Як зробити будинок на сонячних батареях? Як зробити сонячну батарею своїми руками: інструктаж з самостійного збирання

Напевно, немає такої людини, яка не хотіла б стати незалежнішою. Можливість повністю розпоряджатися власним часом, подорожувати, не знаючи меж та відстаней, не замислюватися про житлові та фінансові проблеми – ось що дає відчуття справжньої свободи. Сьогодні ми розповімо про те, як, використовуючи сонячне випромінювання, зняти тягар енергетичної залежності. Як ви здогадалися, мова піде про сонячні батареї. А якщо бути точніше, то про те, чи можна своїми руками збудувати справжню сонячну електростанцію.

Історія створення та перспективи використання

Ідею перетворення енергії Сонця на електрику людство виношувало давно. Першими з'явилися геліотермальні установки, в яких перегріта сконцентрованими сонячними променями пара обертала турбіни генератора. Пряме перетворення стало можливим лише в середині XIX століття після того, як француз Олександр Едмон Баккарель відкрив фотоелектричний ефект. Спроби створити на підставі цього явища діючий сонячний осередок увінчалися успіхом лише через півстоліття, в лабораторії видатного російського вченого Олександра Столетова. Повністю описати механізм фотоелектричного ефекту вдалося ще пізніше - людство має цим Альберту Енштейну. До речі, саме за цю роботу він отримав Нобелівську премію.

Баккарель, Столетов та Енштейн – ось ті вчені, які заклали фундамент сучасної сонячної енергетики

Про створення першого сонячного фотоелемента на основі кристалічного кремнію сповістили світ співробітники компанії Bell Laboratories у далекому квітні 1954 року. Ця дата, по суті, є відправною точкою технології, яка незабаром зможе стати повноцінною заміною вуглеводневому паливу.

Оскільки струм одного фотоелектричного осередку становить міліампери, то для отримання електроенергії достатньої потужності їх доводиться з'єднувати в модульні конструкції. Захищені від зовнішнього впливу масиви сонячних фотоелементів і є сонячною батареєю (через плоску форму пристрій часто називають сонячною панеллю).

Перетворення сонячного випромінювання в електрику має величезні перспективи, адже на кожен квадратний метр земної поверхні припадає в середньому 4.2 кВт/год енергії на день, а це економія практично одного бареля нафти на рік. Спочатку використовується лише для космічної галузі технологія вже в 80-х роках минулого століття стала настільки повсякденною, що фотоелементи стали використовувати в побутових цілях - як джерело живлення калькуляторів, фотоапаратів, світильників і т. д. Паралельно створювалися і "серйозні" геліоелектричні установки. Закріплені на дахах будинків, вони дозволяли повністю відмовитися від провідної електрики. Сьогодні можна спостерігати народження електростанцій, що є багатокілометровими полями з кремнієвих панелей. Вироблена ними потужність дозволяє живити цілі міста, тому можна з упевненістю говорити про те, що майбутнє – за сонячною енергетикою.

Сучасні сонячні електростанції є багатокілометровими полями фотоелементів, здатні постачати електрикою десятки тисяч будинків.

Сонячна батарея: як це працює

Після того, як Енштейн описав фотоелектричний ефект, світові відкрилася вся простота такого, здавалося б, складного фізичного явища. У його основі лежить речовина, окремі атоми якого перебувають у нестійкому стані. При «бомбардуванні» фотонами світла з їх орбіт вибиваються електрони - ось вони є джерелами струму.

Майже півстоліття фотоефект не мав практичного застосуванняз однієї простої причини - була відсутня технологія отримання матеріалів з нестійкою атомною структурою. Перспективи подальших досліджень виникли лише з відкриттям напівпровідників. Атоми цих матеріалів мають або надлишок електронів (n-провідність), або відчувають у них нестачу (p-провідність). При використанні двошарової структури з шаром n-типу (катод) та p-типу (анод), "обстріл" фотонами світла вибиває електрони з атомів n-шару. Залишаючи свої місця, вони прямують на вільні орбіти атомів p-шару і далі через підключене навантаження повертаються на вихідні позиції. Напевно, кожен з вас знає, що рух електронів у замкнутому контурі є електричним струмом. Ось тільки змусити електрони переміщатися вдається не завдяки магнітному полю, як в електричних генераторах, а рахунок потоку частинок сонячного випромінювання.

Сонячна панель працює завдяки фотоелектричному ефекту, відкритому ще на початку XIX століття.

Оскільки потужність одного фотоелектричного модуля недостатня для живлення електронних пристроїв, для отримання необхідної напруги використовується послідовне підключення безлічі осередків. Що ж до сили струму, то її нарощують паралельним з'єднанням певної кількості таких збірок.

Генерація електрики в напівпровідниках безпосередньо залежить від кількості сонячної енергії, тому фотоелементи не тільки встановлюють просто неба, але і намагаються зорієнтувати їх поверхню перпендикулярно падаючих променів. А щоб захистити осередки від механічних пошкоджень та атмосферного впливу, їх монтують на жорсткому підставі та зверху захищають склом.

Класифікація та особливості сучасних фотоелементів

Перший сонячний осередок виготовили на основі селену (Se), проте низький ККД (менше 1%), швидке старіння та висока хімічна активність селенових фотоелементів змушували шукати інші, дешевші та ефективніші матеріали. І вони знайшлися в особі кристалічного кремнію (Si). Оскільки цей елемент періодичної таблиці є діелектриком, його провідність забезпечили рахунок включень з різних рідкісноземельних металів. Залежно від технології виготовлення існує кілька типів кремнієвих фотоелементів:

• монокристалічні;
• полікристалічні;
• з аморфного Si.

Перші виготовляються методом зрізання найтонших шарів від злитків кремнію найвищого ступеня очищення. Зовні фотоелементи монокристалічного типу виглядають як однотонні темно-сині скляні пластини з вираженою електродною сіткою. Їхній ККД досягає 19%, а термін служби становить до 50 років. І хоча продуктивність виготовлених на основі монокристалів панелей поступово падає, є дані, що виготовлені понад 40 років тому батареї і сьогодні зберігають працездатність, видаючи до 80% своєї початкової потужності.

Монокристалічні сонячні осередки мають однорідний темний колір та зрізані кути – ці ознаки не дозволяють сплутати їх з іншими фотоелементами

У виробництві полікристалічних фотоелементів використовують не такий чистий, але дешевший кремній. Спрощення технології позначається на зовнішньому вигляді пластин - вони мають не однорідний відтінок, а світліший візерунок, який утворюють межі безлічі кристалів. ККД таких сонячних осередків трохи нижче, ніж у монокристалічних – не більше 15%, а термін служби становить до 25 років. Потрібно сказати, що зниження основних експлуатаційних показників абсолютно не позначилося на популярності полікристалічних фотоелементів. Вони виграють за рахунок нижчої ціни і не такої сильної залежності від зовнішньої забрудненості, низької хмарності та орієнтації на Сонці.

Полікристалічні фотоелементи мають світліший синій відтінокі неоднорідний малюнок - наслідок того, що їхня структура складається з безлічі кристалів

Для сонячних батарей із аморфного Si використовується не кристалічна структура, а найтонший шар кремнію, який напилюють на скло або полімер. Хоча подібний метод виробництва і є найдешевший, такі панелі мають найкоротший термін життя, причиною чого є вигоряння та деградація аморфного шару на сонці. Не радує цей тип фотоелементів та продуктивністю - їх ККД становить не більше 9% і під час експлуатації суттєво знижується. Використання сонячних батарей з аморфного кремнію виправдане в пустелях - висока сонячна активність нівелює падіння продуктивності, а безкраї простори дозволяють розміщувати геліоелектростанції будь-якої площі.

Можливість напилювати кремнієву структуру на будь-яку поверхню дозволяє створювати гнучкі сонячні панелі.

Подальший розвиток технології виробництва фотоелектричних елементів викликаний необхідністю зниження ціни і поліпшення експлуатаційних характеристик. Максимальну продуктивність і довговічність сьогодні мають плівкові фотоелементи:

• на основі телуриду кадмію;
• із тонких полімерів;
• з використанням індія та селеніду міді.

Про можливість застосування в саморобних пристроях тонкоплівкових фотоелементів говорити ще рано. Сьогодні їх випуском займається лише кілька найбільш «просунутих» у технологічному плані компаній, тому найчастіше гнучкі фотоелементи можна побачити у складі готових сонячних панелей.

Які фотоелементи найкраще підходять для сонячної батареї та де їх можна знайти

Виготовлені кустарним способом сонячні панелі завжди будуть на крок за своїми заводськими побратимами, і на те є кілька причин. По-перше, відомі виробники ретельно відбирають фотоелементи, відсіваючи осередки з нестабільними або зниженими параметрами. По-друге, при виготовленні геліоелектричних батарей використовується спеціальне скло з підвищеним світлопропусканням і зниженою здатністю, що відбиває - знайти таке у продажу практично неможливо. І по-третє, перш ніж приступати до серійного випуску всі параметри промислових зразків обкатують з використанням математичних моделей. В результаті мінімізується вплив нагрівання осередків на ККД батареї, покращується система відведення тепла, знаходиться оптимальний перетин сполучних шин, досліджуються шляхи зниження швидкості деградації фотоелементів і т. д. Вирішувати подібні завдання, не маючи обладнаної лабораторії та відповідної кваліфікації.

Низька вартість саморобних сонячних батарей дозволяє побудувати установку, що дозволяє повністю відмовитись від послуг енергокомпаній

Проте зроблені своїми руками сонячні батареї показують непогані результати продуктивності і не так вже й сильно відстають від промислових аналогів. Що ж до ціни, то тут ми маємо виграш більш ніж удвічі, тобто за однакових витрат саморобки дадуть вдвічі більше електроенергії.

З огляду на все вищесказане, вимальовується картина того, які фотоелементи підходять під наші умови. Плівкові відпадають через відсутність у продажу, а аморфні - через короткий термін служби та низький ККД. Залишаються осередки із кристалічного кремнію. Треба сказати, що в першому саморобному пристрої краще використовувати більш дешеві «полікристали». І лише обкатавши технологію і «набивши руку», слід переходити на монокристалічні осередки.

Для обкатки технологій підійдуть дешеві некондиційні фотоелементи – як і якісні пристрої, їх можна купити на закордонних торгових майданчиках

Що стосується питання, де взяти недорогі сонячні елементи, їх можна знайти на закордонних торгових майданчиках типу Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon та ін. Там вони продаються як у вигляді окремих фотоелементів різних розмірів і продуктивності, так і готовими наборами для збирання сонячних панелей будь-якої потужності.

Продавці нерідко пропонують фотоелементи так званого класу «B», які є пошкодженими сонячними батареями моно- або полікристалічного типу. Невеликі відколи, тріщини або відсутність куточків практично не позначається на продуктивності осередків, зате дозволяє придбати їх за меншою вартістю. Саме тому їх найвигідніше використовувати в саморобних геліоенергетичних пристроях.

Чи можна замінити фотоелектричні пластини на щось інше

Рідко у якого домашнього майстране знайдеться заповітної коробочки зі старими радіодеталями. Адже діоди і транзистори від старих приймачів і телевізорів є тими самими напівпровідниками з p-n-переходами, які при освітленні сонячним світлом виробляють струм. Скориставшись цими їх властивостями і з'єднавши кілька напівпровідникових приладів, можна зробити справжнісіньку сонячну батарею.

Для виготовлення малопотужної сонячної батареї можна використовувати стару елементну базу напівпровідникових приладів

Уважний читач відразу ж запитає, в чому каверза. Навіщо платити за фабричні моно- чи полікристалічні осередки, якщо можна використовувати те, що лежить буквально під ногами. Як завжди, він ховається в деталях. Справа в тому, що найпотужніші германієві транзистори дозволяють отримати на яскравому сонці напругу не більше 0.2 при силі струму, що вимірюється мікроамперами. Для того, щоб досягти параметрів, які видає плоский кремнієвий фотоелемент, знадобиться кілька десятків, а то й сотень напівпровідників. Зроблена із старих радіодеталей батарея згодиться хіба що для заряджання кемпінгового світлодіодного ліхтаря або невеликого акумулятора мобільного телефону. Для реалізації більш масштабних проектів без покупних сонячних осередків не обійтися.

На яку потужність сонячних батарей можна розраховувати

Замислюючись про будівництво власного сонячної електростанції, кожен мріє про те, щоб повністю відмовитись від провідної електрики. Щоб проаналізувати реальність цієї витівки, зробимо невеликі розрахунки.

Дізнатися добове споживання електроенергії нескладно. Для цього достатньо зазирнути в надісланий енергоздійснюючою організацією рахунок та розділити кількість зазначених там кіловат на число днів на місяці. Наприклад, якщо вам пропонують сплатити 330 кВт×годину, це означає, що добове споживання становить 330/30=11 кВт×час.

Графік залежності потужності сонячної батареї залежно від освітлення

У розрахунках слід обов'язково враховувати той факт, що сонячна панель вироблятиме електрику тільки у світлу пору доби, причому до 70% генерації здійснюється в період з 9 до 16 годин. Крім того, ефективність роботи пристрою безпосередньо залежить від кута падіння сонячних променів та стану атмосфери.

Невелика хмарність або серпанок знизить ефективність струмовіддачі геліоустановки в 2-3 рази, тоді як затягнуте суцільними хмарами небо спровокує падіння продуктивності в 15-20 разів. В ідеальних умовах для генерації 11 кВт×год енергії було б достатньо сонячної батареї потужністю 11/7 = 1.6 кВт. Враховуючи вплив природних факторів, цей параметр слід збільшити приблизно на 40-50%.

Крім того, є ще один фактор, що змушує збільшити площу використовуваних фотоелементів. По-перше, не слід забувати про те, що вночі батарея не працюватиме, а значить, знадобляться потужні акумулятори. По-друге, для живлення побутових приладів потрібен струм напругою 220, тому знадобиться потужний перетворювач напруги (інвертор). Фахівці стверджують, що втрати на накопичення та трансформацію електроенергії забирають до 20–30% від загальної кількості. Тому реальна потужність сонячної батареї має бути збільшена на 60-80% від розрахункової величини. Приймаючи значення неефективності 70%, отримуємо номінальну потужність нашої геліопанелі, рівну 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Використання збірок з високострумових літієвих акумуляторів є одним з найбільш витончених, але аж ніяк не найдешевший спосіб зберігання сонячної електроенергії.

Для зберігання електроенергії знадобляться низьковольтні акумулятори, розраховані на напругу 12, 24 або 48 В. Їхня ємність повинна бути розрахована на добове споживання енергії плюс втрати на трансформацію та перетворення. У нашому випадку знадобиться масив батарей, розрахованих на зберігання 11+(11×0.3) = 14.3 кВт×годину енергії. Якщо використовувати звичайні 12-вольтові автомобільні акумулятори, то знадобиться збирання на 14300 Вт × год / 12 В = 1200 А × год, тобто шість акумуляторів, розрахованих на 200 ампер-годин кожен.

Як бачите, навіть для того щоб забезпечити електрикою побутові потреби середньої сім'ї, знадобиться серйозна геліоелектрична установка. Що стосується використання саморобних сонячних батарей для опалення, то на даному етапі така витівка не вийде навіть на межі самоокупності, не кажучи вже про те, щоб можна було щось заощадити.

Розрахунок розміру батареї

Розмір батареї залежить від необхідної потужності та габаритів джерел струму. При виборі останніх ви обов'язково звернете увагу на різноманітність фотоелементів. Для використання в саморобних пристроях найзручніше вибирати сонячні осередки середнього розміру. Наприклад, розраховані на вихідну напругу 0.5 і силу струму до 3 А полікристалічні панелі розміром 3×6 дюймів.

При виготовленні сонячної батареї вони будуть послідовно з'єднуватися в блоки по 30 шт, що дозволить отримати потрібну для зарядки автомобільної батареї напругу 13-14 В (з огляду на втрати). Максимальна потужність одного такого блоку становить 15 × 3 А = 45 Вт. Виходячи з цього значення, буде неважко підрахувати, скільки елементів знадобиться для спорудження сонячної панелі заданої потужності та визначити її розміри. Наприклад, для будівництва 180-ватного сонячного електричного колектора знадобиться 120 фотоелементів загальною площею 2160 кв. дюймів (1,4 кв.м).

Будівництво саморобної сонячної батареї

Перш ніж приступати до виготовлення сонячної панелі, слід вирішити завдання щодо її розміщення, розрахувати габарити та підготувати необхідні матеріалита інструмент.

Правильний вибір місця встановлення – це важливо

Оскільки сонячна панель виготовлятиметься своїми руками, співвідношення її сторін може бути будь-яким. Це дуже зручно, оскільки саморобний пристрійможна більш успішно вписати в інтер'єр покрівлі або дизайн заміської ділянки. З цієї причини вибирати місце для монтажу батареї слід ще до початку проектувальних заходів, не забуваючи враховувати кілька факторів:

• відкритість місця для сонячного проміння протягом світлового дня;
• відсутність затіняючих будівель та високих дерев;
• мінімальна відстань до приміщення, в якому встановлені акумулюючі потужності та перетворювачі.

Звичайно, встановлена ​​на даху батарея виглядає органічно, проте розміщення пристрою на землі має більше переваг. У цьому випадку виключається можливість пошкодження покрівельних матеріалів при встановленні підтримуючого каркаса, знижується трудомісткість монтажу пристрою та з'являється можливість своєчасної зміни «кута атаки сонячних променів». І що найголовніше – при нижньому розміщенні буде набагато простіше підтримувати чистоту поверхні сонячної панелі. А це є запорукою того, що установка працюватиме на повну силу.

Монтаж сонячної панелі на даху викликаний швидше нестачею місця, ніж необхідністю або зручністю експлуатації

Що знадобиться у процесі роботи

Приступаючи до виготовлення саморобної сонячної панелі слід запастися:

• фотоелементами;
• багатожильним мідним дротом або спеціальними шинами для з'єднання сонячних осередків;
• припої;
• діодами Шоттки, розрахованими на струмовіддачу одного фотоелемента;
• якісним антивідблисковим склом або плексигласом;
• рейками та фанерою для виготовлення каркасу;
• силіконовим герметиком;
• металовиробами;
• фарбою та захисним складом для обробки дерев'яних поверхонь.

В роботі знадобиться найпростіший інструмент, який завжди є під рукою у господарського господаря - паяльник, склоріз, пила, викрутка, малярська кисть та ін.

Інструкція з виготовлення

Для виготовлення першої сонячної батареї краще використовувати фотоелементи з вже припаяними висновками - у цьому випадку зменшується ризик пошкодження осередків при складанні. Тим не менш, якщо ви маєте навички поводження з паяльником, то зможете трохи заощадити, купивши сонячні елементи з нерозпаяними контактами. Для будівництва панелі, яку ми розглядали у наведених вище прикладах, знадобиться 120 пластин. Використовуючи співвідношення сторін приблизно 1:1, потрібно укладання 15 рядів фотоелементів по 8 штук у кожному. При цьому ми зможемо кожні два «стовпчики» з'єднати послідовно, а чотири таких блоки підключити паралельно. Таким чином можна уникнути плутанини у проводах та отримати рівний, гарний монтаж.

Схема електричних з'єднань домашньої сонячної електростанції

Корпус

Складання сонячної панелі завжди слід розпочинати з виготовлення корпусу. Для цього нам знадобляться алюмінієві куточки або дерев'яні рейки заввишки не більше 25 мм – у цьому випадку вони не кидатимуть тінь на крайні ряди фотоелементів. Виходячи з розмірів наших кремнієвих осередків розміром 3х6 дюймів (7.62х15.24 см), розмір рами повинен становити не менше 125х125 см. Якщо ви вирішите використати інше співвідношення сторін (наприклад, 1:2), то каркас можна додатково посилити поперечкою з рейки такого ж перерізу.

Зворотний бік корпусу слід зашити панеллю з фанери або OSB, а в нижньому торці рами просвердлити вентиляційні отвори. З'єднання внутрішньої порожнини панелі з атмосферою знадобиться для вирівнювання вологості - інакше не уникнути запотівання стекол.

Для виготовлення корпусу сонячної панелі підійдуть прості матеріали- дерев'яні рейки та фанера

За зовнішнім розміром каркаса вирізають панель із плексигласу або високоякісного скла високого ступеня прозорості. В крайньому випадку можна використовувати шибку товщиною до 4 мм. Для його кріплення готують кутові кронштейни, у яких виконують свердління для кріплення до рами. При використанні оргскла можна зробити отвори безпосередньо в прозорій панелі - це спростить складання.

Щоб захистити дерев'яний корпус сонячної батареї від вологи та грибка, його просочують антибактеріальним складом та фарбують олійною фарбою.

Для зручності складання електричної частини з ДВП або іншого діелектричного матеріалу вирізають підкладку за внутрішнім розміром рами. Надалі на ній виконуватиметься монтаж фотоелементів.

Паяння пластин

Перед тим як розпочати пайку, слід «прикинути» укладання фотоелементів. У нашому випадку знадобиться 4 масиву осередків по 30 пластин у кожному, причому розташовуватися в корпусі вони будуть п'ятнадцятьма рядами. З таким довгим ланцюжком незручно працюватиме, до того ж зростає ризик пошкодження крихких скляних пластин. Раціонально з'єднуватиме по 5 деталей, а остаточне складаннявиконувати після того, як фотоелементи буде змонтовано на підкладці.

Для зручності фотоелементи можна змонтувати на непровідній підкладці з текстоліту, оргскла або ДВП.

Після з'єднання кожного ланцюжка слід перевірити його працездатність. Для цього кожне збирання поміщають під настільну лампу. Записуючи значення сили струму і напруги, можна контролювати працездатність модулів, а й порівнювати їх параметри.

Для паяння використовуємо малопотужний паяльник (максимум 40 Вт) і хороший легкоплавкий припій. Його в невеликій кількості наносимо на вивідні частини пластин, після чого, дотримуючись полярності підключення, з'єднуємо деталі один з одним.

При пайці фотоелементів слід виявляти максимальну акуратність, оскільки ці деталі відрізняються підвищеною крихкістю.

Зібравши окремі ланцюжки, розвертаємо їх тильною частиною до підкладки та за допомогою силіконового герметика приклеюємо до поверхні. Кожен 15-вольтовий блок фотоелементів забезпечує діод Шоттки. Цей прилад дозволяє струму протікати лише в одному напрямку, тому не дозволить акумуляторам розряджатися при низькій напрузі сонячної панелі.

Остаточне з'єднання окремих ланцюжків фотоелементів виконують згідно з представленою вище електричною схемою. З цією метою можна використовувати спеціальну шину або багатожильний мідний провід.

Навісні елементи сонячної батареї слід закріпити термоклеєм або шурупами

Складання панелі

Підкладки з розташованими на них фотоелементами укладають у корпус і кріплять шурупами. Якщо рама посилювалася поперечиною, то в ній виконують кілька свердлінь під монтажні дроти. Кабель, який виводять назовні, надійно фіксують на рамі та припаюють до висновків складання. Щоб не плутатися з полярністю, краще використовувати двокольорові дроти, підключаючи червоний висновок до «плюсу» батареї, а синій - до її «мінусу». По верхньому контуру рами наносять суцільний шар герметика силіконового, поверх якого укладають скло. Після остаточної фіксації складання сонячної батареї вважають закінченою.

Після того, як на герметик буде встановлене захисне скло, панель можна транспортувати до місця встановлення

Встановлення та підключення сонячної батареї до споживачів

В силу низки причин саморобна сонячна панель є досить крихким пристроєм, тому потребує облаштування надійного каркаса, що підтримує. Ідеальним варіантом буде конструкція, яка дозволить орієнтувати джерело безкоштовної електроенергії в обох площинах, проте складність такої системи найчастіше є вагомим аргументом на користь простої похилої системи. Вона є рухомою рамою, яку можна виставити під будь-яким кутом до світила. Один із варіантів каркаса, збитого з дерев'яного бруса, представлений нижче. Ви можете використовувати для його виготовлення металеві куточки, труби, шини і т. д. – все, що є під руками.

Чертеж каркасу сонячної батареї

Щоб підключити сонячну батарею до акумуляторів, знадобиться контролер заряду. Цей прилад стежитиме за ступенем заряду та розряду батарей, контролюватиме струмовіддачу та виконуватиме перемикання на мережеве живлення при значному просіданні напруги. Прилад необхідної потужностіта необхідного функціоналу можна купити у тих же торгових точках, де продаються фотоелементи. Щодо живлення побутових споживачів, то для цього потрібно трансформувати низьковольтну напругу в 220 В. З цим успішно справляється інший пристрій - інвертор. Треба сказати, що вітчизняна промисловість випускає надійні прилади з хорошими ТТХ, тому перетворювач можна купити на місці – бонусом у цьому випадку буде справжня гарантія.

Однієї сонячної батареї для повноцінного електропостачання будинку буде недостатньо – знадобляться ще й акумулятори, контролер заряду та інвертор

У продажу можна знайти інвертори однієї і тієї ж потужності, що відрізняються за ціною в рази. Подібний розкид пояснюється «чистотою» вихідної напруги, що є необхідною умовоюживлення окремих електричних пристроїв Перетворювачі з так званою чистою синусоїдою мають ускладнену конструкцію і, як наслідок, більш високу вартість.

Відео: виготовлення сонячної панелі своїми руками

Будівництво домашньої сонячної електростанції є нетривіальним завданням і потребує як фінансових та тимчасових витрат, так і мінімальних знань основ електротехніки. Приступаючи до складання сонячної панелі, слід дотримуватися максимальної уваги та акуратності - тільки в цьому випадку можна розраховувати на вдале вирішення питання. Насамкінець хотілося б нагадати про те, що забруднення скла є одним з факторів падіння продуктивності. Не забувайте своєчасно чистити поверхню сонячної панелі, інакше вона зможе працювати на повну потужність.

Життя в стилі «Органік», така популярна ідея в останні роки, передбачає гармонійні «стосунки» людини з навколишнім середовищем. Каменем спотикання будь-якого екологічного підходу є використання корисних копалин для одержання енергії.

Викиди токсичних речовин та вуглекислоти в атмосферу, що виділяються при згорянні викопного палива, поступово вбивають планету. Тому концепція «зеленої енергії», яка не шкодить довкілляє базовою основою багатьох нових енерготехнологій. Одним із таких напрямків отримання екологічно чистої енергії є технологія перетворення сонячного світла на електричний струм. Так, саме так, мова йтиме про сонячні батареї та можливість встановлення систем автономного енергозабезпечення в заміському будинку.

На даний момент енергоустановки промислового виготовлення на базі сонячних батарей, що застосовуються для повного енерго- та теплозабезпечення котеджу, коштують не менше 15-20 тис. доларів за гарантованого терміну експлуатації близько 25 років. Вартість будь-якої гелієвої системи у перерахунку співвідношення гарантованого терміну експлуатації до середніх річних витрат на комунальне утримання заміського будинкудосить висока: по-перше, сьогодні середня вартість сонячної енергії можна порівняти з покупкою енергоресурсів з центральних енергомереж, по-друге, потрібні одномоментні капітальні вкладення для встановлення системи.

Зазвичай прийнято розділяти геліосистеми, призначені для тепло- та енергозабезпечення. У першому випадку використовується технологія сонячного колектора, у другому фотоелектричний ефект для генерації електричного струму в сонячних батареях. Ми хочемо розповісти про можливість самостійного виготовлення сонячних батарей.

Технологія ручного складання сонячної енергетичної системи досить проста та доступна. Майже кожен росіянин може зібрати індивідуальні енергосистеми з високим ККД за порівняно низьких витрат. Це вигідно, доступно і навіть модно.

Вибір сонячних елементів для сонячної панелі

Приступаючи до виготовлення сонячної системи, слід звернути увагу, що при індивідуальному складанні немає необхідності в одномоментній установці повнофункціональної системи, її можна нарощувати поступово. Якщо перший досвід виявився вдалим, то є сенс розширювати функціональність геліосистеми.

По суті, сонячна батарея - це генератор, що працює на основі фотоелектричного ефекту і перетворює сонячну енергію в електричну. Кванти світла, що потрапляють на кремнієву пластину, вибивають електрон із останньої атомної орбіти кремнію. Цей ефект створює достатньо вільних електронів, що утворюють потік електричного струму.

Перед збиранням батареї потрібно визначитися у типі фотоелектричного перетворювача, а саме: монокристалічному, полікристалічному та аморфному. Для самостійного складання сонячної батареї вибирають доступні у продажу монокристалічні та полікристалічні сонячні модулі.

Вгорі: Монокристалічні модулі без припаяних контактів. Внизу: Полікристалічні модулі з припаяними контактами

Панелі на основі полікристалічного кремнію мають досить низький ККД (7-9%), але цей недолік нівелюється тим, що полікристали практично не знижують потужність за хмарності та похмурої погоди, гарантійна довговічність таких елементів становить близько 10 років. Панелі на основі монокристалічного кремнію мають ККД близько 13% при терміні експлуатації близько 25 років, але ці елементи сильно знижують потужність за відсутності прямого сонячного світла. Показники ККД кристалів кремнію від різних виробників можуть суттєво змінюватись. На практиці роботи сонячних електростанцій у польових умовах можна говорити про термін служби монокристалічних модулів понад 30 років, а для полікристалічних – понад 20 років. Причому за весь період експлуатації втрата потужності у кремнієвих моно- та полікристалічних елементів становить не більше 10%, коли у тонкоплівкових аморфних батарей за перші два роки потужність знижується на 10-40%.

Сонячні елементи Evergreen Solar Cells із контактами у наборі 300 шт.

На аукціоні Еbay можна придбати набір Solar Cells для збирання сонячної батареї з 36 та 72 сонячних елементів. Такі набори доступні у продажу та в Росії. Як правило, для самостійного складання сонячних батарей використовуються сонячні модулі В-типу, тобто відбраковані на промисловому виробництві модулі. Ці модулі не втрачають своїх експлуатаційних показників і значно дешевші. Деякі постачальники пропонують сонячні модулі на склотекстолітовій платі, що передбачає високий рівеньгерметичність елементів, а, відповідно, надійність.

Назва	Характеристики	Вартість, $
Everbright Solar Cells (Еbay) без контактів	полікристалічні, набір - 36 шт., 81х150 мм, 1,75 W (0,5 В), 3А, ефективність (%) - 13 у наборі з діодами та кислотою для паяння в олівці	$46.00 $8.95доставка
Solar Cells (США нові)	монокристалічні, 156х156 мм, 81х150 мм, 4W (0,5 В), 8А, ефективність (%) - 16.7-17.9	$7.50
	монокристалічні, 153х138 мм, U хол. ходу – 21,6V, I корот. зам. - 94 mA, Р – 1,53W, ефективність (%) – 13	$15.50
Solar Cells на склотекстолітовій платі	полікристалічні, 116х116 мм, U хол. ходу – 7,2V, I корот. зам. - 275 mA., Р – 1,5W, ефективність (%) – 10	$14.50
		$87.12 $9.25 доставка
Solar Cells (Еbay) без контактів	полікристалічні, набір - 72 шт., 81х150 мм 1.8W	$56.11 $9.25 доставка
Solar Cells (Еbay) з контактами	монокристалічні, набір - 40 шт., 152х152 мм	$87.25 $14.99 доставка

Розробка проекту гелієвої енергосистеми

Проектування майбутньої геліосистеми багато в чому залежить від способу її встановлення та монтажу. Сонячні батареї повинні бути встановлені під нахилом, щоб забезпечити проникнення прямих сонячних променів під прямим кутом. Продуктивність сонячної панелі багато в чому залежить від інтенсивності світлової енергії, а також від кута падіння сонячних променів. Розміщення сонячної батареї щодо сонця та кут нахилу залежить від географічного розташування гелієвої системи та пори року.

Зверху вниз: Монокристалічні сонячні панелі (по 80 Вт) на дачі встановлені практично вертикально (зима). Монокристалічні сонячні панелі на дачі мають менший кут (весна) Механічна система управління кутом нахилу сонячної батареї.

Промислові геліосистеми часто мають датчики, які забезпечують ротаційний рух сонячної панелі за напрямом руху сонячних променів, а також дзеркалами-концентраторами сонячного світла. В індивідуальних системахтакі елементи значно ускладнюють та здорожчають систему, тому не застосовуються. Може бути застосована найпростіша механічна система керуванням кутом нахилу. У зимовий час сонячні панелі повинні бути встановлені практично вертикально, це також захищає панель від налягання снігу та зледеніння конструкції.

Схема розрахунку кута нахилу сонячної панелі в залежності від пори року

Сонячні батареї встановлюються із сонячної сторони будівлі, щоб забезпечити максимально доступний об'єм сонячної енергії у світлий час доби. Залежно від географічного розташування та рівня сонцестояння обчислюється кут нахилу батареї, який найбільше підходить для вашого розташування.

При ускладненні конструкції можна створити систему управління кутом нахилу сонячної батареї залежно від пори року та кутом повороту панелі залежно від часу доби. Енергоефективність такої системи буде вищою.

При проектуванні сонячної системи, яка встановлюватиметься на дах будинку, потрібно обов'язково з'ясувати, чи покрівельна конструкція зможе витримати необхідну масу. Самостійна розробка проекту передбачає розрахунок покрівельного навантаження з урахуванням ваги снігового покриву взимку.

Вибір оптимального статичного кута нахилу для покрівельної сонячної системи монокристалічного типу

Для виготовлення сонячних панелей можна вибирати різні матеріали за питомою вагою та іншими характеристиками. При виборі матеріалів конструкції необхідно враховувати максимально допустиму температуру нагрівання сонячного елемента, оскільки температура сонячного модуля, що працює на повну потужність, повинна перевищувати 250С. При перевищенні пікової температури сонячний модуль різко втрачає свою здатність перетворювати сонячне світло на електричний струм. Готові геліосистеми для індивідуального використання, як правило, не передбачають охолодження сонячних елементів. Самостійне виготовлення може мати на увазі охолодження геліосистеми або управління кутом нахилу сонячної панелі для забезпечення функціональної температури модуля, а також вибір відповідного прозорого матеріалу, що поглинає ІЧ-випромінювання.

Грамотна конструкція сонячної системи дозволяє забезпечити необхідну потужність сонячної батареї, яка наближатися до номінальної. При розрахунку конструкції треба враховувати, що елементи одного типу дають однакову напругу, що не залежить від розміру елементів. Причому сила струму у великорозмірних елементів буде більшою, але й батарея буде значно важчою. Для виготовлення сонячної системи завжди беруться сонячні модулі одного розміру, тому що максимальний струм буде обмежений максимальним струмом малого елемента.

Розрахунки показують, що в середньому в ясний сонячний день можна отримати з 1 м-коду сонячної панелі не більше 120 Вт потужності. Така потужність не забезпечить роботу комп'ютера. Система в 10 м дає понад 1 кВт енергії та може забезпечувати електроенергією роботу основних побутових приладів: світильників, телевізора, комп'ютера. Для сім'ї з 3-4 чоловік необхідно близько 200-300 кВт на місяць, тому сонячна система, встановлена ​​з південного боку, розміром 20 м може цілком забезпечити сімейні енергопотреби.

Якщо розглядати середньостатистичні дані з електропостачання індивідуального житлового будинку, то: щоденне енергоспоживання становить 3 кВт год, сонячна радіація з весни до осені — 4 кВт год/м на день, пікова потужність споживання — 3кВт (при включенні пральної машини, холодильника, праски та електрочайника). З метою оптимізації енергоспоживання для освітлення всередині будинку важливо використовувати лампи змінного струму з низьким енергоспоживанням – світлодіодні та люмінесцентні.

Виготовлення каркасу сонячної батареї

Як каркас сонячної батареї використовується алюмінієвий куточок. На аукціоні Еbay можна придбати готові рами для сонячних батарей. Прозоре покриття вибирається за бажанням, виходячи з характеристик, які необхідні для цієї конструкції.

Комплект рами зі склом для сонячної батареї, вартість від 33 доларів

При виборі прозорого захисного матеріалу можна також орієнтуватися на такі характеристики:

Матеріал	Показник заломлення	Світло-пропускання, %	Питома вага г/см 3	Розмір листа, мм	Товщина, мм	Вартість, руб./м2
Повітря	1,0002926	—	—	—	—	—
Скло	1,43-2,17	92-99	3,168	—	—	—
Оргскло	1,51	92-93	1,19	3040х2040	3	960.00
Полікарбонат	1,59	до 92	0,198	3050х2050	2	600.00
Плексіглас	1,491	92	1,19	2050х1500	11	640.00
Мінеральне скло	1,52-1,9	98	1,40	—	—	—

Якщо розглядати показник заломлення світла як критерій вибору матеріалу. Найменший коефіцієнт заломлення має плексиглас, дешевшим варіантом прозорого матеріалу є вітчизняне оргскло, менш відповідним – полікарбонат. У продажу є полікарбонат із антиконденсатним покриттям, також цей матеріал забезпечує високий рівень термозахисту. При виборі прозорих матеріалів за питомою вагою та здатністю поглинати ІЧ-спектр найкращим буде полікарбонат. До найкращих прозорих матеріалів для сонячних батарей відносяться матеріали з високим світлопропусканням.

При виготовленні сонячної батареї важливо вибирати прозорі матеріали, які не пропускають ІЧ-спектр і таким чином знижують нагрівання кремнієвих елементів, що втрачають свою потужність при температурі понад 250С. У промисловості використовуються спеціальні скла, що мають оксидно-металеве покриття. Ідеальним склом для сонячних панелей вважається той матеріал, який пропускає весь спектр крім ІЧ-діапазону.

Схема поглинання УФ та ІЧ випромінювання різним склом.
а) звичайне скло; б) скло з ІЧ-поглинанням; в) дуплекс з термопоглинаючим і звичайним склом.

Максимальне поглинання ІЧ-спектру забезпечить захисне силікатне скло з оксидом заліза (Fe 2 O 3), але воно має зелений відтінок. ІЧ-спектр добре поглинає будь-яке мінеральне скло за винятком кварцового, оргскло та плексиглас відносяться до класу органічного скла. Мінеральне скло більш стійке до пошкоджень поверхні, але є дуже дорогим та недоступним. Для сонячних батарей також застосовується спеціальне антибликове сверхпрозорое скло, що пропускає до 98% спектру. Також це скло передбачає поглинання більшої частини ІЧ-спектру.

Оптимальний вибір оптичних та спектральних характеристик скла значно підвищує ефективність фотоперетворення сонячної панелі.

Сонячна панель у корпусі з оргскла

У багатьох майстер-класах з виготовлення сонячних батарей рекомендується використовувати оргскло для передньої та задньої панелі. Це дає змогу проводити інспекцію контактів. Однак конструкцію з оргскла складно назвати повністю герметичною, здатною забезпечити безперебійну експлуатацію панелі протягом 20 років роботи.

Монтаж корпусу сонячної батареї

У майстер-класі є виготовлення сонячної панелі з 36 полікристалічних сонячних елементів розміром 81x150 мм. Виходячи з цих розмірів, можна визначити розміри майбутньої сонячної батареї. При розрахунку розмірів важливо між елементами робити невелику відстань, яка враховуватиме зміну розмірів основи під атмосферним впливом, тобто між елементами має бути 3-5 мм. Результуючий розмір заготовки має бути 835х690 мм за шириною куточка 35 мм.

	Саморобна сонячна батарея, зроблена з використанням алюмінієвого профілю, найбільше схожа на сонячну панель фабричного виготовлення. При цьому забезпечується високий ступінь герметичності та міцності конструкції.
	Для виготовлення береться алюмінієвий куточок і виконуються заготовки рамки 835х690 мм. Щоб можна було провести кріплення металовиробів, в рамі слід зробити отвори.
	На внутрішню частину куточка двічі наноситься герметик силіконовий.
	Обов'язково слідкуйте, щоб не було незаповнених місць. Від якості нанесення герметика залежить герметичність та довговічність батареї.
	Далі в раму кладеться прозорий лист із вибраного матеріалу: полікарбонату, оргскла, плексигласу, антивідблиску скла. Важливо силікону дати висохнути на відкритому повітрі, інакше випаровування створять плівку на елементах.
	Скло потрібно ретельно притиснути та зафіксувати.
	Для надійного кріплення захисного склазнадобляться металовироби. Потрібно закріпити 4 кути рамки і по периметру розмістити два металовироби з довгого боку рамки і по одному металовиробу з короткого боку.
	Метизи фіксуються за допомогою шурупів.
	Шурупи щільно затягуються за допомогою шуруповерта.
	Каркас сонячної батареї готовий. Перед кріпленням сонячних елементів необхідно очистити скло від пилу.

Підбір та паяння сонячних елементів

На даний момент на аукціоні Еbay представлений величезний асортимент виробів для самостійного виготовлення сонячних батарей.

Набір Solar Cells включає комплект із 36 полікристалічних кремнієвих елементів, провідники для елементів та шини, діоди Шотке та олівець з кислотою для паяння

Оскільки сонячна батарея, виготовлена ​​своїми руками, майже вчетверо дешевша за готову, самостійне виготовлення - це значна економія коштів. На Еbay можна придбати сонячні елементи з дефектами, але вони не втрачають своєї функціональності, таким чином вартість сонячної батареї може істотно скоротитися, якщо ви можете додатково пожертвувати зовнішнім виглядом батареї.

Пошкоджені фотоелементи не втрачають своєї функціональності

При першому досвіді краще придбати набори для виготовлення сонячних панелей, у продажу є сонячні елементи з припаяними провідниками. Пайка контактів - це досить складний процес, складність посилюється крихкістю сонячних елементів.

Якщо ви придбали кремнієві елементи без провідників, спочатку необхідно провести пайку контактів.

	Такий вигляд має полікристалічний кремнієвий елемент без провідників.
	Провідники нарізають за допомогою картонної заготовки.
	Необхідно обережно покласти провідник на фотоелемент.
	На місце припаювання нанести кислоту для паяння та припій. Провідник для зручності фіксується з одного боку важким предметом.
	У такому положенні необхідно акуратно припаяти провідник до фотоелементу. Під час паяння не можна натискати на кристал, тому що він дуже крихкий.

Паяння елементів - це досить копітка робота. Якщо не вдасться отримати нормального з'єднання, необхідно повторити роботу. За нормативами срібне напилення на провіднику має витримувати 3 цикли пайки при допустимих теплових режимах, практично стикаєшся з тим, що напилення руйнується. Руйнування срібного напилення відбувається через використання паяльників з нерегульованою потужністю (65Вт), цього можна уникнути, якщо знизити потужність таким чином - потрібно послідовно з паяльником включити патрон з лампочкою 100 Вт. Номінальна потужність нерегульованого паяльника надто висока для паяння кремнієвих контактів.

Навіть якщо продавці провідників запевняють, що припій на з'єднувачі є, його краще нанести додатково. Під час паяння намагайтеся акуратно поводитися з елементами, за мінімального зусилля вони лопаються; не варто складати елементи пачкою, від ваги нижні елементи можуть тріснути.

Складання та паяння сонячної батареї

При першому самостійному складанні сонячної батареї краще скористатися розмічувальною підкладкою, яка допоможе розташувати елементи рівно на деякій відстані один від одного (5 мм).

Розміточна підкладка для елементів сонячної батареї

Основа виконується з аркуша фанери з маркуванням куточків. Після паяння на кожен елемент зі зворотного боку кріпиться шматок монтажної стрічки, достатньо притиснути задню панель до скотча, і всі елементи переносяться.

Монтажна стрічка, використана для кріплення, зі зворотного боку сонячного елемента

При такому типі кріплення елементи додатково не герметизуються, вони можуть вільно розширюватися під дією температури, це не призведе до пошкодження сонячної батареї і розриву контактів і елементів. Герметизації піддаються лише сполучні частини конструкції. Такий вид кріплення найбільше підходить для дослідних зразків, але навряд чи може гарантувати довгострокову експлуатацію в польових умовах.

Послідовний план збирання батареї виглядає так:

	Викладаємо елементи на скляну поверхню. Між елементами має бути відстань, що передбачає вільну зміну розмірів без шкоди конструкції. Елементи необхідно притиснути вантажами.
	Пайку проводимо за наведеною нижче електросхемою. "Плюсові" струмопровідні доріжки розміщені на лицьовій стороні елементів, "мінусові" - на звороті. Перед пайкою потрібно нанести флюс і припій, акуратно припаяти срібні контакти.
	За таким принципом поєднуються всі сонячні елементи.
	Контакти крайніх елементів виводяться на шину, відповідно, на «плюс» та «мінус». Для шини використовується широкий срібний провідник, який є в наборі Solar Cells. Рекомендуємо також вивести «середню» точку, з її допомогою ставляться два додаткові шунтуючі діоди.
	Клема встановлюється також із зовнішнього боку рами.
	Така схема підключення елементів без виведеної середньої точки.
	Так виглядає клемна планка із виведеною «середньою» точкою. "Середня" точка дозволяє на кожну половину батареї поставити шунтуючий діод, який не дасть батареї розряджатися при зниженні освітлення або затемнення однієї половини.
	На фото показаний шунтуючий діод на "плюсовому" виході, він протистоїть розрядці акумуляторів через батарею в нічний час та розрядженню інших батарей під час часткового затемнення. Найчастіше як шунтуючі діоди використовують діоди Шотке. Вони дають меншу втрату загальної потужності електричної ланцюга. В якості струмопровідних проводів може бути використаний акустичний кабель у силіконовій ізоляції. Для ізоляції можна використовувати трубки з-під крапельниці. Усі дроти мають бути міцно зафіксовані силіконом.
	Елементи можуть бути з'єднані послідовно (див. фото), а не за допомогою загальної шини, тоді 2-й та 4-й ряд необхідно повернути на 1800 щодо 1-го ряду.

Основні проблеми складання сонячної панелі пов'язані з якістю пайки контактів, тому фахівці пропонують перед герметизацією панелі протестувати.

Тестування панелі перед герметизацією, напруга мережі 14 вольт, пікова потужність 65 Вт

Тестування можна робити після паяння кожної групи елементів. Якщо ви звернете увагу на фотографії у майстер-класі, то частина столу під сонячними елементами вирізана. Це зроблено навмисно, щоб визначити працездатність електричної мережі після паяння контактів.

Герметизація сонячної панелі

Герметизація сонячних панелей при самостійному виготовленні— це спірне питання серед фахівців. З одного боку, герметизація панелей необхідна підвищення довговічності, вона завжди застосовується при промисловому виготовленні. Для герметизації зарубіжні фахівці рекомендують використовувати епоксидний компаунд «Sylgard 184», який дає прозору високоеластичну полімеризовану поверхню. Вартість "Sylgard 184" на Еbay складає близько 40 доларів.

Герметик із високим ступенем еластичності «Sylgard 184»

З іншого боку, якщо ви не хочете нести додаткові витрати, можна використовувати силіконовий герметик. Однак у цьому випадку не варто повністю заливати елементи, щоб уникнути можливого пошкодження в процесі експлуатації. У такому разі елементи до задньої панелі можна прикріпити за допомогою силікону та герметизувати лише краї конструкції. Наскільки ефективна така герметизація, сказати складно, але використовувати нерекомендовані гідроізоляційні мастики не радимо, дуже висока ймовірність розриву контактів та елементів.

	Перед початком герметизації необхідно підготувати суміш "Sylgard 184".
	Спочатку заливаються місця стиків елементів. Суміш має схопитись, щоб закріпити елементи на склі.
	Після фіксації елементів робиться суцільний полімеризуючий шар еластичного герметика, розподілити його можна за допомогою пензлика.
	Так виглядає поверхня після нанесення герметика. Герметизуючий шар повинен просохнути. Після повного висихання можна закрити сонячну батарею задньою панеллю.
	Так виглядає лицьова сторона саморобної сонячної панелі після герметизації.

Схема електропостачання будинку

Системи електропостачання будинків з використанням сонячних батарей прийнято називати фотоелектричними системами, тобто системами, що забезпечують генерацію енергії з використанням фотоелектричного ефекту. Для індивідуальних житлових будинків розглядаються три фотоелектричні системи: автономна система енергозабезпечення, гібридна батарейно-мережна фотоелектрична система, безакумуляторна фотоелектрична система, підключена до центральній системіенергопостачання.

Кожна із систем має своє призначення та переваги, але найчастіше у житлових будинках застосовують фотоелектричні системи з резервними акумуляторними батареями та підключенням до централізованої енергомережі. Живлення електромережі здійснюється за допомогою сонячних батарей, у темну пору доби від акумуляторів, а при їх розрядці - від центральної енергомережі. У важкодоступних районах, де немає центральної мережі, як резервне джерело енергопостачання використовуються генератори на рідкому паливі.

Економічнішою альтернативою гібридної батарейно-мережової системи електропостачання буде безакумуляторна сонячна система, приєднана до центральної мережі енергопостачання. Електропостачання здійснюється від сонячних батарей, а у темний час доби мережа живиться від центральної мережі. Така мережа більш застосовна для установ, тому що в житлових будинках більша частина енергії споживається у вечірній час.

Схеми трьох типів фотоелектричних систем

Розглянемо типове встановлення батарейно-мережевої фотоелектричної системи. Як генератор електроенергії виступають сонячні панелі, які приєднані через сполучну коробку. Далі в мережі встановлюється контролер сонячного заряду, щоб уникнути короткого замикання під час пікового навантаження. Електроенергія накопичується в резервних батареях-акумуляторах, а також подається через інвертор на споживачі: освітлення, побутову техніку, електроплиту та, можливо, використовується для нагрівання води. Для встановлення системи опалення ефективніше застосовувати геліоколектори, які відносяться до альтернативної геліотехнології.

Гібридна батарейно-мережева фотоелектрична система зі змінним струмом

Існує два типи електромереж, які використовуються у фотоелектричних системах: на базі постійного та змінного струму. Використання мережі змінного струму дозволяє розміщувати електроспоживачі на відстані, що перевищує 10-15 м, а також забезпечувати умовно-необмежену навантаження мережі.

Для приватного житлового будинку зазвичай використовують такі комплектуючі фотоелектричної системи:

• сумарна потужність сонячних панелей повинна становити 1000 Вт, вони забезпечать вироблення близько 5 кВт год;
• акумулятори із загальною ємністю 800 А/год при напрузі 12 В;
• інвертор повинен мати номінальну потужність 3кВт з піковим навантаженням до 6 кВт, вхідна напруга 24-48;
• контролер сонячного розряду 40-50 А при напрузі 24 В;
• джерело безперебійного живлення задля забезпечення короткочасного заряду зі струмом до 150 А.

Таким чином, для фотоелектричної системи електропостачання знадобиться 15 панелей на 36 елементів, приклад складання яких наведено у майстер-класі. Кожна панель дає сумарну потужність 65 Вт. Найпотужнішими будуть сонячні батареї на монокристалах. Наприклад, сонячна панель із 40 монокристалів має пікову потужність 160 Вт, проте такі панелі чутливі до похмурої погоди та хмарності. У цьому випадку сонячні панелі на основі полікристалічних модулів оптимальні для використання у північній частині Росії.

Комфортність проживання в будинках та квартирах сучасної людиниз роками потребує дедалі більшої кількості електроенергії. Але в сучасних умовахсобівартість кожної одиниці електроенергії неухильно підвищується, що, відповідно, позначається на затратах. Тому питання про перехід на альтернативні джерела електроенергії є найактуальнішим. Одним із способів забезпечити незалежність в отриманні електроенергії є можливість застосовувати для цього сонячні батареї для будинку.

Ефективна альтернатива чи загальна помилка?

Розмови про автономне живлення побутових приладів та освітлення у будинках з використанням сонячної енергії ведуться ще з середини минулого століття. Розвиток технологій та загальний прогрес дозволили наблизити цю технологію до звичайного споживача. Твердження про те, що використовувати сонячні батареї для дому стане досить ефективним способомзаміни традиційних енергомереж, можна було б вважати безперечним, якби не пара істотних «але».

Основною вимогою ефективності використання гелієвих батарей є кількість сонячної енергії. Влаштування сонячної батареї дозволяє ефективно користуватися енергією нашого світила тільки в регіонах, де більшу частину року сонячно. Необхідно також брати до уваги і широту, на якій монтуються сонячні батареї - чим вище широта, тим меншою силою має промінь сонця. В ідеалі можна досягти ефективності близько 40%. Але це в ідеалі, а на практиці дещо інакше.

Наступний момент, на який варто звернути увагу - необхідність використання досить великих площ, що дозволяють змонтувати автономні сонячні батареї. Якщо батареї планується розміщувати на дачній ділянці, заміському будинку, котеджі, то тут проблем не буде, а ось що живуть у багатоквартирних будинкахдумати про це доведеться серйозно.

Сонячна батарея – що це таке?

Пристрій сонячної батареї ґрунтується на здатності фотоелементів перетворювати сонячну енергію на електрику. З'єднані в загальну систему, ці перетворювачі створюють багатокомірчасте поле, кожен осередок якого під впливом сонячної енергії стає джерелом електричного струму, який потім акумулюється в спеціальних пристроях - акумуляторах. Вочевидь, що потужність такого пристрою тим вище, що більше це поле. Тобто чим більше в ньому фотоелементів, тим більше електроенергії воно здатне зробити.

Але це не означає, що тільки величезні площі, на яких можливе встановлення сонячних батарей, можуть забезпечити необхідною електроенергією. Існує безліч гаджетів, які мають можливість працювати не тільки від звичних для всіх автономних джерел живлення - батарейок, акумуляторів - а й використовувати енергію сонця. У конструкції таких приладів вмонтовані портативні сонячні батареї, що дозволяють як заряджати пристрій, так і працювати автономно. Наприклад, звичайний кишеньковий калькулятор: у сонячну погоду, поклавши його на стіл, можна забезпечити підзарядку батареї, що продовжує термін її служби довгі роки. Існує маса різних пристроїв, Де такі батареї використовуються: це і ручки-ліхтарики, і ліхтарики-брелоки і т.д.

На дачних та заміських ділянкахОстаннім часом стало модним використовувати для освітлення ліхтарики на сонячних батареях. Економічний та нескладний пристрій забезпечує освітлення вздовж садових доріжок, на терасах та у всіх необхідних місцях, використовуючи електроенергію, накопичену у світлий час доби, коли світить сонце. Економні лампи освітлення здатні витрачати цю енергію досить довгий час, що забезпечує великий інтерес до таких пристроїв. Освітлення на сонячних батареях використовується і в будинках, котеджах, а також у підсобних приміщеннях.

Типи автономних сонячних батарей

Існує два типи перетворювачів сонячної енергії, обумовлених пристроєм самої батареї, - плівкові та крем'яні. До першого виду відносяться тонкоплівкові батареї, в яких перетворювачі є плівкою, виготовленою за особливою технологією. Ще їх називають полімерними. Такі батареї встановлюються в будь-якому доступному місці, але мають кілька недоліків: їм потрібно багато місця, низький коефіцієнт корисної дії і навіть середній хмарності їх енергоефективність падає на 20 відсотків.

Кремневий тип сонячних батарей представлений монокристалічними та полікристалічними пристроями, а також аморфними кремнієвими панелями. Монокристалічні батареї складаються з безлічі осередків, в яких вбудовані крем'яні перетворювачі, з'єднані в загальну схему та заповнені силіконом. Прості в експлуатації, з високим (до 22%) ККД, водонепроникні, легкі та гнучкі, але для ефективної роботивимагають прямого сонячного потоку. Хмарна погода може спричинити повне припинення вироблення електроенергії.

Полікристалічні батареї від монокристалічних відрізняються кількістю перетворювачів, розміщених у кожному осередку і встановлених різноспрямовано, що забезпечує їхню ефективну роботу навіть при розсіяному світлі. Це найпоширеніший вид батарей, які застосовуються і в міських умовах, хоча їх ККД дещо нижчий, ніж у монокристалічних.

Аморфні кремнієві джерела живлення, незважаючи на свою низьку енергоефективність - близько 6%, вважаються перспективнішими. Вони поглинають сонячний потік у двадцять разів більше, ніж кремнієві, і набагато ефективніші у похмурі дні.

Все це промислові пристрої, які мають свою – і нині не дуже демократичну – ціну. А чи можливо збирати сонячні батареї власноруч?

Загальний принцип вибору та компонування деталей для сонячних батарей

У зв'язку з останніми вимогами до виробництва електричної енергії, які спрямовані на перехід із традиційної сировини, що використовується при його виробництві, тема сонячних джерел живлення набуває все більш практичного значення. Масове виробництво елементів для створення власної електричної мережі вже пропонує споживачеві різні варіантизабезпечення автономною електроенергією Але поки що вартість автономного сонячного джерела живлення є достатньо високою і недоступною для масового споживача.

Але це не означає, що не можна змайструвати сонячні батареї власноруч. При цьому просто необхідно визначитися зі способом збирання такого пристрою. Або, купуючи окремі елементи, компонувати їх самостійно, або робити всі складові власноруч.

З чого, власне, складається система живлення, заснована на перетворенні сонячної енергії на електричний струм? Основним, але не останнім з її елементів є сонячна батарея, конструкція якої була розглянута вище. Другим елементом у схемі є контролер сонячної батареї, завдання якого полягає у контролі заряджання акумуляторних батарей електричним струмом, отриманих у сонячних батареях. Наступною частиною домашньої сонячної електростанції є батарея електричних акумуляторів, у якій накопичується електрика. І останнім елементом "сонячного" електричного ланцюга буде інвертор, що дозволяє отриману електрику невеликого вольтажу використовувати для побутових приладів, розрахованих на 220 В.

Розглядаючи кожен елемент домашньої геліоелектростанції окремо, можна побачити, що кожен її елемент може бути придбаний у роздрібній мережі, на електронних аукціонах тощо або зібраний власноруч. І навіть контролер сонячної батареї своїми руками можна виготовити – за наявності певних навичок та теоретичних знань.

Тепер щодо завдань, які ставляться перед власною електростанцією. Вони прості та складні одночасно. Простота їх у тому, що сонячна енергія використовується для певної мети: освітлення, опалення або повного забезпечення потреб житла. Складність - у правильному розрахунку необхідної потужності та відповідному підборі комплектуючих частин.

Починаємо збирати сонячну панель

Зараз можна знайти безліч пропозицій про те, як і з чого можна зібрати сонячні панелі. Способів багато, і вибрати можна за своєю перевагою. В даному матеріалі розглядаються базові принципи, які потрібно використовувати, виготовляючи сонячні батареї власноруч.

Насамперед, потрібно визначитися з потужністю, яку необхідно отримати, і вирішити, на якій напрузі працюватиме мережа. Існує два варіанти мереж на сонячній енергії – з постійним струмом та змінним. Змінний струм найкращий через можливість рознесення споживачів електроенергії на значну відстань - понад 15 метрів. Це якраз для невеликого будинку. Не вдаючись глибоко в розрахунки та відштовхуючись від досвіду тих, хто вже користується сонячною енергією на своїх дачах, можна з упевненістю говорити про те, що на широтах Москви – а опускаючись на південь, ці показники будуть, природно, вищими – один квадратний метр сонячних панелей може виробляти до 120 ватів на годину. Це якщо при збиранні використовувати полікристалічні елементи. Вони привабливіші за ціною. А сумарну потужність цілком реально визначити, склавши всю споживану потужність кожного окремого електроприладу. Дуже приблизно можна сказати, що для сім'ї з 3-4 осіб потрібно близько 300 кіловат на місяць, які можуть бути отримані від сонячних панелей в 20 кв. метрів.

Також можна зустріти опис мереж на сонячній енергії, які використовують панелі із 36 елементів. Кожна з панелей має потужність близько 65 Ватів. Сонячна батарея для дачі або невеликого приватного будинку може складатися з 15 таких панелей, які здатні виробляти до 5 кВт/год загальної електричної потужності, маючи власну потужність 1 кВт.

Сонячні панелі своїми руками

А зараз про те, як зробити сонячну батарею. Першим, що доведеться придбати, буде набір перетворюючих пластин, кількість яких залежить від потужності саморобної геліоелектростанції. Для однієї батареї потрібно 36 штук. Можна скористатися набором Solar Cells, а також придбати пошкоджені елементи або дефекти - це позначиться лише на зовнішньому вигляді батареї. Якщо вони робітники, то на виході вийде майже 19 Вольт. Спаювати їх потрібно з урахуванням розширення - залишаючи зазор до п'яти міліметрів між ними. Влаштування сонячної батареї своїми руками вимагає граничної уважності при виконанні паяння фотопластинок. Якщо платівки купувалися без провідників, їх необхідно напоювати вручну. Процес складний та відповідальний. Якщо робота виконується паяльником на 60 Вт, найкраще послідовно з ним підключити просту стоватну лампочку.

Схема сонячної батареї дуже проста – кожна пластина спайується з іншими послідовно. Варто зазначити, що пластини дуже тендітні, і їхню спайку бажано проводити з використанням якого-небудь каркаса. При розпаюванні фотопластинок також необхідно пам'ятати про те, що в ланцюг потрібно вставити запобіжні діоди, що запобігають розряду фотоелементів при затемненні або зниженні освітленості. Для цього шини половинок панелі виводяться на клемник, створюючи середню точку. Ці діоди запобігають також розряду акумуляторів вночі.

Якість пайки – основна вимога до бездоганної роботи сонячних батарей. Перед встановленням підкладки необхідно всі місця паяння протестувати. Виводити струм рекомендується з використанням дротів малого перерізу. Наприклад, акустичним кабелем із силіконовою ізоляцією. Усі провідники необхідно закріпити герметиком.

Потім варто визначитися з поверхнею, яку ці пластини будуть кріпитися. Точніше, з матеріалом для її виготовлення. Найбільш підходящим за характеристиками і доступним є скло, яке має максимальну пропускну здатність світлового потоку в порівнянні з оргсклом або карбонатом.

Наступним кроком стане виготовлення коробки. Для цього використається алюмінієвий куточок або дерев'яний брус. У каркас на герметик садиться скло – бажано ретельне заповнення всіх нерівностей. Слід зазначити, що герметик повинен висохнути повністю - щоб уникнути забруднення фотопластинок. Потім на скло кріпиться готовий лист зі спаяних фотоелементів. Спосіб кріплення може бути різним, але сонячні батареї для будинку, відгуки про які поширені, закріплювалися в основному за допомогою прозорої епоксидної смоли або герметика. Якщо епоксидку рівномірно наносять на всю поверхню скла, після чого на неї поміщають перетворювачі, то герметиком кріплять в основному на краплю посередині кожного елемента.

Для підкладки використовується різний матеріал, що також кріпиться на герметик. Це можуть бути і деревинно-стружкові плити невеликої товщини або лист ДВП. Хоча можна, знову ж таки, залити і епоксидною смолою. Корпус батареї має бути герметичним. Зроблена таким способом сонячна батарея своїми руками, схема збирання якої обумовлювалася вище, дасть 18-19 Вольт, забезпечивши зарядку 12-вольтового акумулятора.

Чи можна зробити перетворювач сонячної енергії власноруч?

Майстерні люди, які мають великі знання в електроніці, можуть зробити фотоелементи для перетворення сонячної енергії в електричну і самостійно. Для цього застосовуються крем'яні діоди, точніше їх кристали, звільнені з корпусів. Процес цей трудомісткий, і починати його чи ні, кожен вирішує самостійно. Можна брати діоди, що використовуються в мостових схемах випрямлячів напруги і стабілізаторах - Д226, КД202, Д7 та ін. Напівпровідниковий кристал, що знаходиться в цих діодах, при попаданні на нього сонячного світла стає так само як і фотопластинка. Але дістатися до нього і при цьому його не зашкодити – досить складний та кропіткий процес.

Усім, хто наважиться зайнятися створенням елементів для перетворювача самостійно, варто запам'ятати наступне - якщо вдалося акуратно розібрати і спаяти батарею, що складається всього з двадцяти діодів марки КД202 за схемою паралельно з'єднаних 5 груп, то можна отримати напругу близько 2 В зі струмом до 0, 8 Ампера. Цієї потужності вистачить лише на живлення невеликого радіоприймача, що має у своїй схемі лише один або два транзистори. Але щоб із них вийшла повноцінна сонячна батарея для дачі, потрібно дуже постаратися. Величезна праця, великі площі, громіздкість конструкції робить це заняття безперспективним. Але для маленьких приладів і гаджетів це підходяща конструкція, яку можуть зробити всі, хто любить займатися електротехнікою.

Чи можна використовувати світлодіоди для сонячних панелей?

Світлодіодна сонячна батарея є чистою вигадкою. Зі світлодіодів зібрати навіть невелику сонячну мікропанель практично неможливо. Точніше, створити можна, але чи варто? За допомогою сонячного світла цілком реально отримати на світлодіоді близько 1,5 вольта напруги, але при цьому сила згенерованого струму дуже мала, а для його генерації потрібно дуже сильне сонце. І ще – світлодіод при подачі на нього напруги сам виділяє променеву енергію, тобто світиться. А значить, ті його побратими, на які потрапило сонячне світло більшої сили, вироблятимуть електрику, яку цей світлодіод сам і споживатиме. Все правильно та просто. І розібратися при цьому, які світлодіоди виробляють, а які споживають енергію, просто неможливо. Навіть якщо використовувати десятки тисяч світлодіодів – а це непрактично та неекономічно – толку ніякого не буде.

Отоплюємо будинок сонячною енергією

Якщо для реальної можливості забезпечити побутові електроприлади «сонячним» струмом вже говорилося вище, то для обігріву житла сонячною енергією існують два варіанти. І щоб використовувати сонячні батареї для опалення будинку, потрібно знати деякі вимоги, які є обов'язковими для виконання цього завдання.

У першому варіанті використання сонячної енергії для опалення відбувається за допомогою іншої системи, ніж стандартна електрична мережа. Пристрій для опалення будинку, що використовує сонячну енергію, називається геліосистемою і складається з декількох приладів. Основним робочим пристроєм є вакуумний колектор, який перетворює сонячне світло на тепло. Він складається з безлічі скляних трубок невеликого діаметру, які поміщена рідина з дуже низьким порогом нагріву. Нагріваючись, ця рідина надалі передає своє тепло воді в баку-накопичувачі об'ємом не менше ніж 300 літрів води. Потім ця нагріта вода подається на опалювальні панелі, виготовлені з тонких мідних труб, які, у свою чергу, віддають отримане тепло, прогріваючи повітря у приміщенні. Замість панелей можна, звичайно, використовувати і традиційні радіатори, але їхня ефективність набагато нижча.

Звичайно, для опалення можна використовувати і сонячні панелі, але в цьому випадку потрібно буде погодитися з тим, що на нагрівання води в бойлері за допомогою ТЕНів буде потрібно левова частка енергії, що генерується батареями. Прості розрахункипоказують, що для нагрівання бойлером 100 літрів води до 70-80 ⁰С потрібно близько 4 годин. За цей час водяний котел із нагрівачами на 2 кВт потужності потребуватиме близько 8 кВт. Якщо сонячні батареї у сумарній потужності зможуть виробляти до 5 кВт на годину, то проблем із енергозабезпеченням у будинку не буде. Але якщо сонячні панелі мають площу менше 10 кв. метрів, то такі потужності для повноцінного забезпечення електроенергією не підійдуть.

Використання вакуумного колектора для опалення будинку виправдане в тому випадку, коли це є повноцінний житловий будинок. Схема роботи такої геліосистеми забезпечує теплом всю оселю протягом цілого року.

І все-таки це працює!

Зрештою, сонячні батареї, своїми руками зібрані ентузіастами, є цілком реальними джерелами живлення. І якщо використовувати в ланцюзі 12-вольтні акумулятори зі струмом не менше 800 А/год, обладнання з перетворення напруги з низької на високу - інвертори, а також контролери напруги на 24 В з робочим струмом до 50 Ампер і простий «безперебійник» зі струмом до 150 Ампер, то вийде дуже пристойна електростанція, що працює на сонячному проміні, яка здатна забезпечити потреби в електроенергії мешканців приватного будинку. Звичайно, за певних погодних умов.

Зміст:

Забезпечення комфортних умов проживання в сучасних квартирахі в приватних будинках не може обійтися без електричної енергії, потреба в якій постійно збільшується. Однак із достатньою регулярністю збільшуються і ціни на цей енергоносій. Відповідно, зростають і загальні витрати на утримання житла. Тому все більш актуальною стає сонячна батарея своїми руками для приватного будинку, поряд з іншими альтернативними джерелами електроенергії. Цей спосіб дає можливість зробити об'єкт енергонезалежним в умовах постійного зростання цін та відключень електрики.

Ефективність сонячних батарей

Проблема автономного електропостачання приладів та обладнання у приватних будинках розглядається вже протягом тривалого часу. Одним із варіантів альтернативного харчування стала сонячна енергія, яка в сучасних умовах знайшла широке застосуванняна практиці. Єдиним фактором, що викликає сумніви та суперечки, є ефективність сонячних батарей, яка не завжди виправдовує сподівання, що покладаються.

Робота сонячних батарей залежить від кількості сонячної енергії. Таким чином, батареї будуть найефективнішими в регіонах, де переважають сонячні дні. Навіть у ідеальному варіанті ефективність батарей становить лише 40%, а реальних умовах цей показник набагато нижче. Інша умова нормального функціонуванняполягає у наявності значних площ для монтажу автономних сонячних систем. Якщо для заміського будинку це не серйозна проблема, то власникам квартир доводиться вирішувати безліч додаткових технічних завдань.

Пристрій та принцип роботи

В основі роботи сонячних батарей лежить здатність фотоелементів виконувати перетворення сонячної енергії на електричну. Всі разом вони збираються у вигляді полімерного поля, об'єднаного в загальну систему. Дія сонячної енергії перетворює кожен осередок на джерело електричного струму, що збирається і накопичується в акумуляторних батареях. Розміри загальної площі такого поля впливають на потужність всього пристрою. Тобто зі зростанням числа фотоелементів, відповідно збільшується і кількість електроенергії, що виробляється.

Це зовсім не означає, що необхідна кількість електрики може вироблятися лише на великих площах. Існує безліч дрібних побутових приладів, що використовують сонячну енергію – калькулятори, ліхтарики та інші пристрої.

У сучасних заміських будинкахвсе популярнішими стають прилади освітлення на сонячних батареях. За допомогою цих простих та економічних пристроїв висвітлюються садові доріжки, тераси та інші необхідні місця. У темну пору доби використовується електроенергія, накопичена вдень, коли світить сонце. Використання економних ламп дозволяє витрачати накопичену електроенергію протягом тривалого часу. Вирішення основних завдань енергопостачання здійснюється за допомогою інших, потужніших систем, що дозволяють виробляти достатню кількість електрики.

Основні види сонячних батарей

Перед тим як приступати до власноручного виготовлення сонячних батарей, рекомендується ознайомитися з їх основними видами, щоб вибрати для себе найбільш вдалий варіант.

Всі перетворювачі сонячної енергії поділяються на плівкові та крем'яні, відповідно до їх пристрою та конструктивними особливостями. Перший варіант представлений тонкоплівковими батареями, де перетворювачі виконані у вигляді плівки, виготовленої по спеціальної технології. Ці конструкції також відомі як полімерні. Їх можна встановлювати в будь-які доступні місця, однак, вони вимагають багато місця і мають низький коефіцієнт корисної дії. Навіть середня хмарність здатна знизити ефективність плівкових пристроїв одразу на 20%.

Кремнієві батареї представлені трьома типами:

• . Конструкція складається з численних осередків із вбудованими крем'яними перетворювачами. Вони поєднуються в одне ціле і заповнюються силіконом. Відрізняються простотою експлуатації, легкістю, гнучкістю, водонепроникністю. Але щоб забезпечити ефективну роботу таких батарей, потрібна дія прямих сонячних променів. Незважаючи на порівняно високий ККД- до 22%, при настанні хмарності вироблення електроенергії може значно знизитися або припинитись повністю.
• . У порівнянні з монокристалічними, у них більше перетворювачів, що розміщуються в осередках. Їх установка виконана у різних напрямах, що значно підвищує ефективність роботи навіть за слабкому світлі. Ці батареї набули найбільшого поширення, особливо у міських умовах.
• Аморфні. Мають низьку ефективність - всього 6%. Однак, вони вважаються дуже перспективними, завдяки здатності до поглинання світлового потокунабагато більше, ніж у перших двох типів.

Всі розглянуті види сонячних батарей виготовляються в заводських умовах, тому їхня ціна залишається поки що дуже високою. У зв'язку з цим можна спробувати виготовити сонячну батарею самостійно з використанням недорогих матеріалів.

Вибір матеріалів та деталей для виготовлення сонячної батареї

Оскільки висока вартість автономних джерел сонячної енергії робить їх недоступними для широкого використання, домашні фахівці можуть спробувати організувати виготовлення сонячних батарей своїми руками з підручних матеріалів. Слід пам'ятати, що під час виготовлення батареї неможливо обійтися лише підручними матеріалами. Обов'язково доведеться купувати заводські деталі, навіть не нові.

До складу перетворювача сонячної енергії входить кілька основних елементів. Насамперед, це сама батарея певного типу, яка вже була розглянута вище. Далі йде контролер батареї, який контролює рівень заряду акумуляторів отриманим електричним струмом. Наступним елементом є акумулятори, що накопичують електрику. В обов'язковому порядку знадобиться перетворюючий постійний струм на змінний. Таким чином, всі домашні прилади, розраховані на 220 вольт, зможуть нормально працювати.

Кожен із цих елементів можна вільно придбати на ринку електроніки. Якщо ж є певні теоретичні знання та практичні навички, то більшу частину з них можна зібрати самостійно. типовим схемам, зокрема й контролер сонячної батареї. Для того, щоб розрахувати потужність перетворювача, необхідно знати, з якою метою він використовуватиметься. Це може бути тільки освітлення або опалення, а також забезпечення потреб об'єкта. У зв'язку з цим вибиратимуться матеріали та комплектуючі деталі.

При виготовленні сонячної батареї своїми руками потрібно визначитися не тільки з потужністю, але і з робочою напругою мережі. Справа в тому, що мережі на сонячній енергії можуть працювати на постійному або змінному струмі. Останній варіант вважається кращим, оскільки дозволяє розносити електроенергію споживачам на відстань понад 15 метрів. При використанні полікристалічних батарей з одного квадратного метра можна отримати в середньому за одну годину приблизно 120 Вт. Тобто для отримання 300 кВт на місяць знадобляться сонячні панелі загальною площею 20 м2. Саме стільки витрачає звичайна сім'я у складі 3-4 осіб.

У приватних будинках та на дачах застосовуються сонячні панелі, кожна з яких включає 36 елементів. Потужність однієї панелі становить близько 65 Вт. У невеликому приватному будинку або на дачі цілком достатньо 15 панелей, здатних виробляти електричну потужність до 5 кВт за годину. Після виконання попередніх розрахунків можна придбати перетворювальні пластини. Допускається придбання пошкоджених елементів із невеликими дефектами, що впливають лише на зовнішній вигляд батареї. У робочому стані кожен елемент здатний видавати близько 19 ст.

Виготовлення сонячних батарей

Після того як всі матеріали та деталі підготовлені, можна розпочинати складання перетворювачів. При спаюванні елементів необхідно передбачити зазор розширення між ними не більше 5 мм. Паяти слід дуже уважно та обережно. Наприклад, за відсутності проводків у пластинок, їх потрібно буде напаяти вручну. Для роботи знадобиться паяльник на 60 Вт, до якого послідовно підключена звичайна лампа розжарювання на 100 Вт.

Усі пластини спаюють послідовно між собою. Пластини відрізняються підвищеною крихкістю, тому їх спаювання рекомендується проводити з використанням каркасу. Під час розпаювання в схему спільно з фотопластинками вставляються діоди, що оберігають фотоелементи від розряду при зниженні рівня освітленості або настання повної темряви. З цією метою половинки панелі об'єднуються в загальній шині, яка у свою чергу виводиться на клемник, за рахунок чого відбувається створення середньої точки. Ті самі діоди оберігають акумуляторні батареї від розряду в нічний час.

Однією з основних умов ефективної роботи батарей є якісне паяння всіх точок та вузлів. Перед тим, як встановлювати підкладку, ці місця обов'язково тестуються. Для виведення струму рекомендується використовувати провідники з малим перетином, наприклад, акустичний кабель у силіконовій ізоляції. Усі дроти закріплюються за допомогою герметика. Після цього вибирається матеріал для поверхні, до якої прикріплюватимуться пластини. Найбільш відповідними характеристикамимає скло, що набагато краще пропускає світловий потік, ніж карбонат або оргскло.

При виготовленні сонячної батареї з підручних засобів необхідно подбати і про короб. Зазвичай короб виготовляється з дерев'яного бруса або алюмінієвого куточка, після чого на герметик укладається скло. Герметик повинен заповнити всі нерівності, а потім повністю висохнути. За рахунок цього пил не потрапить усередину, і фотопластинки в процесі експлуатації не забруднюються.

Далі на скло встановлюється аркуш із припаяними фотоелементами. Він може закріплюватись різними способами, однак, найбільш оптимальними варіантамивважаються прозора епоксидна смола або герметик. Епоксидною смолоюрівномірно покривається вся поверхня скла, потім її встановлюються перетворювачі. При використанні герметика кріплення здійснюється крапками у центрі кожного елемента. По кінці складання повинен вийти герметичний корпус, всередині якого розміщується сонячна батарея. Готовий пристрій видаватиме приблизно 18-19 вольт, що цілком достатньо для заряджання акумуляторної батареї на 12 вольт.

Можливість домашнього опалення

Після того, як саморобна сонячна батарея зібрана, кожен господар напевно захоче перевірити її в дії. Найбільш важливою проблемою вважається опалення будинку, тому насамперед перевіряються можливості обігріву за рахунок сонячної енергії.

Для опалення використовуються геліоколектори. За допомогою вакуумного колектора сонячне світло перетворюється на тепло. Тонкі скляні трубкизаповнюються рідиною, яка нагрівається від сонця та передає тепло воді, поміщеній у бак-накопичувач. У нашому випадку цей спосіб не підходить, оскільки йдеться виключно про перетворення сонячної енергії на електричну.

Все залежить від потужності використовуваного пристрою. У будь-якому випадку на нагрівання води в бойлері йтиме більшість одержуваної енергії. Якщо 100 л води нагріти до 70-80 градусів, знадобиться приблизно 4 години часу. Споживання електроенергії водяним казаном з ТЕНами на 2 кВт становитиме 8 кВт. При виробленні електроенергії 5 кВт на годину жодних проблем не буде. Однак при площі батарей менше 10 м2 опалення приватного будинку з їх допомогою стає неможливим.

Одного разу почувши по телебаченню про сонячні батареї, які здатні перетворювати енергію сонця на електричну, автор загорівся ідеєю їх використання. Для початку він постарався дізнатися якнайбільше інформації про сонячні панелі, інвертори, елементи та їх інші складові. На жаль, хороші сонячні панелі коштують досить дорого і автор не міг просто взяти і купити заводську панель для практичного використання будинку. Однак серед безлічі статей у мережі інтернет автор знайшов кілька присвячених самостійному збиранню сонячних панелей у домашніх умовах.

Матеріали та інструменти, які використовував автор для створення своєї сонячної панелі:
1) шибки віконні розміром 86 на 66 см
2) алюмінієві куточки
3) паяльник із видатковими матеріалами
4) комплект сонячних елементів
5) скотч двосторонній
6) інвертор
7) акумулятори

Розглянемо докладніше етапи будівництва сонячної панелі.

Перед створенням своєї першої сонячної панелі автор досить тривалий час готувався вивчаючи статті, присвячені збиранню панелей, інформацію про різних типівелементів, способів герметизації та матеріалів необхідних для створення панелей новачкові. Одне з найважливіших знань, яке почерпнув автор у цих статтях, це досвід чужих помилок. Так, наприклад, він досить детально вивчив основні помилки при герметизації панелі, а так само зрозумів як краще працювати з пластинами сонячних елементів, щоб не пошкодити їх.

Після теоретичної підготовки автор розпочав практичну. Так як бюджет на виготовлення сонячної панелі був невеликий, збирати її автор вирішив здебільшого з підручних матеріалів. Знайшовши досить непоганий магазин пластикових вікон, автор замовив там два скла розміром 86 на 66 см. Також в одному з магазинів було придбано алюмінієві куточки, які складатимуть каркас сонячної панелі. Сонячні елементи автор вирішив замовити в інтернет магазині, тому що там вони були набагато дешевшими.

Коли всі основні матеріали були зібрані, а елементи отримані на пошті, автор розпочав збирання своєї першої сонячної панелі.
Для початку було вирішено поєднати всі елементи за допомогою металевої стрічки та паяльника. Оскільки автор ознайомився з основними помилками при паянні сонячних елементів, цей процес пройшов без поломок. У роботі автор використав невелику кількість каніфолі, а натиск при паянні був легким, до того ж перед початком робіт всі елементи були розкладені на рівну поверхню скла, таким чином весь процес паяння елементів не становив великої праці. На пайку 36 пластин сонячних елементів у автора пішло близько півтори години, плюс було витрачено деякий час на лудіння проводів. Головними принципами автор назвав необхідність у паяльнику на 40 вт, так як пластини віддають тепло при наближенні паяльника, а каніфолі для спайки треба зовсім трохи інакше олово може не прилипнути до пластини, саме тому автору довелося залудити всі дроти повністю.

Для закріплення пластин на склі у рівному положенні рядів автор використовував двосторонній скотч. Цим же скотчем автор повністю закріпив окантування скла, на яке потім була наклеєна полімерна плівка.

Нижче розташована фотографія з усіма видами скотчу, які застосовував автор при створенні цієї сонячної панелі:

Також скотч знадобився автору при герметизації сонячної панелі. герметизувати елементи дуже важливо, тому що якщо волога потрапить на контакти, вони окисляться і доведеться їх перепаювати. Тому на зібрану панель була наклеєна поліетиленова плівка, яку автор закріпив тим самим двостороннім скотчем. Головне в даному процесі не забувати про запаси для країв та акуратність при створенні прорізів під дроти. Після того як плівка була успішно наклеєна, автор використав силіконовий герметик.

Далі скло необхідно було помістити в рамку, щоб уберегти його від сколів та й просто збільшити надійність конструкції сонячної батареї. Рамку для скла автор вважав за краще робити з пластику, так як у нього була деяка кількість пластику, що залишився від домашнього ремонту, хоча так само можна використовувати і металеві куточки або дерев'яні бруски. Загалом все залежить від того яким засобами і матеріалами ви маєте в своєму розпорядженні.

Рамка була склеєна за допомогою стандартної праски на рівної поверхніза 45 градусів.

Потім скло було встановлено всередину такої саморобної рами та краї ще раз проклеєні силіконовим герметиком. Зайва плівка в процесі обрізала для кращого естетичного виду виробу.

У результаті вийшла ось така сонячна панель, виготовлена ​​з підручних матеріалів:

Так само було зібрано ще одну сонячну панель, оскільки елементів було закуплено із запасом.
Далі автор вирішив приступити до випробувань зібраної панелей.

У першій панелі була напруга 21 В і сила струму при замиканні 3.4 А. Заряд батареї 40 А.ч. 2.1 А. При випробуваннях було досить хмарно, і перевірити максимальну потужність панелей не вдалося.

У підсумку за тих же погодних умов зібрана система з двох сонячних панелей видавав потужність струму замикання в 7 ампер, а напруга близько 20 В. Цього цілком достатньо, до того ж за більш сонячної погоди показники будуть значно кращими.