Солнечная батарея своими руками

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:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• аморфные или тонкопленочные.

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

Преимущества и недостатки

К преимуществам солнечной батареи относятся:

• простота монтажа и обслуживания;
• отсутствие вреда для окружающей среды;
• небольшая масса панелей;
• бесшумная работа;
• независящие от распределительной сети поставки электрической энергии;
• неподвижность элементов конструкции;
• небольшие денежные затраты на изготовление;
• долгий срок эксплуатации.

В число недостатков солнечной батареи входят:

• трудоёмкость процесса изготовления;
• бесполезность в тёмное время суток;
• потребность в большой площади для установки;
• восприимчивость к загрязнениям.

Хотя изготовление солнечной батареи является трудоёмким процессом, её можно собрать своими руками.

Фотоэлектрические системы частного дома

Электрические домашние системы энергообеспечения с использованием солнечных элементов можно разделить на 3 вида:

• автономная;
• гибридная;
• безаккумуляторная.

Если дом подключен к центральной энергосети, то оптимальным вариантом будет смешанная система: днем питание производится от солнечных батарей, а ночью – от аккумуляторов. Центральная сеть в данном случае является резервом. Когда нет возможности подключиться к центральному энергоснабжению, его заменяют топливными генераторами – бензиновыми или дизельными.

Контроллер необходим для предотвращения короткого замыкания в момент максимальной нагрузки, аккумулятор – для накопления энергии, инвертор – для распределения и подачи ее к потребителю

При выборе наиболее удачного варианта следует учитывать время суток, в которое происходит максимальное потребление энергии. В частных домах пиковый период выпадает на вечер, когда солнце уже зашло, поэтому логичным будет использовать либо подключение к общей сети, либо дополнительное применение генераторов, так как солнечное энергоснабжение происходит в дневное время.

В фотоэлектрических системах энергоснабжения используют сети и с постоянным, и с переменным током, причем второй вариант подходит для размещения приборов на расстоянии более 15 м

Для дачников, режим работы которых часто совпадает со световым днем, подходит солнечная энергосберегающая система, которая начинает функционировать вместе с восходом солнца, а заканчивает вечером.

Инструменты и материалы

Если нет возможности приобрести готовую солнечную батарею для дома, её можно сделать самостоятельно.

Для изготовления солнечной батареи понадобятся:

• фотоэлементы (для создания гелиопанели);
• набор специальных проводников (для соединения фотоэлементов);
• алюминиевые уголки (для корпуса);
• диоды Шотке;
• крепёжные метизы;
• винты для крепежа;
• лист поликарбоната (прозрачный);
• силиконовый герметик;
• паяльник.

Выбор фотоэлементов

Сегодня производители предлагают потребителям выбор из двух типов устройств. Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%. Они отличаются низкой эффективностью при пасмурной погоде. Фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, однако они способны работать не только в солнечные, но и в облачные дни.

Чтобы обеспечить дачу или небольшой частный дом электроэнергией, достаточно воспользоваться поликристаллами.

При выборе фотоэлементов необходимо обратить внимание на следующее:

• чем больше ячейка, тем большее количество энергии она производит;
• элементы одного типа создают одинаковое напряжение (от размера данный показатель не зависит).

Чтобы определить мощность солнечной батареи, достаточно генерируемый ток умножить на напряжение.

Отличить поликристаллические фотоэлементы от монокристаллических достаточно просто. Первый тип выделяется ярко-синим цветом и квадратной формой. Монокристаллические фотоэлементы темнее, они срезаны по краям.

Поли- и монокристаллические панели легко отличить даже на первый взгляд

Не стоит отдавать предпочтение продукции со сниженной ценой, поскольку она может отказаться отбраковкой — это детали, которые не прошли тест на заводе. Лучше воспользоваться услугами проверенных поставщиков, которые хоть и предлагают товар по высокой цене, зато отвечают за его качество. Если нет опыта в сборе фотоэлементов, рекомендуется приобрести несколько тестовых образцов, чтобы потренироваться, а только потом купить продукцию для изготовления самой батареи.

Некоторые производители запаивают фотоэлементы в воск, чтобы предотвратить порчу во время перевозки. Однако избавиться от него довольно сложно из-за высокого риска повреждения пластин, поэтому рекомендуется покупать фотоэлементы без воска.

Преимущества самодельных солнечных экосистем:

• при правильном использовании продолжительность эксплуатации составляет 25–30 лет;
• для создания фотоэлектрических пластин используются легкие материалы, что считается важным достоинством для домов, у которых фундамент не рассчитан на большие нагрузки;
• чтобы сконструировать солнечную батарею в домашних условиях, вам не потребуются специальные знания и навыки;
• фотоэлектрические панели редко выходят из строя, чаще всего это происходит из-за механических повреждений, но неисправные элементы легко заменить;
• гелиосистемы не представляют угрозы для окружающей среды, и работают бесшумно, в отличие от ветрогенераторов.

Наравне с очевидными достоинствами, самодельная солнечная панель имеет также некоторые недостатки. Во-первых, придется регулярно очищать поверхность батареи от грязи, из-за которой снижается чувствительность и светопропускная способность фотоэлементов. Во-вторых, для монтажа оборудования потребуется много свободной площади, но главное — гелиосистемы зависимы от погодных условий и времени суток. Стабильно генерировать солнечную энергию возможно лишь днем и в хорошую погоду. В других ситуациях показатели мощности снижаются в 7–10 раз, а КПД падает до 8–10%. Обязательно учитывайте эти нюансы.

Что такое солнечная батарея

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

Солнечная батарея состоин из соединённых между собой фотоэлементов

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

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

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

Заряжаем телефон от солнца

Теперь мы расскажем, как самому собрать солнечную батарею, способную заряжать мобильный телефон. Изготавливая батарею, состоящую из отдельных частей, основанных на монокристаллическом кремнии – один из самых популярных типов элементов, не исключены проблемы при их пайке, связанные с хрупкостью панелей. Если вы не уверены, что сможете все сделать самостоятельно, лучше выберите уже спаянные модули. Хорошо, если они будут состоять из десяти монокристаллических элементов и обладать выходным напряжением в пять Вольт.

Солнечные элементы могут присутствовать и в калькуляторах, фонариках, питаемых от солнца, откуда их можно вытащить. В этих приборах используют в основном аморфные элементы, где слой полупроводника расположен на маленькой пластине из стекла. Учитывая, что модули такого типа дают около полутора вольт, нам понадобятся четыре штуки, которые надо соединить последовательно. Не забываем к положительному выводу батареи подпаять диод, который будет не давать аккумулятору тратить заряд через солнечную батарею. Достать диод можно с платы фонаря.

Крайне желательно после солнечной батареи установить простой линейный стабилизатор на 5 Вольт и USB разъем. Это необходимо для ограничения напряжения, так как при неправильном подключении можно испортить заряжаемое устройство. Приобрести стабилизатор можно в любом магазине радиодеталей или выпаять из нерабочей платы.

Дабы наше изделие служило более надежно, заливаем термоклеем поперечные грани модулей для защиты от механических повреждений.

Обзор более сложной модели

Итак, в данной статье мы подсказали вам, как сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Из всех вариантов, а именно: изготовление батареи из пивных алюминиевых банок, кремния, фольги, транзисторов, на одних диодах и т.д. Мы предложили простую сборку из медных пластинок, а также описали способ, где солнечные модули можно изъять из калькулятора или фонарика, и правильно подсоединив, использовать для зарядки телефона.

Также читают:

• Как сделать зарядку для аккумулятора в домашних условиях
• Как меньше платить за свет легально
• Самое экономичное отопление дома

Рациональное размещение батарей

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

1. Для экономии места батареи чаще всего размещают на крышах.

2. Модули устанавливают с наклоном в 45С, в идеале лучи должны попадать на панель под прямым углом.
3. Лучше всего их ориентировать на юг или снабдить поворотной системой, обеспечивающей максимальную освещённость в течение всего дня.
4. Чтобы избежать перегрева, летом для установки рекомендуется использовать поверхность, окрашенную в светлые тона или покрытую блестящей фольгой.
5. На модули не должны падать тени высотных домов, деревьев, труб и других помех, препятствующих прохождению лучей.
6. Зимой модули устанавливают почти вертикально для обеспечения самоочистки от снега.

Требования к монтажу

Сделать солнечные батареи не составит труда

Но важно не только правильно сконструировать устройство, но и грамотно его установить. Соблюдение правил производства и монтажа позволит получить максимум выгоды от такой конструкции

К бытовым экосистемам предъявляют 4 основных требования:

• пластины хрупкие, поэтому сначала лучше подготовить каркас, а потом только монтировать фотоэлементы;
• боковые бортики корпуса не должны создавать препятствий прямому попаданию лучей солнца на фотоэлектрические элементы, поэтому их высота должна быть минимальной;
• наружную и внутреннюю поверхность корпуса надо обработать влагостойкой краской для надежной защиты от атмосферных воздействий;
• в нижней части конструкции обязательно должны быть предусмотрены технологические отверстия для вентиляции, чтобы, выводить газ, который образуется при нагревании панелей.

Из чего можно сделать гелиопанель в домашних условиях

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

Из диодов

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

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

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

Из транзисторов

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

Батарею небольшой мощности можно собрать из транзисторов

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

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

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

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

Инструкция по изготовлению

Процесс изготовления солнечной батареи состоит из нескольких этапов:

1. Подготовка фотоэлементов и пайка проводников.
2. Создание корпуса.
3. Сборка элементов и герметизация.

Подготовка фотоэлементов и пайка проводников

На столе собирается набор фотоячеек. Допустим, производитель указывает на мощность 4 Вт и напряжение 0,5 вольт. В таком случае нужно использовать 36 фотоэлементов, чтобы создать солнечную батарею на 18 Вт.

С помощью паяльника, мощность которого составляет 25 Вт, наносятся контуры, образуя припаянные проводки из олова.

Качество пайки является главным требованием для эффективной работы солнечной батареи

Затем все ячейки соединяются между собой в соответствии с электрической схемой. При подключении солнечной панели можно воспользоваться одним из двух способов: параллельным или последовательным соединением. В первом случае плюсовые клеммы соединяются с плюсовыми, минусовые с минусовыми. Затем клеммы с разным зарядом выводятся к аккумулятору. Последовательное подключение предусматривает соединение противоположных зарядов путём поочерёдного скрепления ячеек между собой. После этого оставшиеся концы выводятся к аккумуляторной батарее.

Когда спайка будет завершена, нужно вынести ячейки на солнце, чтобы проверить их работоспособность. Если функциональность в норме, можно начинать сборку корпуса.

Проверка устройства выполняется на солнечной стороне

Как собрать корпус

Подготовить уголки из алюминия с невысокими бортиками.
Для метизов предварительно выполняются отверстия.
Затем на внутреннюю часть алюминиевого уголка наносится силиконовый герметик (желательно сделать два слоя). От того, насколько качественно он будет нанесён, зависит герметичность, а также длительность службы солнечной батареи
Важно обратить внимание на отсутствие незаполненных мест.
После этого в раму помещается прозрачный лист поликарбоната и плотно фиксируется.
Когда герметик высохнет, крепятся метизы с шурупами, что обеспечит более надёжное крепление.. Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы. Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы

Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы

Сборка элементов и герметизация

• Очистите прозрачный материал от загрязнений.
• Разместите фотоэлементы на внутренней стороне листа из поликарбоната на расстоянии 5 мм между ячейками. Чтобы не ошибиться, предварительно сделайте разметку.
• На каждый фотоэлемент нанесите монтажный силикон.

Чтобы продлить срок службы солнечной батареи, рекомендуется нанести на её элементы монтажный силикон и закрыть задней панелью

После этого прикрепляется задняя панель. После застывания силикона нужно герметизировать всю конструкцию.

Герметизация конструкции обеспечит плотное прилегание панелей друг к другу

Правила установки

Чтобы получить возможность использовать солнечную батарею по максимуму, рекомендуется при установке устройства придерживаться определённых правил:

1. Необходимо правильно выбрать место. Если разместить солнечную батарею там, где постоянно присутствует тень, устройство будет малоэффективно. Исходя из этого, не рекомендуется устанавливать прибор около деревьев, желательно выбирать открытое место. Многие монтируют солнечную батарею на крыше дома.
2. При установке необходимо направлять устройство в сторону солнца. Нужно добиться максимального попадания его лучей на фотоэлементы. К примеру, находясь на севере, следует ориентировать лицевую сторону солнечной батареи на юг.
3. Большую роль играет определение уклона устройства. Он также зависит от географического положения. Считается, что угол уклона должен составлять широту, в которой устанавливается батарея. При размещении в зоне экватора придётся производить настройку угла наклона по времени года. Коррекция составит 12 градусов, учитывая увеличение и уменьшение летом и зимой соответственно.
4. Рекомендуется установить солнечную батарею в доступном месте. По мере использования устройства его лицевая сторона накапливает грязь, а в зимнее время её заносит снегом, и в результате выработка энергии снижается. Поэтому необходимо периодически проводить чистку батареи, удаляя налёт с её лицевой панели.

Диодная конструкция

Для бытовых гелиосистем допускается использовать специальные фотодиоды или обычные диоды без металлического корпуса. Попадающий на p-n-переход солнечный свет заставляет электроны двигаться, и происходит генерация электрического тока. Но учитывайте тот факт, что напряжение в диодах очень маленькое, — чтобы получить мощную батарею для бытовых нужд, потребуется использовать большое количество электронных элементов. Но разумно ли это?

В теории на солнечных батареях диодного типа напряжение возрастает пропорционально числу используемых в системе фотодиодов, вот только на практике получается совсем другая картина. С добавлением большого количества электронных элементов одновременно увеличивается и площадь, которая необходима для их размещения, что неизбежно приводит к потерям мощности.

При этом некоторые фотодиоды всегда будут потреблять часть вырабатываемого тока. Устранить этот недостаток пока не представляется возможным. Но главная проблема — выработка электроэнергии происходит только под воздействием прямых лучей солнца. Если небо затянуто облаками, то на выходе вы получите нулевое напряжение.

Эффективная альтернатива или всеобщее заблуждение?

Разговоры об автономном питании бытовых приборов и освещении в домах с использованием солнечной энергии ведутся еще с середины прошлого века. Развитие технологий и всеобщий прогресс позволили приблизить эту технологию к обыкновенному потребителю. Утверждение о том, что использовать солнечные батареи для дома станет довольно эффективным способом замены традиционных энергосетей, можно было бы считать бесспорным, если бы не пара существенных «но».

Основным требованием эффективности использования гелиевых батарей является количество солнечной энергии. Устройство солнечной батареи позволяет эффективно пользоваться энергией нашего светила только в регионах, где большую часть года солнечно

Необходимо также принимать во внимание и широту, на которой монтируются солнечные батареи, – чем выше широта, тем меньшей силой обладает луч солнца. В идеале можно добиться эффективности около 40%

Но это в идеале, а на практике все несколько иначе.

Следующий момент, на который стоит обратить внимание, – необходимость использования достаточно больших площадей, позволяющих смонтировать автономные солнечные батареи. Если батареи планируется размещать на дачном участке, загородном доме, коттедже, то здесь проблем не будет, а вот живущим в многоквартирных домах думать об этом придется серьезно

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin