Многих людей интересует, как можно преобразовать солнечную энергию в электричество. Альтернативные источники энергии всегда занимали умы людей, и уже сегодня каждый может получить энергию солнца. В статье мы расскажем как самостоятельно изготовить панели преобразователи из подручных средств (в домашних условиях), дадим пошаговую инструкцию по сборке конструкции.
Как это работает
Альтернативный источник энергии представляет собой генератор, действующий на основе фотоэлектрического эффекта. Он позволяет преобразовывать энергию солнца в электричество. Попадая на кремниевые пластины, являющиеся составными частями солнечной батареи, кванты света вытесняют электроны с последних орбит каждого атома кремния. Таким образом, можно получить большое количество свободных электронов, которые и образуют электрический ток.
Прежде чем приступить к изготовлению солнечной панели, нужно выбрать модули преобразователи, которые будут использованы: монокристаллические, поликристаллические или аморфные. Наиболее доступными являются первый и второй варианты. Для того чтобы выбрать подходящие элементы, необходимо знать их точные характеристики:
- Поликристаллические пластины с кремнием дают довольно низкий КПД – не более 8-9%. Однако они выгодно отличаются тем, что могут работать даже во время пасмурной погоды или облачности.
- Монокристаллические пластины выдают около 13-14% КПД, однако любая облачность, не говоря уже о пасмурной погоде, значительно снижают мощность батареи, собранной из таких пластин.
Оба вида пластин отличаются длительным сроком службы – от 20 до 40 лет.
Приобретая кремниевые пластины для самостоятельной сборки можно брать элементы с небольшими дефектами – так называемые модули B-типа. Некоторые компоненты пластин можно заменить, собрав таким образом батарею за существенно меньшие деньги.
Проектирование солнечной батареи
Планируя размещение преобразователей, нужно выбрать место ее установки так, чтобы она располагалась под наклоном, принимая лучи солнца более - менее перпендикулярно. Идеальным способом станет такое размещение батарей, чтобы можно было корректировать их угол наклона. Располагать их нужно с наиболее освещённой стороны участка, причем чем выше, тем лучше – например, на крыше дома. Однако далеко не все крыши могут выдержать вес полноценной солнечной батареи, поэтому в некоторых случаях рекомендуется установить специальные опорные подставки под преобразователи.
Необходимый угол, под которым должна располагаться батарея, можно высчитать исходя из географического положения данного участка, а также уровня солнцестояния в данной местности.
Материалы для изготовления
Вам потребуются:
- модули преобразователи B-типа,
- алюминиевые уголки или готовые рамы для будущей батареи,
- защитное покрытие для модулей.
Опорные рамы можно изготовить самостоятельно, используя алюминиевые рамки, или же можно приобрести уже готовые, различные по размеру.
Защитное покрытие для солнечных батарей может отсутствовать, а может представлять собой:
- стекло,
- поликарбонат,
- оргстекло,
- плексиглас.
В принципе, все защитные покрытия могут быть использованы без больших потерь преобразуемой энергии, однако плексиглас пропускает лучи хуже всех перечисленных материалов.
Монтаж
Размер рамки солнечной батареи зависит от того, сколько модулей будет использовано. Планируя расположение элементов, необходимо оставить между модулями расстояние в 3-5 мм для компенсации возможного изменения размеров из-за перепадов температуры.
- Рассчитав данные и получив нужные размеры, можно приступать к монтажу рамки. Если используются готовые рамки, нужно просто подобрать модули, полностью заполняющие их. Алюминиевые уголки позволяют создать батарею любого размера.
- Рамка из алюминиевых уголков собирается с помощью крепежных элементов. На внутреннюю часть рамки наносится силиконовый герметик. Наносить его нужно тщательно, не пропуская ни одного миллиметра – от этого напрямую зависит срок службы батареи.
- Далее в рамку помещается панель из выбранного защитного материала. Рекомендуется с помощью метизов качественно закрепить материал на рамке. Для этого понадобятся шурупы и шуруповерт. По окончании работ стекло или его аналог необходимо очистить от пыли и мусора.
- Приобретенные модули могут как содержать уже припаянные контакты, так и нет. В любом случае рекомендуется либо произвести пайку с нуля, то есть трижды – для большей надежности – с использованием припоя и кислоты для паяния, либо пройтись с паяльником по уже сделанной пайке.
- Солнечная батарея может быть собрана либо сразу на подготовленной раме, либо сначала на размеченном картоне. Выложив элементы на стекло необходимым способом, нужно соединить их пайкой: с одной стороны дорожки, ведущие ток, со знаком «плюс»; с другой стороны – со знаком «минус». Контакты последних элементов должны быть выведены на широкий серебряный проводник, так называемую шину.
- После окончания пайки необходимо проверить работу и тщательно ликвидировать все проблемы, убедиться в работоспособности панели.
Окончательным этапом работ станет герметизация изготовленных панелей с помощью специального эластичного герметика. Все соединенные модули полностью покрываются этой смесью. После ее полного высыхания нужно поставить вторую панель защитного материала, а также разместить получившийся источник альтернативной энергии под нужным углом в планируемом месте.
Видео
Полная видео инструкция по изготовлению солнечной батареи для дома:
Фото
На сегодняшний день из всех известных человечеству источников альтернативной энергии наиболее популярными являются солнечные панели, батареи и прочие генераторы на основе гелиоэнергии. Учитывая текущую стоимость расходов на энергоресурсы, многие интересуются, где приобрести солнечные панели для своего дома, каковы цены на них и есть ли готовые решения. И поскольку рост курса валюты прямо отражается на платежной способности населения, все больше граждан стремятся узнать побольше о панелях российского производства.
Что такое солнечные панели и как их используют для дома
Несмотря на то что данному виду энергоснабжения домов уже более 30 лет, не так много специалистов в этой области. Почему использование солнечных панелей для частного дома так выгодно? Ответ прост: платить надо только за оборудование и установку, впоследствии энергоноситель бесплатен! В таких странах, как КНР, Соединенные Штаты, Франция, Италия и Германия, до 30 % населения устанавливает на крышу батареи, чтобы пользоваться миллиардами неиссякаемых киловатт солнечной энергии. Если это бесплатно, в чем секрет?
Принцип работы батареи следующий: представим себе полупроводники из кристаллов (например, из кремния), которые преобразовывают кванты света в составляющие электрического тока. Панель содержит сотни тысяч таких кристаллов. В зависимости от требуемой мощности площадь такого покрытия составляет от пары квадратных сантиметров (вспомним калькулятор) до сотен квадратных метров – например, для орбитальных станций.
Несмотря на кажущуюся простоту устройств, их использование на территории России очень ограничено – климатом, погодой, временем года и суток. Плюс к тому, чтобы система подавала ток в сеть, необходимо приобрести:
- аккумулятор, который будет накапливать энергию на случай перепадов напряжения;
- инвертор, который будет переводить постоянный ток в переменный;
- систему, контролирующую заряд аккумулятора.
Кратко о потреблении
Среднестатистическая семья из 4 человек потребляет 250–300 кВт в месяц. Солнечные модули для бытового пользования дают в среднем 100 Вт с 1 кв. м в сутки (в ясную погоду). Для того чтобы питать полностью дом, нужно установить минимум 30, в идеале 40 секций, что обойдется не менее чем в 10 000 у. е. При этом крыша должна быть ориентирована на южную сторону, а количество солнечных дней в месяц в среднем не должно быть не меньше 18–20. Ниже приведена карта солнечных дней.
Вывод: солнечные панели хороши в качестве резервного источника электрической энергии. Кроме того, нужно знать, как их подобрать, чтобы мощности хватало для обеспечения бытовых нужд. Зато, вне зависимости от аварий, ваш дом всегда будет снабжен электричеством.
1. Панели от ЗАО «Телеком-СТВ»
Российская компания «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.
Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).
| Модель | Мощность, Вт | Габариты, мм | Вес, кг | Цена, руб. |
|---|---|---|---|---|
| ТСМ-15 | 18 | 430 × 232 × 43 | 1,45 | от 3 500 |
| ТСМ-40 | 44 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 000 |
| ТСМ-50 | 48 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 575 |
| ТСМ-80А | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 8 500 |
| ТСМ-80B | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 9 000 |
| ТСМ-95А | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 10 750 |
| ТСМ-95В | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 11 000 |
| ТСМ-110А | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 500 |
| ТСМ-110В | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 800 |
| … | .. | … | … | … |
| ТСМ-270А | 270 | 1 633 × 996 × 43 | 18,5 | от 23 370 |
Основной тип производимых панелей – монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).
Выбор, конечно, ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.
2. Hevel – завод в Чувашии
Одним из крупнейших производителей солнечных панелей в России является компания «Хевел» . В 2017 году компания провела модернизацию производства и перешла с тонкопленочной на новую гетероструктурную технологию изготовления солнечных модулей. Модули нового поколения сочетают в себе преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий, обеспечивают эффективную работу модуля при высоких и низких температурах (от -50 °С до +85°С), а также в условиях рассеянного света. Средний КПД солнечного модуля составляет 20%. По этому показателю модули ГК «Хевел» входят в мировую тройку лидеров. Срок службы модуля составляет не менее 25 лет.
Какую батарею от Hevel можно посмотреть для примера? Вот таблица с параметрами наиболее популярного гетероструктурного модуля:
3. Рязанский ЗМКП
Рязанский завод металлокерамических приборов функционирует с 1963 года, однако с 2002 года перешел на систему международного контроля качества ISO 9001 и выпускает панели строго в соответствии с ее требованиями, а также с нормами ГОСТ 12.2.007-75.
В прейскуранте компании можно найти две актуальные модели RZMP мощностью 130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1 %. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:
RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель, от 220 до 240 Вт, покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 до 14 400 руб. за модуль.
4. Краснодарский «Сатурн»
Панели кубанского производства выпускаются с 1971 года, за этот период предприятие выпустило более 20 000 квадратных метров продукции. «Сатурн» использует две собственно освоенных технологии производства – на основе монокристаллического выращенного кремния или арсенид-галлиевые с германиевой подложкой. Последние показывают максимально высокие характеристики и используются для снабжения ответственных объектов (АЗС, предприятия непрерывного цикла и т. д.)
Оба типа модулей можно выполнить на любом каркасе, от сетки и пленки до металлических (из анодированного алюминия) и струнных типов. Фотоэлектрические преобразователи могут быть:
- с полированной поверхностью;
- со встроенными диодами;
- с алюминиевым зеркалом.
Вот основные энергетические характеристики ФЭП «Сатурн», в зависимости от типа:
Эти характеристики актуальны для носителей любых размеров: на предприятии «Сатурн» можно заказать как сборные модули на крышу коттеджа, так и миниатюрные солнечные панели для датчиков, преобразователей, изделий электротехники, а также аккумуляторные батареи. По прайсам вас сориентируют только в отделе продаж.
5. «Солнечный ветер» (Solar Wind)
Это предприятие расположено в Украине. В России существует аналогичное предприятие, которое выступает скорее в роли инвестора и реализатора. Solar Wind выпускает солнечные модули мощностью от 1 до 15 кВт/ч. В зависимости от назначения и мощности в модуль может входить от пары до нескольких десятков батарей. Так, батарея 1 000 Вт включает 5 модулей, один контроллер заряда на 30 А, аккумулятор 150 А/ч (2 шт. в наборе) и инвертор 1 200 В. Срок службы батареи составляет до 18 лет.
Совет: если вы покупаете оборудование Solar Wind для круглогодичного обеспечения жилого дома энергией, стоит брать не менее 10 кВт/ч.
Чтобы получить представление о возможностях фотоэлектрических систем «Солнечный ветер» (Украина) мощностью от 1 000 до 15 000 Вт, предлагаем сравнительную таблицу из расчета на 1 день потребления.
| Мощность модуля, кВт/ч | 1 | 3 | 5 | 10 | 15 |
|---|---|---|---|---|---|
| Пример снабжения питанием различных систем (суммарно) | |||||
| Лампочка (энергосберегающая, при работе 4 часа в день) | 4 шт. по 11 Вт | 10 шт. по 15 Вт | 10 шт. по 20 Вт | 20 шт. по 20 Вт | 40 шт. по 20 Вт |
| Кондиционер | Не хватит | Не хватит | Не хватит | 1 час в день | 3 часа в день |
| Ноутбук питанием 40 Вт/ч | 4 часа | 4 часа | 4 часа | 4 часа | 4 часа |
| ТВ | 50 Вт/ч, 3 часа в день | 50 Вт/ч, 4 часа в день | 150 Вт/ч, 4 часа в день | 150 Вт/ч, 3 часа в день | 150 Вт/ч, 4 часа в день |
| Антенна спутникового ТВ, 20 Вт/ч | 3 часа в день | 4 часа в день | 4 часа в день | 3 часа в день | 3 часа в день |
| Холодильник | Не хватит | 100 Вт/ч, 24 часа в день | 10 Вт/ч, 24 часа в день | 150 Вт/ч, 24 часа в день | 150 Вт/ч, 24 часа в день |
| Стиральная машина | Не хватит | 900 Вт/ч, 40 мин в день | 900 Вт/ч, 1 час в день | 1 500 Вт/ч, 1 час в день | 1 500 Вт/ч, 1 час в день |
| Пылесос, 900 Вт/ч | Не хватит | Не хватит | 2 раза в неделю по 1 часу | 2 раза в неделю по 1 часу | 2 раза в неделю по 1 часу |
6. Солнечные батареи «Квант»
НПП «Квант» первым предложило производство кремниевых солнечных батарей с 2-сторонней чувствительностью, а также монокристаллы арсенида галлия. Наиболее популярной моделью сегодня выступает «Квант КСМ» и ее модификация КСМ-180П. Стоимость такой батареи не превышает 18 000 руб., срок службы достигает 40 лет.
Однако приведем характеристики всех модулей. Их можно заказать как в моно-, так и в поликристалической вариации. Удельная энергетическая характеристика выше у монокристаллических панелей и достигает 200 Вт/кв.м. По сравнению с зарубежными аналогами «Квант» оптимален за счет низкой цены и относительно небольшого уменьшения КПД на протяжении всего срока службы.
| Характеристика | КСМ-80 | КСМ-90 | КСМ-100 | КСМ-180 | КСМ-190 | КСМ-205 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мощность номинальная, Вт | 80–85 | 90–95 | 98–103 | 180–185 | 190–195 | 205–210 |
| Ток короткого замыкания, А | 5,4–5,6 | 5,5–5,7 | 5,8–5,9 | 5,4–5,6 | 5,5–5,9 | 5,6–6,1 |
| Напряжение холостого хода, В | 21,2–21,5 | 22,2–22,4 | 22,8–23,0 | 34,8–36,6 | 35,1–37,2 | 35,9–37,8 |
| Количество солнечных элементов | 36 | 36 | 36 | 72 | 72 | 72 |
| Габариты, мм | 1210 × 547 × 35 | 1210 × 547 × 35 | 1210 × 547 × 35 | 1586 × 806 × 35 | 1586 × 806 × 35 | 1586 × 806 × 35 |
| Коммутационная коробка, TUV | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 |
| Масса, кг | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 16 | 16 | 16 |
| КПД, % | 17,5 | 18,3 | 18,7 | 17,8 | 18,4 | 19,0 |
7. Sun Power – портативные солнечные панели
Компания Sun Power расположена в Украине и большей частью прославилась выпускаемыми перевозными солнечными комплексами. С их помощью можно получить электричество даже в походных условиях. Эти комплексы отличаются своей мобильностью, небольшими размерами и портативностью. Имеют выход USB и обладают мощностью до 500 Вт.
Другие характеристики портативных панелей Sun Power:
- срок службы – до 30 лет;
- имеет международную сертификацию CE RoHC;
- новое поколение панелей может быть также интегрировано в фасад или крышу без потери эстетики.
Удобно использовать подобные решения в автономном освещении билбордов, дорог и участков, питании кемпингов и трейлеров, яхт и катеров.
8. «Квазар» – еще один украинский производитель
Компания «Квазар» выпускает широкий ассортимент фотовольтаического оборудования, в том числе солнечные панели и зарядные устройства. Солнечные батареи Kvazar изготавливаются из кремниевых кристаллов, выращенных на предприятии, и имеют усиленную алюминиевую базу. Гарантия качества, которая выдается производителем, немного настораживает – всего 10 лет. Однако электролюминесцентные и другие лабораторные тестирования подтверждают более длительный срок службы – до 25 лет.
Наш выбор: панели — KV175-200/24 M (монокристаллические), KV220-255M (также моно), KV210-240Р (вариант поли), в маркировке цифры указывают на мощность устройства.
Цена батарей – от 13 000 руб. (приблизительно) за 150 Вт. Кроме гелиопанелей «Квазар» выпускает фотоэлектрические преобразователи ячейками от 4 × 4 до 6 × 6 дюймов с КПД до 18,7 %.
9. ООО «Витасвет»
Московское предприятие ООО «Витасвет» выпускает одну базовую модель SSI-LS200 P3 в четырех вариациях мощности: от 225 до 240 Вт. Каждый модуль состоит из 60 кремниевых пластин типа мультикристалл и крепится на алюминиевый профиль.
Вот их основные параметры, полученные при испытаниях в нормальных условиях 800 Вт/кв.м:
| Мощность батареи, Вт | 225 | 230 | 235 | 240 |
|---|---|---|---|---|
| Макс. напряжение, В | 29,6 | 29,7 | 29,8 | 30,2 |
| Ток короткого замыкания, А | 8,1 | 8,34 | 8,41 | 8,44 |
| КПД, % | 13,5 | 13,8 | 14,1 | 14,5 |
Стоимость – 12 800 руб. за панель мощностью 240 Вт.
10. Завод «Термотрон» (г. Брянск)
Предприятие «Термотрон» производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и мини-автономные солнечные станции. Первые поставляются на базе серийных модулей с высокой столбовой опорой.
Особенности автономных систем уличного освещения от «Термотрона»:
- температурный диапазон эксплуатации – -40…+50 °C;
- угол раскрытия луча – 135 на 90 градусов;
- гарантированный срок работы – 12 лет в городских условиях;
- высота опоры – от 6 до 11 м;
- мощность – от 30 до 160 Вт.
Автономная станция «Экотерм», выпускаемая заводом, будет интересна владельцам загородных домов и участков. Ее применяют также на фермах, телефонных станциях, для оснащения сельских школ, больниц, магазинов. Станция работает от дизель-генератора 14,5 кВт. Цена вырабатываемой энергии при количестве 18 фотоперерабатывающих элементов – 5,12 руб./кВт, срок окупаемости – до 5 лет (цену станции уточнять у производителя).
Заключение
Мы провели обзор нескольких ведущих предприятий так называемой фотоэнергетики России и Украины, который, надеемся, даст первичное представление о целесообразности применения солнечных батарей и позволит принять верное решение. Это не все бренды, однако наиболее популярные и доступные в продаже таковы.
(Пока оценок нет)
Солнечная батарея – это несколько фотоэлементов, собранных в одном корпусе, снабжающих электричеством потребителя. Сами фотоэлементы с каждым днем становятся все доступнее, во многом благодаря тому, что их в хорошем качестве стал выпускать Китай.
Выбор фотоэлементов для солнечной батареи
- Поликристалл или монокристалл. Однозначного ответа нет, поликристаллические модули дешевле, но у них ниже энергоэффективность. Большинство промышленных производителей отдают предпочтение поликристаллическим фотоэлементам. В России ни те ни другие не производятся, следовательно делаем покупки на com или aliexpress.com.
- Размерность. Есть размеры 6х6(156 х 156 мм), 5х5 (127 127 мм), 6х2 (156 х 52 мм) дюйма. Следует брать последние. Дело в том, что все фотоэлементы очень тонкие и хрупкие, легко ломаются при монтаже, поэтому выгоднее сломать маленький фотоэлемент. Также, чем меньше размер одного элемента, тем легче заполнить площадь батареи.
- Припаянные контакты. Каждая пластина будет соединяться последовательно с другими, следовательно работать с паяльником придется много. Значительно облегчают эту работу припаянные контакты к панелям. Подключить такие контакты к общей шине будет гораздо проще. Если таких контактов нет, вам придется паять их самостоятельно.
Инструменты и материалы
Материалы:
- Алюминиевый уголок 25х25;
- Болты 5х10 мм – 8 шт;
- Гайки 5 мм – 8 шт;
- Стекло 5-6 мм;
- Клей – герметик Sylgard 184;
- Клей-герметик Ceresit CS 15;
- Поликристаллические фотоэлементы;
- Флюс фломастер (смесь канифоли и спирта);
- Серебряная лента для подключения к фотоэлементам;
- Лента для шины;
- Припой (нужен тонкий, т.к. чрезмерный нагрев выведет из строя фотоэлемент);
- Пенополиуретан (поролон), толщиной 3 см;
- Плотная полиэтиленовая пленка 10 мкм.
Инструмент:
- Напильник;
- Ножовка по металлу с полотном 18;
- Дрель, сверла на 5 и 6 мм;
- Ключи рожковые;
- Паяльник;
Пошаговая фотоинструкция
Максимально подробно рассказано, как своими руками собрать солнечную батарею из фотоэлементов на алюминиевом каркасе.
Сточить напильником углы на одной грани с каждой стороны алюминиевого угла под 45 градусов.
Обрезать уголки ножовкой по металлу под 45 градусов. Для удобства можно воспользоваться стуслом:
С каждой стороны уголка должна получиться вот такая конструкция:
Обрезанный алюминиевый уголок
Делаем скобы для соединения уголков:
Прикладываем уголки срезанными углами друг к другу
Перпендикулярно ставим уголок и на нем намечаем линию отреза
Должно получиться 4 соединительных уголка
На сторонах каждой полученной скобы находим центр и сверлим отверстие, диаметром 6 мм:
Находим центр каждой стороны скобы
Отверстие в скобе
Делаем разметку через отверстие в каждой скобе на уголке. Чтобы потом не перепутать, помечаем каждый угол и каждую скобу цифрой:
Разметка отверстий «по месту»
Ставим цифры, чтобы потом не перепутать
Сверлим отверстия в уголке сверлом 5 мм, должно получиться так:
Отверстия в уголке
Собираем рамку с помощью болтов и гаек:
Вклеиваем с помощью герметика стекло в собранную рамку:
Силиконом следует обработать стыки снаружи и внутри
Обезжирить поверхность стекла изнутри и разложить фотоэлементы лицевой стороной вниз таким образом, чтобы контактные шины были параллельны:
Соедините между собой фотоэлементы скотчем, так они не распадутся при дальнейших операциях.
Соединить между собой элементы по схеме:
Схема соединения фотоэлементов в батарее
Собираем уплотняющую конструкцию:
- Из листа пенополиуретана вырезаем прямоугольник, меньше внутренней части рамки на 1 см с каждой стороны;
- Запаиваем получившийся прямоугольник в полиэтиленовую пленку с помощью скотча или паяльника
Конструкция укладывается внутрь рамки:
Поролон укладывается внутрь рамки
Рамка вместе с поролоном переворачивается и снимается. Остаются только уложенные и скрепленные между собой скотчем фотоэлементы:
Снять алюминиевую рамку
Фотоэлементы на поролоне
На всю поверхность фотоэлементов кистью наносится герметик Sylgard 184 и накрывается сверху рамкой со стеклом:
Герметик на фотоэлементах
Накрыть фотоэлементы рамкой со стеклом
Ставим груз на стекло на несколько часов, за это время должны удалиться пузыри воздуха:
Пузыри уходят за 2-3 часа
Через 12 часов снимаем груз и отрываем поролон. Батарея готова к подключению!
Ошибки при сборке солнечной батареи своими руками
Несколько характерных ошибок, совершаемых при самостоятельной сборке панелей, о которых хотелось бы предупредить.
- Сборка на каркасе из дерева или ДСП. Солнечная батарея, собранная своими руками, окупается только если служит несколько лет, поэтому ненадежная конструкция из бруса для нее точно не подходит, т.к. разбухнет и потеряет форму через год – два. Конструкция получается громоздкой и тяжелой, плохо поддается транспортировке и переносу.
- Небрежное хранение Sylgard 184. Если вы не расходуете всю банку этого клея, после использования его нужно переместить в меньшую тару, чтобы остатки не имели контакта с воздухом внутри нее. В противном случае, спустя полгода хранения весь клей может затвердеть.
- Использование оргстекла. Батарея всегда находится на солнце (в этом её суть), поэтому сильно греется. Оргстекло очень плохо отводит тепло от фотоэлементов. Это снижает их эффективность. Каждый градус выше 25 °С снижает эффективность на 0,45%. Но это не главный минус оргстекла! При температуре больше 50 °С оно деформируется во всех плоскостях, разрывая контакты внутри схемы, разгерметизируя батарею и приводя ее в негодность.
- Недостаточное внимание изолированию соединений. При сборке солнечных батарей для своего дома своими руками лучше использовать специальные коннекторы (MC4), соединяющие несколько панелей в единую сеть. Дело в том, что в дальнейшем, возможно, их придется демонтировать для ремонта, поворота в другую сторону, замены элементов и т.д. Скручивать контакты «намертво» или использовать для этой цели соединительные клеммы, которые предназначены для внутренних работ – не наилучший вариант.
Комментарии:
Похожие записи
Выгодно ли покупать комплектом солнечные батареи для дачи
Плюсы и минусы вертикальных ветрогенераторов, их виды и особенности
Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей
Как выбрать солнечную панель - обзор важных параметров
В настоящее время очень модными и популярными являются альтернативные источники энергии, особенно у владельцев загородных коттеджей или частных домов. Но часто такое устройство стоит немалых денег и не каждый может себе позволить приобрести для дома солнечные батареи. Поэтому очень актуальным стало изготовление солнечных панелей своими руками. Так как же самому сделать солнечные батареи?
Характеристика солнечной панели
Такой альтернативный источник энергии довольно практичный, потому что в отличие от традиционного источника энергоснабжения стоит он гораздо меньше. Изготовление солнечных панелей своими руками позволяет не только оптимизировать энергопотребление, но также экономит финансы.
Преимущества
Солнечные батареи обладают следующими достоинствами:
- простая установка за счет того, что нет необходимости прокладывать к опорам кабель;
- выработка электроэнергии абсолютно не вредит окружающей среде;
- отсутствуют подвижные части;
- электричество поставляется независимо от распределительной сети;
- минимальные затраты по времени на обслуживание системы;
- небольшой вес батарей;
- бесшумная работа;
- продолжительный срок службы при минимальных расходах.
Недостатки
Несмотря на довольно весомые достоинства, есть у солнечных батарей и свои минусы, такие как:
- трудоемкость процесса изготовления;
- чувствительность к загрязнениям;
- на эффективную работу солнечных панелей оказывают влияние погодные условия (солнечные или пасмурные дни);
- для такой конструкция необходимо много места;
- по ночам батареи не работают.
Требования, предъявляемые к солнечной батарее
Установить солнечные панели в частном доме под силу каждому. Но для того чтобы такая конструкция, созданная своими руками, приносила пользу по максимуму, следует учитывать ее особенности. К солнечной батарее предъявляются следующие требования:
Материалы, необходимые для изготовления солнечной батареи своими руками
Если нет возможности приобрести солнечные батареи, можно изготовить их своими руками. Вначале необходимо определиться с материалом , из которого они будут сделаны.
Чтобы создать панели, необходимы будут качественные фотоэлементы. Производители на сегодняшний день предлагают следующие виды устройств:
- элементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%, но в пасмурную погоду недостаточно эффективны;
- фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, работать могут как в солнечные, так и пасмурные дни.
Для энергоснабжения дома лучше всего использовать поликристаллы, которые доступны в наборах.
Важно знать, что все необходимые для сборки ячейки лучше всего приобретать у одного производителя , так как продукция разных марок имеет значительные различия в эффективности изделий. Это может создать дополнительные сложности при сборке, повлечь затраты в результате эксплуатации, при этом солнечная батарея будет иметь невысокую мощность.
Чтобы сделать солнечную панель из подручных средств, необходимы будут специальные проводники, предназначенные для соединения фотоэлементов.
Корпус будущей конструкции лучше всего изготавливать из алюминиевых уголков, обладающих небольшим весом. Можно также использовать такой материал, как дерево. Но из-за того, что конструкция будет все время подвержена атмосферному влиянию, срок ее эксплуатации будет снижаться.
Размеры корпуса панели зависят от количества фотоячеек.
Внешнее покрытие фотоэлементов может быть выполнено из оргстекла или прозрачного поликарбоната. Также применяют закаленное стекло, не пропускающее инфракрасные лучи.
Таким образом, для изготовления солнечной батареи своими руками потребуются следующие материалы:
- фотоэлементы в наборе;
- крепежные метизы;
- медные электропровода высокой мощности;
- силиконовые вакуумные подставки;
- паяльное оборудование;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шотке;
- прозрачный лист из поликарбоната или плексигласа;
- набор винтов для крепежа.
Такие материалы приобретаются в магазине стройматериалов или в интернет-магазине.
Как сделать солнечные панели своими руками?
Для того чтобы сделать панели своими руками, нужно собрать требуемые материалы. Собирается солнечная батарея для дома в такой последовательности.
Чтобы правильно сделать солнечные батареи своими руками, нужно придерживаться следующих рекомендаций:
Получить бесплатную электроэнергию в своем доме мечтает каждый человек и эта мечта осуществима. Сделав солнечные батареи своими руками, можно наслаждаться дополнительным источником электроснабжения. При этом такая конструкция не наносит никакого вреда окружающей среде , к тому же она очень надежная и недорогостоящая.
Человечество стремится перейти на альтернативные источники электрического снабжения, которые помогут сохранить чистоту окружающей среды и сократить затраты на выработку энергии. Производство является современным индустриальным методом. включает в себя приемники солнечного света, аккумуляторы, контролирующие устройства, инверторы и другие приборы, предназначенные для определенных функций.
Солнечная батарея является главным элементом, с которого начинается накопление и лучей. В современном мире для потребителя при выборе панели существует много подводных камней, так как промышленность предлагает большое число изделий, объединенных под одним названием.
Кремниевые солнечные батареи
Эти изделия популярны у современных потребителей. В основу их изготовления положен кремний. Запасы его в недрах широко распространены, добыча сравнительно недорогая. Кремниевые элементы выгодно отличаются уровнем производительности от других батарей солнечного света.
Виды элементов
Производство из кремния ведется следующих типов:
- монокристаллический;
- поликристаллический;
- аморфный.
Различаются вышеназванные формы устройств тем, как компонуются кремниевые атомы в кристалле. Основным отличием элементов становится различный показатель преобразования световой энергии, который у двух первых видов находится приблизительно на одном уровне и превышает значения у приборов из аморфного кремния.
Промышленность сегодняшнего дня предлагает несколько моделей солнечных уловителей света. Отличие их состоит в том, какое применяется оборудование для производства солнечных батарей. Играет роль технология изготовления и разновидность начального материала.
Монокристаллический тип
Эти элементы состоят из силиконовых ячеек, скрепленных между собой. По способу ученого Чохральского производится абсолютно чистый кремний, из которого изготавливают монокристаллы. Следующим процессом является разрезание застывшего и затвердевшего полуфабриката на пластины толщиной от 250 до 300 мкм. Тонкие слои насыщают металлической сеткой электродов. Несмотря на дороговизну производства, такие элементы применяют достаточно широко из-за высокого показателя преобразования (17-22%).
Изготовление поликристаллических элементов
Солнечных батарей из поликристаллов состоит в том, что расплавленная кремниевая масса постепенно охлаждается. Производство не требует дорогого оборудования, следовательно, затраты на получение кремния снижены. Поликристаллические солнечные накопители имеют меньший коэффициент эффективности (11-18%), в отличие от монокристаллических. Это объясняется тем, что в процессе остывания масса кремния насыщается мельчайшими зернистыми пузырьками, что приводит к дополнительному преломлению лучей.
Элементы из аморфного кремния
Изделия относят к особому типу, так как их принадлежность к кремниевому виду исходит от наименования используемого материала, а производство солнечных батарей выполняется по технологии пленочных приборов. Кристалл в процессе изготовления уступает место кремниевому водороду или силону, тонкий слой которых покрывает подложку. Батареи имеют самое низкое значение эффективности, всего до 6%. Элементы, несмотря на существенный недостаток, имеют ряд неоспоримых преимуществ, дающих им право стоять в ряду с вышеназванными типами:
- значение поглощения оптики выше в два десятка раз, чем у монокристаллических и поликристаллических накопителей;
- имеет минимальную толщину слоя, всего 1 мкм;
- пасмурная погода не влияет на работу по преобразованию света, в отличие от других видов;
- из-за высокого показателя прочности на изгиб без проблем применяется в трудных местах.
Три вышеописанных вида солнечных преобразователей дополняются гибридными изделиями из материалов с двойственными свойствами. Такие характеристики достигаются, если в аморфный кремний включаются микроэлементы или наночастицы. Полученный материал схож с поликристаллическим кремнием, но выгодно отличается от него новыми техническими показателями.
Сырье для производства солнечных батарей пленочного типа из CdTe
Выбор материала диктуется потребностью в уменьшении стоимости изготовления и повышении технических характеристик в работе. Наиболее часто применяется светопоглощающий теллурид кадмия. В 70-е годы прошлого столетия CdTe считался основным претендентом на космическое использование, в современной промышленности он нашел широкое применение в энергетике солнечного света.
Этот материал относят к категории кумулятивных ядов, поэтому не стихают прения по вопросу его вредности. Исследования ученых установили тот факт, что уровень вредного вещества, поступающего в атмосферу, является допустимым и не наносит вреда экологии. Уровень КПД составляет всего 11%, но стоимость преобразуемой электроэнергии от таких элементов ниже на 20-30%, чем от приборов кремниевого вида.
Накопители лучей из селена, меди и индия
Полупроводниками в приборе служат медь, селен и индий, иногда допускается замещение последнего на галлий. Это объясняется высокой востребованностью индия для производства мониторов плоского типа. Поэтому выбран этот вариант замещения, так как материалы имеют похожие свойства. Но для показателя КПД замена играет существенную роль, производство солнечной батареи без галлия повышает эффективность работы устройства на 14%.
Солнечные уловители на полимерной основе
Эти элементы относят к молодым технологиям, так как они недавно появились на рынке. Полупроводники из органики поглощают свет для преобразования его в электрическую энергию. Для производства применяют фуллерены углеродной группы, полифенилен, меди фталоцианин и др. В результате получают тонкие (100 нм) и гибкие пленки, которые в работе выдают коэффициент эффективности 5-7%. Величина небольшая, но производство гибких солнечных батарей имеет несколько положительных моментов:
- для изготовления не затрачиваются большие средства;
- возможность установки гибких батарей в местах изгибов, где эластичность имеет первоочередное значение;
- сравнительная легкость и доступность установки;
- гибкие батареи не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.
Химическое травление в процессе производства
Самой дорогой в солнечной батарее является мультикристаллическая или монокристаллическая пластина из кремния. Для максимально рационального режут псевдоквадратные фигуры, эта же форма позволяет плотно уложить пластины в будущем модуле. После процесса резки на поверхности остаются микроскопические слои нарушенной поверхности, которые убираются при помощи травления и текстурирования, чтобы улучшить прием падающих лучей.
Обработанная подобным способом поверхность представляет собой хаотично расположенные микропирамиды, отражаясь от грани которых, свет попадает на боковые поверхности других выступов. Процедура рыхления текстуры понижает отражающую способность материала приблизительно на 25%. В процессе травления применяют серию кислотных и щелочных обработок, но недопустимо сильно уменьшать толщину слоя, так как пластина не выдерживает следующие обработки.
Полупроводники в солнечных батареях
Технология производства солнечных батарей предполагает, что основным понятием твердой электроники является p-n-переход. Если в одной пластине совместить электронную проводимость n-типа и дырочную проводимость p-типа, то в месте соприкосновения их возникает p-n-переход. Основным физическим свойством указанного определения становится возможность служить барьером и пропускать электричество в одном направлении. Именно такой эффект позволяет наладить полноценную работу солнечных элементов.
В результате проведения фосфорной диффузии на торцах пластины складывается слой n-типа, который базируется у поверхности элемента на глубине всего 0,5 мкм. Производство солнечной батареи предусматривает неглубокое проникновение носителей противоположных знаков, которые возникают под действием света. Их путь в зону влияния p-n-перехода должен быть коротким, иначе они могут при встрече погасить один другого, при этом не сгенерировав никакого количества электричества.
Использование плазмохимического травления
В конструкции солнечной батареи предусмотрены лицевая поверхность с установленной решеткой для съемки тока и тыльная сторона, представляющая собой сплошной контакт. Во время явления диффузии возникает электрическое замыкание между двумя плоскостями и передается на торец.
Чтобы удалить замыкание, применяется оборудование для солнечных батарей, позволяющее сделать это с помощью плазмохимического, химического травления или механическим, лазерным путем. Часто используется метод плазмохимического воздействия. Травление выполняется одновременно для стопки сложенных вместе пластин кремния. Исход процесса зависит от длительности обработки, состава средства, размера квадратов материала, направления струй ионного потока и других факторов.
Нанесение антиотражающего покрытия
При помощи нанесения текстуры на поверхности элемента снижается отражение до 11%. Это обозначает, что десятая часть лучей попросту отражается от поверхности и не принимает участия в образовании электричества. С целью уменьшения таких потерь на лицевую сторону элемента наносят покрытие с глубоким проникновением световых импульсов, не отражающее их обратно. Ученые, принимая во внимание законы оптики, определяют состав и толщину слоя, поэтому производство и установка солнечных батарей с таким покрытием уменьшают отражение до 2%.
Контактная металлизация с лицевой стороны
Поверхность элемента предназначена для поглощения наибольшего количества излучения, именно этим требованием определяются размерные и технические характеристики наносимой металлической сетки. Выбирая дизайн лицевой стороны, инженеры решают две противоположные проблемы. Снижение оптических потерь происходит при более тонких линиях и расположении их на большом расстоянии одна от другой. Производство солнечной батареи с увеличенными размерами сетки приводит к тому, что часть зарядов не успевает достичь контакта и теряется.
Поэтому учеными стандартизировано значение расстояния и толщины линии для каждого металла. Слишком тонкие полоски открывают пространство на поверхности элемента для поглощения лучей, но не проводят сильный ток. Современные методы нанесения металлизации состоят в трафаретном печатании. В качестве материала наиболее оправдывает себя серебросодержащая паста. За счет ее применения КПД элемента поднимается на 15-17%.
Металлизация на тыльной стороне прибора
Нанесение металла на тыльную сторону устройства происходит по двум схемам, каждая из которых выполняет собственную работу. Сплошным тонким слоем по всей поверхности, кроме отдельных отверстий, напыляют алюминий, а отверстия заполняют серебросодержащей пастой, играющей контактную роль. Сплошной алюминиевый слой служит своеобразным зеркальным устройством с тыльной стороны для свободных зарядов, которые могут потеряться в оборванных кристаллических связях решетки. С таким покрытием на 2% больше по мощности работают солнечные батареи. Отзывы потребителей говорят, что такие элементы более долговечны и не так сильно зависят от пасмурной погоды.
Изготовление солнечных батарей своими руками
Источники питания от солнца не каждый может заказать и установить у себя дома, так как их стоимость на сегодняшний день достаточно велика. Поэтому многие мастера и умельцы осваивают производство солнечных батарей дома.
Приобрести комплекты фотоэлементов для самостоятельной сборки можно в интернете на различных сайтах. Стоимость их зависит от количества применяемых пластин и мощности. Например, небольшой мощности комплекты, от 63 до 76 Вт с 36 пластинами, стоят 2350-2560 руб. соответственно. Здесь же приобретают рабочие элементы, отбракованные с производственных линий по каким-либо причинам.
При выборе типа фотоэлектрического преобразователя принимают во внимание тот факт, что поликристаллические элементы более устойчивы к пасмурной погоде и работают при ней эффективнее монокристаллических, но имеют меньший срок службы. Монокристаллические обладают более высоким КПД в солнечную погоду, и прослужат они гораздо дольше.
Чтобы организовать производство солнечных батарей в домашних условиях, нужно подсчитать общую нагрузку всех приборов, которые будут питаться от будущего преобразователя, и определиться с мощностью устройства. Отсюда вытекает количество фотоэлементов, при этом учитывают угол наклона панели. Некоторые мастера предусматривают возможность изменения положения накопительной плоскости в зависимости от высоты солнцестояния, а зимой - от толщины выпавшего снега.
Для изготовления корпуса применяют различные материалы. Чаще всего ставят алюминиевые или нержавеющие уголки, используют фанеру, ДСП и др. Прозрачная часть выполняется из органического или обыкновенного стекла. В продаже есть фотоэлементы с уже припаянными проводниками, такие покупать предпочтительнее, так как упрощается задача сборки. Пластины не складывают одну на другую - нижние могут дать микротрещины. Припой и флюс наносятся предварительно. Паять элементы удобнее, расположив их сразу на рабочей стороне. В конце крайние пластины приваривают к шинам (более широким проводникам), после этого выводят "минус" и "плюс".
После проделанной работы тестируют панель и герметизируют. Зарубежные мастера для этого используют компаунды, но для наших умельцев они стоят довольно дорого. Самодельные преобразователи герметизируют силиконом, а тыльную сторону покрывают лаком на основе акрила.
В заключение следует сказать, что отзывы мастеров, которые сделали всегда положительные. Однажды затратив средства на изготовление и установку преобразователя, семья очень быстро их окупает и начинает экономить, используя бесплатную энергию.
