Шаг 1: Расчет нагрузки
Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:
- Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
- Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
- Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).
Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.
Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.
Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.
Принцип работы
Стоит согласиться, что получать совершенно бесплатно электроэнергию, не просто мечта, а реальность. Приблизиться к мечте в виде электрификации частного дома посредством использования альтернативного источника получения энергии очень просто. Нужно предпринять всего лишь несколько действий, затраты на которые не превысят недельной прибыли семьи.
Но прежде, как сделается установка, стоит узнать, как работает самостоятельно созданная солнечная батарея из подручных материалов. Какие главные элементы конструкции, как взаимодействуют между собой и для чего они предназначены. По сути, устройство состоит всего из трех необходимых элементов:
- Солнечный коллектор.
Конструктор, состоящий из небольших относительно размеров элементов. Задача солнечной батареи преобразовать световой эффект в поток электронов положительно и отрицательно заряженных. Электрический ток большого показателя напряжения типовые элементы вырабатывать не в состоянии.
Нормальный показатель генерирования одного элемента – 0.5В. Задача солнечного коллектора выработать электрический ток напряжением в 18В. Данного показателя вполне достаточно для зарядки 12В аккумуляторной батареи. Так что о генерировании показателя напряжения 220В говорить не приходится. Электростанция типового показателя выработки энергии будет занимать огромный объем площади.
- Аккумуляторы.
Данные элементы в конструкции используются для обеспечения частного дома либо дачи необходимым количеством электроэнергии. Заряда одной батареи надолго не хватит. Но все зависит от мощности и количества подключенных источников потребления электрической энергии.
По мере необходимости, количество аккумуляторов со временем допустимо увеличивать. При этом единовременно необходимо дополнять систему солнечными коллекторами. В одной действующей системе может использоваться более 10-ти аккумуляторов.
- Инверторное устройство.
Инверторы в домашних условиях преобразовывают добытый ток низкого напряжения в электрическую энергию высокого показателя напряжения. Типовое устройство можно отыскать в свободной продаже
При этом, стоит обращать внимание на характеристики приобретаемого инвертора: выходная мощность устройства не должна быть меньше 4кВт. Данной мощности хватит для энергоснабжения дачи либо загородного дома
Изготовление в домашних условиях
Для того чтобы готовая конструкция качественно выполняла свои функции и обеспечивала людей достаточным количеством электричества, необходимо правильно её изготовить. Для этого нужно учитывать много факторов и выбирать только высококачественные материалы.
Основные требования
Перед тем как своими руками сделать солнечную батарею, необходимо выполнить ряд подготовительных мероприятий и тщательно изучить все требования, предъявляемые к устройству. Это поможет получить работающую установку и упростить процесс её монтажа.
Чтобы солнечная панель работала на максимуме своих возможностей, необходимо соблюдать такие требования:
- Готовое изделие отличается повышенной хрупкостью, поэтому его нужно защитить специальным каркасом.
- Размер конструкции зависит от количества необходимой электроэнергии. При этом следует учитывать, что увеличение количества проводников приведёт к повышению массы батареи.
- В корпусе устройства должны быть предусмотрены боковые бортики небольшой величины. Всё это нужно для того, чтобы отбрасываемая ими тень закрывала минимальное рабочее пространство батареи.
- Конструкция устанавливается на открытом воздухе, поэтому будет подвергаться постоянному воздействию атмосферных явлений. Из-за этого внутренняя и внешняя часть корпуса должна быть покрыта качественной влагостойкой краской.
- В каркасе необходимо предусмотреть место для изготовления подложки.
- В нижней части панели нужно сделать небольшие отверстия для вентиляции. С их помощью будет выводиться газ, который образовывается в процессе работы батареи.
Материалы и инструменты
Наиболее важными деталями устройства считаются фотоэлементы. Производители предлагают покупателям только 2 их разновидности: из монокристаллического (КПД до 13%) и поликристаллического кремния (КПД до 9%).
Для изготовления панели понадобятся такие материалы и инструменты:
- набор фотоэлементов;
- крепёжные детали (метизы);
- вакуумные подставки из силикона;
- медные провода, способные работать при большой мощности;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шоттки;
- паяльное оборудование;
- набор винтов;
- прозрачный лист из плексигласа или поликарбоната.
Порядок действий
Для того чтобы сделать солнечные батареи своими руками в домашних условиях, необходимо соблюдать последовательность действий. Только в этом случае можно избежать ошибок и добиться желаемого результата.
Процесс изготовления панели прост и состоит из следующих этапов:
Берётся набор поли- или монокристаллических фотоэлементов и детали собираются в общую конструкцию. Их количество определяется исходя из требований владельцев дома. На фотоэлементы наносятся контуры, образующиеся из олова припаянные проводники. Эта операция выполняется на ровной стеклянной поверхности при помощи паяльника. По заранее подготовленной электрической схеме соединяются друг с другом все ячейки. При этом обязательно нужно подключить шунтирующие диоды. Идеальным вариантом для солнечной батареи будет использование диодов Шоттки, предотвращающих разрядку панели в ночное время. Конструкция из ячеек перемещается на открытое пространство и тестируется на работоспособность. При отсутствии каких-либо проблем можно начинать сборку каркаса. Для этих целей используются специальные уголки из алюминия, которые крепятся к элементам корпуса при помощи метизов. На внутренние части реек наносится и равномерно распределяется тонкий слой силиконового герметика. Поверх него кладётся лист из плексигласа или поликарбоната и плотно прижимается к контуру рамы. Конструкция оставляется на несколько часов для полного высыхания силиконового герметика. Как только этот процесс завершился, прозрачный лист дополнительно крепится к корпусу при помощи метизов. Вдоль всей внутренней части получившейся поверхности помещаются выбранные фотоэлементы с проводниками
При этом важно оставлять небольшое расстояние (примерно 5 миллиметров) между соседними ячейками. Для упрощения этой процедуры можно заранее нанести необходимую разметку
Установленные ячейки надёжно фиксируются на раме с помощью монтажного силикона, а панель полностью герметизируется. Всё это поможет увеличить срок работы солнечной батареи. Изделие оставляется для высыхания нанесённой смеси и приобретает свой окончательный вид.
Всё это поможет увеличить срок работы солнечной батареи. Изделие оставляется для высыхания нанесённой смеси и приобретает свой окончательный вид.
Преимущества и недостатки этого вида энергии
В каждой из отраслей энергетики есть сильные и слабые стороны. Плюсы получения электричества из солнечного света:
- Не используются ископаемые, жидкие и газообразные виды топлива.
- Отсутствуют факторы загрязнения окружающей среды.
- Солнечный свет – бесплатный источник энергии.
Но и без минусов не обошлось:
- Стоимость батарей хоть и снижается, но все равно находится на высоком уровне.
- Кроме панелей, нужны аккумуляторы и преобразователи.
- Срок окупаемости от 5 лет.
Не забудьте учесть ресурс работы аккумуляторов и их периодическую замену. Солнечная энергия не настолько дешевая, как об этом часто утверждают. Однако если нет других вариантов – это подходящий способ электрификации.
Больше всего распространены поликристаллические и монокристаллические панели. Последние дороже, поскольку изготавливаются из однородных кристаллов кремния, больший КПД (около 15%). Поликристаллы производятся из вторсырья, остатков от изготовления монокристаллов и продуктов переработки панелей. Стоят примерно на 15% дешевле, имеют КПД чуть ниже (8–12%), при этом разные источники сходятся во мнении, что они показывают лучшие результаты в пасмурную или облачную погоду поэтому разница в цене не всегда оправдана. Аморфные батареи встречаются редко.
Как отличить поликристаллическую от монокристаллической солнечной панели?
Очень просто, у элементов монокристаллической структуры углы скруглены или сегментные, а цвет ее поверхности однородный: от темно-синего до черного. Поликристаллические элементы имеют форму правильных прямоугольников, а их цвет неоднородный, слегка переливающийся: от синего до почти черного, его текстура отдаленно напоминает камуфляж.
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?
Нам понадобится:
- 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.
Таблица КПД современных солнечных батарей
Степень соответствия удовлетворению потребностей при использовании солнечных модулей определяет отношение отдаваемой к подводимой мощности. Параметр включает в себя затраты на преобразование энергии, его средний показатель составляет 16-21 %. Именно такое количество электричества модуль получает от солнечных лучей, попадающих на фотоэлектрические элементы.
Все модели панелей имеют коэффициент полезного действия от 4,5 % до 26 %. Такая разница между преобразованием и передачей энергии обуславливается различием между материалами и конструкциями при изготовлении пластин. На характеристики в отношении передачи и преобразования солнечной энергии также влияет:
- мощность излучения солнца. При понижении активности светила интенсивность панелей понижается. Чтобы модули снабжали владельцев электричеством ночью, в них интегрируют специальные аккумуляторы-накопители;
- температура. Нагрев фотоэлектрических преобразователей снижает их способность превращать энергию в ток. Панели с встроенными охлаждающими приборами являются продуктивнее. Поэтому при температуре воздуха -15 градусов и солнечной погоде, КПД преобразователей выше, чем летом при температуре воздуха +28 — +32 градуса;
- угол наклона панели. Для обеспечения максимально высокого КПД конструкцию панели нужно направить строго под попадание лучей солнца. Самыми производительные модели, уровень наклона которых регулируется относительно расположения светила;
- климатические условия. На практике доказано, что у владельцев фотоэлектрических преобразователей, проживающих в регионах с пасмурной дождливой погодой, показатель КПД панелей ниже.
Коэффициент полезного действия солнечных преобразователей во многом зависит от типа самородного элемента-кремния. Аппараты на основе этого материала отличаются методом изготовления и КПД.
| Вид панели | КПД | Описание |
| Монокристаллические | 15%-25% | Аппараты, которые являются самыми производительными и долговечными. Из-за высокой структурированности материала имеют высокую цену. |
| Поликристаллические и полимерные | 11%-19% | Модули, которым для хорошей производительности нужна большая площадь, чем монокристаллическим. Имеют неоднородную внешнюю конструкцию, которую можно исправить при помощи просветляющих покрытий. |
| Тонкопленочные | 5% -10% | Аппараты отличаются простотой в изготовлении и низкой ценой. В процессе эксплуатации показатели КПД этих модулей снижаются. |
Проект солнечной энергосистемы для дома и дачи
В начале проводится расчет мощности солнечных батарей: просчитывается нагрузка задействованных приборов, подсчитывается число соединяемых фотопреобразователей и площадь, занимаемая готовыми панелями. Средняя мощность отдельного элемента размером 6×6 (15,24×15,24 см) составляет 4Вт, напряжение ‒ 0,5В. То есть для получение хотя бы 18 В потребуется 36 элементов. С учетом небольшого промежутка между ФЭП размер самодельной панели будет не менее 95×95 см, а учетом потерь при передаче и аккумулировании энергии она будет выдавать не более 0,12 Квт в день.
Далее отталкиваются от потребности в электричестве. Средняя величина потребления для загородного дома в день составляет 7,5 кВт, то есть для полного обеспечения потребуется не менее 62 панелей (и примерно столько же занятых м2 на крыше). Помимо площади возникает проблема веса: покупная панель мощностью 260 Вт с легкой алюминиевой рамой размером около 160×100 см весит не менее 20 кг. Собранная батарея своими руками весит еще больше (трудно найти легкое и прочное основание)
Поэтому перед размещением панелей следует проверить состояние кровли, и не важно: будут ли это собранные солнечные батареи своими руками или покупные
По понятным причинам отдача фотопреобразователей выше в ясные дни, панель размещается на южной стороне крыши и, в идеале, отслеживает движение солнца. Причем крышу не должны окружать высокие деревья или другие объекты, дающие тень. Большинство продаваемых панелей уже имеют поворотные механизмы, при самостоятельной сборке этот вопрос требует проработки. Это усложняет подключение солнечных панелей, но только при соблюдении этих условий достигается эффективность фотопреобразования в пасмурные и зимние дни.
Типы автономных солнечных батарей
Кремневый тип солнечных батарей представлен монокристаллическими и поликристаллическими устройствами, а также аморфными кремниевыми панелями. Монокристаллические батареи состоят из множества ячеек, в которых встроены кремневые преобразователи, соединенные в общую схему и заполненные силиконом. Просты в эксплуатации, с высоким (до 22%) КПД, водонепроницаемые, легкие и гибкие, но для эффективной работы требуют прямого солнечного потока. Облачная погода может стать причиной полного прекращения выработки электроэнергии.
Поликристаллические батареи от монокристаллических отличаются количеством преобразователей, размещенных в каждой ячейке и установленных разнонаправленно, что обеспечивает их эффективную работу даже при рассеянном свете. Это наиболее распространенный вид батарей, которые применяются и в городских условиях, хотя их КПД несколько ниже, чем у монокристаллических.
Аморфные кремниевые источники питания, несмотря на свою низкую энергоэффективность – около 6%, тем не менее считаются более перспективными. Они поглощают солнечный поток в двадцать раз больше, чем кремниевые, и намного эффективнее в пасмурные дни.
Все это промышленные устройства, которые имеют свою – и в настоящее время не очень демократичную – цену. А возможно ли собирать солнечные батареи своими руками?
Устройство и принцип действия солнечных панелей
Приницп работы и устройство батареи заключается в нескольких параметрах, среди которые есть такие:
- нескольких электронных приборов, которые преобразуют энергию фотонов в электрическую. Фотоэлектрические элементы, соединены в солнечных батареях в строгой последовательностью, расположены параллельно друг другу;
- аккумулятора, который накапливает в себе электродвижущую силу;
- генератора-преобразователя периодического напряжения;
- электрического многопозиционного переключающего аппарата, контролирующего работу всех устройств в батарее.
Фотоэлектрические элементы для создания батарей изготавливаются из кремния. Однако очистка материала очень дорогая процедура. Поэтому в последнее время производители используют медь и индий. Каждый элемент представляет собой автономный бокс, генерирующий электроэнергию. Боксы соединены друг с другом, образуя единую площадку. От ее размеров зависит интенсивность солнечной батареи. Поэтому чем больше солнечная станция содержит фотоэлектрических элементов, тем больше производит энергии.
При попадании лучей солнца на элемент в нем образуется фотоэдс, создается тепловая генерация электронно-дырочных пар. Часть лишних электронов проходит через область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости из одного слоя в другой. После этого на внешнем участке электроцепи возникает напряжение. При этом на p-контакте возникает положительный полюс тока, на n-контакте – отрицательный. После подключения к аккумулятору фотоэлектрические элементы образуют замкнутое кольцо. В результате солнечная станция работает по принципу «белка в колесе». Стабильно отрицательно заряженные частицы «бегают» по кругу, а аккумулятор набирает заряд.
