Как сделать простейшую солнечную батарею. Солнечные батареи своими руками. Устройство солнечной батареи. Как сделать солнечную батарею для дома или дачи. Солнечная батарея для дома своими руками

25.06.2020

Использование солнечной энергии для обеспечения жизненных потребностей в 21 веке является актуальным вопросом не только для корпораций, но и для населения. Теперь использование солнечных батарей для получения экологической электроэнергии привлекает много людей своей доступностью, автономностью, неиссякаемостью и минимальными вложениями. Теперь эти явления настолько привычны и обыденны, что уже давно прочно обосновались в нашу каждодневную жизнь.

Данный источник электроэнергии используется для освещения, функционирования бытовых электроприборов и отопления. Уличные фонари на солнечных батареях используются повсеместно в городской черте, на дачных участках и территориях загородных коттеджей.

Принцип работы солнечной батареи

Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+). Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.

Как работает солнечная батарея, во многом зависит от ее устройства. Первоначально фотоэлементы изготавливались из кремния. Они и сейчас очень популярны, но поскольку процесс очистки кремния достаточно трудоемок и затратен, разрабатываются модели с альтернативными фотоэлементами из соединений кадмия, меди, галлия и индия, но они менее производительны.

КПД солнечных батарей с развитием технологий вырос. На сегодняшний день это показатель возрос от одного процента, который регистрировался в начале столетия, до более двадцати процентов. Это позволяет в наши дни использовать панели не только для обеспечения бытовых нужд, но и производственных.

Технические характеристики

Устройство солнечной батареи довольно простое, и состоит из нескольких компонентов:

Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;

Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;

Контроллер уровня заряда аккумулятора.

Аккумуляторы для солнечных батарей купить следует с учетом необходимых функций. Они накапливают и отдают электроэнергию. Запасание и расход происходит в течение всего дня, а ночью накопленный заряд только расходуется. Таким образом, происходит постоянное и непрерывное снабжение энергией.

Чрезмерная зарядка и разрядка батареи укорачивает ее эксплуатационный срок. Контроллер заряда солнечной батареи автоматически приостанавливают накопление энергии в аккумуляторе, когда он достиг максимальных параметров, и отключают нагрузку устройства при сильной разрядке.

(Tesla Powerwall - аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт - и )

Сетевой инвертор для солнечных батарей является самым важным элементом конструкции. Он преобразовывает полученную от солнечных лучей энергию в переменный ток различной мощности. Являясь синхронным преобразователем, он совмещает выходное напряжение электрического тока по частоте и фазе со стационарной сетью.

Фотоэлементы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Последний вариант увеличивает параметры мощности, напряжения и тока и позволяет устройству работать, даже если один элемент потеряет функциональность. Комбинированные модели изготовлены с использованием обеих схем. Эксплуатационный срок пластин около 25 лет.

Установка солнечных батарей

Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.

Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.

Солнечная батарея своими руками

Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребност. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.

Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств изготавливается некоторыми умельцами из медных листов, зажимов, мощных электроплит, соли и из других материалов. Такие кустарные устройства не смогут полностью обеспечить необходимой электроэнергией и могут использоваться лишь в небольших масштабах.

Лучше всего солнечные батареи купить у производителя, поскольку они обладают гарантией и необходимыми функциональными и эксплуатационными параметрами, и, значит, не подведут. Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.

Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты. Судя по отзывам, солнечные батареи используются часто и с удовольствием для удовлетворения разнообразных нужд не только на природе, но и в быту.

В современном мире сложно представить себе существование без электрической энергии. Освещение, отопление, связь и прочие радости комфортной жизни напрямую зависят от неё. Это заставляет искать альтернативные и независимые источники, одним из которых является солнце. Эта область энергетики пока ещё не слишком развита, и промышленные установки стоят недёшево. Выходом станет изготовление солнечных батарей своими руками.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея представляет собой панель, состоящую из соединённых между собой фотоэлементов. Она напрямую преобразует солнечную энергию в электрический ток. В зависимости от устройства системы, электрическая энергия аккумулируется или сразу идёт на энергообеспечение зданий, механизмов и приборов.

Солнечная батарея состоин из соединённых между собой фотоэлементов

Простейшими фотоэлементами пользовался почти каждый. Они встроены в калькуляторы, фонарики, аккумуляторы для подзарядки электронных гаджетов, садовые фонарики. Но этим использование не ограничивается. Существуют электромобили с подзарядкой от солнца, в космосе это один из основных источников энергии.

В странах с большим количеством солнечных дней батареи устанавливаются на крышах домов и используются для отопления и нагрева воды. Этот вид называют коллекторами, они преобразуют энергию солнца в тепловую.

Нередко электроснабжение целых городов и посёлков происходит только за счёт этого вида энергии. Строятся электростанции, работающие на солнечной радиации. Особенное распространение они получили в США, Японии и Германии.

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.

Виды элементов для модулей

Существует три основных типа гелиопанелей: поликристаллические, монокристаллические и тонкоплёночные. Чаще всего все три типа производятся из кремния с различными добавками. Используются также теллурид кадмия и селенид меди-кадмия, особенно для производства плёночных панелей. Эти добавки способствуют увеличению эффективности ячеек на 5-10 %.

Кристаллические

Самые популярные - монокристаллические. Они изготавливаются из монокристаллов, имеют равномерную структуру. Такие пластины имеют форму многоугольника или прямоугольника со срезанными углами.

Монокристаллическая ячейка имеет форму прямоугольника со скошеными углами

Батарея, собранная из монокристаллических элементов, имеет большую по сравнению с другими видами производительность, её КПД 13 %. Она легка и компактна, не боится небольшого изгиба, может быть установлена на неровную поверхность, срок службы 30 лет.

К недостаткам можно отнести значительное снижение мощности при облачности, вплоть до полного прекращения выработки энергии. Это же происходит и при затемнении, ночью батарея работать не будет.

Поликристаллическая ячейка имеет форму прямоугольника, что позволяет собрать панель без пропусков

Поликристаллические производятся методом литья, имеют прямоугольную или квадратную форму и неоднородную структуру. Эффективность их ниже монокристаллических, КПД всего 7-9 %, но падение выработки при облачности, запылении или в сумерках несущественно.

Поэтому их применяют при устройстве уличного освещения, их же чаще используют самоделкины. Стоимость таких пластин ниже монокристаллов, срок эксплуатации 20 лет.

Плёночные

Токкоплёночные или гибкие элементы изготавливаются из аморфной формы кремния. Гибкость панелей делает их мобильными, свернув рулоном их можно взять с собой в путешествия и иметь независимый источник энергии в любом месте. Это же свойство позволяет монтировать их на криволинейных поверхностях.

Плёночная батарея изготавливается из аморфного кремния

По эффективности плёночные панели уступают кристаллическим в два раза, для производства одинакового количества необходима двойная площадь батареи. Да и долговечностью плёнка не отличается - в первые 2 года их эффективность падает на 20-40 %.

Но при облачности или затемнении выработка энергии сокращается всего на 10-15 %. Несомненным достоинством можно считать их относительную дешевизну.

Из чего можно сделать гелиопанель в домашних условиях

Несмотря на все преимущества батарей промышленного производства, главным их недостатком является высокая цена. Этой неприятности можно избежать, изготовив простейшую панель своими руками из подручных материалов.

Из диодов

Диод - это кристалл в пластиковом корпусе, выступающем в роли линзы. Она концентрирует солнечные лучи на проводнике, в результате возникает электрический ток. Соединив между собой большое количество диодов, получаем солнечную батарею. В качестве платы можно использовать картон.

Проблема в том, что мощность полученной энергии мала, для выработки достаточного количества понадобится огромное количество диодов. По финансовым и трудозатратам такая батарея намного превосходит заводскую, а по мощности сильно ей уступает.

Кроме того, выработка резко падает при уменьшении освещённости. Да и сами диоды ведут себя некорректно - нередко возникает самопроизвольное свечение. То есть сами же диоды потребляют произведённую энергию. Вывод напрашивается сам: неэффективно.

Из транзисторов

Как и в диодах, главный элемент транзистора - кристаллик. Но он заключён в металлический корпус, не пропускающий солнечный свет. Для изготовления батареи крышка корпуса спиливается ножовкой по металлу.

Батарею небольшой мощности можно собрать из транзисторов

Затем элементы крепят к пластине из текстолита или другого материала, подходящего на роль платы, и соединяют между собой. Таким способом можно собрать батарею, энергии которой достаточно для работы фонарика или радиоприёмника, но большой мощности ожидать от такого устройства не стоит.

Но в качестве походного источника энергии небольшой мощности вполне подойдёт. Особенно если вас увлекает сам процесс создания и не очень важна практическая польза от результата.

Умельцы предлагают использовать в качестве фотоэлементов CD-диски и даже медные пластины. Портативную зарядку для телефона несложно изготовить из фотоэлементов от садовых фонариков.

Лучшим решением будет покупка готовых пластин. Некоторые интернет-площадки продают модули с небольшим производственным браком по приемлемой цене, они вполне пригодны для использования.

Рациональное размещение батарей

От размещения модулей в большой степени зависит, сколько энергии будет производить система. Чем больше лучей попадёт на фотоэлементы, тем больше они произведут энергии. Для оптимального расположения нужно соблюдать следующие условия:

Важно! Сила тока батареи задаётся производительностью самого слабого элемента. Даже небольшая тень на одном модуле может снизить производительность системы от 10 до 50%.

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.

Как собрать солнечную батарею своими руками

Сборка состоит из нескольких этапов: изготовление корпуса, пайка элементов, сборка системы и её установка. Прежде чем приступить к работе, запаситесь всем необходимым.

Батарея состоит из нескольких слоёв

Материалы и инструменты

фотоэлементы;
плоские проводники;
спиртово-канифольный флюс;
паяльник;
алюминиевый профиль;
алюминиевые уголки;
метизы;
силиконовый герметик;
ножовка по металлу;
шуруповёрт;
стекло, оргстекло или плексиглаз;
диоды;
измерительные приборы.

Фотоэлементы лучше заказать в комплекте с проводниками, они специально предназначены для этой цели. Другие проводники обладают большей хрупкостью, что может стать проблемой при пайке и сборке. Есть ячейки с уже припаянными проводниками. Стоят они дороже, но существенно экономят время и трудозатраты.

Приобретите пластины с проводниками, это сократит время работы

Рамка корпуса обычно изготавливается из алюминиевого уголка, но возможно использование деревянных реек или брусков квадратного сечения 2х2. Этот вариант менее предпочтителен, так как не обеспечивает достаточную защиту от атмосферного воздействия.

Для прозрачной панели выбирайте материал с минимальным показателем преломления света. Любое препятствие на пути лучей увеличивает потери энергии. Желательно, чтобы материал пропускал как можно меньше инфракрасного излучения.

Важно! Чем больше наргевается панель, тем меньше она вырабатывает энергии.

Расчёт каркаса

Габариты каркаса высчитываются исходя из размеров ячеек. Важно между соседними элементами предусмотреть небольшое расстояние в 3-5 мм и учесть ширина рамки, чтобы она не перекрывала кромки элементов.

Ячейки выпускаются различных типоразмеров, рассмотрим вариант из 36 пластин, размером 81х150 мм. Элементы располагаем в 4 ряда, по 9 штук в одном. Исходя из этих данных, размеры каркаса получаются 835х690 мм.

Изготовление короба

Пайка элементов и сборка модулей

Если элементы приобретены без контактов, сначала их нужно припаять к каждой пластине. Для этого нарежьте проводник на одинаковые отрезки.

Вырежьте из картона прямоугольник нужного размера и намотайте на него проводник, затем разрежьте с обеих сторон.
На каждый проводник нанесите флюс, приложите полоску к элементу.
Аккуратно припаяйте проводник по всей длине ячейки.
Припаяйте проводники к каждой пластине
Ячейки выложите в ряд друг за другом с зазором 3-5 мм и последовательно спаяйте между собой.
При монтаже периодически проверяйте работоспособность модулей
Готовые ряды по 9 ячеек перенесите в корпус и выровняйте относительно друг друга и контура рамки.
Спаяйте параллельно, используя более широкие шины и соблюдая полярность.
Выложите ряды элементов на прозрачную подложку и спаяйте между собой
Выведите контакты «+» и «-».
На каждый элемент нанесите по 4 капли герметика и уложите сверху второе стекло.
Дайте клею высохнуть.
Залейте по периметру герметиком, чтобы внутрь не попадала влага.
Закрепите панель в корпусе при помощи уголков, прикрутив их в боковым сторонам алюминиевого профиля.
Установите при помощи герметика блокировочный диод Шоттке, чтобы исключить разрядку АБ через модуль.
Выходной провод снабдите двухконтактным разъёмом, к нему в дальнейшем подсоедините контроллер.
Прикрутите к рамке уголки для крепления батареи к опоре.

Видео: пайка и сборка солнечного модуля

Батарея готова, осталось её установить. Для более эффективной работы можно изготовить трекер.

Изготовления поворотного механизма

Простейший поворотный механизм несложно изготовить самостоятельно. Принцип его работы основан на системе противовесов.

Из деревянных брусков или алюминиевого профиля соберите опору для батареи в виде стремянки.
С помощью двух подшипников и металлической штанги или трубы установите на вершине батарею так, чтобы она была закреплена по центру большей стороны.
Сориентируйте конструкцию с востока на запад и дождитесь, когда солнце будет в зените.
Поверните панель, чтобы лучи падали на неё вертикально.
Укрепите на одном конце ёмкость с водой, уравновесьте её на другом конце грузом.
В ёмкости проделайте отверстие, чтобы вода понемногу вытекала.

По мере вытекания воды, вес сосуда будет уменьшаться и край панели поднимется вверх, поворачивая батарею за солнцем. Величину отверстия придётся определять опытным путём.

Простейший солнечный трекер изготавливается по принципу водяных часов

Всё, что вам понадобится, это утром налить воды в ёмкость. Такую конструкцию не установишь на крыше, а для садового участка или лужайки перед домом она вполне подойдёт. Есть и другие, более сложные конструкции трекера, но они потребуют больших затрат.

Видео: как изготовить самостоятельно электронный солнечный трекер

Установка батарей

Теперь можно провести испытание, и пользоваться бесплатным электричеством.

Обслуживание модулей

Особенного обслуживания солнечные панели не требуют, ведь у них нет движущихся частей. Для их нормального функционирования достаточно время от времени очищать поверхность от грязи, пыли и птичьего помёта.

Помойте батареи из садового шланга, при хорошем напоре воды для этого не понадобится даже забираться на крышу. Следите за исправностью дополнительного оборудования.

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.

Хоть использование солнечной энергии и получило сегодня широкое распространение, цена фотобатарей остается на высоком уровне. Но их вполне можно сделать своими руками. В большинстве случаев этим интересуются владельцы частных домов. Но некоторым удается снабдить самодельными фотопанелями даже свою квартиру.

Устройство солнечной батареи

Перед тем как создать солнечную батарею своими руками, стоит разобраться в ее работе. Электрическую энергию накапливают аккумуляторы. В основе работы самой батареи лежит фотоэлектрический эффект. Он происходит в фотоэлементах, которые и «собирают» энергию солнечных лучей. Такие пластины как раз и выступают основной частью фотобатарей. Как же преобразуется энергия из солнечной в электрическую:

Лучи солнца попадают на одну из сторон пластины, имеющую тонкий слой бора или фосфора.
Под их воздействием высвобождается множество электронов. Фосфорная пленка удерживает их, не давая разлетаться.
Движение электронов упорядочивается металлическими «дорожками», которыми оснащена каждая пластина.
Так возникает электрический ток. Его можно получить тем больше, чем больше взять кремниевых ячеек.

Первыми в списке необходимых материалов идут, конечно же, солнечные фотоэлементы. Поскольку не стоит на месте, разработано уже множество различных солнечных пластин.

Пленочные. Сегодня их выпускают только технологически «продвинутые» компании, поэтому за ними остается только «охотиться». Такие элементы встречаются в уже готовых фотобатареях.
Аморфные. Это фотопластины, способные собирать лучи солнца в любых погодных условиях: на закате, при запыленном воздухе, в дождь и пр. В основе аморфных элементов лежит тончайший слой кремния, напыляемый на стеклянную или полимерную поверхность. Для создания самодельной солнечной батареи своими руками такие элементы используют редко из-за небольшого срока службы и недостаточного КПД.
Из кристаллического кремния. Здесь выделяют два типа фотопластин:
- Монокристаллические. Состоят из одного кремниевого кристалла. Эффективность таких панелей выше за счет одностороннего направления. Подобные элементы чаще применяют в регионах с высокой активностью солнца. Распознать подобные ячейки можно по однородному темному цвету и срезанным углам. Их КПД составляет около 19%, а срок службы достигает 50 лет.
- Поликристаллические. Множество мелких кристаллов объединяют в один элемент. Эффективность от этого снижается, но зато панели можно использовать там, где солнце не слишком активно. Структуру из большого числа кристаллов можно обнаружить по более светлому оттенку синего цвета и неоднородному рисунку. Поликристаллы уступают монокристаллам в сроке службы (до 25 лет) и КПД (до 15%).

В первый раз изготовить солнечную батарею своими руками лучше из более дешевых поликристаллических пластин. К монокристаллическим стоит переходить уже после обкатки технологии. Недорогие фотопластины продаются в зарубежных интернет-магазинах. Самые известные среди них: EBay, Aliexpress и Amazon.

Сегодня некоторые продавцы предлагают уцененные фотопластины класса «B». Они стоят дешевле в связи с имеющимися повреждениями: различными сколами, отсутствующими уголками, микротрещинами и пр. Производительность ячеек от этого не страдает, но цена значительно снижается. Для «набивки руки» такие элементы вполне подойдут.

Решив сделать солнечную батарею своими руками из подручных средств, можно заменить фотопластины на полупроводники с p-n-переходами. Они часто остаются от старых приемников и телевизоров. Полупроводники тоже способны вырабатывать ток под действием солнечного излучения. Для изготовления панели остается только соединить несколько подобных деталей.

Подвох здесь в недостаточной мощности получаемых устройств. При самых мощных транзисторах удается получить напряжение не более 0,2 В с каждого. Сила тока в них будет измеряться микроамперами, и это при самом ярком солнце. Чтобы добиться тех же параметров, что дают кремниевые фотоэлементы, нужно будет найти сотни полупроводников. Но даже в лучшем случае вы сможете зарядить только светодиодный фонарь или мобильник.

Важным этапом в инструкции, как сделать солнечную батарею своими руками, выступает расчет ее размера. Здесь важны напряжение и сила тока фотоэлементов. Для средних ячеек эти параметры составляют 0,5 В и 3 А соответственно. Если для создания батареи соединить 30 ячеек, тогда ее мощность составит 30 · 0,5 В · 3 А = 45 Вт.

Что еще потребуется для создания фотобатареи

Перед началом работ проверьте, все ли из списка есть у вас под рукой:

рейки и фанера для каркаса;
силиконовый герметик;
припой;
антисептик и краска для дерева;
многожильный медный провод для соединения фотоэлементов;
уголки алюминиевые;
антибликовое стекло, поликарбонат или плексиглас;
диоды Шоттки, рассчитанные на отдачу одной фотопластины.

Также потребуется простой инструмент: паяльник, пила, стеклорез, отвертка, малярная кисть – все, что есть у любого домовитого хозяина.

Инструкция по созданию солнечной панели

Соединяя солнечные ячейки, стоит придерживаться соотношения сторон 1:1. Например, если по вашим расчетам получится, что требуется уложить 120 пластин, то можно расположить их в 12 рядов по 10 шт. Каждые два «столбика» подключите параллельно, а 5 полученных блоков – последовательно. Так провода будут уложены аккуратнее. Определившись с расположением ячеек, можно приступать к выполнению инструкции, как собрать солнечную батарею своими руками. Она включает несколько основных этапов.

Корпус изготавливают из деревянных реек. Высота их не должна быть больше 25 мм, иначе крайние ряды ячеек окажутся затененными. Для соединения реек используют алюминиевые уголки. Размеры корпуса определяются размерами фотопластин. Для ячеек 3х6 дюймов (7,62х15,24 см) при расположении их в 12 рядов по 10 шт. потребуется рама не менее 160х100 см.

Обратная сторона зашивается фанерой, а внизу рамы просверливают вентиляционные отверстия. Для защиты дерева его покрывают антисептиком, а затем окрашивают. Уже по готовому каркасу из стекла или плексигласа вырезают панель, которую крепят при помощи уголковых кронштейнов.

Для выполнения этой задачи необходим паяльник мощностью до 40 Вт и легкоплавкий припой. Небольшое его количество наносится на выводные части пластин. Обязательно соблюдается полярность подключения. Расстояние между фотоэлементами должно быть не менее 5 мм для учета возможного расширения. Для увеличения напряжения элементы соединяют последовательно, а для повышения тока – параллельно.

Когда отдельные цепочки будут собраны, их кладут тыльной стороной к подложке и приклеивают герметиком. Каждый блок солнечных пластин должен быть снабжен диодом Шоттки, исключающим разрядку аккумуляторов ночью. По схеме, представленной выше, осуществляют соединение всех цепочек с использованием медного провода или специальной шины.

Окончательная сборка

Уже готовые подложки укладывают в корпус. Для крепления используют саморезы. При наличии в раме поперечины в ней просверливают отверстия под провода. Выведенный наружу кабель фиксируют и припаивают к выводам сборки. Стекло укладывают в каркас, предварительно нанеся на верхний контур рамы слой герметика.

Изучив, как делают солнечные батареи в домашних условиях своими руками, можно сделать вывод, что для этого требуются хотя бы минимальные знания электротехники. Но сделав все максимально аккуратно, можно надеяться на удачное выполнение поставленной задачи. Также нужно быть готовым, что требует финансовых и временных затрат. Потренировавшись на первой панели, вы сможете сделать еще не одну солнечную батарею, тем самым обеспечив свое жилище бесплатной электроэнергией.

Основной принцип работы устройства — при помощи фотоэлементов оно превращает солнечную энергию в электричество. Технология подразумевает соединение таких элементов в один комплекс. После того как энергия будет обработана, электричество поступает в специальные аккумуляторы.

В этой статье мы разберемся, почему люди все чаще устанавливают солнечные батареи своими руками.

Самодельная солнечная батарея — прогрессивный метод экономии, ведь вы не только будете получать электричество (это обеспечат солнечные элементы), но и не потратите колоссальные суммы на покупку батарей.

Весь процесс не представляет собой ничего сложного, главное здесь — четкая последовательность действий. С этим мы вам поможем, приступим.

То, какое количество электроэнергии вы получите в конечном счете, будет зависеть от размеров которые имеет ваш солнечный модуль.

Как это работает

Для начала ознакомимся с тонкостями которые имеет технологический процесс. На пластине из кремния (или из меди) монтируются фотодиоды. Когда на них попадает свет, на их выходах образуется фото-ЭДС. Для того чтобы сделать солнечную батарею своими руками, необходимо объединить такие пластины (их комбинация называется модулем).

Примерное значение вырабатываемой энергии с одной подобной пластины — 0,5 – 0,55 В. Не стоит задаваться слишком большими целями, ведь для получения 220 вольт вам понадобится батарея впечатляющих масштабов. Более реальная задача — получить 12-24 вольт. Их обработают другие солнечные элементы.

Подобная мощность способна заполнить электроэнергией 12 аккумуляторов. Основные элементы, которые имеет конструкция:

солнечная панель, которая будет вырабатывать энергию
аккумуляторы для хранения энергии
инвертор для преобразования энергии низкого напряжения в стандартную

Создавать самодельные солнечные батареи необходимо из расчетов требуемой для конкретного помещения энергии. Для каждого здания значение будет индивидуальным. Первым делом — рассчитайте, сколько аккумуляторов понадобится для ваших целей. Количество аккумуляторов зависит от размеров солнечной панели.

Для того чтобы создать качественную солнечную батарею в домашних условиях, потребует приобрести инвертор. Этот важный элемент конструкции не изготавливается самостоятельно. При покупке руководствуйтесь потребностями вашего помещения (минимальное рекомендуемое значение 1-2 кВт).

Выбор фотоэлементов

Устройство солнечной батареи на современном рынке представлено в виде двух вариантов — сборка солнечной батареи возможна из монокристаллического кремния и поликристаллического:

первые имеют КПД 13% (отличаются низкой эффективностью когда на улице пасмурно);
вторые обладают меньшим КПД — 9%, зато они отлично себя проявляют при плохих погодных условиях.

В соответствии с советами специалистов, для того чтобы собрать солнечную батарею своими руками достаточно будет второго варианта.

Фотоэлементы, которые вы будете использовать для изготовления солнечных батарей своими руками, необходимо приобретать одинакового размера. В противном случае электроэнергия, которую они будут генерировать, ограничится показателями наименьшей ячейки.

Другие материалы

Чтобы получить самодельные солнечные батареи вам понадобится:

каркас (он может быть изготовлен из дерева, алюминия)
фотоэлементы
подложка изготовленная по стандартам ДВП
стекло (в качестве альтернативы применяется оргстекло)
проводники
диоды

Выбор места установки

В выборе места при сборке солнечных панелей своими руками, нужно руководствоваться главным принципом — лучи солнца должны попадать на конструкцию настолько перпендикулярно, насколько это возможно.

Самое популярное расположение которое имеют солнечные элементы — крыша помещения. В целом рекомендуется проводить монтаж как можно выше. В качестве альтернативного варианта служат места, куда лучи попадают активнее всего.

Процесс установки

Каркас

В вопросе как собрать солнечную батарею своими руками, первое с чего необходимо начинать — сбор каркаса. Он обеспечит солнечные элементы необходимым уровнем защиты. Для этого понадобятся:

уголки изготовленные из алюминия (30х30)
в качестве альтернативы применяются деревянные бруски

Первый вариант является более распространенным и эффективным. В качестве инструмента вам потребуется напильник. На одной из полок с его помощью необходимо снять фаску. Делать это нужно под углом в 45 градусов. Взяв за основу тот же угол наклона, отрезайте вторую полку.

Когда элементы каркаса обработаны, их скручивают используя угольники. Материал угольников должен совпадать с материалом каркаса.

После этого настает финальный этап — полностью готовая рама дополняется защитным стеклом. Монтируют его с использованием силикона.

Спайка пластин

Изготовление солнечной батареи своими руками требует особенного внимания к этому этапу. Первое что требует технология производства, понимание базового принципа при спайке:

последовательное соединение увеличит напряжение;
параллельное соединение увеличивает силу тока.

Схема солнечной батареи подразумевает зазор величиной в 5 мм при установке кремниевых пластин на стекло. Строго рекомендуется соблюдать это значение, ведь оно необходимо для того чтобы при нагреве погасить температурное расширение частей конструкции.

В преобразователях легко разобраться, ведь их устройство подразумевает всего две дорожки (плюс и минус). Элементы для солнечных батарей необходимо последовательно соединять в одну цепочку.

Рекомендуется не ограничивать себя лишь необходимым количеством панелей. Процесс изготовления солнечных батарей может принести неожиданные сюрпризы — порчу панелей в ходе установки (они хрупки и сделать это не так трудно даже при всей осторожности). По этой причине следует запастись несколькими запасными панелями.

После окончания данных работ остается вывести проводники на общую шину.

Теперь нужно понять, как проверить солнечную батарею и напряжение, которое она будет давать на выходе. Для этих целей используется мультиметр. Оптимальный показатель которым должна обладать батарея изготовленная в домашних условиях — 18-19 вольт.

Собираем панель

Самодельная солнечная панель на этом этапе изготовления особенно ответственный этап. После того как работы с корпусом закончены, в него необходимо поместить преобразователи которые были спаянные ранее. Далее для сборки солнечной батареи выполняются следующие действия:

на кремниевые элементы (по центру) наносится силикон
чтобы обеспечить надежную фиксацию сверху накрывают подложку (ДВП)
далее нужно закрыть конструкцию крышкой
герметизация стыков (используйте герметик или в качестве альтернативы силикон)

Когда все шаги выполнены и панель приняла окончательный вид, ее необходимо монтировать на каркас или держатель.

Транзисторная батарея

Солнечная батарея своими руками из подручных материалов собирается с использованием диодов и транзисторов, из фольги.

Если вы решили изготовить конструкцию с использованием транзистора, обращайте свое внимание исключительно на такие типы — КТ, П. Это будет наиболее оптимальным выбором по причине полупроводников идеально подходящих для производства электрической энергии.

После того как вы определитесь с нужным количеством радиодеталей, с них убирается металлическая крышка.Зажав радиодеталь в тисках, тщательно срежьте верхнюю часть. Для этих целей подойдет ножовка по металлу. Пластина которая находится во внутренней части будет служить в качестве фотоэлемента.

Дальнейшие действия:

сборку должна проходить на поверхности, которая обладает диэлектрическими свойствами
используем коллекторный переход (он характеризуется наибольшей разностью потенциалов в отличие от базы и эмиттера)
спаивание транзистора происходит в отдельную последовательную цепь
цепочки необходимо соединять параллельно

Показатели выдаваемого напряжения от одного транзистора с использованием указанных полупроводников:

0,35 вольт
сила тока при КЗ составляет 0,25 мкА

Таким образом из подручных средств можно создавать эффективные панели своими руками.

Используем диоды

При правильной сборке, солнечная батарея из диодов для частного дома или дачи также может оказаться весьма эффективной. Показатели генерирования напряжения одного диода — 350 мВ.

Чтобы правильно использовать диод своими руками в подобной конструкции, заранее определитесь с оптимальным количеством радиодеталей. Такое производство солнечных батарей для начала работ требует размещение их в емкости для обработки ацетоном.

В качестве альтернативы ацетону можно использовать и другие растворители. Оставить радиодетали в таком положении нужно не менее чем на пару часов.

Такие солнечные батареи для дома своими руками изготавливаются с соблюдением следующих шагов:

на пластине проводим разметку, которая будет указывать места для впаивания элементов источника питания
размокание позволяет без особого труда снять краску
необходимо загнуть плюсовой контакт (для этих целей используем мультиметр)

Изготовления солнечных батарей данного типа для максимальной эффективности в получении напряжения требует вертикального впаивания диодов. Практика подтверждает что это самое оптимальное положение для кристалла.

Солнечная батарея из фольги

Эта методика выделяется гораздо меньшими показателями мощности по сравнению с предыдущими. Солнечные элементы из фольги производятся в соответствии с четкой инструкцией — для начала пригодится медная фольга (45 кв.м.). С нее нужно убрать весь жир:

используем мыльный раствор
тщательно промываем руки чтобы исключить образование жировых пятен

Следующий этап обработки — устранение коррозии, защитной оксидной пленки которые располагаются на плоскости отреза. Это легко сделать используя обычный наждак.

Лист фольги необходимо разогреть до такой степени, когда начинается виднеться красно-оранжевые пятна. Финалом этого процесса можно считать принятие поверхностью черного цвета.

Это свидетельствует про образование оксида меди. Лучше всего делать это на горелке электрической плиты. Минимальный показатель ее мощности должен составлять 1,1 кВт.

В целях получения оксидной пленки с оптимальной толщиной, с момента образования оксида, лист нужно прогревать еще полчаса. После такой прожарки можно приступать к дальнейшим шагам:

происходит отслоение оксида, весь его остаток устраняется промывкой обычной водой
исключается любая деформация листа, сгибания, попытки убрать оксид механическими способами
вырезаем еще один лист, опираясь на параметры предыдущего
обрезаем горло пластиковой бутылки (от 2 до 5 л.)
в нее располагаем два кусочка фольги, после чего закрепляем их
исключается любое соприкосновение данных кусков
клемма с минусом для обработанного куска, с плюсом для другого
банка заливается специальным раствором

Верхняя кромка должна отделяться от электродов на 2,5 см. Чтобы приготовить смесь понадобятся несколько столовых ложек соли. Ее количество должно быть пропорционально объему емкости.

Солнечная батарея из транзисторов, солнечная батарея из светодиодов и другие их разновидности доказали свою эффективность годами практики. Также продуктивным окажется вентилятор на солнечной батарее.

Использование кремниевых и медных типов все активнее применяется нашими соотечественниками. Теперь и вы знаете какое нужно оборудование для производства солнечных батарей, как самостоятельно изготовить необходимый солнечный элемент, качественно провести расчет сечения.

При помощи полученных знаний, можно без особых затруднений самостоятельно изготовить солнечные панели, солнечную панель для дома и дачи использовать крайне эффективно — убедитесь в этом сами!

Люди уже давно задумываются над тем, как можно получить электрическую энергию благодаря солнцу. Тогда возникает вопрос: «Как сделать солнечный коллектор?». Ведь если в доме у вас полно электрических приборов, это очень экономно. Особенно летом, когда солнце стоит круглый день. Вы можете сами сделать свою солнечную батарею, и на это не уйдет много денег – будет стоить 300–400 долларов. Взамен получите постоянный источник электроэнергии. Вам больше не придется беспокоиться о том, что ее отключат, и вы не сможете пользоваться электроприборами. Итак, чтобы разобраться, как сделать солнечную батарею, надо понять принцип ее работы. Тем более, если монтировать солнечную батарею придется в домашних условиях.

По сути, солнечная батарея делает из получаемой от солнца энергии электрическую, благодаря специальным фотоэлектрическим преобразователям.

Весь суть работы основана на фотоэлектрическом эффекте. На фотоэлементы попадает свет от солнца, тем самым он выбивает незанятые электроны из последних орбит каждого из атомов, которые находятся на пластине из кремния. Затем этот свет становится переменным током, которым можно электрифицировать дом.

Принцип самостоятельного изготовления солнечной батареи

Так как самому сделать солнечную батарею? Чтобы изготовить гелиосистему своими руками, нужны:

Алюминиевый или деревянный каркас
Подложка, сделанная из ДВП
Обычное стекло или оргстекло
Диоды и проводники
Фотоячейки

Только одна самодельная солнечная батарея будет иметь около 36 элементов и для каждого нужно будет напряжение равное 0,5 вольт. Получается 18 вольт на одну солнечную панель.

Кстати, по причине хрупкости панели с ними нужно обращаться как можно аккуратней и по этой же причине желательно купить на несколько штук больше, дабы дома были запасные, если вдруг что-то случится.

Преимуществом самостоятельной сборки солнечной батареи является то, что вы можете сделать основу, а потом к ней уже добавлять мощность, закупая дополнительные элементы.

Большие батареи ни к чему, так как появятся сложности в их установке, выборе угла наклона. Тем более они, скорее всего, будут улавливать ветер, а это крайне небезопасно.

И, кстати, учтите, что 220 вольт обеспечить от солнца никак не сможете потому, что для этого потребуется батарея огромных размеров. Одна пластина сможет дать ток, напряжение которого будет составлять 0,5 В. Идеальный вариант – это если солнечный коллектор будет обладать напряжением 18 вольт, но для этого потребуется рассчитывать количество фотоэлементов. Изготовление солнечных панелей – труд не простой, но и не сложный. В данном случае нас интересует плоский солнечный коллектор.

Собираем каркас

Теперь приступим к решению вопроса: «Как собрать солнечную батарею собственного производства?».

Первое, что делают, когда изготавливают самодельные солнечные батареи, – создают своеобразную защитную оболочку – корпус. Сделать его можно при помощи уголков из алюминия или деревянных брусков. Если будет использоваться металлическая основа, то на какой-то из полок нужно будет при помощи напильника снимать фаску под углом в 45 градусов, вторая же полка будет отражаться под таким же углом. Детали каркаса, которые отрезаны, нужно будет скрутить, используя угольники, которые изготовлены из такого же материала. Когда рама будет готова, к ней при помощи силикона нужно приклеить специальное защитное стекло.

Делаем спайку пластин

Первое, что при этом нужно знать, – это то, что напряжение повышается при последовательном соединении, а ток, соответственно, при параллельном.

Кремниевые пластины нужно будет выложить на стекло так, чтобы между ними осталось небольшое расстояние – примерно 5 мм с каждой из сторон. Это нужно, чтобы не допустить расширения компонентов при температурном нагреве, так как нет радиатора. У преобразователей есть две дорожки – это, соответственно, плюс и минус. Детали придется соединить последовательным образом в одну цепь. Проводники с последних радиодеталей нужно будет вывести на общую шину.

Чтобы батарея не разряжалась ночью сама, желательно установить диод Шоттки 31DQ0 на средний контакт.

Когда все элементы будут спаяны, проверьте показатель напряжения, который будет на выходе, мультиметром. Оно должно быть не менее 18–19 вольт.

Диодная солнечная батарея

Изготовление солнечных батарей в домашних условиях не ограничивается одним способом. Можно получать энергию от солнца при помощи диодов Д223Б. Они хороши, благодаря высокому вольтажу и стеклянному корпусу.

Как сделать:

Все радиодетали нужно сложить в специальную емкость и залить их ацетоном, где-то на несколько часов.
Затем найдите неметаллическую пластину и разметьте ее для будущих компонентов, которые будут составлять источник питания.
Используя мультиметр, отыскиваем плюс на каждом диоде и слегка загибаем его. Важно, чтобы диоды впаивались в вертикальном положении, таким образом удастся получить значительно большее напряжение генерации.

Вот так, в три этапа можно сделать солнечный коллектор своими руками.

Солнечная батарея из фольги

Как делается солнечная батарея из диодов, теперь понятно. Ещё хороший способ: можно сделать батарею из фольги. Но ее мощность будет ниже, чем у предыдущих методов.

Инструкция:

Потребуется медная фольга площадью 45 кв. см. Ее нужно обезжирить.
При помощи наждачной бумаги избавьтесь от оксидной пленки.
Теперь нужно положить фольгу на горелку, мощность которой должна быть менее 1,1 кВт. Необходимо нагревать, пока не начнут появляться красно-оранжевые пятна.
После этого нагревать нужно еще в течение получаса, чтобы образовалась оксидная пленка нужной толщины.
Затем прожарку нужно остановить и дать остыть листу вместе с печкой.
Остатки удалить проточной водой, но не сгибая лист
Обрежьте с пластиковой бутылки объемом 2–2,5 литра горло и поместите туда два куска фольги. Они не должны соединяться. Закрепляются они специальным зажимом типа «Крокодил».
К обработанному куску пойдет минус, а к другому – плюс.
Теперь туда нужно залить раствор из соли. Его уровень должен быть чуть ниже верхней кромки электродов – примерно на 2,5 см. Готовится он из 2–4 столовых ложек соли.

Самодельная солнечная панель – это отличный выход. И как можно заметить, имеется много способов ее изготовить: солнечная батарея из транзисторов, солнечный коллектор из алюминиевых банок, из фольги, из диодов. И это еще далеко не все. Собирать совсем несложно, если понимать принцип ее работы. Она, конечно, не сможет запитать целый дом или дачу, но в качестве дополнительного аккумулятора для зарядки телефона или другой мелкой техники вполне подойдет. Изготавливая солнечную батарею в домашних условиях, будьте очень аккуратны и четко соблюдайте все инструкции.

Похожие статьи: