г.) с солнечными батареями.В 1970-х гг. прошлого века учёные выяснили, что полупроводники лучше многих металлов образуют электрический ток из света. С тех пор появилось множество новых видов и материалов для производства солнечных батарей.

Именно открытие фотоэффекта, произведённое А. Эйнштейном, и привело к возникновению и развитию индустрии солнечных батарей.

Как избежать распространенных ошибок?

При сборке и монтаже обратите внимание на следующие нюансы:

1. Не нужно осуществлять сборку на каркасе с задней стенкой из брусьев, так как дерево может разбухнуть и конструкция деформируется. Кроме того, брус очень утяжеляет её.
2. Нельзя использовать в качестве крышки оргстекло, так как оно перегревается и за счёт этого контакты между панелями приходят в негодность, а сама система может разгерметизироваться.
3. Соединительные клеммы – не лучший вариант объединения панелей друг с другом, так как в случае ремонта их невозможно будет разъединить — лучше пользоваться специально предназначенными для этого коннекторами.

Выбор места

Зазор между панелями и поверхностью обязателенВыбирая место для установки солнечных панелей, необходимо учитывать особенности:

• географические;
• частные.

Солнечные батареи нужно ставить не просто в освещенных местах, но и под конкретным углом. Особенно это касается монокристаллических панелей.

Примите во внимание: если не оставить зазор между крышей и панелями для циркуляции воздуха, модули будут перегреваться и выгорать.

• для широты до 25° нужно ее значение умножить на 0,87;
• для широты от 25 до 50° нужно умножить значение на 0,76 и прибавить 3,1 градуса.

Если эту проблему невозможно решить, то лучше установить панели не на крыше, а на отдельных столбах во дворе.

Совмещение гелиоэнергии и стационарной сети

Планируя использовать электроэнергию от солнца параллельно с обустроенной централизованной стационарной сетью, схему подключения делают несколько иной. И основная причина такого решения в том, что у частного потребителя нет возможности «сбрасывать» оставшуюся энергию.

А это может спровоцировать перепады напряжения длительностью до одной секунды.

При совмещении солнечной электроэнергии со стационарной централизованной сетью руководствуются все тем же правилом: чем больше источников подключается, тем сложнее становится схема

Согласно выше приведенной схеме, напряжение от гелиополя первым делом направляется в сторону АКБ, а уже оттуда и передается на нагрузку.

Проектируя такой вариант монтажа в расчет стоит брать два вида нагрузки:

• не резервируемая – свет в доме, бытовая техника и пр.;
• резервируемая – аварийное освещение, холодильник, электрический котел.

Учитывайте: чем больше емкость аккумулятора, тем больше проработают в автономном режиме резервируемые электроприборы.

Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях.

Несмотря на то, что инверторы вырабатывают напряжение, качество которого порой выше того, что в централизованной сети, местные энергосети не дают добро на то, чтобы электросчетчик вращался в обратную сторону.

По этой причине согласно схеме солнечные инверторы прекращают работу в момент пропадания напряжения в сети. А резервируемая нагрузка начинает «запитываться» от АКБ.

Как устроена

Система СБИтак, солнечная батарея – система взаимосвязанных элементов, структура которых позволяет, используя принцип фотоэффекта, преобразовывать попадающий на них под определённым углом солнечный свет в электрический ток.

Система, преобразующая солнечный свет в электрическую энергию состоит из следующих комплектующих элементов:

1. Материал-полупроводник (плотно совмещённые два слоя материалов с разной проводимостью). Это может быть, например, монокристаллический или поликристаллический кремний с добавлением других химических соединений, позволяющих получить нужные для возникновения фотоэффекта свойства.

   Для возникновения перехода электронов из одного материала в другой необходимо, чтобы один из слоёв имел избыток электронов, а другой – их недостаток. Переход электронов в область с их недостатком называют p-n переходом.

2. Тончайший слой элемента, противостоящего переходу электронов (размещается между этими слоями).
3. Источник электропитания (если его подключить к противостоящему слою, электроны смогут легко преодолевать эту запорную зону). Так возникнет упорядоченное движение зараженных частиц, именуемое электрическим током.
4. Аккумулятор (накапливает и сохраняет энергию).
5. Контроллер заряда.
6. Инвертор-преобразователь (преобразование получаемого от солнечной батареи постоянного электрического тока в переменный ток).
7. Стабилизатор напряжения (предназначен для создания напряжения нужного диапазона в системе солнечной батареи).

Схема работы солнечной панелиФотоны света (солнечный свет), попадающие на поверхность полупроводника при столкновении с его поверхностью передают свою энергию электронам полупроводника. Выбитые вследствие удара из полупроводника электроны преодолевают защитный слой, имея дополнительную энергию.

Таким образом, отрицательные электроны покидают p-проводник, переходя в проводник n, положительные – наоборот. Такому переходу способствуют существующие в проводниках на тот момент электрические поля, которые в последствие увеличивают силу и разность зарядов (до 0.5 В в небольшом проводнике).

Намереваясь приобрести солнечную батарею или изготовить её, тщательно просчитайте:

• стоимость такой батареи и необходимого оборудования;
• необходимое вам количество электрической энергии;
• количество необходимых вам батарей;
• число солнечных дней в году в вашем регионе;
• необходимую вам площадь для установки солнечных батарей.

Как соединить солнечные батареи максимально используя возможности всех элементов

Смешанная схема резервного подключения. Они будут зависеть от габаритов самих панелей и их количества. Теперь остается дело за малым. При одинаковых характеристиках, следующий вид панелей — тонкопленочный, потребует для установки в доме большей площади. Конечно же на свой страх и риск, можно подключить панель напрямую, и аккумулятор будет заряжаться, но такая система должна быть под присмотром. Если дом находится в тени других построек, то установка солнечных панелей целесообразна разве что только поликристаллических, и то эффективность будет снижена. Во всех случаях должны отсутствовать затемнения. Решить эту проблему поможет естественный обдув аккумуляторной батареи. Все эти факторы нужно учитывать при выборе места установки и ставить панели по наиболее удобному варианту. Конечно же на свой страх и риск, можно подключить панель напрямую, и аккумулятор будет заряжаться, но такая система должна быть под присмотром. Это интересно: Многие из стандартных радиокомпонентов также могут вырабатывать электроэнергию при воздействии яркого света.

На этом этапе важно не перепутать тыльную сторону панели с лицевой. Это важнейший момент, так как от того будут ли панели в тени других зданий, деревьев будет зависеть их продуктивность, а значит, и количество вырабатываемой электроэнергии

При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Собирается каркас с помощью болтов диаметром 6 и 8 мм. Изменения напряжения в данном случае не будет.

Нередко используется и смешанная схема подключения. Выходит, что правильно установленные солнечные батареи будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии — в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. Крепить фотоэлементы во избежание повреждения рекомендуется на длинной стороне, индивидуально выбрав способ: болты крепятся через отверстия рамки , фиксаторы и пр. Закрепить его можно тонким слоем силиконового герметика, а вот эпоксидную смолу для этих целей лучше не использовать, так как снять стекло в случае необходимости проведения ремонтных работ и не повредить панели будет крайне сложно. Солнечные панели. Как сделать дешёвую и эффективную солнечную электростанцию. Лайфхак подключения

Пайка и сборка панелей

Сборку солнечных панелей своими руками можно разделить на три этапа:

1. Изготовление каркаса;
2. Пайка фотоэлектрических преобразователей;
3. Установка их в каркас и герметизация.

Каркас можно сбить из деревянных планок или сварить из алюминиевых уголков. Так или иначе, его габариты, форма и выбор материалов для изготовления напрямую зависят от того, как он будет монтироваться.

Необходимые материалы и инструменты

Для сборки солнечной батареи понадобятся следующие материалы:

• алюминиевый или стальной уголок сечением 25х25;
• болты 5х10 мм – 8 шт;
• гайки 5 мм – 8 шт;
• стекло или поликарбонат 5-6 мм;
• клей – герметик Sylgard 184;
• клей – герметик Ceresit CS 15;
• поликристаллические преобразователи;
• флюс фломастер (смесь канифоли и спирта);
• серебряная лента для подключения к панелям;
• лента для шины;
• тонкий припой;
• поролон – 3 см, опилки или стружка;
• плотная полиэтиленовая пленка 10 мкм.

Инструменты, которые понадобятся для сборки:

• напильник;
• ножовка по металлу с полотном 18;
• дрель, сверла на 5 и 6 мм;
• ключи рожковые;
• паяльник.

Этапы сборки

Сборка состоит из нескольких этапов:

Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса. Они будут зависеть от габаритов самих панелей и их количества. При расположении солнечных батарей на крыше, панели могут полностью покрыть скат или занять небольшую его часть – тут нет определенных правил, поэтому какая ширина и длина будет у рамы, выбирает сам сборщик.
Сверху каркаса необходимо установить стекло для того чтобы защитить фотоэлементы от разрушения. Закрепить его можно тонким слоем силиконового герметика, а вот эпоксидную смолу для этих целей лучше не использовать, так как снять стекло в случае необходимости проведения ремонтных работ и не повредить панели будет крайне сложно.
При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна. Собранные панели укладываются в ранее подготовленный каркас

На этом этапе важно не перепутать тыльную сторону панели с лицевой.
Чтобы защитить заднюю часть батареи во время сборки, можно сделать поролоновый мат и обернуть его в полиэтиленовую пленку. Также подойдут опилки или стружка, но главное, чтоб их частицы не остались на элементах.
После этого нужно убрать пузырьки воздуха, которые образуются между фотоэлементами и стеклом, так как их присутствие помешает эффективной работе батареи

Для этого на панели нужно уложить груз, а на мягкий мат твердый лист фанеры. Таким образом, фотоэлементы оказываются зажатыми и так их нужно оставить на полсуток. Потом груз убирается, а фанера и мат снимаются. Монтировать батарею после этого пока рано, надо чтоб герметик полностью схватился.
Последний этап – это изготовление задней стенки батареи из ДСП или ДВП с подложкой – это предотвратит деформацию панелей.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin