Как сделать солнечную батарею своими руками: пошаговый инструктаж по сборке

Фотоэлектрические панели — источник получения энергии, которую можно направить на производство электричества или тепла для дома усадебного типа. К большому сожалению, фотоэлектрические панели имеют большую цену и недоступны большинству жителей нашего государства.

Иное дело,  когда выполнена солнечная батарея собственными руками — расходы существенно становятся меньше, а работает эта конструкция абсолютно не хуже, чем панель товарного производства.

Кратко про устройство и работе

Солнечную энергию можно изменить в тепловую, когда энергоносителем считается жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторных батареях. Батарея собой представляет генератор, действующий на принципе фотоэлектрического эффекта. Переустройство солнечной энергии в электрическую энергию происходит после проникания лучей солнца на пластины-фотоэлементы, которые являются весомой частью батареи.

При этом световые кванты «отпускают» собственные электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают переменный ток, проходящий через контроллер и собирается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

В роли пластин-фотоэлементов выступают детали из кремния. Кремниевая пластина с одной стороны покрыта очень тонким слоем фосфора или бора — пассивного элемента химии. Здесь под воздействием лучей солнца высвобождается огромное количество электронов, которые держатся фосфорной плёнкой и не разлетаются.

На поверхности пластины есть железные «дорожки», на каких выстраиваются свободные электроны, образовывая упорядоченное движение, т.е. переменный ток. Чем больше подобных кремниевых пластин-фотоэлементов, тем больше электротока можно получить.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Лицевой слой пластин-фотоэлементов покрыт слоем, который не позволяет отражение солнца от пластин, повышая их КПД (+)

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению фотоэлектрической панели следует запастись следующими материалами:

  • силикатные пластины-фотоэлементы;
  • листы Дсп, уголки из металла и планки;
  • жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
  • светопропускающий компонент, исполняющий роль основания для кремниевых пластин;
  • саморезы, самосверлящие шурупы;
  • силиконовой герметик для внешних работ;
  • электропровода, диоды, клеммы.

Кол-во необходимых материалов зависит от размеров вашей батареи, которая очень часто исчерпывается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или комплект отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльный аппарат. С целью проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Сейчас рассмотрим наиболее важные материалы более детально.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Поликристаллические пластины отличаются невысоким КПД. Размер полезного действия будет примерно 10 — 12 %, зато данный показатель не понижается со временем. Длительность работы поликристаллов — 10 лет.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Фотоэлектрическую панель монтируют из модулей, которые со своей стороны составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жёсткими кремниевыми фотоэлементами собой представляют некий сэндвич с постепенно размещенными слоями, закрепленными в профиле из алюминия (+)

Монокристаллические фотоэлементы могут похвалиться более большим коэффициентом полезного действия — 13-25% и продолжительными периодами времени работы – более 25 лет. Но на протяжении определенного времени КПД монокристаллов уменьшается. Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет намного более высокую фотопроводимость и продуктивность.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Пленочные фотопреобразователи получают нанесением тоненького слоя аморфного кремния на полимерную эластичную поверхность

Эластичные батареи с аморфным кремнием — самые новые. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на основу из полимеров. КПД в районе 5 — 6 %, но пленочные системы очень комфортны в укладывании. Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями возникли практически недавно. Это очень простой и максимально недорогой вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно применять фотоэлементы различного размера. В таком случае самый большой ток, вырабатываемый батарей, будет ограниченный током намного более небольшого по размерам элемента. Значит, очень большие пластины не будут работать на всю мощность.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Во время покупки фотоэлементов спросите у торгового представителя способом доставки, большое количество менеджеров применяют способ воскования, дабы устранить разрушение хрупких компонентов

Очень часто для самодельных батарей применяются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в онлайн-магазинах типа Е-бай. Стоимость фотоэлементов очень большая, но большинство магазинов продают говоря иначе детали группы В. Изделия, отнесённые к данной группе имеют брак, но годятся к применению, а их цена меньше, чем у типовых пластин на 40-60%.

Большое количество онлайн-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединений индивидуальных модулей в батарею понадобятся шины, для подсоединения к системе необходимы будут клеммы.

Каркас и светопропускающий компонент

Каркас для будущей панели можно выполнить из реек из дерева или уголков из алюминия. Другой вариант более предпочтителен по многим причинам:

  • Алюминий — лёгкий металл, не дающий положительной нагрузки на опорную конструкцию, на которую предполагается установка батареи.
  • При выполнении антикоррозийной обработки алюминий не подвергается влиянию ржавчины.
  • Не поглощает влажность из внешней среды, не гниёт.

Во время выбора светопропускающего элемента нужно обратить собственное внимание на эти параметры, как показатель преломления солнца и способность поглощать ИК-излучение. От первого показателя напрямую зависит КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.

Самый маленький показатель светоотражения у органическое стекло или более дешёвого его варианта — акрилового стекла. Немного ниже показатель преломления света у поликарбонатного материала.

От величины второго показателя зависит, будут ли разогреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвержены процесса нагрева, тем длительнее они будут служить. ИК-излучения прекраснее всего поглощает специализированное термопоглощающее органическое стекло и стекло с ИК-поглощением. Несколько хуже — силикатное стекло.

Если имеется возможность, то отличным вариантом будет применение в качестве светопропускающего элемента антибликового светопропускающего стекла.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения органическое стекло — очень хороший вариант для производства гелиобатареи

Проект системы и подбор места

Проект гелиосистемы в себя включает расчёты соответствующего размера солнечной пластины. Как говорили выше, размер батареи, в основном, ограниченный очень дорогими фотоэлементами. Гелиобатарея должна ставиться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины лучей солнца. Самый лучший вариант — батареи, которые могут менять наклонный угол.

Установочное место солнечных пластин может быть весьма разнообразным: на земле, на скатной или крыше плоского типа дома, на крышах нежилых помещений. Только одно требование — батарея обязана быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом хороший наклонный угол нужно определить по формуле или с использованием специального калькулятора.

Наклонный угол зависит от расположения дома, периода года и климата. Будет лучше, дабы у батареи имелась возможность менять наклонный угол вслед за сезонными изменением высоты солнечного света, т.к. очень эффективно они работают при падении лучей солнца только перпендикулярно поверхности.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Для европейской части бывших советских республик оптимальный угол стационарного наклона 50 — 60 ?. Если в конструкции рассчитано приспособление для изменения наклонного угла, то зимой лучше располагать батареи под 70 ? к горизонту, летом под угол 30 ?

Расчёты показывают, что 1 метр квадратный гелиосистемы предоставляет возможность получить 120 Вт. Благодаря этому путём расчетов можно поставить, что для оснащения семьи со средним достатком электрической энергией в количестве 300кВт в течении месяца нужна гелиосистема минимум в 20 метров квадратных. Сразу установить такую гелиосистему будет проблемно. Однако даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет беречь электрическую энергию и внести собственный застенчивый залоговый счет в экологию нашей планеты.

Солнечная батарея может применяться в качестве запасного энергоисточника при частом отключении централизованного энергетического снабжения. Для автоматизированного переключения нужно предусматривать систему бесперебойного питания.

Такая система удобная тем, что при эксплуатации классического источника электрической энергии одновременно выполняется зарядка аккумулятора гелиосистемы. Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается в середине дома, благодаря этому нужно предусматривать для него специализированное помещение.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Размещая батареи на наклонной крыше дома, не забудьте о наклонном угле панели, прекрасный вариант, когда у батареи есть приспособление для сезонного изменения наклонного угла

Монтаж фотоэлектрической панели по шагам

Подобрав место для локации фотоэлектрической батареи и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а еще имея в наличии все требуемые инструменты и материалы, можно начинать монтаж батареи. При установке нужно соблюдать технику безопасности, в особенности совершая установку готовой панели на крышу дома. Рассмотрим по-шаговый метод, как выполнить фотоэлектрическую панель.

Пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной фотоэлектрической панели нередко начинается с пайки проводников фотоэлементов. Несомненно, если вы имеете возможность, то рекомендуется приобрести фотоэлементы сразу с проводниками, т.к. пайка — очень сложная и усердная работа, занимающая достаточно времени. Пайка выполняется так:

  1. Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и железная полоса-проводник.
  2. Проводники режуться с помощью картонной заготовки, их длина в несколько раз больше, чем размер кремниевой пластины.
  3. Проводник бережно ложиться на пластину. На один компонент — два проводника.
  4. На место, где будет выполняться спайка, надо нанести кислоту для работы с паяльником.
  5. Сделать пайку с помощью паяльника, бережно присоединив проводник к пластине.

В процессе пайки нельзя давить на силикатный компонент, т.к. он очень непрочный и может разрушиться! Если вам выпало счастье, и вы приобрели фотоэлементы с готовыми контактами, то вы избавите себя от длительной и трудной работы, переходя сразу к изготовлению каркаса для будущей батареи.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Пайка контактов для бракованных фотоэлементов группы В выполняется также и в том же направлении, что и для целых пластин

Изготовление каркаса для фотоэлектрической панели

Каркас — это место, куда будут ставиться фотоэлементы. Для производства каркаса берутся уголки из металла и планки, из которых складываются рамки. Оптимальный размер уголка — 70-90 мм. На внутреннюю часть уголков из металла наносится герметик на основе силикона. Герметизацию уголков нужно сделать тщательно, от этого может зависеть долговечность всей конструкции.

После того, как рамка из алюминия готова, приступим к изготовлению заднего корпуса. Задний корпус собой представляет ящик из дерева из древесно-стружечной плиты с низкими бортами. Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, благодаря этому их высота не должна быть больше 2 см. Борты прикручиваются с помощью шурупов и шуруповёрта.

На дне ящика-корпуса из древесно-стружечной плиты выполняются отверстия для вентиляции. Расстояние между дырочками приблизительно 10 см. В алюминиевую раму ставится светопропускающий компонент (органическое стекло, антибликовое стекло, органическое стекло). Светопропускающий компонент прижимается и крепится, его крепление выполняется с помощью крепежных металлических изделий: 4 в углах, а еще по 2 с длинных и по 1 с короткой стороны рамы. Крепежные изделия фиксируются саморезами.

Каркас для гелиобатареи готов и приступаем к очень ответственной части — процессу установки фотоэлементов. Перед монтажными работами нужно почистить органическое стекло от пыли и обезжирить спиртсодержащей жидкостью.

Монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Монтаж и пайка кремниевых пластин — самая кропотливая часть работы для создания фотоэлектрической батареи собственными руками. Сначала разлаживаем фотоэлементы на органическое стекло синими пластинами вниз. Если вы первый раз собирайте батарею, то воспользуйтесь подложкой для нанесения маркировки, дабы разместить пластины ровно на небольшом (3-5 мм) расстоянии один от одного.

  1. Производим пайку фотоэлементов по следующей электросхеме: «+» дорожки расположены с лицевой стороны пластины, «-» — на обратной. Перед пайкой бережно наносит флюс и припой, дабы объединить контакты.
  2. Производим пайку всех фотоэлементов постепенно рядами сверху вниз. Ряды потом должны быть также соединены между собой.
  3. Приступим к приклеиванию фотоэлементов. Для этого наносим минимальное количество герметика в центр каждой кремниевой пластины.
  4. Переворачиваем получившиеся цепочки с фотоэлементами лицевой стороной (там, где синие пластины) вверх и размещаем пластины по разметке, которую нанесли раньше. Осторожно прижимаем каждую пластину, дабы закрепить её на собственном месте.
  5. Контакты крайних фотоэлементов выводим на шину, исходя из этого «+» и «-«. Для шины лучше всего применять наиболее широк проводник из серебра.
  6. Гелиобатарею нужно оборудовать блокирующим диодом, который совмещается с контактами и предохраняет разрядку аккумуляторов через конструкцию в ночное время.
  7. В дне каркаса сверлим отверстия для вывода проводов наружу.

Провода следует прикрепить к каркасу, дабы они не болтались, сделать это можно применяя герметик на основе силикона.

Испытание батареи перед заделкой

Испытание фотоэлектрической батареи придется проводить до её герметизации, дабы иметь шанс убрать поломки, которые нередко появляются во время пайки. Прекраснее всего делать испытание после спайки каждого ряда компонентов — так намного проще выявить, где контакты соединены плохо.

Для тестирования вам понадобиться обыкновенный бытовой амперметр. Измерения придется проводить в солнечный день в 13-14 часов, солнце не должно быть скрыто облаками. Выносим батарею на улицу и устанавливаем в согласии с раньше рассчитанным наклонным углом. Амперметр подсоединяем к контактам батареи и проводим измерение тока короткого замыкания.

Смысл тестирования состоит в том, что рабочая сила электротока обязана быть на 0,5-1,0 А меньше, чем ток короткого замыкания. Показания прибора должны быть выше 4,5 А, что говорит о работоспособности гелиобатареи. Если тестер выдаёт меньшие показания, то где нибудь точно нарушена очередность соединения фотоэлементов.

В большинстве случаев рукодельная солнечная батарея, сконструированная из фотоэлементов группы В выдаёт показания 5-10 А, что на 10-20% меньше, чем у фотоэлектрических батарей товарного производства.

Герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Герметизацию можно делать, только Удостоверившись, что батарея работает. Для герметизации наиболее оптимально применять эпоксидный компаунд, но если учесть, что расход материала будет высокой, а цена его составляет приблизительно 40-45 долларов. Если дорого, то взамен него можно использовать все тот же герметик на основе силикона.

батарея, пошаговый, инструктаж, сборка

Применяя силиконовой герметик, отдавайте вкусы тому, на упаковке которого отмечено, что он подойдет для применения при низкой температуре

Есть два способа герметизации:

  • полная заливка, когда панели заливаются герметиком;
  • нанесение герметика на пространство между фотоэлементами и на крайние детали.

В первом варианте герметизация станет более надёжной. После заливки герметик должен схватиться. Потом сверху ставится органическое стекло и плотно прижимается к пластинам, покрытым силиконом.

Для оснащения смягчении и добавочной защиты между задней поверхностью фотоэлементов и каркасом из древесно-стружечной плиты многие специалисты предлагают ставить прокладку из жёсткого поролона шириной 1,5-2,5 см. Делать это необязательно, но будет лучше, если учесть, что кремниевые пластины очень хрупкие и очень легко повреждаются.

После того как произошла установка акрилового стекла на конструкцию ставят груз, под воздействием которого происходит выдавливание воздушных пузырьков. Солнечная батарея готова и после повторного тестирования её можно ставить в заблаговременно подобранное место и включать к гелиосистеме Вашего дома.

Нужное видео по теме

Обзор фотоэлементов, заказанных в китайском онлайн магазине:

Видео-инструкция по изготовлению фотоэлектрической панели:

Сделать фотоэлектрическую панель собственными руками — задача не из простых. КПД множества подобных батарей меньше, чем у панелей товарного производства на 10-20%. Очень важное на конструкторском уровне фотоэлектрической панели — точно подобрать и установить фотоэлементы. Не стоит пытаться сразу создать огромную по площади панель. Пробуйте сначала построить маленький прибор, чтобы понимать все тонкости данного процесса.

Оставить комментарий

Яндекс.Метрика