Производство солнечных батарей своими руками. Изготовление солнечной батареи своими руками: снимаем розовые очки и учимся на чужих ошибках
Солнечная энергетика - это просто здорово, но вот в чем проблема: даже одна батарея стоит немалых денег, а для хорошего эффекта нужна не одна, и даже не две. Потому и приходит идея - собрать все самому. Если есть у вас небольшой навык пайки - это сделать просто. Вся сборка заключается в том, чтобы последовательно соединить элементы в дорожки, а дорожки закрепить на корпусе. Сразу скажем о цене. Набор для одной панели (36 штук) стоит в районе 70-80$. А полностью со всеми материалами солнечные батареи своими руками обойдутся вам примерно в 120-150$. Намного меньше, чем заводские. Но нужно сказать, что и по мощности они будут тоже меньше. В среднем каждый фотопреобразователь выдает 0,5 В, если последовательно соединить 36 штук, это будет порядка 18 В.
Немного теории: типы фотоэлементов для солнечных батарей
Самая большая проблема - приобрести фотоэлектрические преобразователи. Это те самые кремниевые пластины, которые преобразуют солнечный свет в электричество. Вот тут нужно немного разбираться в типах фотоэлементов. Их выпускают двух типов: поликристаллические и монокристаллические. Монокристаллические более дорогие, но имеют более высокий КПД - 20-25%, поликристаллические - дешевле, но и производительность у них меньше - 17-20%. Как их отличить внешне? Поликристаллические имеют ярко-синий цвет. Монокристаллические немного темнее и у них не квадратная, а многогранная форма - квадрат со срезанными краями.
О форме выпуска. Есть фотоэлементы для солнечных батарей с уже припаянными проводниками, а есть наборы, где проводники прилагаются и все нужно паять самостоятельно. Что покупать решает каждый сам, но нужно сказать, что без навыка хотя-бы одну пластину вы повредите, а скорее, не одну. А если и паять умеете не очень… то лучше немного дороже заплатить, но получить уже почти готовые к использованию детали.
Сделать фотоэлементы для солнечных батарей своими руками нереально. Для этого нужно уметь выращивать кристаллы кремния, а потом его еще обрабатывать. Потому нужно знать, где купить. Об этом дальше.
Где и как купить фотоэлементы
Теперь о качестве. На всех китайских площадках типа Ebay или Alibaba продается отбраковка. Те детали, которые не прошли тесты на заводе. Потому идеальной батареи вы не получите. Но цена у них не самая большая, так что можно смириться. Во всяком случае, на первых порах. Соберите пару тестовых солнечных батарей своими руками, набейте руку, а потом можно брать с завода.
Некоторые продают фотоэлементы запаянными в воск. Это предотвращает их порчу при перевозке, но избавиться от воска и не повредить пластины довольно сложно. Нужно все вместе их окунуть в горячую, но не кипящую воду. Подождать пока воск растает, потом аккуратно разъединять. Потом поочередно купать каждую пластину в горячем мыльном растворе, потом окуная в чистую горячую воду. Таких «омовений» моет понадобиться несколько, воду и мыльный раствор придется менять, и не один раз. После того как воск удалите, чистые пластины разложите на махровом полотенце для просушки. Очень хлопотное это дело. Так что лучше покупайте без воска. Так намного проще.
Теперь о покупках на китайских площадках. Конкретно о Ebay и Alibaba. Они проверены, тысячи людей ежедневно там что-то покупают. Система ничем не отличается. После регистрации, как обычно, в строке поиска набираете название элемента. Потом выбираете понравившееся по какой-то причине предложение. Обязательно выбирайте из тех вариантов, где есть бесплатная доставка (на английском free shipping). Если такой пометки нет, то доставку придется оплачивать отдельно. А она часто больше стоимости товара и уж точно больше той разницы, что вы выгадаете на цене.
Ориентироваться нужно не только на цену, но и на рейтинг продавца и на отзывы. Внимательно читайте и состав товара, его параметры и отзывы. Можно с продавцом общаться, только сообщения писать нужно на английском.
По поводу оплаты. Она на этих площадках переводится продавцу только после того, как вы отпишитесь в получении товара. А пока идет доставка, ваши деньги лежат на счете торговой площадки. Оплачивать можно с карты. Если боитесь светить данные карты, воспользуйтесь промежуточными сервисами. Они есть разные, но суть одна - ваша карта не засветится. Есть на этих площадках и возврат товара, но это долгая песня, так что лучше брать у проверенных продавцов (с хорошим рейтингом и отзывами).
Да. Посылка идет в зависимости от региона. И дело не столько в том, как долго она будет идти из Китая, как в том, как скоро ее доставит почта. В лучшем случае - недели три, но может и полтора месяца.
Как собрать
Сборка солнечной батареи своими руками состоит из трех этапов:
- Изготовление каркаса.
- Пайка солнечных элементов.
- Укладка в каркас и герметизация.
Каркас изготовить можно из алюминиевых уголков или из деревянных реек. Но форма каркаса, материалы, последовательность изготовления зависят от способа установки.
Способ первый: установка на окне
Батарею вешают на окне, на раму изнутри помещения или снаружи, но тоже на окне. Тогда нужно делать каркас из алюминиевого уголка, а к нему приклеивать стекло или поликарбонат. В этом случае между фотоэлементами остаются хоть небольшие зазоры, через которые немного света проникает в помещение. Размеры рамы выбираете исходя из размеров ваших фотоэлементов и того, как вы собираетесь их располагать. Также некоторую роль могут сыграть габариты окна. Учтите, что плоскость должна быть ровная - фотоэлектрические преобразователи очень хрупкие, и при малейшем перекосе будут трескаться.
Развернув готовую раму с приклеенным стеклом лицом вниз, на поверхность стекла нанести слой герметика. На герметик, снова-таки лицевой стороной вниз, разложить собранные из фотоэлементов линейки.
Из толстого упругого поролона (толщина не менее 4 см) и куска полиэтиленовой пленки (200 мк) сделать мат: поролон обтянуть пленкой и хорошо скрепить. Лучше полиэтилен спаять, но можно и скотчем воспользоваться, только все стыки должны находиться на одной стороне. Вторая должна быть ровной и гладкой. По размерам мат должен хорошо ложиться в раму (без загибов и усилий).
Уложили мат на фотоэлементы, утопленные в герметике. На него доску, которая по размерам чуть меньше рамы, а на доску солидный груз. Это нехитрое устройство поможет выгнать пузыри воздуха, которые оказались под фотоэлементами. Воздух снижает производительность, причем очень сильно. Потому чем меньше пузырьков будет, тем лучше. Всю конструкцию оставляете на 12 часов.
Теперь время снять груз и отлепить мат. Делаете это медленно и не спеша. Важно не повредить пайку и проводники. Потому тяните плавно, без рывков. После того, как мат сняли, панель нужно оставить на некоторое время - досохнуть. Когда герметик перестанет липнуть, можно навешивать панель и пользоваться.
Вместо длительной процедуры с герметиком можно взять специальную пленку для герметизации. Она называется EVA. Просто сверху на собранную и уложенную на стекло батарею расстилаете пленку и греете ее строительным феном до полной герметизации. Времени уходит в разы меньше.
Способ второй: установка на стене, крыше и т.д.
В этом случае все иначе. Задняя стенка должна быть плотной и не проводящей ток. Возможно - деревянной, фанерной и т.п. Потому имеет смысл и раму сделать из деревянных брусков. Только высота корпуса должна быть небольшой, чтобы тень от бортиков не мешала.
На фото корпус состоит из двух половинок, но это совсем необязательно. Просто легче собирать и укладывать короткие линейки, но соединений в этом случае будет больше. Да. Несколько нюансов: нужно в корпусе предусмотреть несколько отверстий. В нижней части нужны несколько штук для выхода конденсата, а также два отверстия для вывода проводников от батареи.
Затем корпус батареи покрасить белой краской - кремниевые пластины имеют довольно широкий диапазон рабочих температур, но он не безграничен: от -40 o Cдо +50 o C. А летом в закрытой коробке +50 o C набегает легко. Потому и нужен белый цвет, чтобы не перегревались фотопреобразователи. Перегрев, как и переохлаждение, ведет к снижению эффективности. Это, кстати, может стать объяснением непонятного явления: полдень, солнце жарит, а батарея стала давать меньше электричества. А она просто перегрелась. Для южных регионов, наверное, нужно уложить фольгу. Это будет эффективнее. Причем производительность, скорее всего, возрастет: будет улавливаться еще и отраженное фольгой излучение.
После того как краса высохла, можно укладывать собранные дорожки. Но в этот раз лицом вверх. Как их крепить? На каплю термостойкого герметика посредине каждой пластины. Почему не нанести по всей поверхности? Из-за температурного расширения пластина будет менять размеры. Если приклеить ее только посередине, с ней ничего не случиться. Если будет хотя-бы две точки - она рано или поздно лопнет. Потому аккуратно посередине наносите каплю, мягко прижимаете пластину. Не давите - раздавить очень легко.
В некоторых случаях пластины сначала крепились на основу - лист ДВП, выкрашенный в тот же белый цвет. А потом уже на основе закреплялись к корпусу шурупами.
После того, как все линейки уложены, последовательно их соединяете. Чтобы проводники не болтались, их можно зафиксировать несколькими каплями герметика. Вывести провода от элементов можно через днище или через бортик - как удобнее. Протяните их через отверстие, а потом залейте дырку все тем же герметиком. Теперь нужно дать всем соединениям высохнуть. Если накрыть крышкой раньше, на стекле и фотоэлементах образуется налет, который сильно снижает эффективность батареи. Потому ждем как минимум сутки (или столько, сколько указано на упаковке герметика).
Теперь дело за малым - накрыть все стеклом или прозрачным пластиком. Как крепить — дело ваше. Но на первых порах не герметизируйте. По крайней мере, до испытания. Может где-то обнаружится проблема.
И еще один нюанс. Если планируете в систему подключать аккумуляторы, понадобится поставить диод, который будет предотвращать разряд аккумулятора через батарею в ночное время или в плохую погоду. Лучше всего поставить диод «Шоттки». Его подсоединяю к батарее последовательно. Установить его лучше внутри конструкции - при высоких температурах у него уменьшается падение напряжения, т.е. в рабочем состоянии он будет меньше «садить» напряжение.
Как паять элементы для солнечной батареи
Немного об обращении с кремниевыми пластинами. Они очень-очень хрупкие, легко трескаются и ломаются. Потому обращаться нужно с ними с крайней осторожностью, хранить в жесткой таре подальше от детворы.
Работать нужно на ровной твердой поверхности. Если стол покрыт клеенкой, положите лист чего-то твердого. Пластина не должна прогибаться, а всей поверхностью жестко опираться на основу. Причем основание должно быть гладким. Как показывает опыт, идеальный вариант - кусок ламината. Он, жесткий, ровный, гладкий. Паяют на тыльной стороне, не на лицевой.
Для пайки использовать можно флюс или канифоль, любой из составов в маркере для пайки. Тут у каждого свои пристрастия. Но желательно, чтобы состав не оставлял следов на матрице.
Укладываете кремниевую пластину лицом вверх (лицо - синяя сторона). На ней есть две или три дорожки. Их промазываете флюсом или маркером, спиртовым (не водно-спиртовым) раствором канифоли. В комплекте с фотопреобразователями идет обычно тонкая контактная лента. Иногда она нарезана на куски, иногда идет в катушке. Если лента намотана на катушку, отрезать нужно кусок, равный двойной ширине солнечного элемента, плюс 1 см.
На обработанную флюсом полосу припаиваете отрезанный кусок. Лента получается намного длиннее пластинки, весь остаток остается с одной стороны. Старайтесь вести паяльник не отрывая. Насколько это возможно. Для более качественной пайки на кончике жала у вас должна быть капля припоя или олова. Тогда пайка будет качественной. Непропаянных мест быть не должно, хорошо все прогревайте. Но не давите! Особенно по краям. Это очень хрупкие изделия. Поочередно припаиваете ленты на все дорожки. Фотопреобразователи получаются «хвостатые».
Теперь, собственно, о том, как собрать солнечную батарею своими руками. Приступаем к сборке линейки. С обратной стороны пластинки тоже есть дорожки. Теперь «хвост» от верхней пластины припаиваем к нижней. Технология такая же: дорожку промазываем флюсом, потом пропаиваем. Так последовательно соединяем нужное количество фотоэлектрических преобразователей.
В некоторых вариантах на задней стороне не дорожки, а площадки. Тогда пайки меньше, но претензий по качеству может быть больше. В этом случае промазываем флюсом только площадки. И паяем тоже только на них. Вот, собственно, все. Собранные дорожки можно переносить на основание или корпус. Но есть еще множество хитростей.
Так, например, между фотоэлементами нужно выдерживать определенное расстояние (4-5 мм), что без фиксаторов не так и легко. Малейший перекос, и есть возможность порвать проводник, или сломать пластинку. Потому для задания определенного шага на кусок ламината приклеивают строительные крестики (используются при укладке плитки), или делают разметку.
Все проблемы, которые возникают при изготовлении солнечных батарей своими руками, связаны с пайкой. Потому перед герметизацией, а лучше еще и перед переносом линейки на корпус, проверить сборку амперметром. Если все нормально, можно продолжать работу.
Итоги
Теперь вы знаете, как сделать солнечную батарею в домашних условиях. Дело не самое сложное, но требует кропотливой работы.
Одним из способов сократить оплату коммунальных услуг является использование солнечных батарей. Такую батарею можно сделать и установить своими руками.
Что представляет собой солнечная батарея и для чего она используется?
Солнечная батарея - это устройство, принцип работы которого основан на способности фотоэлементов преобразовывать энергию солнца в электричество. Эти преобразователи соединены между собой в общую систему. Получаемый электрический ток накапливается в специальных устройствах - аккумуляторах.
Чем больше площадь панелей, тем больше электрической энергии можно получить
Мощность солнечной батареи зависит от размера поля из фотоэлементов. Но это не означает, что только большие площади способны воспроизвести требуемое количество электроэнергии. Например, всем знакомые калькуляторы могут использовать портативные солнечные батареи, которые вмонтированы в их корпус.
Преимущества и недостатки
К преимуществам солнечной батареи относятся:
- простота монтажа и обслуживания;
- отсутствие вреда для окружающей среды;
- небольшая масса панелей;
- бесшумная работа;
- независящие от распределительной сети поставки электрической энергии;
- неподвижность элементов конструкции;
- небольшие денежные затраты на изготовление;
- долгий срок эксплуатации.
В число недостатков солнечной батареи входят:
- трудоёмкость процесса изготовления;
- бесполезность в тёмное время суток;
- потребность в большой площади для установки;
- восприимчивость к загрязнениям.
Хотя изготовление солнечной батареи является трудоёмким процессом, её можно собрать своими руками.
Инструменты и материалы
Если нет возможности приобрести готовую солнечную батарею для дома, её можно сделать самостоятельно.
Для изготовления солнечной батареи понадобятся:
- фотоэлементы (для создания гелиопанели);
- набор специальных проводников (для соединения фотоэлементов);
- алюминиевые уголки (для корпуса);
- диоды Шотке;
- крепёжные метизы;
- винты для крепежа;
- лист поликарбоната (прозрачный);
- силиконовый герметик;
- паяльник.
Выбор фотоэлементов
Сегодня производители предлагают потребителям выбор из двух типов устройств. Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%. Они отличаются низкой эффективностью при пасмурной погоде. Фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, однако они способны работать не только в солнечные, но и в облачные дни.
Чтобы обеспечить дачу или небольшой частный дом электроэнергией, достаточно воспользоваться поликристаллами.
Важная информация: Желательно приобретать фотоэлементы у одного производителя, так как ячейки разных марок могут иметь существенные различия, что сказывается на эффективности работы и процессе сборки, а также приводит к более высоким затратам энергии при эксплуатации.
При выборе фотоэлементов необходимо обратить внимание на следующее:
- чем больше ячейка, тем большее количество энергии она производит;
- элементы одного типа создают одинаковое напряжение (от размера данный показатель не зависит).
Чтобы определить мощность солнечной батареи, достаточно генерируемый ток умножить на напряжение.
Отличить поликристаллические фотоэлементы от монокристаллических достаточно просто. Первый тип выделяется ярко-синим цветом и квадратной формой. Монокристаллические фотоэлементы темнее, они срезаны по краям.
Поли- и монокристаллические панели легко отличить даже на первый взгляд Не стоит отдавать предпочтение продукции со сниженной ценой, поскольку она может отказаться отбраковкой - это детали, которые не прошли тест на заводе. Лучше воспользоваться услугами проверенных поставщиков, которые хоть и предлагают товар по высокой цене, зато отвечают за его качество. Если нет опыта в сборе фотоэлементов, рекомендуется приобрести несколько тестовых образцов, чтобы потренироваться, а только потом купить продукцию для изготовления самой батареи.
Некоторые производители запаивают фотоэлементы в воск, чтобы предотвратить порчу во время перевозки. Однако избавиться от него довольно сложно из-за высокого риска повреждения пластин, поэтому рекомендуется покупать фотоэлементы без воска.
Инструкция по изготовлению
Процесс изготовления солнечной батареи состоит из нескольких этапов:
- Подготовка фотоэлементов и пайка проводников.
- Создание корпуса.
- Сборка элементов и герметизация.
Подготовка фотоэлементов и пайка проводников
На столе собирается набор фотоячеек. Допустим, производитель указывает на мощность 4 Вт и напряжение 0,5 вольт. В таком случае нужно использовать 36 фотоэлементов, чтобы создать солнечную батарею на 18 Вт.
С помощью паяльника, мощность которого составляет 25 Вт, наносятся контуры, образуя припаянные проводки из олова.
Качество пайки является главным требованием для эффективной работы солнечной батареи Важная информация: Желательно выполнять процесс пайки на ровной твёрдой поверхности.
Затем все ячейки соединяются между собой в соответствии с электрической схемой. При подключении солнечной панели можно воспользоваться одним из двух способов: параллельным или последовательным соединением. В первом случае плюсовые клеммы соединяются с плюсовыми, минусовые с минусовыми. Затем клеммы с разным зарядом выводятся к аккумулятору. Последовательное подключение предусматривает соединение противоположных зарядов путём поочерёдного скрепления ячеек между собой. После этого оставшиеся концы выводятся к аккумуляторной батарее.
Важная информация: Независимо от того, какой вид подключения вы выбрали, необходимо предусмотреть шунтирующие диоды, которые устанавливаются на клемме «плюс». Идеально подходят диоды Шорке. Они препятствуют разрядке устройства ночью.
Когда спайка будет завершена, нужно вынести ячейки на солнце, чтобы проверить их работоспособность. Если функциональность в норме, можно начинать сборку корпуса.
Проверка устройства выполняется на солнечной стороне Как собрать корпус
- Подготовить уголки из алюминия с невысокими бортиками.
- Для метизов предварительно выполняются отверстия.
- Затем на внутреннюю часть алюминиевого уголка наносится силиконовый герметик (желательно сделать два слоя). От того, насколько качественно он будет нанесён, зависит герметичность, а также длительность службы солнечной батареи. Важно обратить внимание на отсутствие незаполненных мест.
- После этого в раму помещается прозрачный лист поликарбоната и плотно фиксируется.
- Когда герметик высохнет, крепятся метизы с шурупами, что обеспечит более надёжное крепление.
Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы Важная информация: Кроме поликарбоната можно использовать оргстекло или антибликовое стекло.
Сборка элементов и герметизация
- Очистите прозрачный материал от загрязнений.
- Разместите фотоэлементы на внутренней стороне листа из поликарбоната на расстоянии 5 мм между ячейками. Чтобы не ошибиться, предварительно сделайте разметку.
- На каждый фотоэлемент нанесите монтажный силикон.
Чтобы продлить срок службы солнечной батареи, рекомендуется нанести на её элементы монтажный силикон и закрыть задней панелью - После этого прикрепляется задняя панель. После застывания силикона нужно герметизировать всю конструкцию.
Герметизация конструкции обеспечит плотное прилегание панелей друг к другу Видео: Изготовление солнечной батареи своими руками в домашних условиях
Правила установки
Чтобы получить возможность использовать солнечную батарею по максимуму, рекомендуется при установке устройства придерживаться определённых правил:
- Необходимо правильно выбрать место. Если разместить солнечную батарею там, где постоянно присутствует тень, устройство будет малоэффективно. Исходя из этого, не рекомендуется устанавливать прибор около деревьев, желательно выбирать открытое место. Многие монтируют солнечную батарею на крыше дома.
- При установке необходимо направлять устройство в сторону солнца. Нужно добиться максимального попадания его лучей на фотоэлементы. К примеру, находясь на севере, следует ориентировать лицевую сторону солнечной батареи на юг.
- Большую роль играет определение уклона устройства. Он также зависит от географического положения. Считается, что угол уклона должен составлять широту, в которой устанавливается батарея. При размещении в зоне экватора придётся производить настройку угла наклона по времени года. Коррекция составит 12 градусов, учитывая увеличение и уменьшение летом и зимой соответственно.
- Рекомендуется установить солнечную батарею в доступном месте. По мере использования устройства его лицевая сторона накапливает грязь, а в зимнее время её заносит снегом, и в результате выработка энергии снижается. Поэтому необходимо периодически проводить чистку батареи, удаляя налёт с её лицевой панели.
Изготовление устройства из подручных средств
На сегодняшний день умельцами были разработаны способы создания солнечных батарей из подручных материалов, но оправдана ли такая экономия?
Использование старых транзисторов
Для изготовления солнечной батареи можно использовать старые транзисторы. Для этого срезают их крышки, зафиксировав приборы в тисках за ободок. Затем выполняется измерение напряжения под воздействием света. Необходимо определить его на всех выводах прибора с целью обнаружения максимальных значений. Напряжение зависит от мощности транзистора, а также от габаритов кристалла.
Срезать крышку транзистора нужно аккуратно, иначе можно повредить тонкие провода, которые подведены к полупроводниковому кристаллу После этого можно приступить к изготовлению солнечной батареи. Используя пять транзисторов и, соединив их последовательно, можно получить устройство достаточной для обеспечения работы калькулятора мощности. Каркас собирается из листового пластика. Необходимо просверлить в нём отверстия, нужные для вывода транзистора. Калькулятор на основе такой солнечной батареи работает стабильно, однако нужно, чтобы он находился не дальше 30 см от источника света. Для лучших результатов целесообразно использовать вторую цепочку транзисторов.
Применение диодов
Для сбора солнечной батареи понадобится много диодов. Кроме того, используется плата для подложки. В процессе изготовления применяется паяльник.
Сначала нужно открыть внутренний кристалл, чтобы на него попадали лучи солнца. Для этого верхушка диода срезается и снимается. Нижнюю часть, где находится кристалл, необходимо подогреть над газовой плитой около 20 секунд. Когда расплавится припой кристалла, он легко снимется пинцетом. Аналогичная манипуляция проводится с каждым диодом. Затем кристаллы припаиваются к плате.
Элементы солнечной батареи из диодов соединяются между собой с помощью тонких медных проводов Для получения 2–4 В достаточно 5 блоков, состоящих из пяти кристаллов, спаянных последовательно. Блоки размещаются между собой параллельно.
Устройство из листов меди
Чтобы изготовить солнечную батарею из листов меди, потребуется:
- сами медные листы;
- два зажима «крокодил»;
- микроамперметр высокой чувствительности;
- электрическая плита (не менее 1000 Вт);
- пластиковая бутылка с обрезанным верхом;
- две ложки поваренной соли;
- вода;
- наждачная бумага;
- ножницы по листовому металлу.
Порядок действий:
- Сначала отрежьте кусок меди, который по размерам соответствует тэну на плите. Поверхность листа очистите от жира и зачистите наждачной бумагой, затем поместите на плиту и нагревайте при максимальной температуре.
- Во время образования окиси можно увидеть разноцветные узоры. Необходимо дождаться чёрного цвета, а затем оставить медный лист нагреваться ещё около получаса. По истечении этого промежутка времени плита выключается. Лист остаётся на ней для медленного охлаждения.
- Когда чёрная окись отпадёт, необходимо промыть медь под проточной водой.
- Затем вырежьте кусок аналогичного размера из целого листа. Обе части разместите в пластиковой бутылке. Важно, чтобы они не соприкасались друг с другом.
- Медные пластины прикрепите к стенкам бутылки с помощью зажимов. Провод от чистого листа подключите к положительному выводу измерительного прибора, а от меди с оксидом - к отрицательному.
- Соль растворите в небольшом количестве воды. Солёную воду осторожно вливайте в бутылку, стараясь не намочить контакты. Раствора должно быть столько, чтобы он не покрывал пластины полностью. Солнечная батарея готова, можно проводить эксперименты.
При размещении медных пластин в ёмкости нужно аккуратно изогнуть их, чтобы они вместились, но не сломались Есть ли выгода?
КПД устройства, изготовленного из транзисторов, очень низок. Причина этого состоит в большой площади самого прибора и небольшом размере солнечного элемента (полупроводника). Таким образом, солнечная батарея на основе транзисторов не получила распространения, подобные устройства подходят только для развлечений.
Диодам свойственно потреблять ток и самопроизвольно светиться. Поэтому при их использовании для изготовления солнечной батареи часть диодов будет генерировать электричество, а остальные приборы, наоборот, его потреблять. Из этого можно сделать вывод, что эффективность такого устройства низкая.
Чтобы зажечь лампочку от солнечной батареи на основе медных листов, потребуется использовать большое количество материала. К примеру, для работы плиты на 1000 Вт необходимо 1 600 000 м² меди. Для обустройства такого прибора на крыше дома потребуется, чтобы её площадь составляла 282 м². И все усилия пошли бы на обеспечение работы одной печи. На практике использовать такую солнечную батарею нет смысла.
Несмотря на относительную дороговизну, солнечные батареи довольно быстро окупаются. Попробуйте этот экологичный способ выработки энергии, собрав солнечную батарею своими руками.
Солнце является неистощимым источником энергии. Люди давно научились тому, как эффективно пользоваться ей. Мы не будем вдаваться в физику процесса, а посмотрим, как можно использовать этот бесплатный энергетический ресурс. Поможет нам в этом самодельная солнечная панель.
Принцип действия
Что представляет собой солнечный элемент? Это специальный модуль, который состоит из огромного количества самых элементарных фотодиодов. Данные полупроводниковые элементы выращивали с использованием специальных технологий в условиях завода на пластинах из кремния.
К сожалению, такие устройства отнюдь не дешевые. Большинство людей не может их приобрести, однако на этот случай есть множество способов изготовить солнечные панели своими руками. И эта батарея вполне сможет создать конкуренцию коммерческим образцам. Причем цена ее будет совсем не сопоставима с тем, что предлагают магазины.
Постройка батареи из кремниевых пластин
Комплект для включает 36 кремниевых пластинок. Они предлагаются с размерами 8*15 сантиметров. Общие показатели мощности составят порядка 76 Вт. Также понадобятся провода для того, чтобы соединить элементы между собой, и диод, который будет выполнять функцию блокировки.
Одна кремниевая пластина выдает 2,1 Вт и 0,53 В при токе до 4 А. Соединять пластины необходимо только последовательно. Лишь таким образом наш источник энергии сможет выдать 76 Вт. На лицевой стороне нанесены две дорожки. Это «минус», а «плюс» расположен на тыльной стороне. Каждую из панелей необходимо расположить с зазором. Должно получиться девять пластин в четыре ряда. При этом второй и четвертый ряды необходимо развернуть наоборот относительно первого. Это требуется для того, чтобы все удобно соединилось в одну цепь. Обязательно нужно учесть диод. Он позволяет предотвратить разряд накопительного аккумулятора в ночное время суток либо в облачный день. «Минус» диода нужно соединить с «плюсом» батареи. Для заряда аккумулятора понадобится специальный контроллер. При помощи инвертора можно получить обычное бытовое напряжение в 220 В.
Сборка солнечных панелей своими руками
Самый малый коэффициент преломления света - у плексигласа. Он и будет использоваться в качестве корпуса. Это достаточно недорогой материал. А если нужно еще дешевле, тогда можно приобрести оргстекло. В худшем случае можно использовать поликарбонат. Но он мало подходит для корпуса по своим характеристикам. В магазинах можно отыскать специальный поликарбонат с покрытием, которое защищено от конденсата. Он позволяет также обеспечить батарее высокий уровень защиты от тепла. Но это еще не все элементы, из которых будет состоять солнечная панель. Своими руками стекло с хорошей прозрачностью несложно подобрать, это одна из основных составляющих конструкции. Кстати, подойдет даже обычное стекло.
Изготовление рамки
При монтаже кремниевые кристаллы необходимо крепить на небольшом расстоянии. Ведь нужно учесть различные атмосферные воздействия, которые могут повлиять на изменения основы. Так, желательно, чтобы расстояние составляло около 5 мм. В результате размер готовой конструкции составит где-то 835*690 мм.
Изготавливается солнечная панель своими руками с использованием профиля из алюминия. Он имеет максимальное сходство с фирменными изделиями. При этом самодельная батарея более герметична и прочна.
Для сборки понадобится уголок из алюминия. Из него делается заготовка для будущей рамки. Размеры - 835*690 мм. Для того чтобы скрепить профили между собой, необходимо заранее сделать технологические отверстия.
Внутреннюю часть профиля следует промазать герметиком на основе силикона. Наносить его нужно очень внимательно, чтобы все места были промазаны. От того, насколько качественно он будет нанесен, полностью зависит эффективность и надежность, которой будет обладать солнечная панель.
Своими руками теперь нужно положить в рамку из профиля лист из заранее подобранного прозрачного материала. Это может быть либо что-нибудь еще. Важный момент: силиконовый слой должен просохнуть. Это нужно учесть обязательно, иначе на кремниевых элементах появится пленка.
На следующем этапе прозрачный материал необходимо хорошо прожать и зафиксировать. Чтобы крепление получилось максимально надежным, следует воспользоваться метизами. Закрепим стекло по периметру и с четырех углов. Теперь солнечная панель, своими руками изготавливаемая, практически готова. Осталось лишь соединить кремниевые элементы между собой.
Пайка кристаллов
Теперь нужно как можно аккуратнее проложить проводник на пластинку из кремния. Далее наносим флюс и припой. Чтобы было удобнее работать, можно зафиксировать проводник с одной стороны чем-нибудь.
В этом положении аккуратно подпаиваем проводник к контактной площадке. Не давите на кристалл паяльником. Он очень хрупкий, вы можете его сломать.
Последние сборочные операции
Если для вас изготовление солнечных панелей своими руками впервой, то лучше использовать специальную разметочную подложку. Она поможет расположить необходимые элементы максимально ровно на необходимом расстоянии. Для того чтобы правильно отрезать провода нужной длины, соединяющие отдельные элементы, следует учесть, что проводник должен припаиваться к контактной площадке. Она немного вынесена за край кристалла. Если сделать предварительные расчеты, то выяснится, что провода должны быть по 155 мм.
Когда будете собирать все это в единую конструкцию, лучше взять лист фанеры или оргстекла. Для удобства кристаллы лучше предварительно расположить горизонтально и зафиксировать. Это легко делается с помощью крестиков для укладки плитки.
После того как вы соедините все элементы между собой, на каждый кристалл с обратной стороны наклейте двухсторонний строительный скотч. Нужно лишь немного прижать заднюю панель, и все кристаллы с легкостью перенесутся на базу.
Такой тип крепления никак ни герметизируется дополнительно. Кристаллы могут расширяться при высоких температурах, но это не страшно. Герметизировать нужно лишь отдельные части.
Теперь при помощи необходимо закрепить все шины и само стекло. Прежде чем заклеивать и полностью собирать батарею, желательно протестировать ее.
Герметизация
Если у вас обычный силиконовый герметик, то не нужно полностью заливать им кристаллы. Так можно исключить риск повреждения. Для заливки этой конструкции нужен не силикон, а эпоксидная смола.
Вот так просто и непринужденно можно получать электрическую энергию почти даром. Теперь рассмотрим, как еще можно сделать солнечные панели своими руками.
Экспериментальная батарея
Эффективные системы для преобразования солнечной энергии требуют наличия фабрик огромных размеров, особого ухода за ними и серьезной суммы денег.
Давайте попробуем изготовить что-то самостоятельно. Все, что понадобится для эксперимента, легко можно купить в хозяйственном магазине или найти на вашей кухне.
Солнечная панель своими руками из фольги
Для сборки понадобится медная фольга. Ее без труда можно найти в гараже или на крайний случай легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Для сборки батареи нужно 45 квадратных сантиметров фольги. Также следует купить два «крокодильчика» и маленький мультиметр.
Чтобы получить рабочий солнечный элемент, желательно иметь электрическую печку. Нужно не меньше 1100 Ватт мощности. Она должна накалиться до ярко-красного цвета. Еще подготовьте обычную пластиковую бутылку без горлышка и пару столовых ложек соли. Достаньте из гаража дрель с абразивной насадкой и лист металла.
Приступаем к работе
Первым делам отрежем часть медной фольги такого размера, чтобы она полностью ложилась на электроплитку. От вас потребуется вымыть руки, чтобы на меди не оставалось жирных пятен от пальцев. Медь тоже желательно помыть. Чтобы убрать покрытие с медного листа, воспользуйтесь наждаком.
из медной фольги
Далее очищенный лист кладем на плитку и включаем ее на самый максимум возможностей. Когда плитка начнет греться, вы сможете наблюдать появление на медном листе красивых оранжевых пятен. Затем цвет изменится на черный. Необходимо подержать медь порядка получаса на раскаленной докрасна плитке. Это очень важный момент. Так, толстый слой оксида легко отслаивается, а тонкий будет липнуть. После того как пройдет полчаса, уберите с плиты медь и дайте ей остыть. Вы сможете наблюдать, как от фольги отваливаются куски.
Когда все остынет, оксидная пленка пропадет. Вы сможете легко очистить при помощи воды большую часть черного оксида. Если что-то не отдирается, не стоит и пытаться. Главное - не деформируйте фольгу. В результате деформации можно повредить тонкий слой оксида, он очень нужен для эксперимента. Если его не будет, солнечная панель, своими руками изготовленная, не будет работать.
Сборка
Второй кусок фольги отрежьте по тем же размерам, что и первый. Далее очень аккуратно требуется согнуть две части так, чтобы они вошли в пластиковую бутылку, но при этом не касались друг друга.
Затем цепляйте «крокодильчики» к пластинам. Провод от "нежареной" фольги - к "плюсу", провод от "жареной" - к "минусу". Теперь берем соль и горячую воду. Соль размешивайте до полного растворения. Выльем раствор в нашу бутылку. И теперь можно наблюдать на плоды трудов. Эта самодельная солнечная панель, своими руками сделанная, может быть в дальнейшем немного усовершенствована.
Другие способы использования солнечной энергии
Солнечную энергию уже как только не используют. В космосе она запитывает на Марсе от Солнца питается знаменитый марсоход. А в Соединенных Штатах Америки от Солнца работают дата-центры Google. В тех местах нашей страны, где отсутствует электричество, люди могут посмотреть новости по телевизору. Все это благодаря Солнцу.
А еще данная энергия позволяет обогревать дома. Воздушно-солнечная панель своими руками очень просто изготавливается из пивных банок. Они накапливают тепло и отдают его в жилое помещение. Это эффективно, бесплатно и доступно.
Сегодня трудно представить себе загородный дом или даже небольшую дачу без электричества. Но даже если ваш дом подключён к централизованной электросети, можно попробовать уменьшить расходы на электроэнергию – и вот однажды вы задумываетесь, как сделать солнечные батареи. Можно приобрести и уже готовый солнечный коллектор, но он обойдётся гораздо дороже самодельного, а изготовить его самостоятельно достаточно просто.
Самодельная батарея
Согласно рассчетам в солнечный день один квадратный метр солнечной панели генерирует приблизительно 120 Вт электроэнергии. Соответственно, десятиметровая панель вырабатывает около киловатта. В доме с постоянным проживанием семьи 3-4 человека ежемесячно расходуется 300-350 кВт электроэнергии. Поэтому если солнечная батарея станет основным источником энергии, общая площадь уловителя солнечных лучей должна быть не менее 20 квадратных метров.
Что такое солнечный коллектор и как он работает
По своей конструкции солнечный коллектор это всего лишь контейнер, в котором закреплено множество небольших очень хрупких пластин – солнечных элементов. Генерируемая ими электроэнергия подзаряжает аккумулятор, который и является источником электропитания.
Фотопластинки
Фотопластины бывают различных размеров и форм, но:
- независимо от формы и размера элементы одного и того же типа генерируют одинаковое напряжение;
- элементы большей площади генерируют больший ток;
- мощность коллектора вычисляют по формуле «напряжение, умноженное на генерируемый ток».
Таким образом, батарея из крупных солнечных ячеек при одинаковом напряжении выдаст большую мощность тока, чем собранная из мелких, но будет более тяжёлой и громоздкой. Батарея из мелких ячеек позволяет собрать более легкий коллектор. Но для того, чтобы получить нужную мощность, его площадь должна быть большей.
Не используйте в одной солнечной панели элементы разных размеров. Максимальный ток, который вы от нее получите, ограничивается током наименьшей ячейки. Более крупные сегменты при этом будут работать не в полную силу.
Материалы и инструменты
Чтобы собрать солнечную батарею в домашних условиях, прежде всего нужны фотопластинки. В набор Solar Cells (из 36 и 72 элементов), кроме самих пластин, входит всё, что нужно для сборки – проводники, шины, диоды Шоттки и паяльный карандаш с кислотой. Все эти комплектующие можно приобрести и по отдельности.
Мощность такой батареи – 60 ватт; напряжение – 18 вольт. Энергии заряжающегося от нее аккумулятора хватает на несколько часов работы светильников, телевизора, зарядки для телефона и т. д. Чтобы уменьшить энергопотребление, установите в доме не обычные, а экономные люминесцентные лампы.
В интернет магазинах можно найти так называемые «модули В-типа». Такие панели, отбракованные в промышленном производстве, сохраняют все свои свойства, но гораздо дешевле. Предпочтительнее покупать пластины с уже припаянными проводниками – именно припаивание проводов отнимает больше всего времени.
Общий порядок работ
По сути корпус для солнечного коллектора – это всего лишь ящик c низкими бортами, которые не будут затенять фотопластинки, когда лучи падают под углом. Его можно изготовить на основе каркаса из алюминиевого профиля (дном служит лист поликарбоната, оргстекла и т. д.), а можно и из обычной 10-миллиметровой фанеры и деревянных брусков.
Деревянный каркас солнечного коллектора
- По периметру фанерного листа приклейте и дополнительно привинтите шурупами бруски сечением 2 см. Монтировать пластины удобнее не одним массивом, а группами по 18 штук. Для этого посредине прибивают разделительную рейку. Ящик внутри и снаружи окрашивают водостойкой краской.
- В нижней части корпуса и в разделительной планке 6-миллиметровым сверлом просверлите вентиляционные отверстия. Через одно из отверстий в разделительной рейке будет проходить провод, соединяющий части батареи, его можно сделать с учетом толщины провода.
- «Мозаику» из фрагментов-ячеек собирают на подложке из любого тонкого, жесткого и не проводящего ток материала (например ДСП) и крепят в корпусе. Видео по правильной сборке можно найти на некоторых специализированных сайтах. Перед сборкой подложку тоже окрашивают с двух сторон.
- Общий пучок проводов выводится из батареи через отверстие в днище ближе к ее верху. Чтобы они не выпадали из корпуса, провода лучше завязать в узел и закрепить герметиком. После того как он высохнет, можно крепить верхнюю защитную панель. Если накрыть и заизолировать батарею до высыхания силикона, на внутренней поверхности защитного экрана от его испарений образуется пленка, которая снижает прозрачность экрана.
- Лицевую сторону готового коллектора накрывают оргстеклом или другим прочным прозрачным материалом. Для каждой части рамы нужен отдельный лист. Их крепят шурупами и изолируют по периметру силиконовым герметиком.
Подложка (перфорированный лист ДСП)
Как очистить фотопластинки от воска?
Так как фотоэлементы очень хрупки, некоторые продавцы перед отправкой заливают их воском для предохранения от ударов. Перед тем как начинать работу с такими панелями, их нужно очистить. Делается это с помощью горячей воды и мыльных ванночек.
Положите фотоэлементы в холодную воду и медленно их нагревайте, не доводя до кипения – при кипении они будут биться друг о друга. Высокая температура тоже может повредить контакты. Разделять фотопластинки удобно пластмассовыми (не металлическими) щипцами и лопаткой.
Разделенные пластины переносят во вторую емкость – с мыльной водой, где их осторожно отчищают от остатков воска. После этого их промывают в чистой теплой воде и выкладывают на полотенце для просушки. Особо аккуратно надо обращаться с пластинками, к которым уже припаяны проводники: при разделении проводки могут порваться.
Монтаж фотоэлементов
Начинают монтаж с прорисовки «сетки» на монтажной поверхности и на подложке. Приклейте по уголкам каждой размеченной ячейки на монтажной поверхности маленькие пластмассовые крестики, которые применяют для укладки кафеля. Тогда при монтаже пластинки не будут смещаться.
Выложите элементы тыльной стороной вверх на расстоянии 3-5 миллиметров друг от друга. соединять фотопластинки в каждой группе из 18 штук нужно последовательно. После этого, чтобы получить заданное напряжение, группы также соединяют последовательно. Если соединить пластины и их группы параллельно, сила тока будет выше, а мощность – ниже, чем при последовательном соединении.
Фотоэлементы, смонтированные на подложке
Для пайки используют маломощный паяльник и прутковый припой с канифольной сердцевиной. Точка пайки перед спаиванием смазывают карандашом-флюсом. Фотопластины очень тонки и хрупки, поэтому надавливать на паяльник нельзя.
Одну группу спаивают «цепочками» из 6-ти элементов. Так как их соединяют последовательно, среднюю цепочку нужно осторожно повернуть по отношению к двум прочим на 180 градусов. Если вы решили соединить цепочки между собой специальной шиной (широким плоским проводом), поворачивать средний ряд не нужно.
Схема сборки солнечных элементов (соединение цепочек шиной)
Зачем нужны диоды Шоттки?
Как уже говорилось, в наборы Solar sells, кроме самих фотоэлементов и материалов для пайки, входят так называемые диоды Шоттки (шунтирующие диоды). Что это такое и обязательно ли их ставить? Упрощенно говоря, эти диоды не дают батарее разряжаться ночью и в пасмурную погоду.
Предполагается, что такой диод желательно припаивать к каждой ячейке, но на практике его ставят на всю батарею («минус» диода припаивается к «плюсу» батареи). Наиболее же оптимально устанавливать диод Шоттки на каждую половину батареи, описанной выше. Тогда если одна ее часть окажется в тени, вторая будет продолжать работать. Устанавливать шунтирующие диоды лучше внутри, а не снаружи батарей – они эффективнее работают при более высокой температуре.
Приклеивание панелей
Теперь можно клеить цепочки пластин на подложку. Нанесите каплю силиконового герметика в центр каждой из шести пластинок в цепочки. Переверните цепочку лицом вверх и уложите на разметку. Осторожно прижмите, чтобы герметик «схватился». Цепочка очень гибкая, поэтому чтобы не порвать тонкие проводки, переворачивать ее лучше вдвоем.
Осторожнее с герметиком! Капля герметика в центре пластинки прочно приклеит ее к основе. Но если вы нанесете клеящий состав по всей площади пластины, она со временем сломается. Так происходит потому, что при нагревании и охлаждении основа и пластинки расширяются и сжимаются по-разному.
Еще один способ приклеить получившуюся панель к подложке – использовать для этого двустороннюю мягкую полимерную монтажную ленту типа Rollfix. Она пригодна для применения на открытом воздухе. Нарежьте из ленты небольшие кусочки, которые (точно так же, как и герметик) поместите в центры пластинок.
Защитное стекло
Чем более прозрачным будет защитный материал солнечной батареи – тем лучше. Можно использовать обычное толстое оконное стекло, а можно взять для корпуса солнечной батареи часть стандартного стеклопакета. Но стекло может разбиться во время града, а менять защитную панель на коллекторе достаточно сложно.
Лучшим материалом для защитного экрана считаются плексиглас или оргстекло. Крепить лист можно силиконовым герметиком, а можно использовать всё ту же монтажную ленту Rollfix. Стекольщики используют для приклеивания стекла хитрый способ, который позволяет приклеить его быстро и ровно.
Наклейте монтажную ленту по периметру короба, но снимите только краешек защиты с верхнего клейкого слоя. Теперь наложите лист стекла, оргстекла или плексигласа немного приподнимите его и вытяните «за хвостик» всю защитную пленку. Лист ляжет на место. Теперь остается заизолировать стыки герметиком, и батарея готова.