Сборка солнечных батарей своими руками

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

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:

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 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. Это намного прибыльнее, чем покупать сырье или самому добывать редкоземельные материалы.

Заключение

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

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

Видео по теме

Источник