Как сделать солнечную батарею своими руками

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:

• безвредность для экологии;
• долговечность;
• бесшумная работа;
• легкость изготовления и монтажа;
• независимость поставки электричества от распределительной сети;
• неподвижность частей устройства;
• незначительные финансовые затраты;
• небольшой вес;
• работа без механических преобразователей.

Разновидности

Солнечные батареи подразделяются на следующие виды.

Кремниевые

Кремний — самый популярный материал для батарей.

Кремниевые батареи также делятся на:

1. Монокристаллические: для производства таких батарей используется очень чистый кремний.
2. Поликристаллические (дешевле монокристаллических): поликристаллы получают постепенным охлаждением кремния.

Пленочные

Такие батареи подразделяются на следующие виды:

1. На основе теллурида кадмия (КПД 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом светопоглощения, что и позволяет использовать его в производстве батарей.
2. На основе селенида меди — индия: КПД выше, чем у предыдущих.
3. Полимерные.

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:

• фотоячейки;
• алюминиевые уголки;
• диоды Шоттки;
• силиконовые герметики;
• проводники;
• крепежные винты и метизы;
• поликарбонатный лист/оргстекло;
• паяльное оборудование.

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?

• 2 «крокодильчика»;
• медная фольга;
• мультиметр;
• соль;
• пустая пластиковая бутылка без горлышка;
• электрическая печь;
• дрель.

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

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей 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

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

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.

Как сделать солнечную батарею своими руками?

Многие компании в интернете реализуют уже готовые собранные панели, которые напрямую подключаются к потребителю. Но, такие устройства имеют куда большую стоимость, чем отдельные элементы. В связи с особенностью климатического пояса полностью перейти на солнечную электроэнергию у вас вряд ли получится, поэтому и готовые солнечные батареи смогут окупиться только через 10 — 40 лет. Чтобы сэкономить на дорогостоящих заводских панелях, куда выгоднее приобрести фотоэлектрические модули, комплектующие к ним и заняться сборкой ячеек в единую солнечную батарею самостоятельно.

Какой вариант выбрать?

Первое, что вам нужно – приобрести фотоэлектрический преобразователь. Различные модели предлагаются как отечественными производителями, так и зарубежными. Наиболее дешевыми вариантами являются китайские кремниевые фотоэлементы. Они имеют ряд недостатков, но, в сравнении с американскими и отечественными, куда более дешевые. Все модели, в зависимости от типа, подразделяются на три вида:

• монокристаллические модули – состоят из искусственно выращенных кристаллов достаточно больших размеров. Отличаются самым высоким КПД в 13 – 26% и самым длительным сроком эксплуатации в 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимального КПД в течении периода эксплуатации.
• поликристаллические фотоэлементы – в сравнении с предыдущими имеют куда меньший срок эксплуатации, как заявляет производитель – 10 лет. Также они могут выдать только 10 – 12% КПД, в с равнении с предыдущими, зато этот параметр остается постоянным для них в течении всего периода работы.
• аморфные батареи – это пленочные батареи, в которых на гибкую основу нанесен аморфный кремний. Такие фотоэлементы появились сравнительно недавно и могут наклеиваться на любые поверхности – окна, стены и т.д. Они характеризуются самым низким КПД – 5 – 6%.

Выбор определенного типа зависит от ваших пожеланий и поставленных задач. К примеру, если количество солнечного излучения сравнительно невелико в вашем регионе, лучше устанавливать монокристаллические преобразователи, так как у них самый высокий КПД.

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо преобразователей, для сборки полноценной солнечной панели вам понадобятся такие материалы:

• Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие оловянные сплавы.
• Соединительные провода – подбираются однопроволочные медные марки. Для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин применяются голые проводники, а для отвода электроэнергии изолированные.
• Рамка – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих, металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
• Стекло или полимерная пластина – создают защитный слой поверх монокристаллических пластин, также, в сочетании с рамой, служат для скрытия элементов от воздействия атмосферных осадков и механических воздействий.
• Герметик – наилучшим материалом для герметизации является эпоксидный компаунд, но это достаточно дорогостоящее удовольствие, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
• Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Экономить при выборе батареи не стоит, так как качественная модель прослужит гораздо дольше.
• Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батареи любых бытовых приборов.

Из инструментов вам пригодиться ножовка, дрель, шуруповерт или обычная отвертка для закручивания саморезов, мультиметр или амперметр для определения работоспособности солнечной батареи, паяльник.

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определите, с какой стороны участка находиться больше всего солнечных лучей, не падает тень от деревьев и других построек. Место установки может быть на земле, скатах крыши, стенах или отдельно стоящих конструкциях. К примеру, если вы хотите установить солнечную батарею на крыше, следует убедиться, что конструкция выдержит ее вес.

Из-за того, что максимальная производительность моно- и поликристаллических ячеек обеспечивается исключительно при перпендикулярном попадании на них солнечных лучей, желательно собрать для них регулируемую конструкцию. Которая позволит изменять угол наклона солнечной батареи, в зависимости от времени года или даже времени суток. Так как положение источника света в различные периоды года и суток значительно отличаются (рисунок 1).

Рис. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание, что в стационарно установленной батарее, к примеру, вырабатывающая в идеальных условиях 7 кВт/ч, утром и вечером будет вырабатыватся только 3 кВт/ч. Соответственно, при установке только в одном положении, батарея будет выдавать номинальную мощность лишь несколько месяцев в году. Если вы решите монтировать ее в стационарном положении, панели следует располагать под углом от 50 до 60º, для регулируемых устанавливается два предела – зимний в 70º и летний в 30º, а в промежуточный период, их наклоняют как стационарные.

Чтобы определить количество пластин, необходимо подсчитать, какой электрический ток или мощность генерирует одна из них или 1 м 2 . Как правило, 1 м 2 выдает порядка 125 Вт, поэтому чтобы получить около 2,5 кВт для бытовых нужд, необходимо установить 20 м 2 панелей.

Порядок изготовления солнечной батареи

Элементы на поли- или монокристаллическом кремнии необходимо объединить в единую панель. Для этого осуществляется пайка контактов к проводникам. Порядок пайки следующий:

• Оголенные проводники нарежьте одинаковыми отрезками под лекало, такой длины, чтобы она в два раза превышала размер элемента солнечной батареи. Рисунок 2: отмерьте проводники с помощью лекала
• Выложите модули на ровную поверхность (секло, лист фанеры, стол и т.д.).
• Очистите электрические контакты и полудите оловом, накладывать большое количество припоя сюда не нужно, достаточно слегка покрыть контакт. Рисунок 3: полудите контакты
• Припаяйте заранее полуженные проводники к контактам, обратите внимание, что сильно придавливать пластины нельзя, так как они очень хрупкие. Рисунок 4: припаяйте провод к элементу
• Замерьте ток от одного элемента с проводниками, это поможет подсчитать суммарную величину для всей батареи.

Если приобретенные вами элементы для солнечных батарей уже оснащены соединительными проводниками, этот этап можно пропустить и сразу переходить к изготовлению рамки.

Изготовление рамки

Рамка солнечной батареи представляет собой короб с невысокими бортами, который накрывается прозрачным стеклом. Для изготовления рамки:

• Возьмите прямоугольный лист фанеры или ДСП такого размера, чтобы на нем могло располагаться нужное количество элементов. Просверлите в нем небольшие отверстия на расстоянии 10 см друг от друга для вентиляции. Рис. 5: просверлите отверстия для вентиляции
• Приклейте по краю листа деревянные планки высотой не более 2 см, чтобы они не отбрасывали тень на солнечные приемники. Дополнительно прикрутите планки небольшими шурупами.
• Вырежьте крышку из стекла или прозрачного полимера. Ее размеры должны соответствовать нижнему листу или быть меньше, в зависимости от того, поддается она сверлению или нет. Если крышку можно прикрутит шурупом, то размер может быть идентичен, если стекло может лопнуть при попытке сверления, сделайте его меньше на 0,5 – 1 см. Рис. 6: заготовьте крышку из стекла
• Изготовьте из алюминиевого уголка прижимной каркас для верхней прозрачной крышки солнечной батареи, но пока ничего не прижимайте.

Постарайтесь подобрать материал для прозрачной крышки без бликов, иначе часть энергии солнца будет отражаться, что значительно снизит КПД. После того, как изготовите рамку, соберите солнечную батарею.

Изготовление модулей

Данный этап требует особой осторожности и внимания, поскольку на нем вы формируете электрическую цепь солнечной батареи. Если допустите прожоги или трещины, вы можете испортить не только какой-либо конкретный элемент, но и весь модуль, который в итоге придется переделывать.

• Разместите солнечные коллекторы лицевой стороной на прозрачной крышке. Оптимально между элементами должно быть 3 – 5 мм, если этого трудно добиться с первого раза, можете сделать разметку на стекле. Рис. 8: разместите элементы
• Аккуратно спаяйте выводы от каждого элемента «+» к «+», и «–» к «–». Плюсовые контакты должны располагаться на лицевой стороне, а минусовые на внутренней. Рис. 9: спаяйте выводы элементов

Все элементы соединяются последовательно сверху вниз, чтобы не раздавить нижние, когда будете паять. Вертикальные ряды припаяйте на общую шину.

• Приклейте фотоэлементы к прозрачной крышке, для этого нанесите в центр элемента немного герметика и аккуратно придавите его. Следите, чтобы он располагался строго по разметке, рабочей поверхностью к стеклу, иначе переклеить потом будет проблематично. Рис. 10: приклейте элементы к стеклу
• Просверлите в рамке отверстия для вывода плюсовой и минусовой шины солнечной батареи. В цепь батареи включите контроллер заряда, который предотвратит разряд заряда аккумулятора на солнечную батарею в темное время суток. Для этого подберите такие характеристики диодов, которые обеспечат полную блокировку цепи от обратного тока.
• Зафиксируйте выводы солнечной батареи в отверстиях при помощи герметика и поместите в рамку. Рисунок 11: зафиксируйте провода герметиком

После того, как вы собрали батарею, проверьте ее работоспособность. Вынесите ее под солнечные лучи и замерьте величину тока на выводах.

Рис. 12: вынесите на улицу и проверьте мультиметром

Сравните это значение с ранее замеренной величиной для одного элемента солнечной батареи. Чтобы проверить правильность, умножьте количество элементов на ток от одного, если прибор показал такое значение или близкое к нему, солнечная батарея собрана правильно и ее можно герметизировать.

Для герметизации используются компаунды или силиконовые герметики, которые подходят для температуры ниже нуля. Для этого солнечную батарею можно как заливать полностью, так и нанести герметик только между модулями.

Рис. 13: залейте герметиком

Второй вариант более экономный, но первый обеспечит вам куда большую надежность и лучшую герметизацию. После герметизации сверху устанавливается умеренный пресс до полного застывания.

Рис. 14: установите умеренный пресс

До заливки вы можете установить демпфер из плотного поролона между фотоэлементами солнечной батареи и плитой из ДСП. Ширина поролона выбирается менее высоты борта, в рассматриваемом случае высота – 2 см, соответственно можно взять поролон 1,5 см в толщину. Готовые и проверенные батареи установите согласно составленного проекта и подключите к электрической сети дома через аккумулятор и инвертор.

Как самостоятельно сделать солнечную батарею

Выйти из кабальной зависимости от поставляющих электроэнергию в наши дома компаний, мечта буквально каждого жителя планеты. С каждым годом электричества для бытовых нужд требуется все больше. И в связи со спросом на него, увеличивается и стоимость услуг. Поэтому любой житель нашей страны мечтает перейти на альтернативное электроснабжение. Рассмотрим, как сделать солнечную батарею самостоятельно, что для этого понадобится, и как правильно подключить ее к аккумулятору.

Устройство и принцип работы

За описание механизма фотоэлектрического эффекта Альберт Эйнштейн получил нобелевскую премию. А первое преобразование солнечных лучей в электричество стало возможным еще в середине девятнадцатого века, когда француз Александр Беккерель открыл это явление. Правда понадобилось еще 50 лет, чтобы русский ученый Александр Столетов в своей лаборатории смог получить практический результат.

Первый солнечный фотоэлемент из кристаллического кремния разработала компания Bell Laboratories в 1954 году. Именно с этого момента и взяла старт технология, благодаря которой рассчитывают полностью убрать из обихода углеродное топливо. Причем перспективы поистине огромны. С квадратного метра земной поверхности за день можно получить 4.2 кВт/час солнечной энергии. Что эквивалентно расходу одного барреля нефти.

Одна фотоэлектрическая ячейка производит ток, который измеряется в миллиамперах. И чтобы сделать солнечную панель, вырабатывающую электроэнергию достаточной мощности, такие звенья соединяют в модульную конструкцию. Целые массивы, из разного количества фотоэлементов, и составляют солнечную батарею.

Из-за сложности и дороговизны изготовления, технология изначально нашла применение только в космической отрасли. Но когда придумали способ производить фотоэлементы из более дешевых материалов, то солнечная батарея пришла и в наши дома. Сначала для портативных калькуляторов, затем для фотоаппаратов и небольших светильников.

Вскоре технология перекочевала из космоса и на землю. Начались создаваться геоэлектрические установки, которые закреплялись на крышах домов. Благодаря такому новшеству, эти здания отключались от проводного электричества и становились автономными. И сейчас уже не редкость встретить многокилометровые поля с установленными на них кремниевыми панелями. Такие электростанции способны обеспечить электроэнергией целые города.

Сложный фотоэлектрический эффект оказался чрезвычайно прост. Но это на сегодняшний день. Ведь еще 50 лет назад не было технологии, позволяющей получать материалы с неустойчивой атомной структурой. А именно это свойство вещества и является ключом к получению энергии. Когда отдельные неустойчивые атомы бомбардируются фотонами света, то из их орбит выбиваются электроны. Вот последние и представляют из себя источник тока.

Открытие полупроводников выступило огромным скачком в развитии отрасли получения альтернативных источников электроэнергии. Эти материалы имеют атомы, у которых или слишком много электронов, или очень мало. Деление на катод (излишек) и анод (нехватка) и позволяет при обстреле фотонами света выбивать частицы из атомов с избытком электронов.

Таким способом катод передает их на свободные орбиты аноду. А если создать нагрузку, то электроны возвращаются на свои первоначальные места. Таким образом движение частиц в замкнутом контуре создает электрический ток. А привычное магнитное поле в громоздких электрических генераторах заменяется на поток частиц солнечного излучения.

Виды панелей и их достоинства

Давайте разберемся, из чего делают солнечные батареи. Для изготовления самой первой ячейки использовали селен. Но полученные фотоэлементы имели очень высокую химическую активность и быстро старились. К тому же и КПД было смехотворное – всего 1 %. В поисках замены был опробован кристаллический кремний. Но этот элемент является диэлектриком. Поэтому для проводимости пришлось добавлять различные редкоземельные металлы.

На сегодняшний момент существует три типа фотоэлементов из кремния:

• на монокристаллах;
• поликристаллические;
• аморфные.

Для каждого вида применяется своя технология изготовления. В первом случае слитки кремния проходят самую высокую степень очистки. И только после этого с них срезаются тончайшие слои. А на заключительном этапе получают темно-синие пластины, похожие на стекло и с ярко выраженной электродной сеткой на поверхности.

Монокристаллические фотоэлементы имеют самое высокое КПД – 19 %. А срок эксплуатации рассчитан на 50 лет. Любая ячейка из кремния со временем теряет производительность. И в этом случае лидируют аморфные. Но монокристаллы делают это очень медленно. Построенные из них 40 лет назад батареи еще работают и сохранили 80% своей первоначальной производительности.

Если к электропитанию дома выполнить подключение солнечных панелей с поликристаллическими фотоэлементами, то их замена потребуется через 25 лет. КПД такого устройства хоть и меньше монокристаллического, но еще достаточно неплохое – 15 %. Понижение параметров связано с тем, что в этом случае используется более дешевый кремний. А он не такой чистый. Поэтому изготовленные пластины получаются с более светлым узором, образующим границы между кристаллами.

Но поликристаллические фотоэлементы имеют и свои плюсы. Во-первых, это сравнительно низкая цена, чем у монокристаллических. Во-вторых, они не так сильно зависимы от низкой облачности и ориентации на светило. А также легче переносят внешние загрязнения. Это делает поликристаллические солнечные батареи намного популярнее для пользователей.

Аморфный кремний не имеет кристаллической структуры. При изготовлении тончайший слой химического элемента наносится либо на стекло, либо полимер. Такие панели работают недолго. Аморфный слой быстро выгорает на солнце и полностью деградирует. Да и КПД составляет только 9 %. Причем со временем быстро падает. Но дешевый способ производства несколько оправдывает их применение в некоторых областях. Например, быстрое снижение КПД нивелирует высокая солнечная активность в пустынях.

Поскольку отрасль считается высоко перспективной, то ее изучение и разработка идет полным ходом. Продолжается поиск новых материалов, которые позволят удешевить производство и максимально повысить КПД. И на сегодняшний день уже получена новая технология по изготовлению пленочных фотоэлементов, которые обладают очень хорошей долговечностью. Да и производительность их выше, чем у сделанных из кремния.

Тонкопленочные фотоэлементы изготавливают из:

• теллурида кадмия;
• полимеров;
• индия и селенида меди.

Подключение таких солнечных батарей в частном секторе только планируется. А пока их выпуском занимается лишь несколько лидеров в этой отрасли. Гибкие фотоэлементы еще большая редкость. Поэтому использование их в самостоятельном моделировании возможно только в будущем.

Фотоэлементы и их замена

Кустарное изготовление солнечной батареи неизбежно будет уступать изделиям промышленных компаний. Даже если использовать самые лучшие материалы. Дело в том, что у производителей налажен скрупулезный отбор фотоэлементов, с выбраковыванием всех, с малейшим занижением параметров.

А для защиты модульных ячеек используется специальное стекло. Оно имеет максимальную способность к пропусканию света. А вот отражающая составляющая в нем снижена. Такой материал в торговые сети просто не поступает.

Но самая важная составляющая – это наличие лаборатории. Прежде, чем запустить образец в массовое производство, его обкатывают на различных математических моделях. Улучшая систему отвода тепла, снижая зависимость производительности от нагрева. А также происходит поиск оптимального сечения соединительных шин и способа снижения деградации у фотоэлемента.

Но между тем, самостоятельно сделанные солнечные панели имеют право на жизнь. Если не принимать во внимание слишком узкие моменты, то кустарная батарея показывает не такие уж плохие результаты по производительности. А выигрыш в цене получается более, чем в два раза. Главное найти самые подходящие фотоэлементы.

Пленочные для самоделки отпадают даже для тех, кто не ограничен в затратах. Их просто нет в продаже. На аморфные и смотреть не стоит. Слишком низкое КПД и быстрая деградация не оправдает даже низких расходов. Поэтому ориентироваться нужно на кристаллический кремний. И начинать нужно с более дешевых поликристаллов. Кроме оправданной экономии, существует и другая причина для этого выбора. Чтобы работать с монокристаллом, необходим хороший навык.

На сегодняшний день рынок уже широко предлагает продукцию из кристаллического кремния. Кроме основных производителей, существует немало мелких компаний, причем на наших отечественных просторах, которые торгуют, как готовыми изделиями, так и их комплектующими. Другое дело, что товар попадается не всегда качественный, а его цена все равно завышена.

Поэтому нужно смотреть в сторону зарубежных торговых площадок. На Taobao, Ebay, Aliexpress и Amazon всегда предложат недорогой товар в широком ассортименте. Причем можно купить не только нужное количество фотоэлементов по отдельности, но и полуготовое изделие. Многие продавцы предлагают удобные наборы для самостоятельной сборки солнечной панели. Можно даже подобрать нужную мощность.

Порой очень выгодно приобретать товар класса «В». Продавец предлагает элемент солнечной батареи с механическими дефектами. Нужно сказать, что небольшие сколы и даже трещины существенно не влияют на производительность фотоэлементов. Зато их стоимость получается гораздо меньше.

А между тем опытные радиолюбители знают, что сырье для солнечной батареи можно найти буквально под ногами. И даже неплохого качества. Речь идет о старых радиодеталях. Оказывается, что кристаллический кремень можно выпаять из диодов и транзисторов. Но если рассуждать здраво, такой способ заслуживает мало внимания.

Даже самый мощный германиевый транзистор обладает кремнием, который на самом ярком солнце даст силу тока всего в несколько микроампер. Придется изрядно попотеть, чтобы собрать сеть из нескольких сотен полупроводников. И на практике получится изготовить солнечный элемент, разве что для зарядки мобильного телефона. Но если есть желание, в виде эксперимента и для приобретения навыков можно попробовать.

Расчет и проект

Перед тем, как удастся подключить солнечную панель в своем доме, придется проделать немало работы. И прежде всего нужно взяться за расчеты. Желание отказаться от проводного электричества и обзавестись собственной электростанцией есть у каждого. Но нужно хорошо проанализировать возможность реализации такой затеи.

Сначала изучаем счет на оплату от поставщика электроэнергии. В нем указано, за сколько киловатт требуется погасить задолженность. Это число нужно делить на 30 (количество дней в месяце). Так можно узнать среднюю суточную потребность в электричестве. И предположим, что у нас получилось 10 кВт в сутки.

В идеальных условиях понадобится батарея мощностью 1,5 кВт, чтобы закрыть нашу потребность. Но придется учесть все враждебные обстоятельства. А их немало. Во-первых, батарея будет вырабатывать электричество только днем. Причем наибольшая эффективность приходится на время от девяти утра до четырех пополудни. А это только 70 % генерации от суточной нормы.

Во-вторых, даже легкая дымка в атмосфере снизит токоотдачу в 2-3 раза. А сплошная облачность заставит производительность упасть сразу в 15-20 раз. Поэтому мощность батареи уже нужно увеличивать, как минимум на 40 %. Но это еще не все.

Для накопления электричества понадобится объемный аккумулятор и не менее мощный преобразователь напряжения. Без последнего никак не обойтись, поскольку все бытовые приборы запитываются от тока напряжением 220 В. Но накопление и трансформация неизбежно сопровождаются потерями. Эксперты утверждают, что они доходят до 30 %. Поэтому к ранее прибавленным 40 % плюсуем и это число. И в итоге уже понадобится солнечная батарея от 2,5 до 3 кВт мощностью.

Далее вычисляем количество аккумуляторов. Причем нужны низковольтные, рассчитанные на напряжение в 12, 24 и 48 Вольт. Если использовать обычный автомобильный вариант (12 В), то принимая во внимание суточную норму и неизбежные потери, их понадобится 6 штук. Конечно можно взять лучшие, на 48 В, но это только увеличит общую стоимость всей установки.

Сразу нужно развеять миф, об использовании солнечной батареи для обогрева дома в зимний период. Если к произведенным расчетам добавить вычисления на установку электрических ТЭНов, то в итоге понадобится очень серьезная гелио электрическая станция. И ее самоокупаемости, а тем более экономии, придется ждать долгие годы.

Что касается размеров батареи, то они опять же зависят от ее мощности, а также от вида фотоэлемента. Если брать элементы с поликристаллическими ячейками, которые выдают напряжение 0,5 В, а силу тока 3 А, то такая мини панель будет со сторонами 3 на 6 дюймов. Как правило, для зарядки аккумулятора их понадобится соединять в блоки по 30 штук. Поскольку мощность одного такого модуля составляет 45 Вт, то уже нетрудно подсчитать необходимое количество блоков для создания необходимой мощности, чтобы закрыть суточные потребности.

Инструкция по изготовлению

Разберемся в подробностях, как самому сделать солнечную батарею. Учитывая вышеизложенные расчеты, для нее понадобится 120 пластин. Для монтажа удобнее всего использовать их размещение в соотношении 1:1. Поэтому нужно уложить 15 рядов по 8 элементов в каждом. При этом два соседних столбика соединяются последовательно. А полученные 4 блока легко состыковать параллельно.

Корпус

Начинать сборку необходимо с создания каркаса. Для этого по нашим размерам делаем рамку из алюминиевых уголков. Можно использовать деревянную квадратную рейку сечением не более 25×25 мм. Чтобы борта каркаса не отбрасывали тень на крайние элементы. Можно в середине рамки для усиления расположить такую же рейку.

Обратная сторона корпуса закрывается фанерой или OSB. С нижнего торца высверливаются вентиляционные отверстия для выравнивания влажности. Иначе не избежать запотевания стекла. Последнее должно быть самым высококачественным и с максимальной степенью прозрачности. Его вырезают по внешним размерам корпуса. Для крепления используют уголковые кронштейны.

Можно использовать плексиглас. Тогда его крепят к раме, высверлив по его краям отверстия для саморезов. Деревянный корпус обязательно обрабатывают антибактериальной пропиткой и покрывают масляной краской. Это убережет его от влаги и плесени.

Пайка пластин

Поскольку укладка будет выполняться в 15 рядов, то рациональнее соединять между собой только по 5 пластин. Чтобы не повредить хрупких деталей. А окончательную сборку проводить на подложке. Для пайки необходим маломощный паяльник (40 Вт) и добротный легкоплавкий припой. При соединении деталей друг с другом необходимо соблюдать полярность.

Собрав небольшую цепочку, нужно ее протестировать. Для этого помещаем пластины под включенную лампу и снимаем показания вольтметром. Запись значений силы тока и напряжения позволит сравнить параметры модулей.

После этого на тыльную часть пластин наносится силиконовый герметик. Приклеиваем модули к подложке из обычного ДВП, которую нужно подготовить заранее, вырезав по внутренним размерам рамки. Окончательное соединение элементов проводим по схеме, указанной в самом начале инструкции. А каждый 15-вольтовый блок снабжается диодом Шоттки. Это не позволит разряжаться аккумулятору, когда напряжение панели упадет.

Сборка панели

Собранную подложку помещают внутрь корпуса и закрепляют саморезами. В поперечной рейке, служащей усилением для рамы, заранее высверливаются отверстия для монтажных проводов. Кабель выводят наружу и припаивают к выводам сборки. Лучше использовать двухцветные жилы. Это поможет не ошибиться с полярностью.

На внешнюю лицевую сторону рамки наносится силиконовый герметик сплошным слоем. И уже на него укладывается стекло. Для надежности его фиксируют уголковыми кронштейнами. А выступившие излишки герметика удаляют.

Видео описание

Видео покажет, как делают солнечные батареи своими руками:

Установка и подключение

В частном секторе обычно панель располагают прямо на наклонном скате крыши дома, надежно фиксируя ее на кровле. При этом выбирают самую солнечную сторону. Но эффективнее установить батарею на ровной плоскости, не имеющей тени в любое время дня. А для этого понадобится еще одна конструкция, которую можно сделать из любых крепких материалов.

В промышленных масштабах применяют автоматизированные подставки, которые снабжены электродвигателями и различными датчиками. Последние следят за положением солнца и передают команду моторам. А те изменяют угол наклона панели. Для бытового использования собирается простая, но крепкая наклонная конструкция, положение которой придется изменять пару раз в день самостоятельно.

Рассмотрим, как подключить солнечную батарею к аккумуляторам и потребителям. Для этого в первом случае понадобится контролер зарядка. Прибор контролирует токоотдачу и автоматически переключает дом на сетевое питание, когда напряжение в аккумуляторах даст просадку. Контролер подбирается согласно мощности собранной электростанции.

Для питания бытовых приборов, необходимо низковольтное выходное напряжение аккумулятора пропустить через инвертор. Он трансформирует его в 220 В. Оба прибора можно приобрести на месте, а не искать их на западных торговых площадках. Отечественные образцы достаточно надежны и обладают всеми необходимыми характеристиками. К тому же такая покупка подкрепляется реальной гарантией.

Видео описание

Видео продемонстрирует, как подключить солнечную батарею к аккумулятору:

Коротко о главном

Самостоятельно собрать солнечную батарею сложно только на первый взгляд. Если не заниматься изготовлением фотоэлементов, а приобрести уже готовые пластины, то с монтажом модулей справится человек, без специальных узконаправленных знаний. Желательно при этом иметь опыт обращения с паяльником.

Перед сборкой необходимо провести расчеты для определения требуемой мощности панели. Это нужно, чтобы подсчитать количество фотоэлементов, которое уйдет на монтаж. Для этого берется среднее значение потребляемой в сутки электроэнергии и делаются поправки в большую сторону на неизбежные потери при трансформации и накоплении, а также на погодные условия.

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:

• Е — количество солнечной инсоляции за известный период времени;
• k — коэффициент, формирующий летом — 0,5, в зимний период — 0,7;
• Pw — мощность одного устройства.

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:

• ДСП;
• металлический профиль и уголок (лучше из алюминия);
• поролон высотой 1,6–2,7 см;
• основание под пластины из прозрачного материала;
• набор из саморезов и шурупчиков;
• несколько туб силиконового герметика;
• электропроводка;
• клемные зажимы.

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:

• шуруповёрт;
• ножовка по металлу и ножовка по дереву;
• 40 Ватный электрический паяльник;
• электрический тестер;
• флюс и припой для пайки;
• технический спирт, для обработки поверхностей под пайку;
• ватные диски–тампоны.

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. Монокристаллические (более дорогие).
2. Поликристаллические (аморфные).

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:

1. Панели распаковать.
2. Обработать горячей (90±5 градусов Цельсия) водой.
3. После того как воск растаял, все элементы разъединить друг от друга.
4. Очистить каждую панель от остатков воска горячей водой.
5. Разложить обработанные панели на мягкой ткани и просушить.

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?

1. Вес конструкции. Вся конструкция в итоге будет немало весить, а это легкий и достаточно прочный металл.
2. Не нуждается в антикоррозийной обработке.

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:

1. Основа корпуса мастерится из цельного куска ДСП. Борта, прикручиваются саморезами к листу ДСП.

1. В деревянных бортах высверлить дыры для вентиляции.

1. На листе ДСП также проделываются дрелью вентиляционные дыры, шагом в 10 см по всей площади панели.

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:

• залить все сделанные элементы сразу от края и до края;
• заполняются пустоты между фотоэлементами и краями рамки.

При работе следует учесть некоторые моменты:

• Поверхность должна быть идеально ровной. Иначе, элементы под свои весом поползут в сторону.
• Затвердевание происходит быстрее при высоких температурах окружающего воздуха. Для всех герметиков есть своя инструкция.

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

Особенности крепления крышки:

1. После гидроизоляции собранной батареи ее можно закрывать крышкой и фиксировать. Но сделать это можно только после того как клеевой состав полностью засохнет. Если поторопиться и закрепить крышку, клей будет испаряться и останутся мутные полосы на оргстекле.
2. На кабель, который теперь выходит из панели, изготовить двухконтактный разъем для контроллера.
3. Работа батареи еще раз проверяется.

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

Установка готовой системы

1. Для полноценной работы солнечных панелей нужно дополнительно приобрести инвертор тока с 12 В на 200 В, для перевода постоянного тока с панели в переменный.
2. Чтобы не перегружать систему и для сбережения электричества, нужны хотя бы два гелевых или AGM аккумов.
3. Система не будет полной без контроллера, который будет руководить работой накопительных аккумуляторов.

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:

1. Фотоэлементы теряют свою производительность с повышением собственной температуры.
2. Если часть панели попадает в тень и солнце освещает только часть фотоэлементов, как следствие — общее падение выходного напряжения.
3. Если панели оснащены дополнительными линзами для концентрации солнечного света, то их эффективность падает до нуля в пасмурную или облачную погоду. Солнца нет и фокусировать просто нечего.
4. Максимально высокая эффективность возможна при грамотном подборе нагрузочного сопротивления. Для этой цели фотопанели лучше самому подключать не напрямую к потребителям энергии или к аккумуляторам, а через специальный контроллер. С его помощью батарея будет работать максимально эффективно.

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:

• база;
• эмиттер;
• коллектор.

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:

1. Как минимум, будут пристроены старые радиодетали.
2. От него можно запитать электронные часы или даже небольшой радиоприемник.

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.

1. Необходимое количество радиодеталей складываем в емкость и заливаем ацетоном или другим растворителем и оставляем на несколько часов.
2. Затем, необходимо взять пластину нужного размера из не металлического материала и выполнить разметку под впаивание компонентов источника питания.
3. После размокания краску можно легко соскрести.
4. Вооружившись мультиметром, на солнце или под лампочкой определяем плюсовой контакт и загибаем его. Диоды впаиваются вертикально, так как в таком положении кристалл лучше всего генерирует электричество из энергии солнца. Поэтому на выходе получим максимальное напряжение, которое будет генерировать солнечная батарея.

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:

1. Для самоделки понадобится медная фольга площадью 45 кв. см. Отрезанный кусок обрабатывается в мыльном растворе для удаления жира с поверхности. Так же желательно вымыть руки, чтобы не оставлять жировые пятна.
2. Наждаком необходимо удалить защитную оксидную пленку и любой другой вид коррозии с плоскости отреза.
3. На горелку электрической плитки мощностью не меньше 1,1 кВт ложится лист фольги и нагревается до образования красно-оранжевых пятен. При дальнейшем нагреве образовавшиеся окислы превращаются в оксид меди. Этому свидетельствует черный цвет поверхности куска.
4. После образования оксида нагрев необходимо продолжать в течение 30 минут, чтобы образовалась оксидная пленка достаточной толщины.
5. Прожарка останавливается, и лист остывает вместе с печкой. При медленном охлаждении медь и оксид остывают с разной скоростью, что способствует последнему легко отслоиться.
6. Под проточной водой удаляются остатки оксида. При этом нельзя сгибать лист и механически отдирать мелкие кусочки, чтобы не повредить тонкий слой окиси.
7. Вырезается второй лист по размерам первого.
8. В пластиковый бутыль объемом 2–5 литров с обрезанным горлом нужно поместить два куска фольги. Закрепить их зажимами «крокодил». Располагать их надо, чтобы они не соединялись.
9. К обработанному куску подводится минусовая клемма, а ко второму — плюсовая.
10. В банку заливается солевой раствор. Его уровень должен быть ниже верхней кромки электродов на 2,5 см. Для приготовления смеси 2–4 столовые ложки соли (в зависимости от объема бутылки) растворяются в небольшом количестве воды.

Батарея из фольги

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:

• мощная и эффективная система требует большой площади, которая будет полностью открыта для прямого попадания солнечных лучей;
• чтобы перекрыть все потребности в получаемой солнечной энергии нужно, чтобы гелиосистема была оснащена достаточно большим количеством панелей. Отсюда вытекает другая проблема — для размещения большого количества фотоэлементов нужны и большие площади, открытые для прямого солнечного излучения;
• для нормального функционирования системы необходимо подобрать аккумуляторы, которые будут соответствовать мощностям гелиосистемы;

• так как система совершенно малоэффективна в сумеречное время и абсолютно не работает ночью — необходимо дополнить ее аккумуляторами. Они накапливают энергию днем и отдают вечером или ночью;
• так как аккумулятор для солнечных панелей будет, скорее всего, не один, а несколько, для них нужно отдельное помещение, которое к тому же должно отвечать всем нормам безопасности;
• пока система новая, она будет работать с максимальной отдачей. Но погодные факторы — пыль, снег, дождь неизбежно будут снижать эффективность системы. Значит, все элементы нуждаются в периодической очистке, а для этого к ним должен быть удобный доступ;
• на сегодня самые эффективные системы, которые собраны из пленочных фотоэлементов из тонких полимеров на основе теллурида кадмия. Но применение таких дорогостоящих компонентов в самодельных домашних системах абсолютно не рентабельно.

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.