Главная Коммуникации Слаботочные системы

Как собрать своими руками солнечные батареи для частного дома

На чтение: 5 минутНет времени?

Текст

474

Идея автономного дома будоражит умы многих владельцев загородных коттеджей. И это неудивительно: коммунальные услуги дорожают дважды в год, а между тем – вот она, вода под ногами, термальное тепло и солнечная энергия. Сама природа даёт нам всё необходимое, так почему бы не воспользоваться её дарами? Взять, к примеру, энергию нашего космического светила. Это же буквально бесплатные киловатты, которые можно получить, если сделать своими руками солнечные батареи. Можно и купить, конечно, но самостоятельное изготовление – это значительная экономия. Итак, разберёмся, как сделать электростанцию для дома.

Читайте в статье

1 Как устроены и работают солнечные батареи
2 Виды фотоэлементов и их особенности
3 Какие материалы потребуются для создания солнечных батарей
4 Солнечная батарея от проекта до включения
- 4.1 Предварительное планирование
- 4.2 Как собрать фотоэлементы в единый комплекс
5 Где лучше всего поставить солнечную батарею

Как устроены и работают солнечные батареи

Если вы знакомы со школьным курсом физики, то наверняка знаете такой термин, как полупроводники. Именно на них и построена работа солнечных батарей. Человек разумный открыл для себя кремний, и на сегодняшний день это самый совершенный полупроводник из всех известных. Когда верхняя кремниевая пластина полупроводника нагревается, электроны в верхней части перемещаются в нижнюю пластину, но при этом их тянет вернуться на своё законное место. Они находят себе дорогу через соединительные провода и по пути отдают энергию аккумуляторным батареям. В общем, весь секрет в подвижных электронах и в том, чтобы направить их в нужное русло.

Солнечные батареи своими руками — Чтобы кремниевые элементы были наиболее активны, разработаны технологии монокристаллического нанесения, при которых кремниевые кристаллы имеют минимум граней и легче отдают электроны

Как устроена солнечная батарея? Это, собственно, сами кремниевые панели, системы преобразования энергии электронов, аккумуляторные батареи для сохранения этой энергии и дополнительные элементы, которые позволяют извлекать эту энергию на пользу владельцу. Блоки преобразователей, они же фотоэлементы, они же кремниевые панели – это и есть полупроводники. Кремний может быть нанесён монокристаллическим методом, о котором уже было сказано, или поликристаллическим – менее эффективным в работе.

Для сохранения энергии потребуются аккумуляторы, причём их должно быть два (второй выполняет роль резервного). Первый аккумулятор собирает и направляет энергию сразу на расход к приборам потребления, а второй нужен для того, чтобы сохранить излишки этой энергии. Как только начинает падать напряжение в сети, подключается резерв.

В блоке солнечных батарей важную роль играют контроллеры, без них невозможно безопасно и эффективно перераспределять потоки энергии между аккумуляторными устройствами. Хоть по факту они и работают как простой реостат, но без них никак

При самостоятельной сборке комплекса солнечных батарей нельзя пренебрегать никакими элементами. Каждый из них, пусть даже самый маленький, выполняет важную задачу. Вот, к примеру, диоды. Казалось бы, не так они и нужны, а на самом деле они выполняют ответственную задачу защиты блоков от перегрева.

Виды фотоэлементов и их особенности

Кремниевые панели для солнечных батарей бывают поликристаллическими и монокристаллическими. Разберёмся, в чём их отличия и какие являются наиболее эффективными:

Монокристаллические элементы стоят дороже своих аналогов, так как их изготовление требует применения самых передовых технологий. Такие пластины имеют КПД до 25% и могут проработать как минимум четверть века. Это очень приличный срок для таких элементов. При этом за 25 лет они потеряют только около 5% от своей эффективности, что несущественно. Монокристаллические панели захватывают солнечную энергию всей поверхностью и продолжают работать даже при облачной погоде. По факту эти батареи хоть и стоят дороже, но окупают себя намного быстрее поликристаллических. Кроме того, они требуются в меньшем количестве, то есть для получения определённого количества электроэнергии вы можете занять меньше площади фотоэлементами из монокристаллического кремния.

При тщательном уходе и недопущении загрязнений это отличный выбор

Поликристаллические батареи уступают монокристаллическим хотя бы потому, что в них используется менее качественный кремний. Процесс изготовления более примитивен, а это напрямую сказывается на эффективности готового продукта. Зачастую поликристаллические батареи просто делают из отходов монокристаллического производства. Они имеют синеватый оттенок, их легко отличить. Поликристаллические элементы на 20% менее эффективны, а КПД не поднимается выше 18%. Получается, что для извлечения требуемого количества энергии потребуется большая площадь. Но, несмотря на очевидно малую эффективность, поликристаллические фотоэлементы покупают чаще. И дело не только в цене. Они показывают отличные результаты в пасмурную погоду – лучше, чем монокристаллические.

И наконец, нельзя не отметить, что научные разработки постоянно повышают эффективность этого типа батарей, так что не стоит списывать их со счетов

Плёночные батареи – новинка на рынке фотоэлементов, которая пока только набирает популярность. Стоимость этих панелей пока слишком высока для массового спроса, но стоит обратить на них внимание по нескольким причинам:

Плёночные элементы на основе теллурида кадмия – это космические технологии, которые прошли успешные испытания на внеземных аппаратах. Небольшой нюанс всё-таки присутствует – при нагреве кадмий выделяет ядовитые испарения. В солнечных батареях они минимальны и практически безопасны на открытом воздухе.
А вот элементы на основе CIGS – другое дело. Они безопасны, так как состоят из меди, селена, индия и галлия. Преимуществом этого типа является отличная гибкость. И, кстати говоря, и этот вид активно применялся на космических спутниках, а сейчас стал мегапопулярным среди потребителей продукции для активного туризма. Эффективность небольших источников питания на солнечных батареях CIGS достигает 20%.

Как только производители найдут возможность удешевить производство этого вида фотоэлементов – они точно станут лидерами рынка

Ещё один тип солнечных накопителей – аморфные батареи. Они тоже имеют в своей основе кремний, но он наносится особым способом горячего парового напыления, который исключает выращивание кристаллов и значительно ускоряет процесс. Самые современные аморфные модули показывают КПД в 12%, но пока они не так популярны из-за высокой стоимости. У аморфных модулей есть существенное преимущество перед всеми остальными – они способны работать даже при экстремальном нагреве и рассеянном освещении.

Анализируя виды солнечных батарей, можно сделать вывод, что на сегодняшний день самым оптимальным выбором будут монокристаллические фотоэлементы.

Даже при более высокой стоимости по КПД они опережают остальные варианты и служат довольно долго

Какие материалы потребуются для создания солнечных батарей

Для сборки солнечной батареи вам потребуются, помимо фотоэлементов, листы ДСП или ОСБ, уголки и рейки из алюминия, лист поролона высокой жёсткости, герметик на основе из силикона, клеммы, транзистор, диоды и провода.

Для работы нужен минимальный набор инструментов: паяльник, отвёртки (лучше шуруповёрт с насадками), ножовки по металлу и дереву. Чтобы проверить эффективность батареи, потребуется тестер.

Панели модулей собирают с помощью профиля из алюминия. Неразумно приобретать батареи разного размера – так вам будет непросто собрать всё воедино. Кроме того, такой вариант сборки неблагоприятно скажется на эффективности комплекса, так как максимальный вырабатываемый ток будет ограничен показателями самых маленьких модулей.

Небольшой нюанс: при покупке модулей, если вам предложат солидную скидку, поинтересуйтесь её причиной. Часто такой «подарок» делают в категории В, к которой относятся элементы с небольшим браком

Для каркаса можно использовать не только рейки из алюминия, но и дерево. Однако алюминий предпочтителен по нескольким причинам: он не боится коррозии, насекомых, гнили и грибка. Он не впитывает, как дерево, воду и не деформируется после дождя или снегопада. И самое главное, алюминий лёгкий и прочный – как раз то, что нужно для каркаса. Основание – лучше всего ОСБ: эти панели также не боятся сырости, особенно если их предварительно покрасить любой водостойкой эмалью.

Важно и правильно подобрать защитное стекло для солнечных батарей. Есть несколько вариантов: обычное стекло, плексиглас, оргстекло или поликарбонат. Все это дешёвые варианты, которые не обеспечивают хорошей прозрачности и тем самым снижают эффективность фотоэлементов. Если есть возможность, подберите антибликовое стекло – это будет оптимальный вариант. Нет возможности – тогда обычное стекло, которое используют для окон.

В качестве проводки для солнечных батарей потребуются медные одножильные провода. Чтобы соединять пластины, используйте проводники без изоляции, а для вывода энергии на аккумуляторы – изолированные

Герметик нужен для фиксации фотоэлементов на стекле. Самым надёжным вариантом считается эпоксидный компаунд, но это недешёвое средство, поэтому многие заменяют его силиконовым аналогом.

Что касается аккумуляторов, тут только один совет: не экономьте на качественном устройстве. Хороший аккумулятор и прослужит намного дольше и в работе покажет себя достойно. Чтобы подключить солнечные батареи в качестве источника питания, вам будет нужен преобразователь в 220 Вольт или, как его ещё называют, инвертор.

А теперь о том, как сделать в домашних условиях солнечные батареи.

Солнечная батарея от проекта до включения

Прежде чем приступать к сборке солнечной батареи, нужно хотя бы минимально набросать схему будущего устройства, только тогда вы будете знать, как самостоятельно собрать из модулей работоспособную панель.

Это поможет вам не только правильно заготовить все нужные для работы элементы, но и предусмотреть её правильное расположение, которое сделает работу максимально эффективной

Предварительное планирование

Как самому это сделать? Прежде всего определитесь с местом расположения будущей конструкции. Самый верный шаг – сделать комплекс таким образом, чтобы можно было регулировать его наклон, чтобы батареи «следовали» за солнцем в разное время суток и даже в зависимости от сезонного расположения светила.

Такое решение позволит увеличить номинальную мощность комплекса вдвое. Если вы сделали выбор в пользу стационарных рамок, их нужно размещать под наклоном 50–60 градусов. А вот подвижные рамки требуют наклона зимой в 70 и летом в 30 градусов.

Весной и осенью вполне устроит и наклон, аналогичный стационарному

Второй существенный момент в планировании – определение количества фотоэлементов. Для этого нужно знать объём генерируемой энергии от одной пластины и вашу потребность. Для примера: фотоэлемент площадью 1 квадратный метр генерирует около 125 Вт. Чтобы получить энергию для нужд небольшого дома, потребуется минимум 2,5 кВт. Вот и считайте, сколько вам потребуется панелей, и думайте, где и как их разместить.

Как собрать фотоэлементы в единый комплекс

Фотомодули нужно объединить в общий комплекс. Для этого контакты каждого элемента припаиваются к проводам-проводникам. Как это правильно сделать:

Проводники без изоляции нарезают на одинаковые отрезки, по длине равные двойному размеру фотоэлементов

все модули, которые вы будете соединять, выкладываются на ровную площадку (стол, стекло);

Контакты фотомодулей облуживаются небольшим количеством олова после предварительной очистки

как паять: проводники прилуживаются к контактам. Делать это нужно очень осторожно, чтобы не повредить хрупкие пластины;
некоторые модели проводников продаются уже с соединительными проводами. Это значительно облегчает задачу, так что если есть выбор – берите такие;
остаётся только замерить суммарный ток от полученного комплекса.

Следующий этап – изготовление рамки для батареи. По сути это ящик, в котором есть дно из ОСБ или фанеры, низкие бортики и верхняя крышка – прозрачное стекло.

Подготовьте ОСБ или фанеру такого размера, чтобы поместились все фотоэлементы. В её основании делается несколько отверстий для вентиляции. По периметру крепятся бортики – это могут быть деревянные или алюминиевые рейки. Высота реек 1,5–2 см, не больше, иначе они будут давать тень на фотоэлементы.

Стеклянная крышка подбирается по размерам короба. В качестве прижимного каркаса используют алюминиевый уголок

Далее солнечные элементы помещают лицевой частью к стеклу. Между модулями оставляют расстояние примерно 5 мм. Чтобы всё получилось идеально ровно, можно предварительно разметить стекло.

Далее соответственно соединяются плюсовые контакты с плюсовыми, минусы – с минусами. Плюс размещают с лицевого края, минус – с внутреннего.

Соединение модулей происходит сверху вниз, чтобы вы нечаянно не повредили тонкие, как фольга, элементы во время соединения. Все вертикальные ряды припаиваются к общей шине.

Каждый модуль приклеивается к стеклу с помощью герметика. Делать это нужно аккуратно, потому что исправить потом, не разрушая фотоэлемента, будет невозможно. Герметик наносят в небольшом количестве прямо по центру каждого фотоэлемента.

В рамке делают отверстия для вывода шин, подключается контроллер, который не даст батарее разряжаться в тёмное время суток

Все провода фиксируются герметиком, после чего можно собирать рамку. Предварительно на дно короба укладывают поролон, который будет выполнять роль демпфера.

Чтобы узнать, как работает комплекс, его нужно вынести на солнце и замерить результат мультиметром. Если всё работает, можно проводить окончательную герметизацию

Где лучше всего поставить солнечную батарею

Для установки солнечного комплекса подойдут места, не затенённые кронами деревьев. Если у вас несколько модулей, их нужно ставить так, чтобы они не давали тени друг на друга.

Для максимальной эффективности работы модули должны располагаться перпендикулярно солнечным лучам.