Природа способна обеспечить человечество всеми необходимыми ресурсами, в том числе и электроэнергией. Самым большим источником энергии является Солнце, преобразование энергии которого активно применяется и развивается. Альтернативные методы и технологии производства электрического тока способны сделать электрообеспечение более эффективным и дешевым. Особенно это актуально для майнеров, ведь затраты на изготовление солнечной батареи могут быстро окупиться, и майнинг начнет приность чистую прибыль. Это может быть очень выгодно, ведь, как известно, добыча криптовалюты потребляет огромное количество электроэнергии.
Как работает солнечная батарея?
Работа солнечной батареи основывается на фотоэлектрическом эффекте. Первый функционирующий фотоэлемент был создан русским ученым Александром Столетовым, но открытие его еще середине XIX приписывают французскому физику Александру Беккерелю.
Фотоэлектрический эффект достигается путем замыкания полупроводников (фотоэлементов) в электрическую цепь. Один полупроводник должен иметь в составе лишние электроны (n-слой), во втором их должно не хватать (р-слой). Лучи солнца способны выбивать лишние электроны из n-слоя, после чего они автоматически направляются на свободные места в р-слое, и наоборот. Таким образом достигается постоянное движение электронов. Вытесненные из р-слоя электроны проходят через аккумулятор и возвращаются в n-слой.
Отдельные фотоэлементы могут обеспечить электроэнергией незначительные по мощности объекты, а для питания крупных объектов требуется объединить множество фотоэлементов в одну электрическую цепь.
Классификация фотоэлектрических модулей
Солнечные электростанции различаются по интенсивности и принципу действия встроенных фотоэлектрических элементов. Некоторые модули значительно проигрывают в мощности, однако, меньше стоят. Отличаются методом изготовления из кремния деталей и бывают:
- тонкопленочные, являющиеся недорогими и маломощными модулями. Ключевым компонентом в этой батарее является пленка, изготовленная из аморфного кремния. Она занимает большую площадь батареи, однако, энергию генерирует в малом количестве. При установке монтируется как на крышу, так и на любые поверхности;
- полимерные, изготовленные их кремневодорода. Силан наносят на подложный изоляционный материал батареи. Кроме того полимерный элемент можно нанести на мягкую подложку, поэтому монтировать аморфную станцию можно на любой неровной поверхности;
- монокристаллические, имеющие собственный надежный корпус, защищенный от попадания влаги и пыли. Благодаря одиночным кристаллам отличаются надежной генерацией энергии в течение большого промежутка времени. Стабильные в работе модули, которые чаще всего устанавливаются в России, Украине и Белоруси;
- мультикристаллические, изготовленные из солнечных элементов со множеством разнонаправленных кристаллов. Меньше подвержены воздействию высокой и низкой температуры. Однако для генерации энергии этим батареям нужна большая площадь.
Собирают солнечные модули только из фотоэлектрических элементов одного размера. В противном случае максимальная мощность тока маленьких пластин будут ограничивать работу крупных.
Какие бывают солнечные батареи
Солнечные панели сейчас широко применяются для питания различных устройств, механизмов и помещений, в частности для мобильных гаджетов, электроавтомобилей. Используются солнечные батареи в квартире, в доме, на даче и промышленных объектах.
Читайте также:
Классификация солнечных батарей осуществляется по типу их конструкции и условно может быть распределена на четыре основных вида:
| Тип | Особенности |
| Жесткие | Производятся в основном из кристаллического или аморфного кремния. Представляют собой твердую панель из фотоэлементов. |
| Пленочные | Такой вид представляет собой тонкую гибкую пленку из кристаллического или аморфного кремния, теллурида кадмия и других элементов. |
| Односторонние | Панели, поглощающие солнечные лучи только с одной стороны. |
| Двухсторонние | Фотоэлементы способны поглощать энергию с двух сторон. |
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.
Но изготовить из них солнечную панель, способную работать как эффективное зарядное устройство, не получится из-за крайне маленького тока.
Типы батарей
Солнечная батарея, принцип работы которой заложен во всех случаях в фотоэлектрическом эффекте, может быть выполнена из различных материалов.
Преимущественное большинство (примерно 90%) всех солнечных панелей производиться из фотоэлементов, состоящих из монокристаллического или поликристаллического кремния. Следующие по популярности тонкопленочные панели с напылением из фоточувствительных веществ. Они имеют меньшую стоимость, так как на их изготовление требуется значительно меньшее количество материала. А последнюю нишу занимают многопереходные солнечные модули, состоящие из слоев, способных улавливать и перерабатывать в электрический ток весь спектр солнечных лучей.
Солнечные батареи из кремния представляют собой прямоугольную панель, состоящую из фотоэлементов. КПД таких панелей 15-20%, мощность может постепенно снижаться, приблизительно на 20% каждые 25 лет. Такие панели устойчивы к разрушительным факторам окружающей среды.
Тонкопленочные солнечные батареи изготовляются с напылением аморфного кремния, теллурида кадмия, состава из селенида, меди, индия и галлия. КПД тонкопленочных батарей составляет 10-12 %.
Многомодульные солнечные панели изготавливаются из слоев различных материалов. Каждый слой улавливает один диапазон солнечных лучей от ультрафиолетового до инфракрасного, за счет этого солнечная панель поглощает весь спектр света, а внутри системы происходит несколько переходов электронов из n-слоя в р-слой. Соединения галлия — основной элемент многомодульных солнечных панелей. Такая технология применяется для космических станций и марсоходов. КПД такой солнечной панели зависит от количества слоев. Так для двухслойной ячейки КПД составляет 42%, трехслойной — 49%, а для остальных 68%.
В последнее время производителями активно разрабатываются органические солнечные батареи, но на рынке они еще широко не представлены. Специалисты Мичиганского университета придумали прозрачные солнечные батареи, которые способны поглощать и ультрафиолетовое, и инфракрасное излучение без надобности использования многослойной конструкции. Самое интересное, что в теории солнечным фотоэлементом может выступать практически любой объект с прозрачной стеклянной поверхностью — от окон домов до экранов мобильных гаджетов.
Но пока это все в теории и разработке, рассмотрим реальные варианты создания солнечной батареи своими руками.
Преимущества и недостатки этого вида энергии
Из преимуществ можно выделить следующие:
- Наше Солнце – экологически чистый источник энергии, который не способствует загрязнению окружающей среды. Солнечные батареи не выбрасывают в окружающую среду различные вредные отходы.
- Солнечная энергия неисчерпаема (естественно, пока Солнце живо, но это ещё на миллиарды лет вперёд). Из этого следует, что солнечной энергии вам точно хватило бы на всю жизнь.
- После того, как вы осуществите грамотный монтаж солнечных батарей в дальнейшем вам не потребуется их часто обслуживать. Всё что надо – один два раза в год проводить профилактический осмотр.
- Внушительный срок службы солнечных батарей. Этот срок начинается от 25-ти лет. Также стоит подметить, что даже в прошествии данного времени они не потеряют в эксплуатационных характеристиках.
- Установка солнечных батарей может субсидироваться государством. К примеру это активно происходит в Австралии, Франции, Израиле. Во Франции и вовсе возвращается 60% стоимости солнечных панелей.
Из недостатков можно выделить следующие:
- Пока что солнечные батареи не выдерживают конкуренции, к примеру, если требуется вырабатывать большое количество электроэнергии. Это удачней получается у нефтевой и ядерной промышленности.
- Производство электроэнергии напрямую зависит от погодных условий. Естественно, когда за окном солнечно – ваши солнечные батареи будут работать на 100% мощности. Когда же будет пасмурный день – этот показатель будет падать в разы.
- Для производства большого объёма энергии солнечным батареям требуется большая площадь.
Как можно видеть, у данного источника энергии плюсов всё равно больше чем минусов, а минусы не такие страшные как казалось бы.
Из чего состоит солнечная батарея
Солнечная батарея — это система, перерабатывающая энергию солнечных лучей в электрический ток. Она состоит из пяти взаимосвязанных комплектующих компонентов:
- полупроводников;
- источника электропитания;
- аккумулятора;
- инвертора-преобразователя;
- стабилизатора напряжения.
Получаемый от полупроводников постоянный ток преобразуется инвертором в переменный 220 В, затем через стабилизатор напряжения подается напрямую в источник электропитания или для накопления в аккумулятор.
Тестирование самодельной батареи перед герметизацией
До того как обеспечить коллектору полную герметичность, нужно протестировать аккумулятор при помощи амперметра. Кроме того, проверив заранее панель, можно устранить ошибки, которые возникают во время спаивания вафель.
Тестирование нужно провести в солнечный день в час-два дня. Для этого:
- вынести генератор на улицу, установить под тем углом, который был определен заранее;
- подсоединить к контактам электроизмерительный прибор, измерить ток короткого замыкания;
- если солнечный коллектор правильно спаян и собран, мощность электрического тока должна составлять на 0, 5 – 1 ампер ниже, чем возрастающий электрический импульс ударного типа. Показания прибора должны быть не менее 4, 5 ампера;
- самодельный генератор, изготовленный из кремниевых пластин-фотоэлементов, должен выдать параметры в 5-10 ампер.
Сколько стоит изготовление солнечной батареи?
На солнечные батареи для дома цены разные, стоимость зависит от требуемой мощности. Готовые батареи имеют достаточно высокую цену. Купить одну солнечную панель, мощность которой составляет 170 Вт, можно в среднем от $250 до $450. В то время как фотоэлементы для самостоятельного изготовления стоят значительно дешевле, порядка $30. Стоимость комплекта в целом с шинами, карандашами для пайки и прочими необходимыми элементами 300-400 долларов.
Для изготовления каркаса используют алюминиевые уголки, фанеру, ДСП, а в качестве защитного покрытия подойдет органическое или обычное стекло. Для герметизации конструкции используют силиконовые герметики или компаунды.
Есть ли польза?
Когда речь идет о светодиодах, не стоит забывать о таком явлении, как потребление тока самими диодами и их самопроизвольное свечение. Иными словами, в то время, когда часть светодиодов генерирует электричество, остальные будут его потреблять. В итоге, напряжение схемы увеличивается далеко не пропорционально числу задействованных элементов, и в определенный момент «обратные потери» становятся слишком значительными.
Кроме того, нормально работать самодельная батарея из диодов может только в ясную солнечную погоду. В условиях облачности ее выработка стремится к нулю.
Как собрать солнечную батарею?
Соединение фотоэлементов солнечных панелей имеет одинаковые схемы. Все элементы могут быть соединены в последовательную или параллельную цепь. Последовательное припаивание фотоэлементов происходит в соответствии со следующими этапами:
-
Читайте также:
- Фотоэлементы следует выложить на ровную поверхность, при этом между ними должно оставаться расстояние в 5 мм.
- На точки пайки наноситься припой.
- Контакты элементов припаиваются последовательно друг другу.
- Крайние контакты фотоэлементов выводятся в соответствии к плюсу или минусу на шину.
- На конец шины устанавливается клеймо подключения.
Параллельное подключение имеет такие же принципы пайки. Для параллельного соединения следует минусовой контакт первого фотоэлемента соединить с плюсовым контактом второго, минусовой второго элемента — с плюсовым третьего и т. д. Крайние плюс и минус всей цепочки соединяются общей шиной.
В независимости от того, как устроена солнечная батарея, она будет выдавать одинаковую мощность рассчитанную от площади фотоэлементов.
Перед тем, как сделать солнечную батарею, следует определить:
- для каких целей она будет использоваться
- какие материалы при этом понадобятся. Для частного дома батарея должна иметь твердый защитный каркас, а для квартиры больше подойдут гибкие солнечные батареи. Для разных целей подойдет свой тип батареи. Маленькие солнечные батареи могут пригодиться для питания отдельных низкопотреблямых объектов, а для домов нужны самодельные аналоги производственных моделей. Солнечные батареи для дачи можно выполнить даже из подручных материалов.
Как сделать солнечную батарею из фольги
Необходимые материалы:
- медная фольга;
- пластиковая бутылка;
- нагревательные приборы;
- соль;
- два проводника «крокодильчика».
Изначально следует вырезать два одинаковых по площади листа фольги. Затем листы размещают на электроплите или другом нагревательном элементе для того, чтобы оксидная пленка отслоилась и ее можно было убрать.
Одному листу дают остыть, другому нет. Листы сгибаются и размещаются в пластиковой бутылке так, чтобы они не соприкасались между собой. Вовнутрь наливают воду с растворенной в ней солью. Далее один проводник подключается к нагретой панеле, образовывая плюсовой контакт, второй — к не нагретой, образовывая минусовой.
Солнечная батарея из транзисторов
Старые работающие транзисторы также могут сгодиться для изготовления батареи. Пластина, которая размещена внутри транзисторов может выступать как фотоэлемент.
Чтобы изготовить батарею, транзистор следует вскрыть, срезав с него крышку. Раскрытые транзисторы спаиваются между собой и размещаются внутри корпуса. Солнечная батарея из транзисторов имеет низкий КПД за счет маленького объема пластины, поэтому чем больше их будет использовано, тем мощнее будет батарея.
Солнечные батареи своими руками из диодов
Фотоэлементом в данном случае будет выступать кристалл, содержащийся в диоде. Для того, чтобы извлечь кристалл, следует вскрыть диод и разогревать его в течении 20 секунд, чтобы расплавился припой. Чистые кристаллы размещают на панели и припаивают между собой последовательно или параллельно серебряными контактами.
Тонкопленочные солнечные батареи
Для изготовления следует приобрести соответствующий фотоэлемент необходимой площади. Тонкопленочная солнечная панель может быть легко смонтирована и помещена на крышу или на балкон. Такая текстура принимает любые изгибы и ее монтаж не проблематичный, так как не требует изготовления каркаса.
Для подключения отрезки пленки соединяют между собой и выводят общие контакты через преобразователь и стабилизатор напряжения в потребляющую сеть. Особенно выгодно использовать тонкопленочные солнечные батареи на кровле частных домов. Под ними допускается размещение труб. Такая система позволяет снимать излишний нагрев с солнечных панелей для обеспечения большего КПД, а подогрев воды в трубах может использоваться для отопления дома.
Кремниевые (монокристаллические) солнечные батареи
Кремниевые солнечные батареи размещают на солнечной стороне крыши. Сами фотоэлементы должны быть размещены на каркасе. Каркас может быть выполнен из любых материалов.
Сборка солнечной батареи такого типа начинается с изготовления каркаса. Верхняя его часть должна быть выполнена из стекла, помещенного в раму, нижняя часть — твердая ровная панель. Для установки потребуется сконструировать ножки. Следует учитывать особенности места установки и преимущественный наклон для солнечной панели.
Далее приобретенные кремниевые элементы соединяются между собой в электрическую сеть. Можно осуществлять пайку прямо на лицевой стороне каркаса, разместив пластины лицом вниз.
Выходы шин контактов выводятся через отверстия в раме, швы герметизируются, а сама конструкция закрывается нижней панелью. Далее солнечная панель устанавливается, а контакты от нее прокладываются к источнику электросети.
Многопереходные (многослойные, тандемные) солнечные модули
Многопереходные солнечные модули подключаются и устанавливаются аналогично кремниевым, только в своей основе имеют более улучшенный фотоэлемент. За счет этого и более высокий КПД, и соответственно стоимость.
Похожие записи:
Лестница в частном доме на второй этаж – 340 фото вариантов планировки + возможные размеры
Сварные козырьки над крыльцом дома своими руками — варианты отделки из металла и поликарбоната на фото!
Уличные ступени для крыльца из бетона, дпк, дерева, пластика, металла и керамогранита — преимущества всех видов с наглядными фото!
Чем перекрыть площадку металлического крыльца к дому своими руками — выбор материалов и необходимые нормы СНИП!
Подбор и пайка солнечных элементов
Геопанель должна работать при температуре 70-90 градусов. Но контролировать данный показатель бывает непросто. Именно поэтому в раме потребуется проделать отверстия для вентиляции. Их диаметр приблизительно 10 мм. Элементы для батареи придется спаять самому.
Для приобретения набора элементов для пластин потребуется потратить определенную сумму. Но в итоге все равно выйдет дешевле, чем те варианты, что выпускает Мариуполь и другие заводы. Это кремниевые пластины, способные перерабатывать солнечную энергию в электричество. Для их производства используется поликристаллический кремний.
Пайка деталей включает такие этапы:
- Проводники необходимо нарезать согласно заготовкам;
- Элементы устанавливаются на нужных местах;
- На контакты наносят припой и кислоту;
- Дальше происходит фиксация проводников;
- Затем начинают паять.
Перед работой стоит учесть, что перевертывать сваренную конструкцию бывает непросто. Именно с этой целью сначала спаиваются элементы, а затем ряды. На крайних элементах делают шину на минус и плюс. Выводящая проводка оснащается изоляцией. Наружная сторона рамы оборудована клеммой.
Если возникают трудности при пайке, то можно обработать контакты нулевой наждачной бумагой.
Дальше необходимо прикрепить панели к основанию. Здесь пригодится силиконовый герметик. Силикон соединяет все элементы и провода с основанием.
После соединения элементов следует проверить их работоспособность. Для этого используют тестер. Оптимальные показатели прибора – 17-19 Вт. Данное мероприятие проводят несколько дней и только после этого переходят к герметизации.
Чтобы правильно выполнить пайку солнечных элементов, стоит предварительно посмотреть обучающее видео
На раму наносят герметик и монтируют оргстекло. Нужно выделить время, чтобы силикон высох. К раме оргстекло прикрепляется с помощью саморезов. Все швы также необходимо заполнить герметиком.
Инструменты и материалы
Если нет возможности приобрести готовую солнечную батарею для дома, её можно сделать самостоятельно.
Для изготовления солнечной батареи понадобятся:
- фотоэлементы (для создания гелиопанели);
- набор специальных проводников (для соединения фотоэлементов);
- алюминиевые уголки (для корпуса);
- диоды Шотке;
- крепёжные метизы;
- винты для крепежа;
- лист поликарбоната (прозрачный);
- силиконовый герметик;
- паяльник.
Выбор фотоэлементов
Сегодня производители предлагают потребителям выбор из двух типов устройств. Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%. Они отличаются низкой эффективностью при пасмурной погоде. Фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, однако они способны работать не только в солнечные, но и в облачные дни.
Чтобы обеспечить дачу или небольшой частный дом электроэнергией, достаточно воспользоваться поликристаллами.
Важная информация: Желательно приобретать фотоэлементы у одного производителя, так как ячейки разных марок могут иметь существенные различия, что сказывается на эффективности работы и процессе сборки, а также приводит к более высоким затратам энергии при эксплуатации.
При выборе фотоэлементов необходимо обратить внимание на следующее:
- чем больше ячейка, тем большее количество энергии она производит;
- элементы одного типа создают одинаковое напряжение (от размера данный показатель не зависит).
Чтобы определить мощность солнечной батареи, достаточно генерируемый ток умножить на напряжение.
Отличить поликристаллические фотоэлементы от монокристаллических достаточно просто. Первый тип выделяется ярко-синим цветом и квадратной формой. Монокристаллические фотоэлементы темнее, они срезаны по краям.
Поли- и монокристаллические панели легко отличить даже на первый взгляд
Важная информация: Рекомендуется приобретать фотоэлементы одинакового размера, иначе генерируемый ток ограничится размером самой маленькой ячейки.
Не стоит отдавать предпочтение продукции со сниженной ценой, поскольку она может отказаться отбраковкой — это детали, которые не прошли тест на заводе. Лучше воспользоваться услугами проверенных поставщиков, которые хоть и предлагают товар по высокой цене, зато отвечают за его качество. Если нет опыта в сборе фотоэлементов, рекомендуется приобрести несколько тестовых образцов, чтобы потренироваться, а только потом купить продукцию для изготовления самой батареи.
Некоторые производители запаивают фотоэлементы в воск, чтобы предотвратить порчу во время перевозки. Однако избавиться от него довольно сложно из-за высокого риска повреждения пластин, поэтому рекомендуется покупать фотоэлементы без воска.
Где можно взять фотоэлементы и можно ли их заменить чем-то другим
Купить пригодные для сборки солнечной панели монокристаллические или поликристаллические пластины сегодня не является проблемой. Вопрос в том, что сама идея самодельного генератора бесплатного электричества предполагает результат, который будет значительно дешевле заводского аналога. Если же покупать фотоэлектрические модули на месте, то много сэкономить не получится.
На зарубежных торговых площадках солнечные элементы представлены в широком ассортименте — можно купить как единичное изделие, так и набор всего необходимого для сборки и подключения солнечной батареи
За разумную цену солнечные элементы можно найти на зарубежных торговых площадках, например, eBay или AliExpress. Там они представлены в широком ассортименте и по вполне доступным ценам. Для нашего проекта подойдут, например, распространённые поликристаллические пластины размером 3х6 дюймов. При идеальных условиях они могут генерировать электрический ток напряжением 0.5 В и силой до 3 А, то есть 1.5 Вт электрической мощности.
Если вы горите желанием максимально сэкономить или испробовать собственные силы, то нет никакой необходимости сразу же покупать хорошие, целые модули — можно обойтись и некондицией. Всё на том же eBay или AliExpress можно найти комплекты пластин с небольшими трещинками, сколами уголков и прочими дефектами — так называемые изделия класса «B». На технических характеристиках фотоэлементов внешние повреждения не сказываются, чего нельзя сказать о цене — бракованные детали можно купить в 2–3 раза дешевле тех, что имеют товарный вид. Поэтому-то их и рационально использовать, чтобы обкатать технологию на своей первой солнечной панели.
Выбирая фотоэлектронные модули, вы увидите элементы различного типа и размера. Не думайте, что чем больше площадь их поверхности, тем выше напряжение они производят. Это не так. Элементы одного типа генерируют одинаковое напряжение независимо от габаритов. Чего не скажешь о силе тока — здесь размер имеет решающее значение.
Хоть в качестве фотоэлементов и можно использовать морально устаревшую компонентную базу, вскрытые диоды и транзисторы имеют слишком низкое напряжение и силу тока — понадобятся тысячи таких устройств
Сразу же хочется предупредить о том, что нет смысла искать аналог среди различных подручных электронных устройств. Да, получить работающий фотоэлектронный модуль можно из мощных диодов или транзисторов, извлечённых из старого радиоприёмника или телевизора. И даже сделать батарею, соединив несколько таких элементов в цепочку. Однако запитать подобной «солнечной панелью» что-либо мощнее калькулятора или светодиодного фонаря не удастся ввиду слишком слабых технических характеристик единичного модуля.
Как скоро окупятся затраты
Не стоит ждать сиюминутной выгоды от гелиосистемы снабжения электричеством. Средняя её окупаемость приблизительно 10 лет для автономной системы дома.
Чем больше вы потребляете энергии, тем быстрее окупятся ваши затраты. Ведь и для маленького, и для большого потребления требуется приобретение дополнительного оборудования: АКБ, инвертора, контроллера, а они оставляют нималую часть расходов.
Учитывайте также срок службы оборудования, да и самих панелей, чтобы не пришлось их менять прежде, чем они окупятся.
Несмотря на всё издержки и недостатки, за солнечной энергией будущее. Солнце относится к возобновляемым источникам энергии и он прослужит, по крайней мере, ещё 5 тысяч лет. Да и наука не стоит на месте, появляются новые материалы для фотоэлементов, с гораздо большим КПД. А значит, скоро они будут доступнее по цене. Но использовать энергию солнца можно уже сейчас.
Первый вариант сборки
Светодиод
Как уже стало понятно, на сегодняшний день солнечная панель домашними умельцами может изготавливаться в двух вариантах: из светодиодов и старых диодов. Рассмотрим первый вариант, когда в качестве главного элемента будет выступать обычный светодиод.
Современные светодиоды могут широко применяться для самостоятельной сборки мини-солнечной батареи. У них принцип функционирования почти аналогичен обычным диодам. От последних светодиод отличается наличием специального корпуса. Он выступает в роли линзы, с помощью которой происходит фокусирование солнечных лучей на проводящем кристалле.
Обратите внимание! За счет наличия этой линзы вырабатываемое напряжение здесь будет несколько выше, чем у стандартных диодных элементов.
При этом нужно помнить, что вырабатываемое напряжение зависит от типа свечения светодиода:
- для красно-прозрачного элемента данный показатель будет равен примерно 1,3 В;
- для зеленого – 1,5 В;
- для инфракрасного – 0,9 В.
Установка элементов может производиться на плотном картоне или текстолитовой подложке. Собрав батарею из 100 светодиодов, можно получить силу тока примерно в 0,5 мА. Процесс сборки происходит следующим образом:
Готовая батарея
- избавляем элементы от корпуса. Для этого можно использовать самые разнообразные подручные средства (молоток, долото и т.д.). Снимать корпус следует аккуратно, что избежать повреждения кристалла;
Обратите внимание! Корпус на светодиоде можно вообще не снимать.
- в качестве платы будем использовать картон. В нем проделываем небольшие отверстия. Отверстия делаем не как заблагорассудится, для этого используется схема. Выбирая схему, берите во внимание тот факт, что при последовательном соединении элементов их напряжение будет суммироваться, а при параллельном – суммироваться сила тока. Самый больший эффект будет при сочетании обеих схем подсоединения;
- в проделанные отверстия вставляем светодиоды и соединяем их между собой по выбранной схеме.
Все, батарея готова. Вам останется только проверить ее показатели с помощью регистрирующего прибора. Не ожидайте увидеть внушительные цифры. Зачастую при такой сборке аппарат будет выдавать ток в 0,3 мА. По сути, кроме чисто «спортивного» интереса здесь мало чего можно добиться. Вы потратите деньги, время и силы, а получите минимальный результат. Еще одним минусом такого устройства будет большая площадь размещения диодных элементов.
Инструменты и материалы
Если нет возможности приобрести готовую солнечную батарею для дома, её можно сделать самостоятельно.
Для изготовления солнечной батареи понадобятся:
- фотоэлементы (для создания гелиопанели);
- набор специальных проводников (для соединения фотоэлементов);
- алюминиевые уголки (для корпуса);
- диоды Шотке;
- крепёжные метизы;
- винты для крепежа;
- лист поликарбоната (прозрачный);
- силиконовый герметик;
- паяльник.
Выбор фотоэлементов
Сегодня производители предлагают потребителям выбор из двух типов устройств. Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%. Они отличаются низкой эффективностью при пасмурной погоде. Фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, однако они способны работать не только в солнечные, но и в облачные дни.
Чтобы обеспечить дачу или небольшой частный дом электроэнергией, достаточно воспользоваться поликристаллами.
Важная информация: Желательно приобретать фотоэлементы у одного производителя, так как ячейки разных марок могут иметь существенные различия, что сказывается на эффективности работы и процессе сборки, а также приводит к более высоким затратам энергии при эксплуатации.
При выборе фотоэлементов необходимо обратить внимание на следующее:
- чем больше ячейка, тем большее количество энергии она производит;
- элементы одного типа создают одинаковое напряжение (от размера данный показатель не зависит).
Чтобы определить мощность солнечной батареи, достаточно генерируемый ток умножить на напряжение.
Отличить поликристаллические фотоэлементы от монокристаллических достаточно просто. Первый тип выделяется ярко-синим цветом и квадратной формой. Монокристаллические фотоэлементы темнее, они срезаны по краям.
Поли- и монокристаллические панели легко отличить даже на первый взгляд
Важная информация: Рекомендуется приобретать фотоэлементы одинакового размера, иначе генерируемый ток ограничится размером самой маленькой ячейки.
Не стоит отдавать предпочтение продукции со сниженной ценой, поскольку она может отказаться отбраковкой — это детали, которые не прошли тест на заводе. Лучше воспользоваться услугами проверенных поставщиков, которые хоть и предлагают товар по высокой цене, зато отвечают за его качество. Если нет опыта в сборе фотоэлементов, рекомендуется приобрести несколько тестовых образцов, чтобы потренироваться, а только потом купить продукцию для изготовления самой батареи.
Некоторые производители запаивают фотоэлементы в воск, чтобы предотвратить порчу во время перевозки. Однако избавиться от него довольно сложно из-за высокого риска повреждения пластин, поэтому рекомендуется покупать фотоэлементы без воска.
Герметизация уложенных в корпус фотоэлементов
После тестирования кремниевых пластин можно проводить герметизацию. Для заделки швов и стыков использовать эпоксидную смолу или термоустойчивый герметик. Олигомер нанести на пространство между фотоэлементами и на крайние детали. Далее, сверху установить акриловое стекло, плотно прижав к кремниевым пластинам.
В качестве дополнительной защиты и меньшего изнашивания фотоэлементов, между поверхностью короба и кремниевыми элементами установить прокладку из минеральной ваты.
После установки акрилового стекла конструкцию уложить на твердую поверхность так, чтобы стенка короба из ДСП была вверху. Это необходимо для того, чтобы из батареи вышел воздух. После повторного тестирования коллектор установить на выбранный участок, подключить к системе дома или квартиры.
Загоревшись желанием создания солнечной стации своими руками, не стоит изготавливать огромный коллектор. Чтобы понять все нюансы работы, нужно собрать маленький генератор. Если после тестирования, прибор хорошо справится с задачей, приступать к созданию более мощной модели.
Правила установки
Чтобы получить возможность использовать солнечную батарею по максимуму, рекомендуется при установке устройства придерживаться определённых правил:
- Необходимо правильно выбрать место. Если разместить солнечную батарею там, где постоянно присутствует тень, устройство будет малоэффективно. Исходя из этого, не рекомендуется устанавливать прибор около деревьев, желательно выбирать открытое место. Многие монтируют солнечную батарею на крыше дома.
- При установке необходимо направлять устройство в сторону солнца. Нужно добиться максимального попадания его лучей на фотоэлементы. К примеру, находясь на севере, следует ориентировать лицевую сторону солнечной батареи на юг.
- Большую роль играет определение уклона устройства. Он также зависит от географического положения. Считается, что угол уклона должен составлять широту, в которой устанавливается батарея. При размещении в зоне экватора придётся производить настройку угла наклона по времени года. Коррекция составит 12 градусов, учитывая увеличение и уменьшение летом и зимой соответственно.
- Рекомендуется установить солнечную батарею в доступном месте. По мере использования устройства его лицевая сторона накапливает грязь, а в зимнее время её заносит снегом, и в результате выработка энергии снижается. Поэтому необходимо периодически проводить чистку батареи, удаляя налёт с её лицевой панели.
Правила установки
Чтобы получить возможность использовать солнечную батарею по максимуму, рекомендуется при установке устройства придерживаться определённых правил:
- Необходимо правильно выбрать место. Если разместить солнечную батарею там, где постоянно присутствует тень, устройство будет малоэффективно. Исходя из этого, не рекомендуется устанавливать прибор около деревьев, желательно выбирать открытое место. Многие монтируют солнечную батарею на крыше дома.
- При установке необходимо направлять устройство в сторону солнца. Нужно добиться максимального попадания его лучей на фотоэлементы. К примеру, находясь на севере, следует ориентировать лицевую сторону солнечной батареи на юг.
- Большую роль играет определение уклона устройства. Он также зависит от географического положения. Считается, что угол уклона должен составлять широту, в которой устанавливается батарея. При размещении в зоне экватора придётся производить настройку угла наклона по времени года. Коррекция составит 12 градусов, учитывая увеличение и уменьшение летом и зимой соответственно.
- Рекомендуется установить солнечную батарею в доступном месте. По мере использования устройства его лицевая сторона накапливает грязь, а в зимнее время её заносит снегом, и в результате выработка энергии снижается. Поэтому необходимо периодически проводить чистку батареи, удаляя налёт с её лицевой панели.
Устройство
В основе устройства солнечной батареи лежит явление фотоэффекта, открытое в ХХ веке А.Энштейном. Выяснилось, что в некоторых веществах под действием солнечного света или других веществ, происходит отрыв заряженных частиц. Это открытие и привело в 1953 году к созданию первого гелиомодуля.
Материалом для изготовления элементов служат полупроводники — совмещённые пластины из двух материалов с разной проводимостью. Чаще всего для их изготовления используется поликристаллический или монокристаллический кремний с различными добавками.
Под действием солнечного света в одном слое появляется избыток электронов, а в другом — их недостаток. «Лишние» электроны переходят в область с их недостатком, этот процесс получил название р-n переход.
Солнечный элемент состоит из двух полупроводниковых слоём с разной проводимостью
Между материалами, образующими избыток и недостаток электронов, помещён барьерный слой, препятствующий переходу. Это необходимо для того, чтобы ток возникал только при наличии источника потребления энергии.
Попадающие на поверхность фотоны света выбивают электроны и снабжают их необходимой энергией для преодоления барьерного слоя. Отрицательные электроны переходят из р-проводника в n-проводник, а положительные совершают обратный путь.
За счёт разной проводимости материалов полупроводника удаётся создать направленное движение электронов. Таким образом возникает электрический ток.
Элементы последовательно соединены между собой, образуя панель большей или меньшей площади, которую и называют батареей. Такие батареи можно напрямую подключать к источнику потребления. Но поскольку солнечная активность в течение суток меняется, а ночью прекращается вообще, используют аккумуляторы, накапливающие энергию на время отсутствия солнечного света.
Необходимой составляющей в этом случае является контроллер. Он служит для контроля за зарядкой аккумулятора и отключает батарею при полном заряде.
Вырабатываемый солнечной батареей ток является постоянным, для использования его необходимо преобразовать в переменный. Для этого служит инвертор.
Поскольку все электрические приборы, потребляющие энергию, рассчитаны на определённое напряжение, в системе необходим стабилизатор, обеспечивающий нужные значения.
Между гелиомодулем и потребителем устанавливают дополнительные приборы
Только при наличии всех этих составляющих можно получить функциональную систему, снабжающую энергией потребители и не грозящую вывести их из строя.
Второй вариант
Старый диод
Другим вариантом сборки солнечной батареи будет использование старых диодов. Принцип их работы такой же, как и у современных элементов электросхем подобного плана.
В данном случае изготовление панели осуществляется следующим образом:
- открываем корпус диода, чтобы на его кристалл могли попадать солнечные лучи;
- верхнюю часть корпуса необходимо просто срезать. При этом нижнюю часть следует нагреть с помощью включенной газовой плиты. Держать элемент над огнем нужно не более 20 секунд;
- после того, как припой расплавился, можно без проблем извлечь кристалл. Для этого используем пинцет;
- вытащенные кристаллы следует припаять к плате. Схема приведена ниже. Она может отличаться в зависимости от нужных конечных параметров.
Схема установки
Чтобы получить 2-4 В, необходимо смонтировать 5 блоков, состоящих из 4-5 спаянных последовательно кристаллов. В результате вы получите требуемое напряжение при нужной силе тока. Параллельное подключение принесет меньшую силу тока. Такая собранная своими руками солнечная панель может использоваться для питания светодиодного устройства небольшого размера.
Как рассчитать необходимую мощность
Прежде чем приступить к сборке батареи, необходимо определиться с требуемой мощностью. От этого зависит количество приобретаемых ячеек и общая площадь готовых батарей.
Система может быть как автономной (самостоятельно обеспечивающей электричеством дом), так и комбинированной, совмещающей энергию солнца и традиционного источника.
Расчёт состоит из трёх шагов:
- Выясните общую потребляемую мощность.
- Определите достаточную ёмкость аккумуляторной батареи и мощность инвертора.
- Вычислите необходимое количество ячеек на основе данных об инсоляции в вашем регионе.
Потребляемая мощность
Для автономной системы определить её можно по вашему электросчётчику. Общее количество потребляемой энергии за месяц разделите на количество дней и получите среднее значение ежедневного потребления.
Если от батареи будет запитана только часть устройств, выясните их мощность по паспорту или маркировке на приборе. Полученные значения умножьте на количество часов работы в сутки. Сложив полученные значения для всех устройств, получите среднее потребление в сутки.
Ёмкость АБ (аккумуляторной батареи) и мощность инвертора
АБ для солнечных систем должны выдерживать большое количество циклов разряда и разряда, иметь малый саморазряд, выдерживать большой ток зарядки, работать при высоких и низких температурах, при этом требовать минимального обслуживания. Эти параметры оптимальны у свинцово-кислотных АБ.
Ещё один немаловажный показатель — ёмкость, максимальный заряд, который может принять и сохранить аккумулятор. Недостаточную ёмкость увеличивают, соединяя АБ параллельно, последовательно или комбинируя оба соединения.
Выяснить необходимое количество АБ поможет расчёт. Рассмотрим его для концентрации запаса энергии на 1 день в АБ ёмкостью 200 А.ч и напряжением 12 В.
Предположим, ежедневная потребность составляет 4800 В.час, выходное напряжение системы 24 В. Учтём, что потери на инверторе составят 20%, введём поправочный коэффициент 1,2.
4800:24х1.2=240 А.ч
Глубина разряда АБ не должны превышать 30—40%, учтём это.
240х0.4= 600 А.ч
Полученное значение втрое превышает ёмкость аккумулятора, поэтому для запаса необходимого количества потребуется 3 АБ, соединённых параллельно. Но при этом напряжение аккумулятора 12 В, чтобы увеличить его в два раза, понадобится ещё 3 АБ, соединённых последовательно.
Для получения напряжения в 48 В соедините параллельно две параллельные цепочки по 4 АБ
Инвертор служит для преобразования постоянного тока в переменный. Выбирают его по пиковой, максимальной нагрузке. На некоторых потребляющих устройствах величина пускового тока значительно выше номинальной. Именно этот показатель и берётся в расчёт. В остальных случаях учитываются номинальные значения.
Имеет значение и форма напряжения. Лучший вариант — чистая синусоида. Для приборов, нечувствительных к перепадам напряжения подойдёт квадратная форма. Следует также учитывать возможность переключения прибора от АБ напрямую к солнечным батареям.
Необходимое количество ячеек
Показатели инсоляции в разных областях сильно отличаются. Для правильного расчёта необходимо знать эти цифры для вашей местности, данные несложно найти в интернете или на метеостанции.
Таблица инсоляции по месяцам для разных регионов
Инсоляция зависит не только от времени года, но и от угла наклона батареи
При расчёте ориентируйтесь на показатели наименьшей инсоляции в течение года, иначе в этот период батарея не будет вырабатывать достаточное количество энергии.
Предположим, минимальные показатели — в январе, 0.69, максимальные — в июле, 5.09.
Поправочные коэффициент для зимнего времени — 0.7, для летнего — 0.5.
Необходимое количество энергии — 4800 Вт.ч.
Одна панель имеет мощность 260 Вт и напряжение 24 В.
Потери на АБ и инверторе составляют 20%.
Вычисляем потребление с учётом потерь: 4800×1,2=5760 Вт·ч=5,76 кВтч.
Определяем производительность одной панели.
Летом: 0,5× 260×5,09= 661,7 Втч.
Зимой: 0,7× 260×0,69=125,5 Втч.
Высчитываем необходимое количество батарей, разделив потребляемую энергию на производительность панелей.
Летом: 5760/661,7=8,7 шт.
Зимой: 5760/125,5=45,8 шт.
Получается, что для полного обеспечения, зимой понадобится в пять раз больше модулей, чем летом. Поэтому стоит сразу устанавливать больше батарей или на зимний период предусмотреть гибридную систему электроснабжения.
Сборка солнечной панели своими руками
После спайки собираем все элементы воедино. Для начала необходимо разобраться с инверторами. Они перерабатывают ток и меняют его напряжение.
Виды инверторов:
- Системные – дополнительный источник энергии. При создании энергии в комплексе с центральным источником электроэнергии, аккумуляторы совсем не потребуются.
- Гибридные – подходит в качестве основного источника, но от центральной подачи отказываться все равно не стоит. Такие инверторы способны не только перерабатывать энергию, но и накапливать ее.
- Автономные – используются без центрального энергоснабжения. Монтируется с необходимым количеством аккумуляторов.
Количество аккумулятор для дома придется рассчитать, исходя из требуемой мощности. Также играет роль количество панелей и высота их установки. Чем выше смонтировать солнечную батарею, тем лучше.
Для домашних нужд семьи необходимо 4 кВт.
К аккумулятору солнечная батарея подключается при помощи диода. Такое мероприятие не позволит батареи разрядиться за ночь. Для исключения перезарядки и закипания приборов приобретается контроллер заряда.
