Солнечная батарея своими руками — принцип и порядок сборки в домашних условиях

Что такое солнечная батарея, и как она работает?

Общие понятия о принципе получения электричества от солнечной энергии

У людей, решивших собрать солнечную батарею, возникает множество вопросов, и многим эта задача кажется совершенно невыполнимой из-за кажущейся сложности конструкции. Однако на самом деле особых сложностей в его монтаже нет. И в этом можно убедиться, изучив схему и рассмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не одно подобное приспособление.

Солнечная батарея – это совокупность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Солнечная батарея представляет собой набор фотоэлементов, правильно соединенных друг с другом. Каждый из них имеет невысокие генерационные возможности, но вместе они дают весьма приличные показатели вырабатываемой мощности.

Отдельные фотоэлементы подключены к одной панели и защищены с обеих сторон материалами, устойчивыми к ультрафиолетовому излучению, влаге и другим атмосферным воздействиям. Это важно, так как батареи чаще всего используются в открытом, незащищенном пространстве – это может быть крыша здания, ограждение балкона или поляна возле дома.

Общая конструкция системы получения электрической энергии от солнечной системы состоит из ряда приборов и устройств, соединенных в единую цепь:

Примерная схема системы получения электрической энергии из солнечной энергии

• Конвертерные пластины представляют собой полупроводниковые фотоэлектрические элементы, способные генерировать постоянный ток под воздействием света. Пластины соединяются между собой по определенной схеме с помощью специальных шин (плоских проводников) и собираются в батарею в общем корпусе.
• Панели аккумуляторов, состоящие из фотоэлементов, подключаются к контроллеру с выбранными параметрами тока и напряжения, необходимыми для зарядки аккумулятора.
• Батарея или целая батарея таких аккумуляторов накапливает заряд.
• Специальный преобразователь преобразует постоянный ток в переменный напряжением 220 В (при необходимости).

Такая серия устройств используется в схеме, когда планируется запитать отдельные точки постоянного потребления или даже полностью запитать весь дом от солнечной энергии. Энергию, накопленную в аккумуляторе за день, можно использовать в пасмурные дни или ночью. Используются и более простые схемы, когда солнечные панели выступают лишь в качестве вспомогательного источника питания, и накопление энергии не требуется. В этом случае панель можно подключить напрямую к потребителю. Однако этот вариант менее надежен, поскольку стабильность электроснабжения будет полностью зависеть от наличия солнца в данный момент.

Использование солнечных батарей для полноценного обеспечения дома энергией актуально в регионах, где преобладает количество солнечных дней в течение года. Этим обычно славятся южные регионы страны. В других условиях их чаще всего используют в качестве дополнительных источников электропитания.

Три основных типа солнечных модулей

Солнечные модули, из которых собирается панель, делятся на три типа:

• монокристаллический;
• поликристаллический;
• аморфный (тонкая пленка).

Эффективность конструкции, как и ее общая стоимость, напрямую зависит от конструктивных особенностей плит.

Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи

Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных методом Чохральского. Они качественные и имеют хороший (по меркам фотоэлементов) КПД около 20-22%. Из-за этого их стоимость достаточно высока.

Солнечные лучи, падая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с обеих сторон соединяются с шинами, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокая эффективность пластин такого типа объясняется тем, что солнечные лучи равномерно распределяются по поверхности кристалла.

Поликристаллические солнечные элементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Этот тип аккумуляторов считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие и целых аккумуляторов, ниже по сравнению с монокристаллическими агрегатами. Это связано с особенностями производства солнечных элементов, поскольку при их производстве используются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.

Если сравнивать эти два типа продукции, то можно выделить следующие различия, выявленные в результате тестирования независимыми компаниями:

• Поликристаллические пластины внешне отличаются от монокристаллов, так как имеют неравномерную окраску поверхности с чередованием темных и светлых участков.

Внешним отличием монокристаллических пластин от поликристаллических пластин является однородность цвета.

• Во время работы мощность всех фотоэлементов постепенно снижается. Затем, через год эксплуатации, для монокристаллов она снижается на 3%, а для поликристаллических элементов — на 2%.
• Общее количество электроэнергии, вырабатываемой монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем у поликристаллических ячеек при той же площади.
• Стоимость поликристаллических аккумуляторов на 10-15% ниже монокристаллических.

Аморфные солнечные модули

Этот тип элемента представляет собой плотную гибкую пленку, что существенно упрощает процесс установки аккумулятора.

На современном рынке представлено три поколения подобных фотоэлементов:

Гибкие пленочные фотоэлементы на основе аморфного кремния имеют ряд преимуществ и значительно удобнее в использовании

• Элементы первого поколения представляют собой одиночные переходы. Они имеют низкий КПД – всего 5% и сравнительно небольшой срок службы – не более 10 лет.
• Пленка второго поколения также относится к типу однопереходных пленок, но уровень эффективности увеличен до 8%, а также увеличен срок службы.
• Тонкопленочные батареи третьего поколения имеют эффективность до 12% и имеют длительный срок службы, конкурируя с кристаллическими альтернативами.

Несмотря на свои неуникальные характеристики, однопереходные тонкопленочные модули второго поколения по-прежнему остаются наиболее популярными. Они доступны по цене и имеют приличную мощность, которая может легко конкурировать с альтернативами на кристаллических батареях.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то последние имеют ряд существенных преимуществ, благодаря которым им часто отдают предпочтение:

• Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, особенно на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен производить больше энергии по сравнению со своими кристаллическими аналогами, которые при нагревании могут терять до 20% своей мощности.
• Пленочные батареи продолжают вырабатывать энергию даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллических батарей, которые не вырабатывают энергию в пасмурную погоду. При тусклом или рассеянном свете аморфная пленка способна генерировать до 20% своей номинальной энергии. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
• Стоимость кристаллических панелей значительно выше пленочных. При этом цена последнего продолжает снижаться из-за активного увеличения объемов производства.
• Пленочные солнечные элементы имеют меньше дефектов и уязвимостей. Дело в том, что жесткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции целиком.

Если суммировать результаты и представить их в таблице, то сравнительные свойства аморфной пленки и жесткокристаллических солнечных элементов будут выглядеть следующим образом:

Эффективность продукта	9÷20%	6÷12%
Выходное напряжение фотоэлемента	Около 0,5 В	Около 1,7 В
Спектр света с максимальной чувствительностью	Ближе к красному, то есть для эффективной работы требует яркого солнца.	Ближе к ультрафиолету, то есть восприимчив к рассеянному свету.
Гибкость	Хрупкие и ломкие, они требуют жесткого основания и надежной защиты от механических воздействий.	Гибкий, легко сгибается, не ломается.
Надежность в экстремальных условиях	Им требуется жесткое основание и надежная защита от механических воздействий.	Более устойчивы к механическим воздействиям, хотя тоже требуют защиты.
Продолжительность	При должной защите их можно использовать длительное время, однако с годами эффективность продукции постепенно снижается.	Качественная продукция, изготовленная по технологии, выгорает на солнце на 4% в течение первых 4-5 лет эксплуатации. Дешевые китайские аналоги могут выйти из строя через 2-3 года.
Масса	Тяжелый.	Легкие.

Необходимо уточнить, что выпускаются и комбинированные варианты солнечных батарей, т.е состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть все преимущества обоих типов используются по максимуму. Однако стоимость таких изделий очень высока, поэтому они не так популярны, как упомянутые выше аккумуляторы.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные панели в разные периоды работают с разной эффективностью, необходимо выделить факторы, влияющие на эффективность системы. Причем нижеперечисленные моменты влияют на солнечные батареи всех типов, но с разной интенсивностью.

• При повышении температуры производительность любых фотоэлементов панели снижается.
• При частичном затемнении, например, если солнце попадает только на часть панели и некоторое количество элементов остается неосвещенным, выходное напряжение падает из-за потерь неосвещенных пластин.
• Панели, оснащенные линзами для концентрации излучения, в пасмурную погоду становятся совершенно неэффективными, так как пропадает эффект фокусировки светового потока.
• Для достижения высокого КПД солнечной батареи необходим правильный выбор сопротивления нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к устройствам или аккумулятору, а через контроллер, управляющий системой, что должно обеспечивать оптимальную работу аккумулятора.

Недостатки солнечных батарей

Солнечные панели имеют ряд недостатков, узнав о которых многие домовладельцы сразу отказываются от идеи их покупки и установки.

По-настоящему мощный и эффективный солнечный элемент потребует значительной площади, полностью открытой для солнечного света.

• Для получения достаточного количества энергии необходимо установить очень большое количество аккумуляторов довольно больших размеров. Понятно, что для их размещения потребуются большие площади. Многие владельцы частных домов используют для монтажа солнечную сторону крыши.

Общая емкость аккумуляторного блока должна соответствовать мощности солнечных батарей, поэтому количество и тип аккумуляторов необходимо выбирать правильно.

• Нельзя забывать, что аккумулятор будет работать эффективно только в том случае, если периодически производить очистку передней части от скопившейся пыли, грязи и засохших пятен дождевой воды. Это значит, что необходимо обеспечить удобный и легкий доступ к поверхности.
• Солнечные панели недостаточно эффективно работают в сумерках и вообще не работают ночью. Чтобы использовать энергию от них в любое время суток, необходимо подключить несколько аккумуляторов, которые накапливают энергию в период солнечного света.
• Для большого количества батарей, если система планируется как основной источник энергии, может потребоваться отдельное помещение.

«Хранилищем» вырабатываемой электрической энергии может служить целая батарея аккумуляторов, соединенных определенным образом. Для этого потребуется много места. Да и стоимость аккумуляторов тоже может быть весьма значительной.

• Солнечная энергетика считается экологически чистой, однако сами солнечные панели содержат токсичные вещества, такие как кадмий, свинец, мышьяк, галлий и др. при нагреве конструкции эти вещества могут выделяться не только в окружающую среду, но и проникать в помещения дома, если батареи установлены на крыше или балконе дома. Лучшим вариантом будет установка системы вдали от жилых домов.

Солнечные панели на вращающемся механизме, который постоянно удерживает поверхность в фокусе солнечного света

• При установке батарей на открытой местности для большей эффективности система часто оснащается специальным фотоэлементом, реагирующим на положение солнца, и поворотным механизмом, который будет вращать их в соответствии с движением светильника. Эффективность возрастает, но увеличивается сложность системы и затраты на реализацию проекта.
• О высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Их эффективность составляет в лучшем случае 20%; Остальные 80% солнечной энергии, получаемой поверхностью, идут на нагрев самой батареи, средняя температура которой может достигать 55-60 градусов. Как уже говорилось выше, при нагревании фотоэлементов снижается эффективность их работы.
• Чтобы аккумуляторы не перегревались, используются определенные системы принудительного охлаждения. Например, для перекачки хладагента устанавливаются вентиляторы или насосы. Понятно, что такие устройства требуют еще и электричества, а также периодического обслуживания. Кроме того, они могут существенно снизить надежность всей конструкции. Ну а проблема эффективного пассивного охлаждения аккумуляторов пока не решена.

Как собрать солнечную батарею в домашних условиях?

Если после изучения представленной выше информации желание заняться изготовлением солнечной батареи не пропало, можно поэкспериментировать, изготовив и опробовав собственное творение. Далее будет подробно рассмотрена сборка панели из монокристаллических пластин.

Монокристаллическая пластина размером 78х156 мм с двумя токосъемными гнездами спереди. Симметрично им, на обратной стороне пластины, линии пайки шин отмечены фигурными контактными окнами.

В приведенном примере домашний мастер собирает панель размерами 750х960 мм, состоящую из 36 жестких монокристаллических пластин размером мм. Пластины установлены в четыре ряда по 9 фотоэлементов в каждом. Зазор ок. Между фотоэлементами выдерживается расстояние 10÷12 миллиметров.

Солнечные панели установлены на перилах балкона, а также прикреплены к стеклу. Такая установка будет актуальна, если балкон расположен на солнечной стороне дома. Панель, установку которой необходимо отобразить, выделена красной рамкой.

	Для работы в первую очередь нужны сами пластины. Мастер рекомендует покупать их с запасом, так как они могут иметь разные параметры выходного напряжения, и из них нужно выбрать 36 штук, имеющих наиболее близкие друг к другу значения. Шинопровод представляет собой луженую медную полосу, т.е уже покрытую оловом, что упрощает пайку. Вам понадобится около 10 метров узкой шины шириной 1,6 мм и 2 метра широкой шириной 5 мм. Для электромонтажных работ необходимо подготовить обычный паяльник мощностью 40 Вт, флюс для пайки — канифоль, растворенную в спирте, спирт для обезжиривания поверхностей под пайку и последующей их очистки от остатков флюса, ватные диски и ватные палочки. В данном случае в качестве основы для монтажа всего модуля используется акриловое стекло толщиной 5 мм. Для последующей заклейки фотоэлементов мастер решил использовать прочную бесцветную прозрачную поливинилхлоридную пленку ORACAL®751, которую часто используют для крепления рекламы на транспортных средствах.
	Несколько слов о том, почему была выбрана ширина покрышки 1,6 мм. Металл имеет тенденцию расширяться при нагревании и, следовательно, сжиматься при охлаждении. На солнечной батарее этот процесс будет происходить постоянно, то есть днем ​​припаянные шины будут увеличиваться в размерах, а ночью – наоборот, что не особо полезно для конструкции. Мастер протестировал ленту шириной 2 мм, и все же выбрал ширину 1,6 мм. По токопроводящим свойствам эти шины мало чем отличаются друг от друга, а более узкая еще меньше подвержена линейной деформации.
	После подготовки всего необходимого имеет смысл сначала отсортировать тарелки. Как уже говорилось выше, несмотря на то, что это одна модель, в практической работе они часто могут иметь разные показатели. А чтобы аккумулятор работал гармонично, значения вырабатываемого напряжения должны быть максимально близки друг к другу. Например, в данном случае в ходе испытания выяснилось, что фотоэлементы в равных условиях (при искусственном освещении) могут выдавать напряжение от 0,19 до 0,35 вольт. Лучше, если в одной панели будут собраны элементы, имеющие максимально близкие значения, например, от 0,30 до 0,33 вольта. Если в комплекс установить один или два элемента, существенно отличающихся по выходному напряжению, они создадут лишнее сопротивление и начнут перегреваться. Таким образом, отбраковываются пластины, явно выпадающие из общей массы.
	При установке плит между ними будет зазор 10÷12 мм. Это необходимо для того, чтобы пленка, которая крепит элементы к акриловому стеклу, удерживала их со всех сторон.
	Далее нужно положить на стол две доски на расстоянии 10 мм и с их помощью измерить, какой длины нужно отрезать узкие шины. Как видите, с внешней стороны монтажных пластин расположены две токосъемные металлические полоски, а с обратной стороны пунктиром окошечек обозначены точки крепления.
	По передней части пластины необходимо отступить ок. 3 мм от верхнего края.
	На обратной стороне второй панели шина также не должна доходить до нижнего края на те же 2÷3 мм.
	После определения длины соединительной шины вдоль нее измеряются остальные соединительные элементы. На каждые две пластины понадобится два куска покрышки, то есть всего понадобится 72 штуки. В разрезанном виде шины выглядят так, как показано на рисунке. Совсем не обязательно готовить все сегменты сразу – их можно нарезать по ходу дела. Но если они приготовлены сразу, рекомендуется собрать их и закрепить резинкой. Таким образом они не потеряются и не будут мешать столу.
	Сначала к передней части всех плат припаиваются шины. Но перед пайкой металлические токосъемные полоски на пластинах необходимо подготовить, обезжирив спиртом. Для этой работы удобно использовать ватные палочки – их обмакивают в спирт и проводят по полоске. Этот процесс необходим для улучшения качества пайки.
	Следующий подготовительный этап – нанесение канифольного флюса на полоски, очищенные спиртом. Лучше, если он будет налит в эластичную емкость в виде маркера (клея-карандаша) с мягким кончиком. Это облегчит работу, при необходимости выдавить и распределить необходимое количество состава.
	Следующий шаг – припаять шины с внешней стороны пластин. Автобус ставят на металлическую контактную полосу и выравнивают. Затем, придерживая большую часть шины, аккуратно прижимаем ее к полоске, а верхнюю сторону фиксируем паяльником длиной 20-30 мм. Дополнительная паяльная проволока не используется — достаточно слоя олова на самой шине. Теперь он зафиксирован и не сможет двигаться, поэтому закрепить оставшуюся длинную сторону к поверхности будет довольно легко.
	Для этого пластину необходимо повернуть к себе противоположной стороной, чтобы длинная часть покрышки оказалась под рукой. Придерживая шину, немного потяните ее, осторожно проведите по ней паяльником, следя, чтобы она не соскальзывала в сторону. Луженая лента легко припаивается к правильно подготовленной поверхности – достаточно один раз не спеша провести по ней хорошо нагретым паяльником. Если на ленте остались заусенцы, их необходимо немедленно загладить, так как эта сторона пластин должна быть прижата к акриловому стеклу.
	После припайки обеих шлейфов к плате их необходимо протереть спиртом ватной палочкой или диском. Весь оставшийся флюс необходимо удалить с поверхности.
	Аналогично, все 36 пластин, или всего 9 солнечных элементов, последовательно подготавливаются для сборки одной из четырех полос солнечной панели. Здесь каждый мастер делает то, что ему удобнее.
	Далее рассмотрим сборку подготовленных фотоэлементов в полоску. Остальные три полоски солнечной панели подключаются таким же образом.
	Сначала берётся тарелка, которая становится первой в полосе. Его кладут на стол лицевой стороной вниз вместе с припаянными к нему шинами. Затем полоски припоя, выделенные на обратной стороне пластины контактными окнами, обрабатываются спиртом, а затем флюсом. Затем, отступив от края прибл. На 3 мм по линии, проходящей через окна, укладывается и припаивается к поверхности часть шины так же, как и снаружи. Свободные концы шин должны располагаться в противоположном направлении от припаянных к лицевой поверхности — они понадобятся при замене всей серии элементов на общую батарею с широкими шинами.
	Теперь вам нужно соединить между собой первую и вторую пластину в ряду. Для этого концы шин, припаянные к передней части первой платы, необходимо вывести к задней части второй платы. Пластины размещаются параллельно друг другу на фиксированном расстоянии (10 мм). Для удобства можно заранее сделать на рабочем столе разметку, то есть сделать своеобразный шаблон взаимного расположения пластин.
	Места пайки контактов обрабатываются спиртом, а затем на них наносится флюс.
	Теперь можно паять шины. Для этого также аккуратно, медленно проведите по ним нагретым паяльником. После пайки обеих шин их также необходимо протереть спиртом, чтобы удалить остатки флюса.
	Затем аналогичным образом заменяются третья и все последующие пластины в ряду. В результате должно получиться четыре полоски с 9 фотоэлементами, соединенными между собой, как показано на рисунках.
	Готовые спаянные ряды фотоэлементов по одному размещают на заранее подготовленном акриловом стекле нужного размера. От краев элементов до края стекла необходимо соблюдать расстояние 50÷60 мм. Ряды временно крепятся к стеклу короткими полосками прозрачного скотча.
	«Золотое правило» последовательного включения источников постоянного тока: плюс предыдущего элемента соединяется с минусом следующего – и так далее. Это правило соблюдается в рядах. Теперь очень важно не нарушить его при размещении рядов в батарее. Таким образом, выступающие слева части первого и третьего ряда шин необходимо припаять к внешней стороне панели, которая в данном случае обращена к акриловой поверхности. Во втором и четвертом рядах должны торчать концы шин, закрепленные на задней светлой стороне пластин. Если вы допустите ошибку, последовательное соединение будет нарушено и батарея не будет работать.
	В результате макет уложенной панели должен выглядеть следующим образом. Когда все ряды прикреплены к стеклу скотчем, их необходимо объединить в одну систему.
	Электрическое подключение производится согласно представленной схеме. В результате сверху будет «плюс», а снизу – «минус».
	В качестве соединительных элементов используются широкие шины – это наглядно показано на схеме выше. К ним припаиваются выступающие концы тонких шин. После пайки лишнее необходимо отрезать плоскогубцами.
	На этом изображении четко видна крайняя точка поездки на автобусе. После завершения работы панель необходимо проверить на работоспособность с помощью тестера, подключив его к вольтметру и установив щупы на плюс и минус.
	Панель можно проверить сначала на рабочем столе — больших индикаторов не будет, но составная панель продемонстрирует, что она «вживую». А затем вы можете проверить это, вынеся батарею на солнце.
	Зонды мультитестера прикреплены к внешним положительным и отрицательным шинам.
	Даже в пасмурную погоду на холостом ходу аккумулятор выдаёт 19,4 вольта — это говорит о правильности подключения панелей.
	Солнца на момент тестирования не было и ток был небольшой, всего около 0,5 ампера. Но даже в пасмурную погоду аккумулятор выдает около 10 Вт энергии.
	При этом рекомендуется проверять пластины на предмет перегрева – это легко почувствовать тыльной стороной руки. Если отдельные пластины на общем фоне явно перегреваются, желательно немедленно заменить их – сделать это пока несложно.
	Если аккумулятор работает нормально, то можно его наконец заклеить — завернуть в пленку. Срок жизни этой пленки семь лет, но, как показывает практика, она работает хорошо и дольше. Пленка имеет клеевой слой, покрытый защитной подложкой, которая удаляется по мере приклеивания покрытия к фотоэлементам и акриловому стеклу.
	Первое, что вам нужно сделать, это положить пленку поверх конструкции и выровнять край, с которого она начнет приклеиваться. От того, насколько выровнен край, зависит качество приклейки всего полотна. Должна быть достигнута полная герметизация, без складок и пустот, так как пленка призвана надежно защищать фотоэлементы от внешних воздействий.
	Затем нужно аккуратно отделить защитный слой от пленки по всему краю, примерно на 40 мм, и сразу прикрепить его к стеклу.
	Эту операцию выполняют очень осторожно; при наклеивании пленка разглаживается и выравнивается. Здесь нужно помнить, что отклеить и разгладить определенную часть пленки уже не получится, поэтому работу нужно выполнять сразу эффективно. Пленка не должна растягиваться, но в то же время не должна сбиваться в комки.
	Защитная подложка загибается и постепенно снимается по мере приклеивания. Выпустив 20÷30 мм пленки, ее разглаживают по фотоэлементам и зазорам между ними, то есть по акриловому стеклу.
	Процесс закатки аккумулятора в пленку долгий и трудоемкий, поэтому нужно набраться терпения и делать это медленно. Если пленка все равно скручивается или уходит вбок, ее нельзя снимать, так как будут повреждены фотоэлементы. В этом случае необходимо вырезать и наклеить дополнительный фрагмент поверх уже прикрепленной пленки. Самое главное — покрыть всю поверхность аккумулятора. На этой иллюстрации показан край панели, завернутый в пленку. Понятно, что идеальная гладкость не обязательна, самое главное – плотное прилегание пленки по всей площади.
	После того как пленка наклеена, можно протестировать готовую панель. Для этого необходимо вынести аккумулятор на солнце и снова подключить к нему тестер.
	Как видите, аккумулятор выдает выходное напряжение почти 20 Вольт. Далее проверяется ток короткого замыкания – он составил 3,94 ампера. А это ни много, ни мало – почти 80 Вт.
	Для проверки под нагрузкой к аккумулятору через амперметр подключили лампочку на 24 В. Результат на снимке — горит, но не с полной интенсивностью, а достаточно сильно.

Многие умельцы, кроме стекла и пленки, используют еще и аккумуляторный каркас, помещая его в жесткий каркас. Это придает конструкции необходимую прочность и повышает ее надежность.

Если вы планируете установить и использовать несколько солнечных панелей, соединяйте их либо последовательно – для увеличения выходного напряжения, либо параллельно – так можно добиться большего тока и общей мощности

Панельный комплекс подключается через контроллер к аккумулятору – накопителю энергии и от него распределяется по точкам потребления напрямую или через преобразователь.

Узнайте, как сделать солнечный коллектор своими руками, из нашей новой статьи на нашем портале.

Итак, как видно из представленной информации, аккумулятор можно собрать своими руками. Вам потребуются некоторые знания в области электротехники и монтажа, усидчивость и внимание.

Другое дело, что сначала следует очень тщательно взвесить ожидаемую производительность аккумулятора и стоимость комплектующих и всего необходимого для системы оборудования. Насколько прибыльной будет система, особенно с учетом местных климатических условий? Не превратится ли творение просто в «игрушку» для активного мужчины средних лет?

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной панели. Определите, какая сторона участка получает больше всего солнечного света и не получает теней от деревьев и других построек. Местом установки может быть земля, скаты крыши, стены или отдельно стоящие конструкции. Например, если вы хотите установить на крыше солнечную панель, необходимо убедиться, что конструкция выдержит вес.

В связи с тем, что максимальная работоспособность моно- и поликристаллических ячеек обеспечивается только при перпендикулярном попадании на них солнечных лучей, для них желательно собрать регулируемую конструкцию. Что позволяет менять угол наклона солнечной панели в зависимости от сезона или даже времени суток. Так как положение источника света в разные периоды года и суток существенно различается (рис. 1).

Рис. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание, что в стационарно установленном аккумуляторе, например, генерирующем 7 кВт/ч в идеальных условиях, утром и вечером будет вырабатываться только 3 кВт/ч. Следовательно, при установке только в одном положении батарея будет обеспечивать номинальный ток только в течение нескольких месяцев в году. Если вы решили монтировать его в стационарном положении, панели следует располагать под углом от 50 до 60°; для регулируемых установлены два предела — зимний на 70° и летний на 30°, а в промежуточный период они наклонены как стационарные.

Чтобы определить количество пластин, необходимо посчитать, какой электрический ток или мощность генерирует одна из них или 1 м2. Как правило, на 1 м2 выдается около 125 Вт, поэтому, чтобы получить на нужды дома около 2,5 кВт, необходимо установить 20 м2 панелей.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Есть много факторов, которые могут повлиять на эффективность солнечных батарей. Давайте рассмотрим самые важные из них:

Интенсивность солнечного света

Чем больше интенсивность солнечного света, тем больше энергии можно преобразовать в электрическую энергию. Но когда температура становится слишком высокой, солнечные панели могут начать терять эффективность.

Температура

Температура окружающей среды также может влиять на эффективность солнечных батарей. Производительность аккумулятора может снизиться при повышении температуры.

Угол падения света

Угол, под которым свет падает на солнечную панель, также может повлиять на эффективность. Оптимальный угол зависит от расположения солнечной панели и времени года.

Поверхность солнечной батареи

Чистота поверхности солнечной панели также может повлиять на эффективность. Грязь, пыль и другие загрязнения на поверхности могут снизить производительность аккумулятора.

Тип солнечной батареи

Как мы упоминали ранее, разные типы солнечных панелей имеют разную эффективность. Например, монокристаллические солнечные элементы обычно более эффективны, чем поликристаллические и аморфные солнечные элементы.

Качество и тип инвертора

Инвертор — это устройство, которое преобразует постоянный ток, вырабатываемый солнечной панелью, в переменный ток, который можно использовать в электрических системах дома. Выбор качественного и подходящего типа инвертора также может повлиять на общую эффективность солнечной системы.

Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящий каркас, который можно сделать самому или подобрать готовый. Лучшим материалом для него является дюралюминий; он не подвержен коррозии, не боится влаги и долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подходят как сталь, так и массив дерева.

Совет: Не следует делать панель очень большой: ее будет неудобно собирать, устанавливать и обслуживать. Кроме того, небольшие панели обладают низкой ветроустойчивостью, их удобнее размещать под необходимыми углами.

Рассчитываем комплектующие

Определимся с размерами нашей рамки. Для зарядки кислотного аккумулятора напряжением 12 В необходимо рабочее напряжение не ниже 13,8 В. За основу возьмем 15 В. Для этого нам необходимо соединить последовательно 15 В/0,5 В = 30 элементов.

Совет: выход солнечной панели должен быть подключен к аккумулятору через защитный диод, чтобы предотвратить саморазряд в ночное время через солнечные элементы. Значит на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.

Чтобы добиться зарядного тока 3,6 А, нам необходимо соединить параллельно три такие цепочки, или 30 х 3 = 90 элементов. Нам это обойдется 90 х 29 рублей. = 2610 руб.

Совет: элементы солнечной панели подключаются параллельно и последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.

С таким током мы можем предложить стандартный режим зарядки полностью разряженного аккумулятора емкостью 3,6 х 10 = 36 Ач.

В действительности это число будет меньше из-за неравномерности солнечного света в течение дня. Следовательно, чтобы зарядить стандартный автомобильный аккумулятор емкостью 60 Ач, нам необходимо соединить две такие панели параллельно.

Эта панель может дать нам электрическую мощность 90 х 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

Или в течение 12-часового солнечного дня с учетом поправочного коэффициента 42% 56 х 12 х 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам понадобится поверхность:

• Длина – 15 х 52 = 780 мм.
• Ширина – 77 х 6 = 462 мм.

Для размещения всех плит берем размеры нашей рамы: 900х500 мм.

Совет: Если есть готовые рамы с другими размерами, вы можете пересчитать количество элементов по приведенным выше эскизам, выбрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, совместив длину и ширину строк.

Нам также понадобится:

• Электрический паяльник 40 Вт.
• Припой, канифоль.
• Монтажная резьба.
• Силиконовый герметик.
• Двусторонний скотч.

Этапы изготовления

Для установки панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным доступом со всех сторон. Сами пластины элемента лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Их следует принимать осторожно, по одному.
Устройства защитного отключения повышают безопасность домашней электросистемы, снижая вероятность поражения электрическим током и возгорания. Подробное знакомство с характерными особенностями разных типов устройств защитного отключения подскажет, какое УЗО выбрать для квартиры или дома.

При использовании счетчика электроэнергии возникают ситуации, когда его приходится заменять и заново подключать – об этом можно прочитать здесь.[/blockquote_gray]

Для изготовления панели обычно используют метод склейки листов предварительно спаянных в единую схему элементов на ровной поверхности. Мы предлагаем еще один вариант:

1. Вставляем его в раму, прочно закрепляем и заклеиваем края стеклом или куском оргстекла.
2. Раскладываем на нем пластины элементов в правильном порядке, приклеиваем их двусторонним скотчем: рабочей стороной к стеклу, выводами припоя к задней части рамки.
3. Положив рамку на стол стеклом вниз, мы легко припаиваем клеммы к элементам. Выполняем электромонтаж по выбранной принципиальной схеме.
4. В завершение приклеиваем пластины с обратной стороны скотчем.
5. Подкладываем какую-нибудь демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т д.
6. Заднюю стенку вставляем в раму и герметизируем.

При желании вместо задней стенки можно залить каркас сзади какой-нибудь смесью, например, эпоксидной. Правда, это исключит возможность разборки и ремонта панели.

Проект системы и выбор места

Проект солнечной системы включает в себя расчеты необходимых размеров солнечной панели. Как упоминалось выше, размер батареи обычно ограничен дорогими солнечными элементами.

Солнечную батарею необходимо устанавливать под определенным углом, который обеспечит максимальное воздействие солнечных лучей на кремниевые пластины. Оптимальный вариант – аккумуляторы, способные менять угол наклона.

Место установки солнечных батарей может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах прачечных.

Единственное условие – батарею необходимо размещать на солнечной стороне участка или дома, а не в тени высокой кроны деревьев. В этом случае оптимальный угол наклона необходимо рассчитать по формуле или с помощью специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от местоположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы аккумулятор имел возможность менять угол наклона в зависимости от сезонного изменения высоты солнца, поскольку наиболее эффективно они работают, когда солнечные лучи падают строго перпендикулярно поверхности.

Для европейской части стран СНГ рекомендуемый стационарный угол наклона составляет 50 – 60 º. Если в конструкции предусмотрено устройство изменения угла наклона, зимой батареи лучше располагать под углом 70 º к горизонту, летом под углом 30 º

Расчеты показывают, что на 1 квадратном метре солнечной системы можно достичь 120 Вт. Таким образом, путем расчетов можно определить, что для снабжения среднестатистической семьи электроэнергией в объеме 300 кВт в месяц необходима солнечная система не менее 20 квадратных метров необходимо.

Сразу установить такую ​​солнечную систему было бы проблематично. Но даже установка 5-метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести скромный вклад в экологию нашей планеты. Также рекомендуем ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

Солнечную батарею можно использовать в качестве резервного источника энергии при частых отключениях централизованного электроснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Такая система практична тем, что при использовании традиционного источника питания одновременно заряжается аккумулятор солнечной системы. Оборудование, работающее на солнечной батарее, расположено внутри дома, поэтому для него необходимо предусмотреть специальное помещение.

Размещая батареи на скатной крыше дома, не забывайте об угле наклона панели; идеальный вариант, когда аккумулятор имеет устройство сезонного изменения угла наклона.

Читайте также: Металлорукав для электропроводки в деревянном доме: разновидности и выбор