Постоянный рост цен на традиционные энергоносители заставляет потребителя задуматься о создании альтернативных, менее дорогостоящих источников тепла и света. Генераторы электрической энергии, использующие бесплатное излучение Солнца, могут быть успешно задействованы для обогрева и освещения небольшого малоэтажного дома. Проблема в том, что стоимость таких серийно изготовленных устройств высока для приобретения каждым желающим. А вот солнечная батарея своими руками, собранная домашним мастером из доступных недорогих радиоэлементов, может успешно решить вопрос.

Cолнечная батарея собрать самому

Принцип работы и конструктивные особенности

Преобразование излучения Солнца в электрическую энергию происходит в специальных электронных устройствах, называемых солнечными батареями. В основе их работы заложен принцип фотоэффекта. Чтобы не погружаться глубоко в теорию, суть генерации электричества в солнечной батарее рассмотрим упрощенно.

Основу солнечной батареи составляют кремниевые пластины-фотоэлементы. Попадание лучей светила на их поверхность оборачивается преобразованием квантов в свободно движущиеся электроны, которые создают электрический ток. Полученное электричество направляется в аккумулятор, где в дальнейшем может храниться длительное время или в зависимости от потребности расходоваться сразу.

Взятый отдельно фотоэлемент вырабатывает незначительное количество электричества. По этой причине в одной солнечной батарее собраны сотни таких пластин. В составе конструкции их собирают по специальной схеме, что позволяет получить на выходе определенные заранее значения напряжения и тока. Для получения значительной мощности используют несколько включенных вместе солнечных батарей. Узнай о правильном подключение люстры.

Работа солнечной батареи

Материалы для изготовления батареи

Чтобы создать солнечные панели дома своими руками, нужно подготовить к дальнейшей работе необходимые материалы:

  • уголки и рейки из алюминия;
  • листы ДСП;
  • жесткий поролон;
  • силикатные фотоэлементы в виде пластин;
  • прозрачный элемент, который будет служить основанием для пластин из кремния;
  • изолированные провода необходимого сечения;
  • набор клемм;
  • диоды;
  • саморезы и шурупы;
  • герметик на основе силикона для наружного применения.

Количество указанных материалов выбирают, исходя из размеров создаваемого элемента питания. Чаще всего геометрические параметры будущей конструкции зависят от количества имеющихся в наличии фотоэлементов.

Для монтажа конструкции понадобятся следующие инструменты:

  • набор отверток или шуруповерт;
  • ножовка по дереву и по металлу;
  • паяльник электрический.

Чтобы провести ряд проверок после сборки изделия, следует подготовить тестер-пробник. Рассмотрим более подробно особенности некоторых используемых материалов.

Материалы для солнечной батареи

Разновидности и характеристики фотоэлементов

В свободной продаже имеются следующие разновидности фотоэлектрических элементов:

  • монокристаллические;
  • поликристаллические;
  • аморфные.

В сравнении с аналогами, монокристаллические пластины обладают самым высоким КПД, численное значение которого составляет 13-25%. С течением времени этот показатель может немного снизиться. Срок службы этих элементов около 25 лет. Отличная фотопроводимость и высокая производительность обусловлены тем, что преобразователи этого типа создают на основе искусственно выращенных кристаллов.

Поликристаллические элементы обладают невысоким КПД, величина которого находится в пределах 10-12%. Однако, этот показатель сохраняется на протяжении всего срока службы. Гарантированная продолжительность эксплуатации составляет 10 лет.

Гибкие пластины на основе аморфного кремния являются самой последней разработкой в области фотоэлементов. Их КПД невысок, всего лишь 5-6%. Однако, пленочные преобразователи отличаются простотой своей конструкции, легкостью в монтаже и невысокой стоимостью. Существенный недостаток заключается в том, что элементы этой разновидности теряют свои эксплуатационные характеристики быстрее других типов преобразователей.

Использовать в ходе создания одной батареи фотоэлементы разных типов или различных размеров нельзя. Запрет обусловлен тем, что значение вырабатываемого электрического тока будет ограничено техническими возможностями наименьшего конструктивного элемента или преобразователя с самым низким КПД. В этом случае работающие в связке с ним фотоэлементы будут недогружены и солнечная батарея, изготовленная своими руками, не сможет генерировать полную мощность.

Разновидности солнечной батареи

Варианты изготовления каркаса

Несущая конструкция будущей батареи может быть изготовлена на основе деревянных реек или уголков из алюминия. Использование дерева является простым и недорогим вариантом. Однако необходимо учитывать условия эксплуатации монтируемого каркаса. Древесина легко поддается негативным проявлениям атмосферного воздействия и со временем изготовленное из нее изделие быстро придет в негодность.

Создание каркаса из алюминия обойдется дороже. При этом конструкция, выполненная с использованием легкого металла, не будет создавать серьезных нагрузок на свою опору, не будет гнить, а значит, длительный срок эксплуатации гарантированно обеспечен.

Особенности выбора прозрачного элемента

В ходе выбора  прозрачного элемента нужно обращать внимание на способность материала к поглощению инфракрасного излучения, а также на величину показателя преломления солнечного света. Более высокая способность поглощать ИК-излучение у прозрачного элемента, обеспечивает меньший нагрев фотоэлементов на основе кремния. Номинальное значение КПД преобразователей способен гарантировать только материал с низкой характеристикой преломления. Оптимальное сочетание этих показателей возможно при использовании антибликового прозрачного стекла в качестве прозрачного элемента.

Особенности выбора солнечной батареи

Расчет размеров батареи

Прежде, чем приступить к изготовлению батареи фотоэлементов, необходимо рассчитать геометрические параметры будущей конструкции. Обычно, размер корпуса определяют, исходя из имеющегося количества отдельных преобразователей. Если генерирующая установка будет использована в качестве дополнительного источника питания, этот вариант имеет право на существование.

Если же батарею солнечных элементов создают с целью автономного или резервного питания, количество отдельных фотоэлементов следует рассчитывать, исходя из суммарной мощности всех потребителей. Следовательно, размер корпуса нужно подбирать под соответствующее количество преобразователей.

Как показывает практика, 1 квадратный метр поверхности солнечного преобразователя генерирует 120 Вт электроэнергии. При месячном потреблении 300 кВт, потребуется создать установку, площадь корпуса которой будет равна 20 квадратным метрам. Для интересующихся темой кабельного ТВ много полезного.

Расчет размеров батареи

Правила выбора места установки

Неправильный выбор места постоянной установки блока солнечных батарей обернется недостаточным количеством генерируемой электрической энергии. Поэтому, подходя к вопросу поиска наиболее эффективного варианта месторасположения блоков фотоэлементов, нужно руководствоваться следующими правилами:

  1. Блок фотопреобразователей должен быть установлен на солнечной стороне. Наличие вблизи конструкции объектов, создающих тень, недопустимо.
  2. По отношению к Солнцу система должна быть установлена под строго определенным углом наклона, который будет обеспечивать максимальное попадание лучей на пластины фотоэлементов.
  3. Система должна обеспечивать изменение угла наклона в течение светлого времени суток, а также в зависимости от времени года в автоматическом режиме.
  4. Солнечная батарея своими руками изготовленная из подручных средств может быть установлена на каком-либо участке усадьбы, крыше дома или подсобных помещений. Аккумуляторы и дополнительное оборудование следует разместить внутри дома, в специально оборудованном для этой цели помещении.

Пошаговая инструкция монтажа солнечной батареи

После расчета мощности преобразователя и размеров его конструкции приступают к непосредственному монтажу солнечной батареи. Этот процесс можно разделить на несколько основных шагов.

Пайка контактных соединений фотоэлементов

Сборку преобразователя начинают с припаивания гибких металлических проводников к контактам каждой кремниевой пластины. Ход паки выполняют в следующем порядке:

  1. Нарезать металлические проводники так, чтобы длина превышала размер кремниевого элемента в 2 раза.
  2. Места пайки на контактах каждого фотоэлемента и металлического проводника тщательно зачистить
  3. Аккуратно наложить проводник на контакт кремниевой пластины. К одному фотоэлементу припаивают 2 проводника.
  4. Место пайки обработать соляной кислотой.
  5. Выполнить пайку контакта при помощи паяльника.

В ходе пайки сильно давить на силикатный элемент нельзя. В противном случае это хрупкое изделие может быть повреждено. Если есть возможность, лучше приобретать фотоэлементы, к контактам которых проводники припаяны на заводе-изготовителе.

Пайка контактных соединений батареи

Монтаж каркаса солнечной батареи

Каркас – это металлическая конструкция в виде рамки, внутрь которой будут установлены силикатные пластины. Для его изготовления потребуется алюминиевый уголок размером 70-90 мм.  Из металла нужно изготовить прямоугольник рассчитанного ранее размера, после чего нанести на его внутреннюю часть слой силиконового герметика. Качественное нанесение водоотталкивающего покрытия обеспечит продолжительный срок эксплуатации.

После изготовления рамки нужно приступить к сборке заднего корпуса. Этот конструктивный элемент выполняют в виде ящика из ДСП, имеющего по периметру бортики из того же материала высотой не более 2 см. По всей площади дна корпуса высверливают сеть вентиляционных отверстий с размером ячейки 10 см.

Изготовленную ранее алюминиевую рамку укладывают на поверхность бортиков и надежно фиксируют посредством саморезов. Вставляют в рамку прозрачный элемент и закрепляют его метизами. Каркас готов.

Монтаж каркаса солнечной батареи

Установка и подключение фотоэлементов

Разложить предназначенные для монтажа кремниевые пластины на поверхности оргстекла так, чтобы их синяя сторона была направлена вниз. Расстояние между соседними пластинами – 3-5 мм. Так как клемма «+» находится на лицевой стороне, а клемма «-» на обратной, последовательное соединение фотоэлементов между собой выполняют по рядам. Сначала соединяют клеммы нижнего ряда, а затем верхнего.

Для приклеивания фотоэлементов к корпусу используют герметик, каплю которого наносят в центр каждой пластины. Далее, сборку нужно перевернуть и приклеить сборку к днищу так, чтобы каждый элемент располагался на своем месте в соответствии с ранее выполненной разметкой.

Контакты крайних пластин подключают к соответствующим шинам “+” и “-“. Кроме этого, необходимо установить, а затем подключить блокирующие диоды, которые будут предотвращать разряд аккумулятора в ночное время.

Установка и подключение фотоэлементов

Проверка батареи перед герметизацией

Проверку нужно провести до герметизации. Это позволит устранить выявленные недостатки сборки и пайки с минимальными потерями. Собранную конструкцию следует вынести на улицу и установить под соответствующим углом наклона к Солнцу.

Подключить батарею к аккумулятору и измерить значение рабочего тока амперметром. Затем, отключить плюсовую и минусовую клеммы от аккумулятора, закоротить их между собой кратковременно и измерить ток короткого замыкания.  

Если величина силы тока короткого замыкания превышает значение рабочего тока на 0,5-1 А, значит, схема собрана правильно. В противном случае необходимо искать допущенные в ходе монтажа дефекты.

Проверка батареи перед герметизацией

Окончательная герметизация фотоэлементов

Герметизацию кремниевых пластин можно выполнить с использованием силиконового герметика двумя способами:

  • полная заливка панели;
  • заполнение пространства между элементами.

Первый способ гарантирует высокую надежность, однако, при необходимости ремонта, в ходе попытки добраться до контактных групп фотоэлементов, можно нанести непоправимый урон хрупким пластинам. Второй способ лишен этого недостатка, но и степень надежности герметизации будет несколько ниже в сравнении с первым вариантом.

Отныне, каждый домашний мастер знает о том, как самому сделать солнечные батареи кустарным способом. Самым ответственным мероприятием в этом деле является грамотный выбор и правильная установка фотоэлементов. Поэтому, если такую задачу предстоит выполнить в первый раз, лучше собрать батарею меньших габаритов на основе небольшого количества дорогостоящих кремниевых пластин.

Пожалуйста, оцените это