Разновидности
Солнечные батареи классифицируются по целой гамме признаков. Кремниевые батареи имеют два вида – монокристаллические, изготовленные из очень чистого кремния, и поликристаллические, полученные постепенным охлаждением кремния.
Монокристаллические изготавливаются из одного монокристалла, выращенного из кремния в определённых условиях. Представляют собой тонкий поперечный срез этого кристалла. КПД составляет 17–22%. Это самые дорогие и качественные элементы. Внешне выглядят как чёрные прямоугольники со скошенными краями.
Поликристаллические фотоэлементы разработаны для того, чтобы снизить себестоимость и конечную цену элементов. Изготавливаются из расплава кремния, состоящего из множества кристаллических образований. КПД составляет 12–18%. Характеристики этих элементов несколько снижены, но и цена более доступная для массового покупателя. Внешне они представляют собой синие прямоугольники.
Плёночные батареи (они же аморфные) подразделяются на следующие виды. На основе теллурида кадмия, который обладает высоким коэффициентом светопоглощения, и на основе селенида меди – индия, у которого КПД выше, чем у предыдущих. Полимерные солнечные батареи отличаются дешевизной материала, экологичностью, эластичностью. Аморфные элементы имеют более слабые характеристики, чем моно- или поликристаллические конструкции. Однако они намного дешевле, что позволяет получить общую мощность аморфных солнечных панелей, не уступающую более производительным конструкциям. Разница только в количестве элементов. Аморфные солнечные батареи изготавливаются из разных материалов, могут быть жёсткими или гибкими. Особенностью таких панелей является способность работать в пасмурную погоду, когда освещённость низкая.
ФОТО: stroyday.ruГибкие плёночные фотоэлементы на основе аморфного кремния
Комплектующие
Что необходимо для того, чтобы собрать простейшую солнечную батарею?
Во-первых, потребуются сами солнечные элементы, с помощью которых энергия нашего светила будет преобразовываться в электрическую. Производители предлагают различного рода элементы с разными размерами и разной мощностью. Чаще всего это устройства размерами 15×8 мм, такие небольшие пластинки. Чтобы собрать батарею мощностью 60 Вт, потребуется приблизительно около сорока приборчиков. Приплюсуйте сюда еще 10 штук про запас на случай излома. Солнечные элементы очень хрупкие.
- Во-вторых, понадобится оргстекло. Для этого надо будет два листа: один снизу, который будет выполнять функции основы батареи. Его толщина должна быть 4-6 мм. Кстати, нижнее оргстекло можно заменить фанерой. Второй слой – верхний толщиною 2 мм.
- В-третьих, крепежные детали: самоклеящийся двусторонний скотч, металлические (алюминиевые) уголки, клей, болты с гайками для крепления двух оргстекол между собой.
- В-четвертых, дополнительные электрические детали: припой (лучше всего легкоплавкий), флюс, диоды и так далее.
Разновидности солнечных элементов
Фотоэлектрические преобразователи – это небольшие панельки со стороной от 38 до 156 мм. Для более-менее нормальной мощности вам понадобится не менее 35-50 элементов. Они могут быть как с припаянными проводниками, так и без них. Второй случай доставит больше хлопот с паяльником.
Панели очень хрупкие. Продавцы придумывают разные способы уберечь их от трещин и царапин во время доставки. Но даже такие меры не всегда спасают элементы. В процессе работы шанс повредить элементы еще больше: если их согнуть, они могут лопнуть, если сложить стопкой – поцарапать одна другую. Незначительные сколы не сильно повлияют на мощность.
На рынке есть два самых популярных типа фотоэлементов:
- поликристаллические;
- монокристаллические.
Поликристаллические имеют срок эксплуатации порядка 20 лет. Они достаточно эффективны в сложных погодных условиях. КПД – 7-9%. Монокристаллические преобразователи более долговечны (около 30 лет) и имеют больший КПД (13%). Однако они слишком чувствительны к плохой погоде: если солнце закрыто облаками или лучи падают не под прямым углом, эффективность существенно падает.
Виды солнечных элементов
Преимущества и недостатки
Солнечная энергетика имеет много преимуществ перед традиционной тепловой:
- безвредна для экологии;
- её устройства долговечны в эксплуатации;
- их легко изготавливать и монтировать;
- работают бесшумно;
- можно создавать автономные устройства, независимые от сети;
- нет подвижных частей;
- небольшой вес;
- незначительные финансовые затраты;
- срок окупаемости (10 лет) меньше, чем срок их службы (30 лет).
Но и без минусов не обходится. У фотоэлементов низкое светопоглощение, они обрабатывают только около 20% поступающих солнечных лучей, и у них к тому же низкий КПД. Если сравнивать их с классическими источниками электроэнергии, солнечные батареи производят только около 15% от поглощённой солнечной энергии. У фотоэлементов большая зависимость от погоды: в пасмурные или туманные дни КПД резко падает.
Как самостоятельно сделать солнечную батарею
Конечно, фотоэлементы самостоятельно сделать нельзя, их надо покупать. И остальные компоненты батареи продаются в магазинах электроники. Но сборка батареи из готовых компонентов заводского изготовления вполне доступна умелому самодельщику, знакомому с основами электротехники.
Инструменты
Для работы потребуются паяльник, оловянный легкоплавкий припой, ножовка по металлу, острый нож, отвёртки, плоскогубцы. Необходимы измерительные приборы – мультиметр или по отдельности вольтметр, амперметр, омметр.
Рабочий чертёж
Рабочие чертежи в совокупности составляют комплект рабочей документации. В их составе должны быть чертежи конструкции, собранной из фрагментов, и общая электрическая схема всей солнечной батареи, состоящей из нескольких крупных самостоятельных устройств. В проект должно быть включено техническое описание всего устройства, инструкция по эксплуатации и способы устранения некоторых типичных неисправностей.
Подборка компонентов
Для создания солнечной батареи необходимо иметь следующее:
- силикатные пластины — фотоэлементы;
- листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки для создания конструктива (основного каркаса);
- жёсткий поролон толщиной 1,5–2,5 см;
- прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
- эпоксидный компаунд или заменяющий его силиконовый герметик для наружных работ;
- шурупы, саморезы;
- электрические провода, диоды, клеммы;
- рамку – выполняет роль основного каркаса, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения;
- аккумуляторную батарею, которая является накопителем сгенерированной в светлое время суток электрической энергии с целью её дальнейшего использования;
- инвертор – служит для преобразования постоянного напряжения в переменное, которое нужно для подключения к солнечной батарее любых бытовых приборов.
Инструкция по изготовлению
Создание солнечной батареи для многих людей, даже специалистов в технике, является делом незнакомым и непривычным. Особенно это относится к сборке больших солнечных панелей из сравнительно малых по размерам фотоэлементов. Поэтому необходимо тщательно изучить инструкции, пообщаться со специалистами и (желательно) немного потренироваться.
Объединение нескольких отдельных пластин
Отдельные фотоэлементы необходимо собрать в укрупнённые панели. Их раскладывают на столе рядом, между ними создают зазор примерно в 5 мм для температурного расширения отдельных элементов и проводами спаивают соответствующе схеме клеммы. Припой на основе олова, низкотемпературный, рекомендуется ПОС-61. Паяльник мощностью не более 45 Вт, но ещё лучше использовать паяльную станцию.
ФОТО: avatars.mds.yandex.netСборка панели из фотоэлементов
Изготовление рамы и защитного экрана
Рама является основанием солнечной панели. Может быть собрана с маленькими бортами из пластика, дерева или металлического профиля. В днище короба сверлятся отверстия диаметром 10 мм для притока охлаждающего панель воздуха. В короб укладывается демпфирующий лист поролона, а на него – панель спаянных фотоэлементов. Для защиты фотоэлементов от атмосферных осадков они накрываются прозрачным стеклом.
Сборка компонентов
Когда рама с уложенными фотоэлементами и защитным стеклом готова, следует проверить её работоспособность. Надо вынести сборку на солнце и подключить измерительные приборы. Если сборка фотоэлементов заработает, можно начинать сборку солнечной батареи из составляющих её компонентов. Структура солнечной батареи показана на рисунке.
ФОТО: avatars.mds.yandex.netСтруктурная схема солнечной батареи на даче
Где взять солнечные элементы
Фотоэлемент – ключевая деталь будущей солнечной батареи. Их поиск и покупка по адекватной стоимости – основная сложность в конструировании солнечной батареи. Существует несколько доступных вариантов:
- Извлечь полупроводниковые кристаллы из диодов и транзисторов, которые можно найти в старых радиоприемниках и телевизорах.
- Купить на eBay или AliExpress.
- Купить в отечественных магазинах, которые чаще всего просто перепродают товар из AliExpress и eBay.
Солнечные элементы
Прежде чем начать поиск солнечных элементов, определитесь с задачами, которые поставите перед батареей. Далее высчитайте необходимую мощность. Для этого сложите нагрузку приборов, которые запитаете от солнечной панели. Под эту величину и набирайте элементы.
На какую мощность можно рассчитывать
Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое батарея способна выдать в единицу времени. Теоретически возможная мощность характеризуется солнечной постоянной – 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена на экваторе при 250 °С и обозначает количество энергии, прошедшее через земную атмосферу и падающее вертикально на земную поверхность в солнечный день. КПД солнечного элемента 16%. Это значит, что с одного квадратного метра можно получить в лучшем случае около 160 Ватт электричества. На практике достичь такой величины мощности невозможно.
Расчёт солнечной электростанции должен учитывать поправки на сезонные условия, длительность дня в данной точке планеты и другие природные факторы.
ФОТО: avatars.mds.yandex.netСолнечная панель, собранная из фотоэлементов
Дополнительное оборудование тоже потребляет электрическую энергию. Корректный расчёт требуемого количества солнечных панелей можно сделать и по формулам, и по онлайн-калькулятору. А ещё можно изучить опыт соседей, которые уже смонтировали солнечную электростанцию.
Сборка представленной на рис. 3 батареи проводилась из 36 пластинок размером 80 х 150 мм. Производительность каждой пластинки по 2,1 Вт, общая мощность прибора 76 Вт.
Расчет характеристик панели
Солнечная панель должна генерировать такой электрический ток, который может легко заряжать 12-вольтные батареи. Для их подзарядки необходим ток с большим напряжением. Очень хорошо, когда ток, созданный солнечной батарей, имеет напряжение 18 В.
Ни один из небольших светочувствительных элементов не выдает такого напряжения. Нужно узнать характеристики тока, который может создать один фотоэлемент. Часто продавцы указывают эти цифры.
Например, одна пластина дает ток с напряжением 0,5 В. Чтобы получить на выходе солнечной панели 18 В, нужно выполнить последовательное подключение 36 фотоэлементов. В таком случае общее напряжение является равным сумме напряжений токов, полученных на всех светочувствительных пластинах. Сила тока при последовательном подключении не изменится. Поэтому она будет равна показателю, который дает наименьший по размерам фотоэлемент.
Если нужно увеличить силу тока, то придется устанавливать дополнительное количество пластин и подключать их параллельно. Общая сила тока будет суммой сил токов, созданных каждой параллельно подключенной пластиной.
Расчет солнечных батарей, которые будут стоять на крыше дачи или частного дома, делают так:
- Рассчитывают мощность устройств, которые будет заряжать солнечная батарея.
- Определяют возможности наименьшего по размерам фотоэлемента. Это можно узнать как у продавцов, так и самостоятельно, поставив его на свет и, измерив напряжение и силу тока.
- Определяют напряжение и силу тока самой панели. Например, 18 В и 3 А. Эти величины дадут возможность узнать мощность панелей. Она будет составлять 18х3 = 54 Вт. Для несколько часовой работы светодиодных ламп этого хватит.
- Сравнивают мощность источника света с мощностью электроприборов. При необходимости вносят коррективы в основные параметры тока. Меняют мощность, а вместе с ней напряжение или силу тока. Высчитывают нужное количество панелей.
- Рассчитывают нужное для одной панели число фотоэлементов. Оно должно быть таким, чтобы дать электроэнергию с необходимыми характеристиками. При этом определяют количество пластин в одном ряду и учитывают способ их подключения.
Большинство проектов, которые касаются того, как сделать солнечную батарею, предусматривают изготовление изделия с площадью 1 м². Часто мощность такой батареи составляет около 120 Вт. 10 панелей дадут более 1 кВт. Если планируется полностью обеспечивать свой дом бесплатной электрической энергией, то следует разрабатывать проект, предусматривающий столько панелей, общая площадь которых превышает 20 кв. м. При размещении их на солнечной стороне и в местах, где интенсивность освещения очень высока, они способы перекрыть месячную потребность в электроэнергии величиной 300 кВт. Даже для среднего дома эта цифра является большой.
Другие варианты самодельных солнечных панелей
Из прочих, еще более дешевых модификаций устройств, использующих энергию солнца, можно упомянуть следующие.
1. Солнечные батареи из CD или DVD дисков своими руками
Элементы конструкции:
- CD или DVD диск;
- прямоугольный светодиод;
- крышка, не допускающая «утечки» излучения;
- шуруп или болтик;
- два провода.
Изготовление:
- Прокалываем отверстие в крышке по размеру диска. Подойдет любой острый инструмент – шило, гвоздь, сверло, ножнички.
- Вкручиваем в отверстие болт.
- Компакт-диск закрепляем на крышке.
- Направляем блестящую поверхность в сторону солнца под таки углом, чтобы отраженный луч падал на светодиод.
Это кажется удивительным, но такая примитивная и практически бесплатная «солнечная батарея» из ненужного диска, сделанная своими руками, способна генерировать до 5V.
2. Микро СЭС из транзисторов
Элементы конструкции:
- транзисторы вида P210;
- донышки от любой алюминиевой банки – пива, пепси-колы и т.д.;
- кусочек основы из ДВП, куда будут крепиться транзисторы.
Изготовление:
- с помощью плоскогубцев снимаем верхнюю часть нашего транзистора, чтобы добраться до фоточувствительного элемента;
- из донышка баночки делаем отражатель;
- в ДСП просверливаем дырочку для закрепления модифицированного транзистора;
- рядом под нужным углом крепим алюминиевый рефлектор, используя термоклей.
При последовательном соединении нескольких транзисторов и донышек-отражателей можно получить от устройства от 0,1 до нескольких вольт. Затратив при этом всего около 100 рублей на материалы.
3. Солнечная батарея своими руками из диодов
Главное, чтобы диоды были прозрачными. Соединять их также можно последовательно. Один элемент выдает в среднем 0,2 – 0,4V. Десяток – соответственно, в 10 раз больше, 2 – 4V.
4. Микро СЭС из фольги
Существует сразу несколько вариантов подобной конструкции. Фольга в них играет роль отражателя. В зависимости от фотоэлемента, на который будет отражаться свет, можно получать от 0,1 до 3 вольт энергии.
Солнечная батарея своими руками – как сделать, собрать и изготовить?
Отходя от самодельных вариантов мы уделим внимание уже более серьёзным вещам. Сейчас мы поговорим о том, как правильно собрать и изготовить настоящую солнечную батарею своими руками. Да – такое тоже возможно
И хочется вас уверить – она будет не хуже покупных аналогов
Да – такое тоже возможно. И хочется вас уверить – она будет не хуже покупных аналогов.
Для начала стоит сказать, что, вероятно, вы не сможете найти на свободном рынке сами настоящие кремниевые панели, которые используются в полноценных солнечных батареях. Да и стоит они будут дорого. Мы же будем собирать нашу солнечную батарею из монокристаллических панелей – варианте более дешёвом, но отлично показывающим себя в плане выработки электрической энергии. Тем более что монокристаллические панели легко найти и стоят они достаточно недорого. Они бывают разных размеров. Самый популярный и ходовой вариант – 3х6 дюймов, который вырабатывает 0,5В в эквиваленте. Таких нам будет достаточно. В зависимости от ваших финансов вы можете купить их хоть 100-200 штук, но сегодня мы соберём вариант, которого хватит на то, чтобы запитать небольшие аккумуляторы, лампочки и прочие небольшие электронные элементы.
Выбор фотоэлементов
Как мы утверждали выше – мы выбрали монокристаллическую основу. Найти её можно где угодно. Самое популярное место, где её продают в гигантских количествах – это торговые площадки Amazon или Ebay.
Главное помните, что там очень легко нарваться на недобросовестных продавцов, так что покупайте только у тех людей, у кого достаточно высокий рейтинг. Если у продавца хороший рейтинг, то вы будете уверены, что ваши панели дойдут до вас хорошо запакованные, не битые и в том количестве, в котором вы заказывали.
Выбор места (система ориентации), проектирование и материалы
После того, как вы дождётесь вашу посылку с основными фотоэлементами, вы должны хорошо выбрать место для установки вашей солнечной батареи. Ведь вам нужно будет, чтобы она работала на 100% мощности, не так ли? Профессионалы в этом деле советуют проводить установку в то место, где солнечная батарея будет направлена чуть ниже небесного зенита и смотреть в сторону Запада-Востока. Это позволит практически весь день “ловить” солнечный свет.
Изготовление каркаса солнечной батареи
Для начала вам требуется изготовить основание солнечной батареи. Оно может быть деревянное, пластиковое или алюминиевое. Лучше всего себя показывает дерево и пластик. Оно должно быть достаточного размера, чтобы в ряд поместить все ваши фотоэлементы, но при этом они не должны будут болтаться внутри всей конструкции.
После того, как вы собрали основание солнечной батареи вам потребуется просверлить множество отверстий на его поверхности для будущего выведения проводников в единую систему.
Кстати не забудьте, что всё основание требуется сверху закрыть оргстеклом для защиты ваших элементов от погодных условий.
Пайка элементов и подключение
После того, как ваше основание будет готово вы можете размещать ваши элементы на его поверхности. Фотоэлементы размещаете вдоль всей конструкции проводниками вниз (просовываете их в наши просверленные отверстия).
Затем их требуется спаять между собой. В интернете есть множество схем, по которым происходит пайка фотоэлементов. Главное – соединить их в своеобразную единую систему для того, чтобы они все вместе могли собирать полученную энергию и направлять её в конденсатор.
Последним шагом будет припайка “выводного” провода, который будет подключён к конденсатору и выводить в него получаемую энергию.
Монтаж
Это финальный шаг. После того как вы убедитесь в том, что все элементы собраны верно, сидят плотно и не болтаются, хорошо закрыты оргстеклом – можно приступать к монтажу. В плане монтажа солнечную батарею лучше крепить на прочное основание. Отлично подойдёт металлический каркас, укреплённый строительными шурупами. На нём солнечные панели будут сидеть прочно, не шататься и не поддаваться никаким погодным условиям.
На этом всё! Что мы имеем в итоге? Если вы сделали солнечную батарею, состоящую из 30-50 фотоэлементов, то этого будет вполне достаточно для того, чтобы быстро зарядить ваш мобильный телефон или зажечь небольшую бытовую лампочку, т.е. у вас на выходе получилось полноценное самодельное зарядное устройство для зарядки аккумулятора телефона, уличного дачного светильника, либо небольшого садового фонарика. Если же вы сделали солнечную панель, к примеру, в 100-200 фотоэлементов, то тут уже может идти речь о “запитке” некоторых бытовых приборов, например, кипятильника для нагрева воды. В любом случае – такая панель будет дешевле покупных аналогов и сохранит вам деньги.
Идеи из подручных материалов
Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.
Солнечная батарея из фольги
Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.
Как сделать солнечную батарею из фольги?
Нам понадобится:
- 2 «крокодильчика»;
- медная фольга;
- мультиметр;
- соль;
- пустая пластиковая бутылка без горлышка;
- электрическая печь;
- дрель.
Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.
Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.
Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.
Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.
Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.
Солнечная батарея из транзисторов
У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.
Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.
Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.
Солнечная батарея из диодов
Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.
Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.
Солнечная батарея из пивных банок
Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.
Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки
Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом
Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.
Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.
Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.
