Как самому сделать солнечную батарею для дома?

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях

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

Устройство и принцип работы

Есть два основных способа использования солнечной энергии:

• Прямое использование для нагрева воды и аккумулирования тепла в гелио системах отопления и горячего водоснабжения.
• Преобразование света в электроэнергию.

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

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

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

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

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

Солнечная панель из диодов

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

Панель из диодов в металлическом корпусе

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

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

• аккуратно разбить керамику и освободить верхний контакт;
• раскрыть корпус, сняв с основания «крышку»;
• разогреть диод до температуры плавления олова, которым к кристаллу припаяны контакты;
• освободить от верхнего жесткого контакта кристалл, а вместо него припаять гибкий проводник.

Диоды средней мощности в металлическом или металлостеклянном корпусе серии Д7, Д214, Д215, Д226, Д237, Д242-Д247 разбирать проще. Сначала бокорезами обрезают жесткий контакт и часть корпуса в виде трубки со стороны анода. А затем вставив нож в шов между основанием и крышкой, открывают корпус. Для облегчения процесса можно предварительно слегка сжать фланец корпуса в тисках, чтобы раскрылась щель между основанием и крышкой.

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

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

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

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

Панель из диодов в стеклянных корпусах

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

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

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

Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:

• помещают на некоторое время диоды в емкость с растворителем;
• достают из растворителя элементы и счищают с них размягченную краску;
• сгибают под 180° выводы анодов (это необходимо для правильного положения кристалла полупроводника относительно плоскости монтажной платы;
• монтируют на монтажной плате элементы, объединяя их в последовательно параллельные группы согласно схеме соединения.

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

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

Панель из светодиодов

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

Панель солнечной батареи из транзисторов

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

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

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

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

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

Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.

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

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

Сборка корпуса

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

• Вырезают по размеру лист, к которому крепят панель.
• По периметру листа крепят саморезами или на клей небольшие бортики высотой чуть больше толщины панели.
• Сверлят отверстия под выходной кабель с клеммами для подключения аккумулятора.
• Подключают к панели кабель через диод Шотки (это надо, чтобы обезопасить аккумулятор от короткого замыкания).
• Сверху накрывают лист светопрозрачным листом — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Крепят его к бортам саморезами.

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

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

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

Делаем солнечные батареи для дома своими руками

Долгое время уделом солнечных батарей были либо громоздкие панели спутников и космических станций, либо маломощные фотоэлементы карманных калькуляторов. Это было связано с примитивностью первых монокристаллических кремниевых фотоэлементов: они имели не только низкий КПД (не более 25% в теории, на практике – около 7%), но и заметно теряли эффективность при отклонении угла падения света от 90˚. Учитывая, что в Европе в облачную погоду удельная мощность солнечного излучения может падать ниже 100 Вт/м 2 , для получения сколько-нибудь значительной мощности требовались слишком большие площади солнечных батарей. Поэтому первые солнечные электростанции строились только в условиях максимальной мощности светового потока и ясной погоды, то есть в пустынях вблизи экватора.

Значительный прорыв в создании фотоэлементов вернул интерес к солнечной энергетике: так, наиболее дешевые и доступные поликристаллические кремниевые элементы, хотя и имеют меньший КПД, чем у монокристаллических, но зато и менее чувствительны к условиям работы. Солнечная панель на основе поликристаллических пластин выдаст достаточно стабильное напряжение при переменной облачности. Более современные фотоэлементы на основе арсенида галлия имеют КПД до 40%, но слишком дороги для изготовления солнечной батареи своими руками.

На видео идет рассказ об идее постройки солнечной батареи и ее реализации

Стоит ли делать?

С этой целью выпускаются и продаются готовые компактные панели, выполненные в виде быстро сворачиваемых сборок на основе из синтетической ткани. В средней полосе России такая панель размером около 30х40 см сможет обеспечить мощность в пределах 5 Вт при напряжении 12 В.

Более крупная батарея сможет обеспечить до 100 Вт электрической мощности. Казалось бы, это не так много, но стоит вспомнить принцип работы небольших ветряных электростанций: в них вся нагрузка запитывается через импульсный преобразователь от батареи аккумуляторов, которые заряжаются от маломощного ветряка. Таким образом становится возможным использование более мощных потребителей.

Использование аналогичного принципа при постройке домашней солнечной электростанции делает ее более выгодной по сравнению с ветряком: летом солнце светит большую часть дня, в отличие от непостоянного и часто отсутствующего ветра. По этой причине аккумуляторы смогут набирать заряд днем гораздо быстрее, а сама солнечная панель гораздо проще в установке, чем требующий высокой мачты ветряной генератор.

Есть свой смысл и в использовании солнечной батареи исключительно как источника аварийного питания. Например, если в частном доме установлен газовый котел отопления с циркуляционными насосами, при отключении электропитания можно через импульсный преобразователь (инвертор) запитать их от аккумуляторов, которые поддерживаются заряженными от солнечной батареи, сохраняя систему отопления работоспособной.

Телевизионный сюжет на эту тему

Подборка компонентов

Основа панели – это сборка фотоэлементов. Так как для получения достаточной мощности нам потребуется достаточно большое их количество, стоит рассмотреть наиболее дешевые источники, в роли которых традиционно выступают Ebay и Aliexpress. Нужный товар ищется по запросу “solar cell”.

В среднем готовая тонкопленочная сборка под напряжение 12 В и ток 100 мА стоит в Китае около 200-300 рублей, ее размеры составят около 85×115 мм. Можно встретить также как меньшие сборки (на 5, 6 вольт), так и отдельные фотоэлементы (их рабочее напряжение – 0,5 В). В любом случае их придется комбинировать, чтобы получить нужное напряжение и мощность. Для этого будет необходимо скомбинировать последовательное и параллельное подключение фотоэлементов.

• Соединяя фотоэлементы последовательно, мы не изменяем максимальный ток, который может отдать сборка, но увеличиваем напряжение на ее выходах: к примеру, сборка из 6 поликристаллических фотоэлементов (напомним, рабочее напряжение каждого – 0,5 В) будет выдавать 3 В.
• Соединяя фотоэлементы параллельно, мы увеличиваем токоотдачу сборки, сохраняя ее рабочее напряжение. При этом важно, чтобы каждая секция имела одинаковое количество элементов.

На приведенном выше рисунке отображен принцип соединения фотоэлементов. Каждый из них имеет напряжение в 0,5В; сборка из двух фотоэлементов SB2 и SB3 выдает нам 1В, сборка из трех – 1,5В, параллельное подключение второй секции не изменяет напряжение.

Также по схеме видно, что каждая из параллельно соединенных секций подключена к нагрузке через диод. Это необходимо для того, чтобы избежать потери тока через менее освещенные секции (например, половину батареи закрыла тень), а также не дать аккумуляторам разряжаться ночью. Для обеспечения максимального КПД нам понадобятся диоды с минимальным прямым падением напряжения (так называемые диоды Шоттки). Их нужно подбирать с учетом полуторакратного запаса по обратному напряжению и току.

ПРИМЕР: Мы используем секции с напряжением 12 В и током 100 мА. Значит, каждый диод должен иметь обратное напряжение не менее 18 В и ток не менее 150 мА. По каталогам можно подобрать подходящие диоды: в нашем случае самый дешевый и удобный вариант – это 1N5817 стоимостью около 500 р. за упаковку из 100 штук на том же Aliexpress.

При выборе фотоэлементов предпочтите уже имеющие готовые площадки для пайки, сборка панели в этом случае будет гораздо проще. Также можно увидеть в продаже солнечные батареи без площадок для пайки: их нужно собирать с использованием токопроводящих шин из медной фольги, это менее удобный способ.

Итак, определившись с типом используемых элементов, можно приступить к расчету конструкции панели. Например, мы выбрали сборку из одиночных (0,5В) фотоэлементов с номинальным током 100 мА, рассчитывая на зарядку аккумулятора 12В током до 6 А. Следовательно, нам понадобится 6/0,1=60 секций по 12/0,5=24 фотоэлемента, итого 1440 фотоэлементов. Также потребуется 60 барьерных диодов.

Сами фотоэлементы необходимо будет разместить под прозрачным листом, который будет защищать их от механических повреждений. Лучше использовать толстое (3-4 мм) минеральное стекло, а не органическое, так как, несмотря на большую массу и стоимость, оно не мутнеет и не царапается.

Размеры стеклянной панели рассчитываются из размеров и расположения секций. В нашем примере, применяя элементы размером 53х18 мм, мы получим размеры секции в 212х108 мм, если расположим их в порядке 4×6:

60 таких секций разумнее всего расположить в порядке 5х12, таким образом общие размеры панели составят 1060х1296 мм. При этом нужно учесть припуск на бортики панели в зависимости от их конструкции.

На видео показан процесс постройки с комментариями

Сборка

Секции укладываются на стекло подложкой кверху и спаиваются между собой и диодами согласно выбранной схеме последовательно-параллельного подключения. Для фиксации фотоэлементов на месте, а также закрепления проводников и диодов можно использовать прозрачный термоклей или бескислотный уксусный герметик.

Не используйте кислотные (легко отличимые по уксусному запаху) герметики – их использование в закрытом объеме приведет к быстрой коррозии пайки!

После того, как все фотоэлементы размещены, закреплены и спаяны, к выводам припаивается более толстый силовой провод – в нашем случае будет достаточно сечения 1,5 мм 2 . Он пропускается через отверстие в рамке, которую проще всего сделать из пропитанной олифой деревянной рейки. Метод закрепления стекла в рамке может быть различным:

• Укладка в паз с последующим закреплением штапиком (наподобие тому, как это делается в оконных рамах);
• Размещение между двумя рамками с последующей их стяжкой саморезами;

В любом случае, учитывая склонность дерева «дышать», нужно применять при укладе стекла незатвердевающий герметик.

Вместо дерева можно использовать более совершенные материалы при их доступности: алюминиевый уголок, металлопрофиль, использующийся при изготовлении стеклопакетов и так далее.

Стыки конструкции рамки, а также место вывода проводов необходимо дополнительно залить герметиком. После вторичной проверки всех соединений залейте фотоэлементы прозрачным лаком, чтобы полностью загерметизировать и скрепить сборку. После высыхания лака к рамке можно прикрепить заднюю стенку из любого подходящего материала, желательно из полимера наподобие поликарбоната. Пространство между стенкой и залитыми фотоэлементами лучше всего залить доступным компаундом, например – эпоксидной смолой.

Крепить получившуюся батарею, учитывая ее достаточно большую массу, необходимо как минимум в четырех углах рамки. Лучший способ усиления конструкции – собрать вторую рамку из стального уголка таким образом, чтобы солнечная панель достаточно плотно встала в нее, а затем саморезами скрепить их по периметру. Такую конструкцию можно спокойно будет размещать на крыше, стене или наклонной стойке в зависимости от того, как Вы планируете использовать солнечную батарею.

Наиболее оптимальный вариант стационарного размещения батареи – горизонтальный или с небольшим уклоном для стока осадков. В этом случае «электростанция» будет иметь максимальный КПД в полдень, когда влияние погоды и посторонних помех на мощность падающего солнечного излучения минимально. Максимальную токоотдачу в течение длительного времени можно обеспечить, предусмотрев возможность наклона панели вдоль хода солнца хотя бы вручную.

Дополнительные устройства для эксплуатации

Важной особенностью солнечной батареи является сильная зависимость ее выходного напряжения и максимального тока от освещенности. Сделав своими руками батарею с расчетным напряжением в 12В, можно будет обнаружить, что ее реальное напряжение будет колебаться от 9В при слабом и косо падающем свете до 18-19В при ярком прямом освещении. Напрямую подключать солнечную батарею к аккумулятору нельзя – это может привести к перезаряду и выкипанию электролита, если используется свинцово-кислотный аккумулятор. Для герметичных гелевых аккумуляторов перезаряд еще более страшен и приводит к необратимому повреждению.

Во избежание перезаряда аккумуляторных батарей используются специальные контроллеры заряда. Наиболее простые схемы просто отключают аккумулятор по мере набора заряда, а сама зарядка идет лишь тогда, когда напряжение на солнечной батарее выше, чем на аккумуляторе (так называемая схема On-Off). По соображениям безопасности отключение зарядки происходит заведомо раньше полного набора емкости, в среднем на 70 процентах. Более совершенные зарядные устройства на основе ШИМ (широтно-импульсной модуляции, также PWM от Pulse Width Modulation) поддерживают заряд аккумулятора практически на 100%, переходя по мере набора емкости в импульсный режим. Самые сложные и дорогие контроллеры MPPT (Maximum Power Point Tracking, отслеживание точки максимальной мощности) также отслеживают и состояние самой батареи, включая ее температуру, для обеспечения максимального КПД.

Китайские контроллеры заряда производства фирм наподобие EP Solar обойдутся недорого по сравнению с самой солнечной батареей: блок 12В/5А стоит около 1100 р., более мощные и совершенные американские блоки Morningstar имеют цену от 8 тысяч рублей.

Но подобное устройство можно собрать и самостоятельно при наличии соответствующих навыков в радиоэлектронике. Ниже приведена простая схема повышающего контроллера, способного обеспечивать заряд аккумулятора от шестивольтовой солнечной батареи:

Для подстройки максимального напряжения на выходе служит подстроечный резистор R2.

Для солнечных батарей, рассчитанных на 12В, можно использовать следующую схему:

Здесь MainLoad– разъем для подключения аккумулятора, AuxLoad– для дополнительной нагрузки, требующей ограничения напряжения (например, зарядное устройство телефона). Достоинство этой схемы – возможность ее использования с различными типами аккумуляторов, определяемыми положением переключателя:

• 1.Обслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор
• 2.Необслуживаемый аккумулятор
• 3.Батарея литиевых аккумуляторов (3 аккумулятора по 4,1 В)

Заключение

В первую очередь – благодаря дешевизне производимых в Китае поликристаллических кремниевых фотоэлементов, которые позволяют собирать достаточно бюджетные конструкции. В зависимости от потребностей и возможностей солнечная батарея может быть изготовлена с разнообразными характеристиками – от компактной складной конструкции для зарядки телефона или навигатора до крупногабаритных панелей, работающих в системах резервного питания совместно с аккумуляторными батареями и инверторными преобразователями.

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях

Солнечная батарея своими руками собирается намного проще, чем думают многие. Чтобы провести работу, не нужно быть специалистом по электротехнике, из инструментов используется то, что можно купить за небольшие деньги. Главное – хорошо разобраться в теме, сделать подробную схему и купить качественные комплектующие.

Какие фотоэлементы подойдут и где их можно приобрести

В первую очередь надо рассмотреть, какие виды фотоэлементов выпускают на данный момент и разобраться в их особенностях:

1. Монокристаллические кремниевые панели изготавливаются из слитков самого высокого качества. В них срезаются тонкие пластины, которые имеют большой срок службы – до 50 лет и КПД около 19%. Но и цена этого решения самая большая.
2. Поликристаллические модули изготавливаются из кремния более низкого качества, но имеют неплохой КПД в 15%, что при сроке службы в 25 лет делает этот вариант оптимальным с точки зрения соотношения цены и качества.

Самодельные варианты всегда уступают по эффективности заводским солнечным батареям. Это происходит по ряду причин – от точности расчетов и качества деталей до невозможности приобрести некоторые комплектующие отдельно. Но если подобрать подходящий тип и сделать работу по инструкции, можно получить качественный и эффективный модуль.

В продаже нет пленочных вариантов, поэтому выбирать придется между монокристаллическими и поликристаллическими изделиями. Второй тип стоит дешевле, поэтому его используют чаще.

Подготовка проекта и выбор места расположения

Сделать простейшую схему самодельной батареи несложно, для этого нужно учесть несколько моментов:

1. Необходимая мощность. Рассчитывается исходя из энергопотребления. Можно закрывать только часть потребностей, со временем наращивая показатели, а можно сразу установить столько панелей, сколько надо для полной автономности.
2. Количество фотоэлементов и комплектующих к ним. Рассчитать лучше заранее, чтобы заказать все, что нужно и не ждать неделями доставки недостающей детали.
3. Стоит заранее продумать конструкцию каркасов и систему крепления, они должны обеспечить надежность. Важно, чтобы при сильном ветре солнечные батареи не опрокинулись и не упали, так как они будут испорчены.

Место расположения подбирается так, чтобы на солнечные панели большую часть дня падал свет. Чаще всего батареи ставят на крыше или на земле. Важно, чтобы на поверхность не падала тень. Угол подбирается в зависимости от региона, в средней полосе оптимальный показатель составляет от 50 до 60 градусов. На зимний период можно увеличить угол до 70, а в летний уменьшить до 30-40 градусов.

Сборка конструкции

Солнечная панель своими руками собирается в несколько этапов. Лучше всего делать работу по порядку, чтобы ничего не упустить и добиться хорошего результата.

Изготовление каркаса

Основа под будущие фотоэлементы должна быть прочной и долговечной, ее можно делать из разных материалов. Можно использовать влагостойкую фанеру или плиты ОСП, работа в этом случае проводится так:

1. Вырезаются куски подходящего размера, по периметру делается обрамление из деревянного бруска, важно точно подогнать все части друг к другу, чтобы не было щелей, а стыки и соединения промазать атмосферостойким герметиком. Затем поверхность покрывается защитным составом или краской и оставляется до полного высыхания. Лучше нанести покрытие в несколько слоев.
2. Используйте алюминиевый каркас, так как он намного прочнее и долговечнее, чем деревянный. В этом случае подбираются уголки и соединяются, чтобы получилась прочная рама. В нее ставится оргстекло или другой прозрачный материал, все стыки надо обработать герметиком, чтобы не было щелей. Продолжать работу можно после того, как состав полностью высохнет, излишки можно срезать строительным ножом.

Кстати! Размеры каркаса подбираются под параметры приобретенных фотоэлементов. Пока их нет, рамы лучше не делать.

Пайка проводов и соединение фотоэлементов

На всех модулях есть контакты, имеющие разную полярность, перед началом работы они протираются спиртом, после чего к ним припаиваются проводники. Только потом их можно объединить между собой, чтобы собрать систему. Если проводники уже припаяны, обязательно проверяются все соединения, нередко там есть брак, который надо исправить перед монтажом. Если используются специальные шины, то инструкция по проведению работы такая:

1. Шины нужно нарезать на полоски подходящего размера, если они идут в одном листе. Контакты на пластинах обязательно протираются спиртом для обезжиривания, после чего на них аккуратно наносится небольшой слой флюса.
2. Шину следует приложить к контакту по всей длине, после чего разогретым паяльником нужно провести по поверхности без нажима, чтобы не испортить панель. После остывания элемент переворачивается и работа повторяется на контакте со второй стороны в том же порядке.

Если на соединении шины с контактом есть неровности, надо провести по поверхности паяльником еще раз.

Нанесение герметика

В домашних условиях проще всего использовать строительные атмосферостойкие составы, которые продают во всех магазинах. Работа проводится так:

1. Вначале надо нанести капли состава по краям фотоэлементов через небольшое расстояние. После этого они размещаются на прозрачном основании по меткам, нанесенным ранее. Важно ровно выставить модули и прижать их как можно плотнее к поверхности.
2. Для фиксации в подходящем положении на места нанесения герметика ставятся любые грузы. Их можно снять после высыхания состава.
3. Далее необходимо покрыть герметиком все края, а также стыки между элементами, чтобы полностью герметизировать их. При этом важно не попадать на рабочие части.

Сборка панели

Когда герметик высох, можно проводить окончательную сборку. Тут могут быть свои особенности в зависимости от системы, но чаще всего процесс выглядит так:

1. В первую очередь в боковой части корпуса крепится разъем для подключения, к которому надо присоединить диоды Шоттки.
2. На наружную сторону вырезается экран из прозрачного материала, который лучше всего закрепить на герметике, чтобы обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание влаги внутрь.
3. Готовый элемент проверяется на работоспособность. Если все нормально, можно ставить на каркас крепления, чтобы установить батарею в подготовленном месте.

Как сделать источник питания из подручных материалов

Собрать простейшую батарейку можно из подручных элементов. Вариантов несколько, самые популярные такие:

1. Берется кусок медной фольги и греется на электроплите полчаса, после остывания с поверхности удаляется оксидная пленка. Вырезается второй кусок такого же размера, оба элемента слегка подгибаются и ставятся в обрезанную бутылку или банку, чтобы не соприкасались между собой. На края крепятся крокодильчики, в емкость наливается соленая вода, после чего начнется выработка тока.
2. Если под рукой есть много ненужных транзисторов, можно извлечь полупроводники из них и собрать солнечную батарею. Собранные элементы ставятся на пластину и соединяются, после чего подключается провод и можно пользоваться системой. Много энергии такой вариант не даст, но для работы радиоприемника и зарядки телефона его вполне хватит.
3. Можно сделать источник питания из диодов, для этого их надо вскрыть, чтобы открыть фотоэлемент. Для извлечения элемент нагревается, чтобы расплавить припой. Извлеченные кристаллы припаивают к корпусу и соединяют в систему.
4. Из пивных банок можно собрать конструкцию для нагревания воды или воздуха. Для этого в них вырезается верхняя часть, в нижней делается отверстие, тара хорошо моется. Затем делается большой короб из деревянного бруска и поликарбоната. Банки кладутся рядами и соединяются герметиком. После окрашивания поверхности в черный цвет можно поставить модуль на улицу.

Банки проще всего прижимать длинными пластинками или брусками, размещаемыми через 50-80 см.

Установка и подключение солнечной батареи

После монтажа батареи ее надо подключить правильно, чтобы обеспечить эффективное энергопотребление и сохранение электричества, когда оно не используется. Все просто:

1. К модулю подключается контроллер, его желательно располагать как можно ближе.
2. В специально отведенном месте ставятся аккумуляторы. Лучше использовать гелевые.
3. Для преобразования напряжения обязательно наличия инвертора.

Тут все аналогично системам с готовыми батареями, поэтому разбираться в теме не нужно.

Что влияет на эффективность солнечных батарей

Чтобы добиться максимально эффекта, надо соблюдать простые советы:

1. Ставить батареи в место с наилучшим освещением в течение дня.
2. Периодически мыть защитное стекло от грязи и пыли.
3. Регулировать угол наклона в зависимости от поры года.
4. Использовать инвертор, подходящий по мощности.
5. Следить за состоянием контактов и соединений.

При использовании линз эффективность батарей сильно снижается в пасмурную погоду.

Что лучше – купить или сделать солнечную батарею

Тут нет однозначного ответа, все зависит от бюджета, необходимых параметров системы и себестоимости каждого из вариантов. Лучше всего сделать сравнительный анализ обоих видов, чтобы сопоставить материальные и временные затраты на каждый из видов.

Обычно изготовление своими руками обходится в два раза дешевле, поэтому если надо сэкономить, лучше выбрать самодельный тип. Если ограничений по бюджету нет, лучше использовать готовые системы.

Подробная видео-инструкция сборки от популярного канала KREOSAN

Собрать солнечную батарею своими руками несложно, если разобраться в особенностях конструкции, рассчитать нужное количество модулей и заранее купить их. Важно соблюдать инструкцию по сборке и обеспечить герметичность самодельных модулей.

Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)

Солнечная батарея в готовом для функционирования виде стоит недешево. Но ее можно соорудить своими руками. Подобные технологические новшества — отнюдь не редкость в нашем веке. Подобные устройства многим помогают в быту и жизни.

Так солнечные батареи на крыше дома делают электрическую энергию практически бесплатной. Отопление оранжерей, обеспечение работы отдельных бытовых приборов, обогрев и другие функции — сфера применения подобных конструкций.

С каждым годом они приобретают все большую популярность. Рассмотрим метод сборки электростанции своими силами.

Краткое содержимое статьи:

О солнечных батареях

Разобравшись, как сделать солнечные батареи своими руками, возможно малыми затратами соорудить собственную конструкцию. Она будет работать аналогично тем, производятся промышленностью. Это генератор, функционирующий за счет фотоэлектрического эффекта.

Для того, что бы узнать, как обустроить и установить оборудование на дачном участке, рекомендуем профильный портал — dachnichek.ru.

Гелеоэнергия преобразуется в электричество вследствие падения лучей на пластины, представляющие собой фотоэлементы — главные части конструкции.

Для примера, собранная система состоит из 36 пластин. Характеристики солнечных батарей для дома будут следующие: каждый элемент имеет размеры 8 на 15 см и выдает 2,1 Вт. Суммарная мощность устройства получится равной 76 Вт.

Принцип работы и конструкция

Кванты попадают на фотоэлементы, в результате чего с внешних орбит атомов вещества уходят электроны.

Становясь свободными, они создают ток, идущий через контролер к аккумулятору, где накапливается заряд. Затем энергия поступает потребителю — различным бытовым или техническим устройствам.

Комплект солнечной батареи для дома составляется из кремниевых фотоэлементов. Одна их сторон пластины имеет тонкий слой химически пассивного фосфора либо бора.

Электроны, возникая, сдерживаются этой пленкой. Поверхность элемента пересекается металлическими дорожками, где свободные частицы собираются, выстраиваются и движутся упорядоченно, создавая ток.

• 

При большом числе фотоэлементов в комплекте батареи можно получить достаточно много электричества.

Верхний слой пластины снабжен противоотражающим слоем. Это увеличивает КПД.

Пластины фотоэлементов могут быть:

• поликристаллические, с небольшим КПД около 12 %, но стабильно работающие до 10 лет;
• монокристаллические, с КПД до 25 % и функционированием до 25 лет, но со снижением параметра эффективности во времени;
• аморфные, КПД до 6 %, удобные для укладки.

Фотопреобразователи представляют собой модули всей конструкции, закрепляемой в профиле из алюминия.

Комплектация

Для сборки конструкции приготавливают следующий перечень материалов:

• Фотоэлементы (пластины).
• ДСП.
• Углы и рейки из алюминия.
• Поролон до 2,5 см, жесткий.
• Прозрачное основание.
• Крепеж (саморезы).
• Герметик, предназначенный для внешнего применения.
• Проводка.
• Диоды Шоттки.
• Клеммы.

Габариты батареи предопределяют количество всех нужных материалов. А это зависит от планируемого числа фотоэлементов.

• 

Понадобятся следующие инструменты:

• Шуруповерт или отвертки.
• Ножовки для дерева и металла.
• Паяльник.
• Тестер для проверки параметров тока.

Фотоэлементы, не совпадающие по размеру, использовать крайне нежелательно. Ведь получаемый по максимуму ток ограничит наименьший из них. При этом мощность больших снижается.

Для сборки модулей воедино понадобятся шины. Подключение производится посредством клемм.

Каркас формируют из деревянных реек. Или же из алюминиевых уголков, отдавая им предпочтение по причинам легкости, надежности этого материала. Отсутствует коррозия, гниение, разбухание от влаги.

Потребуется также прозрачный элемент. От показателя преломления зависит КПД. Важна и способность поглощать ИК (инфракрасный) спектр.

• 

Первый параметр наилучший у плексигласа и оргстекла. А также применяется поликарбонат, который несколько хуже.

Поглощение ИК изучения влияет на нагрев, а значит — на срок службы. Берется термопоглощающее оргстекло или обычное со специальной функцией (например, антибликовое).

Проектирование батареи и ее расположения

Солнечная система должна быть рассчитана перед сборкой по размеру, основу чего составляют габариты пластины.

Также необходимо предусмотреть угол наклона установки, при котором освещаемость панелей будет максимальной (обычно — 50 или 60 градусов).

Лучше, если эта величина будет переменной, но максимум панель получает при перпендикулярном падении лучей. По отношению к выбору места батареи располагают на земле, крышах. Крона деревьев не должна бросать тень, выбирается солнечная сторона.

Расчету также подлежат электрические параметры. Каждый метр может дать 120 Вт. Семья в среднем потребляет 300 кВт ежемесячно.

Для удовлетворения таких нужд потребуется примерно 20 кв. м. Но если цифра площади — всего 5 метров, дом получит значительную экономию.

Монтаж

Сборка состоит из следующих шагов.

В пластинах необходимо припаять контакты. Иногда элементы продаются вместе с металлическими проводниками, но в другом случае те и другие соединяют пайкой.

Приготавливают каркас под размещение фотопластин. Рамки складывают из алюминиевых уголков (70 или 90 мм) или реек. Внутри наносят герметик. Задний корпус выполняют из ДСП с бортами до 2 см высотой, привинченными саморезами.

При расчете размеров оставляют зазор для элементов до 5 мм. В корпусе делают отверстия для вентиляции, шаг 10 см. Прозрачный элемент вставляют в раму, прикрепляется метизами на углах и сторонах.

Нужно смонтировать элементы, разложив их поверхностью вниз на стекло. Делают пайку с «+» на лицевой и «-» на обратной стороне. Соединяют контакты. Припаивают рядами. Затем элементы надо приклеить, нанеся в середину каждого герметик.

Затем цепочки переворачиваются вверх лицом и располагаются по предварительной разметке. Немного прижимаем, выводим на шину контакты через каркасные отверстия. Устройству нужен также диод Шоттки для блокирования обратного тока.

Тестирование амперметром в ясную погоду, полдень. Прибор присоединяем к контактам, меряем ток короткого замыкания, норма силы которого — от 0,5 до 1 А. Максимальный показатель работы батареи — 10 А.

Работоспособные части, размещенные на подложке, переносят в корпус.

Делаем солнечную батарею сами

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

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

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

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

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

1. Конструкция и принцип работы солнечной батареи
2. Разновидности фотоэлементов и их особенности
3. Преимущества и недостатки использования
4. Что влияет на эффективность солнечных батарей?
5. Солнечная батарея своими руками из подручных средств
6. Выбор правильного места
7. Проведение расчетов
8. Какие материалы понадобятся?
9. Изготовление каркаса
10. Пайка пластин
11. Сборка и тестирование
12. Основные ошибки при установке солнечных батарей
13. Неординарные батареи из подручных средств

Конструкция и принцип работы солнечной батареи

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

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

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

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

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

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

Разновидности фотоэлементов и их особенности

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

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

Преимущества и недостатки использования

Суть проблемы преобразования солнечной энергии в электрическую, почему такие средства генерации не используются повсеместно, в нескольких факторах:

1. Низкий коэффициент полезного действия. Лучшие, экспериментальные варианты изготовления преобразовывающих полупроводниковых пластин не имеют КПД более 44% от достигающей их энергии света. Для дешевых – кремниевых – такой коэффициент составляет всего лишь 9-25%, в зависимости от формы использования кристаллов.
2. Площадь пластин. Вытекает из предыдущего пункта – для выработки реальной энергетической отдачи требуются и большие площади генерирующих сборок.

Обеспечение энергией небольшого поселка

1. Потери. В случае, когда полупроводник не освещен, он из генерирующего превращается в потребляющий. Для обхода этого фактора используются специальные байпасы в сборках кристаллов. Это своеобразные пути движения тока, которые минуют потребляющие элементы и подключают их в сеть, только если в них возникает ток.
2. Цена. Даже самые дешевые солнечные панели в сборе с оборудованием генерации энергии (инвертор, контроллер, аккумулятор) стоят от 70000 рублей за генерируемую площадь, достаточную для получения всего лишь 200 Вт*ч электроэнергии или 1 кВт в сутки. Размер подобной приблизительно составит 1,5 м 2 . Как видно, параметры достаточно суровы, но позволяют, в экономном режиме, обеспечить питанием небольшое жилье (без отопления). Прилично уменьшить цену поможет вариант, если сделать солнечную батарею своими руками из элементов, которые можно купить на различных торговых площадках.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

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

Солнечная батарея своими руками из подручных средств

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

Выбор правильного места

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

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

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

Проведение расчетов

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

Сборка солнечных батарей своими руками

1. Выбор между ценой и качеством
2. Солнечная батарея своими руками — с чего начать проектирование автономного источника?
3. Подготовка всех необходимых элементов
4. Позиционирование модулей
5. Универсальность солнечной энергетики — солнечная батарея своими руками

Идея перехода на альтернативное электроснабжение будоражит ума многих умельцев. Выгода от такого действия действительно очень ощутима, особенно если жить приходится в отдаленных участках или в местах, где перебои с электричеством обычное дело. В настоящий момент приобрести солнечную батарею довольно просто. Солнечная батарея своими руками — еще одна мысль, многих умельцев.

Для покупки необходима определенная сумма денег и только. Вопрос в том, какая именно потребуется сумма, и не потянет ли такая покупка ко дну весь семейный бюджет. Изготовление солнечных батарей в домашних условиях может послужить отличнейшим выходом для тех, кто твердо решил перейти на альтернативный вид энергии, но не готов выкладывать десятки кровно заработанных за готовый комплект солнечных панелей.

Выбор между ценой и качеством

Многие могут сразу возразить, что качество и технология домашних работ намного ниже заводских, и в какой-то мере будут правы. Изготовить в подобных условиях цельную алюминиевую раму или точно подогнанное стекло будет трудновато, но главная идея это выработка батарей электрического тока, а красота и эстетика внешней оболочки дело второе.

Самый основной элемент, который представляет собой кремниевые солнечные пластины, изготовлению в домашних условиях, конечно, не подлежит, а вот вся остальная начинка в виде проводов и предохранителей поддается самостоятельному конструированию.

Солнечная батарея своими руками — с чего начать проектирование автономного источника?

Что же необходимо для того чтобы изготовлению солнечных батарей ничего не помешало, и вся сборка прошла, что называется, «как по маслу». На первом этапе необходимо выбрать расчетную мощность солнечных батарей. Для этого потребуется владение нехитрыми математическими навыками.

Каждый электрический прибор в доме имеет свои параметры потребления. Их нетрудно найти в технической документации, которая поставляется вместе с устройством. Если таковых документов не имеется, то не трудно отыскать в интернете похожий прибор того же производителя и посмотреть потребление данным источником.

Оценив свои потребности в электричестве, стоит подумать о том, какие приборы будут включаться одновременно, какие периодически, а какие будут работать постоянно. Такой подход позволит в дальнейшем избежать полной разрядки аккумуляторов за довольно быстрый период.

Следует также учитывать, что солнечные батареи по своей природе выдают максимальное значение не так часто, как этого хотелось бы. Поэтому если накинуть в своих расчетах несколько солнечных модулей про запас, это позволит не испытывать дефицита в выработке электричества.

Подготовка всех необходимых элементов

После окончания теоретических расчетов можно переходить к покупке самых главных участников всего мероприятия – солнечным модулям. Лучшим вариантом будет покупка таких устройств в специализированном магазине, так как есть возможность самому убедиться в качестве и сохранности приобретения. Заказывая такие хрупкие элементы по почте или через интернет, существует огромная вероятность приобретения бракованного или испорченного в процессе пересылки материала.

Купив автономные модули, начинаем сбор необходимых составляющих для изготовления батарей. Технология сборки не такая сложная, как может показаться на первый взгляд. Для этого понадобятся:

• солнечные преобразователи,
• конвертер,
• аккумуляторы,
• контроллер,
• несколько деревянных досок,
• несколько квадратных метров ДВП или фанеры,
• столько же метров оргстекла,
• герметик,
• саморезы,
• краска,
• провода.

Изготовлению солнечной батареи предшествует определение размера каждой отдельной батареи. В принципе, размер может быть любой и зависит только от удобства изготовления и последующего монтажа на фасад или крышу дома.

Воплощение задуманного.

Технология сборки альтернативных панелей заключается в следующем. Первым делом собирается корпус будущей батареи. Он напоминает деревянный поддон с отверстиями на обратной стороне. Вентиляция необходима не только для охлаждения батарей, но и для предотвращения конденсации влаги внутри закрытого пространства.

Чтобы максимально обезопасить начинку солнечных батарей все стыки промазываются герметиком, что бы исключить попадание влаги во время осадков.

Собирать сами солнечные элементы удобнее всего на токонепроводящим каркасе и затем уже в собранном виде устанавливать в корпус устройства. Соединение всех элементов лучше всего производить в последовательном виде. Такое соединение обеспечивает наилучшую производительность.

На конечном этапе изготовления солнечной батареи, производится установка защитных устройств, для предотвращения разряда аккумулятор в темное время суток от самих батарей и установка лицевого стекла на собранную конструкцию.

Количество таких батарей зависит от выбранной мощности и доступного свободного места для их установки. Последующая схема собирается, так же как и в обычных солнечных установках.

Позиционирование модулей

Немаловажным аспектом является размещение готовых панелей. Оптимальным местом размещения станет крыша здания. Такой вариант позволит батареям находиться максимальное время под действием солнечных лучей, а значит функционировать на полную мощность.

Если же по каким либо причинам подобное размещение невозможно, придется размещать установки на стенах. Для такого крепления стоит выбрать солнечную сторону, которая наибольшее количество времени находится под действием солнечных лучей. Лучше соорудить конструкцию, позволяющую расположить панели под углом к стене, что позволить батарее в большей степени воспринимать свет.

Не стоит забывать о том, что в дальнейшем устройство придется обслуживать, поэтому расположение на стене в этом плане конечно удобнее, но производительность ниже, чем у крышной установки. Поэтому решение данного вопроса ложится полностью на плечи владельца автономного источника.

Универсальность солнечной энергетики — солнечная батарея своими руками

Технология домашнего изготовления поможет значительно сэкономить денежные затраты, к тому же солнечная батарея своими руками будет не только радовать своим прямым назначением, то есть выработкой электрического тока, но и самой мыслью о том, что удалось приручить солнечную энергию своими руками, почти не выходя из дома.

Даже если не получится создать полностью автономное устройство, которое будет обеспечивать весь дом, такое изобретение всегда можно приспособить для решения локальных небольших задач. К примеру, небольшой батареи хватит для зарядки переносных электроприборов, таких как телефон или ноутбук.