Не каждого хозяина, который решил сэкономить на коммунальных платежах, используя альтернативную энергетику, устраивают высокие цены на современные солнечные панели. Лишить его такого недовольства может самодельная солнечная батарея. Ее можно назвать полноценной заменой выпущенных известными производителями солнечных панелей, ведь по такому показателю, как мощность, она ничем не уступает.

Основные этапы изготовления

Согласно большинству проектов они таковы:

1. Сборка рамы.
2. Изготовление подложки.
3. Подготовка светочувствительных элементов и их пайка.
4. Закрепление пластин на подложке.
5. Подключение диодов и всех проводов.
6. Герметизация.

Выбор светочувствительных пластин

Они являются главным элементом будущей устанавливаемой на . Именно от их особенностей будет зависеть мощность всей сделанной в домашних условиях установки. Как и в промышленных вариантах, так и в домашних можно установить:

1. Монокристаллические пластины.
2. Поликристаллические пластины.
3. Аморфный кристалл.

Первые способны создать наибольшее количество электрического тока. Однако такая их производительность проявляется в условиях отличного освещения. Если же интенсивность освещения становится меньше, их эффективность падает. Более продуктивной в таких условиях становится панель с поликристаллическими пластинами. Она при плохом освещении сохраняет привычный для себя небольшой КПД (согласно инструкции одного из производителей он достигает 7-9%). Монокристаллические же радуют КПД, равным 13%.

Что касается аморфного кремния , то он значительно отстает в производительности, однако из-за того, что является гибким и неуязвимым к ударам, он самый дорогой. Однозначно он не подходит, ведь солнечные батареи своими руками хочется собрать для того, чтобы сэкономить.

Несколько неприятным фактом является то, что даже самые хорошие светочувствительные элементы также стоят немалых денег. Однако это касается тех пластин, в которых нет ни одного дефекта. Дефектные же изделия имеют чуть меньшую мощность и стоят значительно дешевле . Производители же не могут использовать их для своей дорогой продукции. Именно такие фотоэлементы стоит использовать для своего, создаваемого в домашних условиях, источника тока.

На рынке, а точнее в наиболее популярных мировых интернет-магазинах (именно там есть наибольшее количество предложений по ), продают разные по размерам фотопластинки. Для своей батареи нужно покупать светочувствительные элементы с одинаковыми размерами. При покупке, а еще лучше, при разработке проекта стоит учитывать такие нюансы:

1. Фотоэлементы различных размеров генерируют ток с разной силой . Чем больше размер, тем больше сила тока. При этом она будет ограниченной силой тока наименьшего элемента. И неважно, что на панели размещается пластина с вдвое большими размерами. Панель будет выдавать электрический ток с той силой, которую имеет ток, созданный наименьшим элементом. Поэтому крупные элементы будут немного «отдыхать».
2. Напряжение от размеров не зависит . Оно зависит от типа элементов. Конечно, его можно нарастить, подключив пластины последовательно.
3. Мощность всей установки для частного дома или дачи является произведением напряжения и силы тока .

Расчет характеристик панели

Солнечная панель должна генерировать такой электрический ток, который может легко заряжать 12-вольтные батареи. Для их подзарядки необходимым является ток с большим напряжением. Очень хорошо, когда ток, созданный солнечной батарей, имеет напряжение 18 В.

Конечно, ни один из небольших светочувствительных элементов не выдает такого напряжения. Часто эта характеристика является менее 1 В. Поэтому перед покупкой, а еще лучше во время создания проекта батареи для частного дома следует 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.

Подытоживая вышесказанное, расчет солнечных батарей, которые будут стоять на крыше дачи или частного дома, делают так:

1. , которых будет «кормить» солнечная батарея.
2. Определяют возможности наименьшего по размерам фотоэлемента. Это можно узнать как у продавцов, так и самостоятельно, поставив его на свет и, измерив напряжение, а также силу тока.
3. 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.
4. Сравнивают мощность источника света с мощностью электроприборов. При необходимости вносят коррективы в основные параметры тока. То есть меняют мощность, а вместе с ней напряжение или силу тока. Высчитывают нужное количество панелей.
5. 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 , 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.

Изготовление каркаса солнечной панели

Его можно собрать из любых подручных материалов, среди которых могут быть алюминиевые пивные банки или рулоны фольги. Выбрасывать такие банки не стоит, ведь из них можно собрать хороший воздушный солнечный коллектор. Он будет накапливать тепло солнца и передавать его из пивных банок в середину дома.

Материалами для изготовления каркаса могут быть:

1. Дерево и фанера, а также ДВП.
2. Алюминиевые уголки.
3. Стекло.
4. Оргстекло.
5. Поликарбонат.
6. Плексиглас.
7. Минеральное стекло.

Из материалов, представленных в первых двух пунктах, изготавливают раму.

Деревянный каркас

Если проект предусматривает использование дерева и ДСП, то процесс изготовления рамы в домашних условиях включает следующие этапы:

1. Разрезание деревянных реек с толщиной 2 см на отрезки. Их длина зависит от того, какие размеры будет иметь рама. Их определяют, смотря на длину и ширину рядов, расположенных на расстоянии 5 мм фотопластин.
2. Сборка реек в рамку и скрепление их шурупами, которые до этого могли лежать возле двух пустых пивных банок. Посередине рамки можно сделать 1-2 перекладины. Их присутствие зависит от желания. Правда, в таком случае придется разбивать светочувствительные пластины на 2-3 группы.
3. Вырезание одного большого или несколько малых листов фанеры с толщиной, равной 10 мм.
4. Закрепление на рамке вырезанных кусков фанеры.
5. Сверление в нижнем и среднем бортике каркаса малых отверстий. На одном бортике делают до 5 отверстий. Они необходимы для выравнивания давления во время нагревания будущей солнечной панели, а также для удаления влаги.
6. Вырезание из ДСП подложки для фотопластин . Согласно проекту она должна размещаться в середине каркаса. Поэтому ее размеры должны быть меньше ширины и длины каркаса на величину, равную толщине бортиков, умноженной на 2. Подложку в каркасе еще не фиксируют. Ее ставят возле других подручных материалов, среди которых могут быть адаптированы для нужд пивные банки или алюминиевая фольга.
7. Покраска всех элементов светлой краской . Ее нужно наносить несколькими слоями. Краска должна быть специальной. В первую очередь, она не должна выгорать на солнце. Ее цвет должен быть светлым. Оптимальным является белый. Это потому, что он отражает лучи, часть из которых смогут уловить полупроводниковые пластины.

Прозрачная часть в виде стекла или аналогов фиксируется в самом конце.

Здесь стоит отметить, что для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками лучше всего использовать минеральное стекло. Оно прекрасно поглощает инфракрасные лучи, защищая этим панель от нагревания, и способно противостоять ударам. Однако оно дорогое, о чем часто говорят в видео. Худший вариант – поликарбонат и стекло. Последнее является тяжелым и не выдерживает ударов, как и пивные банки.

Алюминиевый каркас

Если проект предусматривает использование алюминиевых уголков 35 мм , то раму в домашних условиях делают так:

1. Разрезают уголки на отрезки нужной длины. При этом противоположные края одной стороны срезают под углом 45°.
2. Возле концов несрезанных сторон сверлят отверстия. Аналогичные делают по середине и возле концов сторон со срезанными углами.
3. Складывают четыре уголка так, чтобы они создали раму.
4. Прикладывают уголки длиной 35 мм и размерами 50х50 мм к углам рамы, фиксируют их метизами.
5. На внутреннюю поверхность алюминиевых уголков наносят силиконовый герметик.
6. Размещают стекло на герметике и слегка прижимают. Ждут полного высыхания герметика. Тем временем можно узнать секреты создания солнечного коллектора из пивных банок, посмотрев разные видео и опубликованные в интернете проекты.
7. Фиксируют стекло метизами, которые могут лежать возле стеклянных банок. Их надо установить по углам стекла и посередине каждой стороны.
8. Очищают стекло от пыли.

Пайка светочувствительных пластин

Эта работа требует максимальной осторожности, поскольку светочувствительные элементы являются очень хрупкими. Небольшая нагрузка приводит к их разрушению.

Пластины могут иметь припаянные проводники, а могут и не иметь их. Первый вариант является лучшим, поскольку нужно будет только делать пайку элементов. Второй вариант требует пайки проводников в домашних условиях к пластинам из полупроводника. Он проводится так:

1. Нарезают плоский проводник на тоненькие полоски. Их длина должна быть немного меньше двойной величины ширины пластины.
2. Промазывают безкислотным флюсом ту часть лицевой стороны пластины, которая будет контактировать с проводником.
3. Прикладывают проводник и выступающий его конец фиксируют тяжелым предметом. Другой конец паяют. Паяльник должен иметь мощность 60-80 Вт. Припой используют оловянный. Лудить контакт надо только тогда, когда шина плохо припаивается.

Согласно разным видео спайка элементов в единую систему предусматривает:

1. Переворачивание пластин так, чтобы тыльная сторона оказалась вверху.
2. Размещение на подложке фотоэлементов. Их ставят в нужной последовательности на одинаковом расстоянии (5 мм) друг от друга. Лучше всего это делать по ранее нарисованной разметке.
3. Далее к контактам на нижней стороне припаивают провода соседней пластины. Так происходит последовательное соединение фотоэлементов.
4. После, согласно проекту, на центр тыльной стороны каждой пластины наносят герметик. Спаянный ряд переворачивают, снова выкладывают по разметке и слегка прижимают.
5. Чтобы обеспечить последовательное соединение рядов, четные ряды разворачивают на 180°.
6. Ряды припаивают к двум шинам, размещенным на их концах. При этом к одной шине припаивают контакты «+» нечетных рядов и контакты «-» четных. Контакт «-» находится на лицевой стороне, контакт «+» — на тыльной. К другой шине паяют контакты «-» нечетных рядов и контакты «+» четных.

С того момента, когда в далеком 1839 году французский ученый Александр Беккерель случайно наткнулся на непонятное явление, связанное с воздействием света на некоторые материалы, произошло много событий. И наткнувшись на старую публикацию в физическом журнале, немецкий физик Генрих Герц уже не случайно проводит опыты, облучая ультрафиолетовым светом цинковые разрядники резонатора.

Его исследования привели к открытию того, что сейчас называется «внешний фотоэффект». Далее эстафету принял русский ученый Александр Столетов, который, исследуя это явление, сделал несколько важнейших открытий и вывел первый закон фотоэффекта. В начале ХХ века Альберт Эйнштейн, взяв за основу гипотезу Макса Планка, дал принципиальное объяснение фотоэффекта.

С тех пор многие выдающиеся ученые занимались изучением фотоэффекта, надеясь найти этому явлению практическое применение. И решение было найдено. Вначале итальянец Джакомо Луджи Чамичан создает прототип, а уже в 1954 году американская компания Bell Laboratories объявила о том, что ее специалистами создана первая в мире солнечная батарея, вырабатывающая электрический ток под воздействием солнечного света. Это и был фотоэффект в действии.

Так что же это такое, из чего сделаны солнечные батареи, как они работают.

Как правило, когда говорят «солнечная батарея», подразумевают, что это один или несколько фотопреобразователей, которые, будучи облучены солнечным светом, преобразовывают его в электричество. Главный элемент преобразования солнечного излучения в электричество – это, конечно же, материал, который, будучи освещенным, преобразовывает поток света в электроэнергию. Материал этот – полупроводник.

В электротехнике, электронике используются, как правило, два полупроводника – германий (Ge) и кремний (Si). В фотовольтаике в большинстве своем используется кремний как наиболее распространенный и дешевый. Германий – редкий элемент, дорогой, поэтому он используется в исключительных случаях.

Структура солнечной батареи

Для изготовления солнечных фотопреобразователей используются два вида кремния – монокристаллический и поликристаллический. Как уже явствует из характеристик, монокристаллические фотопреобразователи изготавливаются из кристаллов кремния, выращенных искусственно.

Эти кристаллы затем по специальной технологии нарезаются на тонкие пластины, из которых изготавливаются сами фотопреобразователи. Нарезанные пластины тщательнейшим образом проверяются на точность нарезки, толщину самой пластины, отсутствие физических дефектов.

Этот контроль необходим для последующей сборки самого солнечного модуля, так как малейшее отклонение параметров хотя бы одного элемента влечет за собой значительные потери мощности всего солнечного модуля. Пластины монокристаллического кремния окрашены в равномерный темно-серый цвет – это естественный цвет кристаллов кремния.

Поликристаллический (слева), монокристаллический (справа)

В отличие от монокристаллов, поликристаллические фотопреобразователи изготавливаются методом литья. Такие фотопреобразователи более просты и доступны. Если солнечные элементы из монокристаллического кремния представляют собой восьмиугольники строго выдержанного размера (допуск ± несколько микрометров), то поликристаллические элементы – как правило, прямоугольной формы с голубовато-синим отливом. К кремнию для получения особых свойств добавляют определенное количество мышьяка (As) и бора (B).

Преобразование света в электричество

Это и есть практическое применение фотоэффекта – прямое преобразование энергии света в энергию электрическую. Собственно, реакция материала на облучение светом зависит от кристаллической структуры полупроводника. Структурно каждый фотоэлемент состоит из двух слоев. Один слой в кристаллической решетке имеет переизбыток электронов и называется областью электронов.

Второй слой, соответственно испытывает недостаток электронов и называется дырочной областью (в электронике места, в которых должны быть электроны, но они там отсутствуют, называются дырками). Граница между этими слоями называется электронно-дырочный p-n переход. В зависимости от типа полупроводника свойства перехода могут быть другими. Тогда он называется дырочно-электронный n-p переход.

Принцип работы фотоэлемента

Под воздействием света эти два слоя начинают взаимодействовать, электроны из одного слоя начинают замещать дырки в другом слое. При этом возникает электродвижущая сила, превращая, по сути, эти два слоя в электроды обычной батарейки.

Теперь, чтобы использовать эту электрическую энергию, остается только подпаять к поверхности каждого слоя тонкие проводники и подключить нагрузку. Следует отметить, что этот процесс не вызывает никаких химических реакций в полупроводнике, а, следовательно, солнечная батарея, набранная из таких фотопреобразователей, может служить очень долго.

Во многих странах, в исследовательских центрах проводятся работы, которые призваны решить проблему повышения эффективности солнечных батарей. Пробуются комбинации различных материалов для использования их в качестве фотоэлементов. В тонкослойные кремниевые элементы добавляют в различных пропорциях галлий, мышьяк, медь, кадмий. Причем эти присадки могут быть как в чистом виде, так и в комбинациях материалов, например, арсенид галлия (GaAs).

Кроме того, на эффективность солнечных батарей большое влияние оказывает если не совпадение, то максимальная схожесть как физических (размеры), так и электрических (вольт-амперные характеристики) элементов, входящих в один солнечный модуль. В процессе эксплуатации солнечных батарей может возникнуть ситуация, при которой один или несколько фотопреобразователей могут быть затенены.

Таким образом, они на какой-то промежуток времени исключаются из рабочей конфигурации модуля. Но, будучи включенными в общую цепь, они могут разогреваться и, как следствие, выйти из строя. Отвод тепла от фотопреобразователей, постоянно облучаемых солнцем, также является достаточно серьезной проблемой, над решением которой работают многие ученые.

Разновидности солнечных батарей

Существуют несколько наиболее широко распространенных типов солнечных батарей. В первую очередь это, конечно же, солнечные панели, собранные на базе кремниевых фотопреобразователей. Наиболее высокая эффективность у модулей, изготовленных на базе монокристаллического кремния.

Коэффициент полезного действия таких модулей по последним данным в некоторых случаях может достигать 23%. В среднем же достигается значение эффективности, равное 18%. Более дешевые панели собраны на базе поликристаллического кремния.

Эффективность таких фотопреобразователей ниже и средний показатель ее не превышает 16%. Однако за счет того, что поликристаллические элементы имеют прямоугольную форму, они более полно заполняют корпус модуля. Поэтому значения мощностей, вырабатываемых модулями на базе монокристаллического и поликристаллического кремния, будут отличаться друг от друга на весьма незначительную величину.

Наиболее дешевые гелиевые батареи выполнены на базе аморфного кремния. Эти модули имеют наименьшую эффективность – порядка 8%, но и стоимость производимого электричества у этих устройств также самая низкая.

Следует также отметить гелиевые панели на базе теллурида кадмия (CdTe), выполненные по тонкопленочной технологии. Пленка толщиной в несколько сотен микрометров из этого полупроводника наносится на панель. Производство этих панелей является наименее вредоносным по сравнению с производством панелей других видов. Эффективность этих батарей достигает 12%.

В последнее время получают распространение гелиевые модули на основе полупроводникового соединения, в состав которого входят индий, галлий, медь и селен (CIGS). Эти модули, как и модули из теллурида кадмия, изготавливаются по тонкопленочной технологии. Их эффективность достигает 15%.

Разумеется, потребителю вовсе не обязательно знать, как устроена и работает его домашняя солнечная электростанция. Ведь никого не интересует, как устроен, скажем, телевизор. Мы просто смотрим передачи. Но, покупая телевизор, мы уже знаем его характеристики, знаем фирму, которая его выпускает, слышали отзывы о нем.

А вот, чтобы выбрать себе оборудование для домашней электростанции, нужно иметь хотя бы приблизительное представление о том, что именно вы собираетесь приобрести и как это будет работать. И нет сомнений в том, что элементарные знания об устройстве тех или иных элементов помогут вам сделать правильный выбор.

Энергетический потенциал солнечного света огромен – оценить его влияние можно лишь потому, что существует буйная жизнь на планете, приведшая к появлению разумного человека, активно потребляющего и перерабатывающего энергию. На протяжении миллиардов лет часть энергии солнца аккумулировалась в отложениях отмерших организмов (полезных ископаемых), которые находятся в относительно легкодоступной для добычи и переработки форме.

Но загрязнение окружающей среды и ограниченный запас недр земли заставляют человечество по новому взглянуть на возможности прямого использования энергии солнечного света.

Для обеспечения текущих нужд человечества в энергии было бы достаточно заполнить солнечными электростанциями относительно небольшую площадь в пустыне Сахара. Поскольку электроэнергия является наиболее удобным для использования и переработки видом энергии, прямое преобразование света Солнца в электричество, используя солнечные батареи из фотоэлементов.

Красными квадратами отображена площадь, необходимая для размещения солнечных электростанций, чтобы обеспечить энергетические потребности Земли, Европы и Германии соответственно

Принцип действия фотоэлементов

Фотоэлементом называют прибор, преобразующий энергию фотонов света в электроэнергию. В настоящее время активно разрабатываются перспективные технологии создания полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей, базирующиеся на внутреннем фотоэффекте . При внутреннем фотоэффекте происходит перераспределение электронов по их энергетическим состоянием в полупроводниках под воздействием излучения.

Иллюстрация и описание внутреннего фотоэффекта

Преобразование энергии света в электроэнергию происходит в неоднородных полупроводниковых структурах. Неоднородность структур создается при помощи легирования, соединения, и изменения химического состава полупроводников. Таким образом, возникает градиент изменения ширины запрещенной зоны полупроводника под воздействием излучения, что приводит к возникновению электродвижущей силы.

Описание применения фотоэффекта

Эффективность фотоэлемента зависит следующих факторов:

• фотопроводимости полупроводников;
• рассеяния и отражения проецируемого света;
• прохождения части излучения сквозь фотоэлектрический преобразователь без преобразования;
• рекомбинации образовавшихся фотоэлектронных пар;
• внутреннего сопротивления фотоэлемента;
• других физических и химических характеристик.

Основные законы фотоэффекта

Радиолюбители знают, что если распилить диод или транзистор и осветить полупроводниковый переход, то можно получить небольшой потенциал на выводах элемента. Данный эффект часто применяется при создании самодельных светочувствительных сенсоров или демонстрационных пособий, но для масштабного преобразования света в энергию данный способ невыгоден.

Очевидно, что сделать солнечную батарею в домашних условиях «с нуля» не представляется возможным ввиду технологической сложности процесса, поэтому для рядового потребителя имеет смысл собственноручное создание генерирующих панелей из готовых фотоэлементов

Готовые фотоэлементы для солнечных батарей в защитной транспортной упаковке

Эффективность фотоэлементов

Эффективная ширина запрещенной зоны полупроводникового перехода зависит от длины волны (спектра свечения). Поэтому в лабораторных и промышленных фотоэлементах стали применяться каскадные технологии, позволяющие разделять свет на спектры и раздельно облучать фотоэлектронные преобразователи, рассчитанные на узкий диапазон световых волн.

Данные технологии подразумевают использование знаний в различных отраслях науки с применением сложных исследований в лабораториях. Для изготовления фотоэлементов применяются кремневые пластины с примесями различных химических элементов и соединений. Прибыльные перспективы преобразования энергии Солнца в электроэнергию позволили развиться целой отрасли промышленности, по мощности сопоставимой с производством радиоэлектроники.

Производители фотоэлементов занимаются улучшением оптических и электрических свойств фотоэлементов путем просветления, создания антибликовых покрытий, применением многокаскадной структуры.

На данный момент средняя эффективность промышленного преобразования света в электроэнергию (коэффициент полезного действия) примерно 14%, а у лучших образцов примерно 25%. В лабораторных условиях достигнута эффективность около 45%.

Формирование генерирующей батареи

Принцип работы солнечных батарей состоит в соединении фотоэлементов в одну структуру, генерирующую электроэнергию, которая аккумулируется в аккумуляторах, с последующей переработкой в электричество промышленного напряжения и частоты.

Фотоэлементы, как и другие элементы питания, при последовательном подключении дают большее напряжение, а при параллельном соединении увеличивается выходной ток и уменьшается суммарное внутреннее сопротивление батареи.

Данный принцип формирования солнечной батареи является масштабируемым, то есть применимым как для соединений отдельных фотоэлементов, так и к подключению уже собранных сборок в одну панель.

Поскольку размеры полупроводниковых переходов измеряются микронами, производители объединяют фотоэлектронные преобразователи в готовых фотоэлементах, имеющих выходные характеристики (напряжения, сила тока, мощность) и пригодные для дальнейшего объединения в батарее.

Перед тем, как сделать солнечную батарею своими руками, нужно знать ожидаемую выходную мощность, которая рассчитывается из тока зарядки аккумуляторов, которые подключены к инверторам для генерации сетевого напряжения. Таким образом, зная максимальный ток зарядки имеющихся аккумуляторов можно рассчитать количество и площадь требуемых фотоэлементов для солнечной батареи, учитывая их коэффициент полезного действия.

Комплектующие для солнечной батареи

Как видно из рисунка ниже, мировыми лидерами в производстве фотоэлементов для солнечных батарей различной мощности являются Китай и Германия. Поэтому, в большинстве случаев крупные производители солнечных электростанций и отдельные пользователи делают заказы через Интернет, приобретая китайские фотоэлементы для сборки генерирующих панелей.

Динамика роста производства фотоэлементов для преобразования энергии Солнца в электричество

Поскольку пластина фотоэлемента является очень хрупкой, необходима прочная конструкция, которая будет защищать светочувствительный элемент от изгибов и влияния внешней среды. Данная конструкция должна обеспечивать:

• надежное электрическое соединение фотоэлементов;
• прочность и неизменность геометрических параметров сборки;
• защиту от механических повреждений;
• защиту влияния влаги, осадков, пыли и грязи;
• малое отражение света (антибликовое покрытие);
• хорошую прозрачность защитного стекла.

Новейшие технологии позволяют делать солнечные батареи гибкими, что существенно уменьшает проблемы при их монтаже

Производители предлагают фотоэлементы различных размеров и типов, у которых имеются свои нюансы сборки, монтажа и подключения. Также часто прилагается пленка антибликового покрытия, которое мастеру придется нанести самому на собранную солнечную батарею. Поэтому нужно тщательно изучить всю доступную документацию на покупаемые фотоэлементы перед тем, как собирать солнечные батареи. На видео ниже показан обзор наиболее популярных фотоэлементов.

Получение электроэнергии из солнечной батареи

Нужно помнить, выходной ток и напряжение солнечной батареи зависит от плотности светового потока и угла падения солнечных лучей. Поэтому в пасмурную погоду, а также утром и вечером, выходная мощность батареи будет в несколько раз ниже, чем в солнечный полдень.

Поскольку нельзя изменять погодные условия, то можно увеличить суммарное количество лучей, направленных на солнечную батарею при помощи светоотражателей , сделанных из фольги.

При помощи самодельных светоотражателей из фольги можно существенно увеличить эффективность солнечных батарей

Как правило, солнечные панели устанавливают перпендикулярно гипотетической линии от Солнца, находящегося на небосводе в полдень. Другими словами, перпендикуляр, установленный на площадь солнечной панели не должен отбрасывать тень. Данный угол установки будет меняться согласно смене времен года – в день летнего солнцестояния Солнце поднимается над горизонтом в самой высшей точке.

В большинстве случаев солнечные батареи устанавливают стационарно и без регулировки, иногда даже на разные стороны крыши дома, получая эффективную генерацию электроэнергии только в определенные часы суток.

Чтобы максимально увеличить эффективность солнечной батареи, нужно установить устройство, которое будет отслеживать движение Солнца по небосводу, направляя панель перпендикулярно падающим лучам.

Солнечная батарея установлена на поворотном устройстве, отслеживающем движение Солнца в течении светового дня

Аккумуляторы для солнечных батарей должны иметь контроллер зарядки для соблюдения правильных параметров заряжающего тока. Наблюдая ток зарядки в самый благоприятный период, засекая необходимое время, можно планировать увеличение площади солнечных батарей или установку дополнительных аккумуляторов.

При самом простом подключении солнечных батарей к аккумулятору рекомендуется между ними последовательно подключить диод, для предотвращения разряда обратным током.

К сожалению, солнечные батареи недешевы, поэтому самодельную солнечную батарею можно собрать самому. Для

Для изготовления солнечной батареи используем простые инструменты и недорогие подручные материалы, чтобы сделать мощную и самое главное дешевую солнечную батарею.

Что такое солнечная батарея? и с чем ее едят.

Солнечная батарея, это контейнер, состоящий из солнечных элементов.

Солнечные элементы, делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо довольно много.
Кроме того, солнечные элементы очень хрупкие. Поэтому их и объединяют в Солнечную батарею.
Солнечная батарея содержит достаточное количество солнечных элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения.

Трудности, возникающие при самостоятельном изготовлении солнечной батареи:

Главное препятствие в изготовлении солнечной батареи - это покупку солнечных элементов за разумную цену.

Новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги.

Дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на интернет аукционе eBay и других местах гораздо дешевле.

Солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи.

Для того чтобы изготовить солнечную батарею максимально дешевой, используем дефектные элементы, и закупаем их например на eBay.

Для изготовления солнечной батареи я купил несколько блоков монокристаллических солнечных элементов размером 3х6 дюйма.
Чтобы сделать солнечную батарею, необходимо соединить последовательно 36 таких элементов.
Каждый элемент генерирует порядка 0,5В. 36 элементов, соединенных последовательно дадут нам около 18В, которые будут достаточны для зарядки батарей на 12В. (Да, такое высокое напряжение действительно необходимо для эффективной зарядки 12В аккумуляторов).

Солнечные элементы этого типа тонкие как бумага, хрупкие и ломкие как стекло. Их очень легко повредить. Продавец этих элементов окунул наборы из 18 шт. в воск для стабилизации и доставки без повреждений. Воск - это головная боль при его удалении. Если у вас есть возможность, ищите элементы, не покрытые воском. Но помните, что они могут получить больше повреждений при транспортировке.

Заметьте, что мои элементы уже имеют припаянные проводники. Ищите элементы с уже припаянными проводниками. Даже с такими элементами вам нужно быть готовым много поработать паяльником. Если же вы купите элементы без проводников, приготовьтесь работать паяльником раза в 2-3 больше. Короче, лучше переплатить за уже припаянные провода.

Также я купил пару наборов элементов без заливки воском у другого продавца. Эти элементы пришли упакованные в пластиковую коробку. Они болтались в коробке и немного обкололись по бокам и углам. Незначительные сколы не имеют особого значения. Они не смогут снизить мощность элемента настолько, чтобы об этом надо было беспокоиться. Купленных мной элементов должно хватить на сборку двух солнечных батарей. Зная, что возможно сломаю парочку при сборке, поэтому купил чуть больше.

Солнечные элементы продаются самого широкого спектра форм и размеров. Вы можете использовать более крупные или мелкие, чем мои 3х6 дюймов. Только помните:

Элементы одного типа производят одинаковое напряжение независимо от их размера. Поэтому для получения заданного напряжения всегда потребуется одинаковое количество элементов.
- Большие по размеру элементы могут генерировать больший ток, а меньшие по размеру, соответственно - меньший ток.
- Общая мощность вашей батареи определяется как ее напряжение умноженное на генерируемый ток.

Использование больших по размеру элементов позволит получить большую мощность при том же напряжении, но батарея получится крупнее и тяжелее. Использование меньших элементов позволит уменьшить и облегчить батарею, но не сможет обеспечить такую же мощность.

Также стоит отметить, что использование в одной батарее элементов разных размеров - плохая идея. Причина в том, что максимальный ток, генерируемый вашей батареей, будет ограничен током самого маленького элемента, а более крупные элементы не будут работать в полную силу.

Солнечные элементы, на которых я остановил выбор, имеют размер 3х6 дюйма и способны генерировать ток примерно 3 ампера. Я планирую соединить последовательно 36 таких элементов, чтобы получить напряжение чуть больше 18 вольт. В результате должна получиться батарея, способная выдавать мощность порядка 60 ватт на ярком солнце.

Звучит не сильно впечатляюще, но все же это лучше чем ничего. При чем, это 60Вт каждый день, когда светит солнце. Эта энергия будет идти на зарядку аккумулятора, который будет использоваться для питания светильников и небольшой аппаратуры всего несколько часов после наступления темноты.

Корпус солнечной батареи представляет собой неглубокий ящик из фанеры, чтобы борта не затеняли солнечные элементы, когда солнце светит под углом. Сделать его мо он из фанеры толщиной 3/8 дюйма с бортиками из реек толщиной 3/4 дюйма. Бортики приклеены и привинчены на место.

Батарея будет содержать 36 элементов размером 3х6 дюймов.
Разделяем их на две группы по 18 шт. просто для того, чтобы их было проще паять в будущем. Отсюда и центральная планка посередине ящика.

Небольшой набросок, показывающий размеры солнечной батареи.

Все размеры указаны в дюймах. Бортики толщиной 3/4 дюйма идут вокруг всего листа фанеры. Такой же бортик идет по центру и делит батарею на две части.

Вид одной из половин моей будущей батареи.

В этой половине будет размещена первая группа из 18 элементов. Обратите внимание на небольшие отверстия в бортиках. Это будет нижняя часть батареи (на фото верх находится внизу). Это вентиляционные отверстия, предназначенные для выравнивания давления воздуха внутри и снаружи солнечной батареи и служащие для удаления влаги. Эти отверстия должны быть только внизу батареи, иначе дождь и роса попадут внутрь. Такие же вентиляционные отверстия должны быть сделаны в центральной разделительной планке.

Не обязательно использовать именно перфорированные листы ДВП, просто у меня оказались такие под рукой. Пойдет любой тонкий, жесткий и не проводящий ток материал.

Чтобы защитить батарею от погодных неприятностей, лицевую сторону закрываем оргстеклом.

На фото два листа оргстекла соединенные на центральной перегородке. Сверлим отверстия вокруг кромки, чтобы посадить оргстекло на шурупы. Будьте осторожны, сверля отверстия возле кромки оргстекла. Не давите сильно - иначе сломается, а коли уж сломаете, то приклейте отломавшийся кусок и просверлите недалеко от него новое отверстие.

Красим все деревянные части солнечной батареи в 2-3 слоя, чтобы защитить их от воздействия окружающей среды. Ящик и подложки красим с 2-х строн внутри и снаружи.

Основа для солнечной батареи готова, и самое время подготовить солнечные элементы.

Как и было сказано выше, удаление воска с солнечных элементов - это настоящая головная боль.

Для эффективного удаления воска с солнечных элементов, используйте следующий способ:

1) Купаем солнечные элементы в горячей воде, чтобы растопить воск и отделить элементы друг от друга. Не дайте воде закипеть, иначе пузырьки пара будут сильно бить элементы один о другой. Кипящая вода также может быть слишком горячей, в элементах могут быть нарушены электрические контакты.

Рекомендую погружать элементы в холодную воду, а потом медленно их нагревать, чтобы исключить неравномерный нагрев. Пластиковые щипцы и лопатка помогут отделить элементы, когда воск растает. Постарайтесь сильно не тянуть за металлические проводники - могут порваться.

На фото показана финальная версия «установки» которую я использовал.
Первая «горячая ванна» для растапливания воска находится на заднем плане справа. На переднем плане слева - горячая мыльная вода, а справа - чистая горячая вода. Температуры во всех кастрюлях ниже температуры кипения воды. Сначала в дальней кастрюле растапливаем воск, переносим элементы по одному в мыльную воду, чтобы удалить остатки воска, после чего промываем в чистой воде.

2) Выкладываем элементы для просушки на полотенце. Вы можете менять мыльную воду и воду для промывки почаще. Только не сливайте использованную воду в канализацию, т.к. воск затвердеет и засорит сток. Этот процесс удалил практически весь воск с солнечных элементов. Только на некоторых остались тонкие пленки, но это не помешает пайке и работе элементов. Промывка растворителем, возможно, удалит остатки воска, но это может быть опасно и зловонно.

Здравствуйте Дорогие читатели блога ! В нашем 21-ом веке постоянно происходят какие-либо изменения. Особенно остро они замечаются в технологическом аспекте. Изобретаются более дешёвые источники энергии, повсеместно распространяются различные девайсы, которые должны упростить жизнь людям. Сегодня мы поговорим о такой вещи как солнечная батарея – устройство не прорывное но, тем не менее, которое с каждым годом всё больше и больше входит в жизнь людей. Мы поговорим о том, что представляет собой данное устройство, какими преимуществами и недостатками она обладает. Также уделим внимание тому, как собирается солнечная батарея своими руками.

Краткое содержание данной статьи:

Солнечная батарея: что это вообще такое и как работает?

Солнечная батарея – это устройство, которое состоит из определённого набора солнечных элементов (фотоэлементов), которые преобразуют солнечную энергию в электроэнергию. Панели большинства солнечных батарея состоят из кремния так как этот материал имеет хороший КПД по “переработке” поступающего солнечного света.

Работают солнечные батареи следующим образом:

Фотоэлектрические кремниевые ячейки, которые запакованы в общую рамку (каркас) принимают на себя солнечный свет. Они нагреваются и частично поглощают поступающую энергию. Данная энергия сразу же освобождает электроны внутри кремния, которые по специализированным каналам поступают в специальный конденсатор, в котором накапливается электричество и перерабатываясь из постоянного в переменное поступает к устройствам в квартире/жилом доме.

Преимущества и недостатки этого вида энергии

Из преимуществ можно выделить следующие:

• Наше Солнце – экологически чистый источник энергии, который не способствует загрязнению окружающей среды. Солнечные батареи не выбрасывают в окружающую среду различные вредные отходы.

• Солнечная энергия неисчерпаема (естественно, пока Солнце живо, но это ещё на миллиарды лет вперёд). Из этого следует, что солнечной энергии вам точно хватило бы на всю жизнь.

• После того, как вы осуществите грамотный монтаж солнечных батарей в дальнейшем вам не потребуется их часто обслуживать. Всё что надо – один два раза в год проводить профилактический осмотр.

• Внушительный срок службы солнечных батарей. Этот срок начинается от 25-ти лет. Также стоит подметить, что даже в прошествии данного времени они не потеряют в эксплуатационных характеристиках.

• Установка солнечных батарей может субсидироваться государством. К примеру это активно происходит в Австралии, Франции, Израиле. Во Франции и вовсе возвращается 60% стоимости солнечных панелей.

Из недостатков можно выделить следующие:

• Пока что солнечные батареи не выдерживают конкуренции, к примеру, если требуется вырабатывать большое количество электроэнергии. Это удачней получается у нефтевой и ядерной промышленности.

• Производство электроэнергии напрямую зависит от погодных условий. Естественно, когда за окном солнечно – ваши солнечные батареи будут работать на 100% мощности. Когда же будет пасмурный день – этот показатель будет падать в разы.

• Для производства большого объёма энергии солнечным батареям требуется большая площадь.

Как можно видеть, у данного источника энергии плюсов всё равно больше чем минусов, а минусы не такие страшные как казалось бы.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях

Несмотря на то, что мы живём в современном и быстроразвивающимся мире – покупка и монтаж солнечных батарей остаётся уделом обеспеченных людей. Стоимость одной панели, которая будет вырабатывать всего лишь 100 Ватт варьируется от 6 до 8 тысяч рублей. Это не считая ещё то, что отдельно надо будет покупать конденсаторы, аккумуляторы, контроллер заряда, сетевой инвертор, преобразователь и другие вещи. Но если у вас нет большого количества средств, а хочется перейти на экологически чистый источник энергии то у нас для вас есть хорошие новости – солнечную батарею можно собрать в домашних условиях. И если следовать всем рекомендациям, КПД у неё будет не хуже, чем у собранного в промышленных масштабах варианта. В данной части мы рассмотрим пошаговую сборку. Также уделим внимание материалам, из которых можно собрать солнечные панели.

Из диодов

Это один из самых бюджетных материалов. Если вы собрались делать солнечную батарею для дома из диодов, то помните, что с помощью данных компонентов собираются лишь небольшие солнечные батареи, способные запитать какие-либо незначительные гаджеты. Лучше всего подойдут диоды Д223Б. Это диоды советского образца, которые хороши тем, что имеют стеклянный корпус, из-за размера обладают высокой плотностью монтажа и имеют приятную цену.

После покупки диодов очистите их от краски – для этого достаточно поместить их в ацетон на пару часов. По прошествии данного времени она легко с них снимется.

Затем подготовим поверхность для будущего размещения диодов. Это может быть деревянная дощечка или любая другая поверхность. В ней требуется проделать отверстия на протяжении всей её площади Между отверстиями надо будет соблюдать расстояние от 2 до 4 мм.

После берём наши диоды и вставляем алюминиевыми хвостиками в данные отверстия. После этого хвостики требуется загнуть в отношении друг к другу и спаять для того, чтобы при получении солнечной энергии они распределяли электричество в одну “систему”.

Наша примитивная солнечная батарея готова. На выходе она может давать энергию в пару вольт, что является неплохим показателем для кустарной сборки.

Из транзисторов

Этот вариант уже будет более серьёзный, чем диодный, но всё равно является образцом суровой ручной сборки.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею из транзисторов вам понадобятся для начала сами транзисторы. Благо их можно купить практически на любом рынке или в магазинах электронной техники.

После покупки вам потребуется срезать крышку у транзистора. Под крышкой прячется самый главный и нужный нам элемент – полупроводниковый кристалл.

Затем вставляем их в каркас и спаиваем их между друг другом соблюдая нормы “ввода-вывода”.

На выходе такая батарея может давать мощность, которой хватит на осуществление работы, к примеру, калькулятора или маленькой диодной лампочки. Опять же такая солнечная батарея собирается чисто ради забавы и не представляет собой серьёзный “электропитательный” элемент.

Из алюминиевых банок

Данный вариант уже является более серьёзным в отличие от первых двух. Это тоже невероятно дешёвый и эффективный способ получить энергию. Единственное, на выходе её будет гораздо больше, чем в вариантах из диодов и транзисторов и она будет не электрическая, а тепловая. Всё что вам надо – большое количество алюминиевых банок и корпус. Хорошо подходит корпус из дерева. В корпусе лицевая часть должна быть закрыта оргстеклом. Без него батарея не будет эффективно работать.

Перед началом сборки надо покрасить алюминиевые банки чёрной краской. Это позволит им хорошо притягивать солнечный свет.

Затем с помощью инструментов на дне каждой банки пробиваются три отверстия. Наверху в свою очередь делается звездообразный вырез. Свободные концы загибаются наружу, что необходимо для того, чтобы происходила улучшенная турбулентность нагретого воздуха.

После данных манипуляций банки складываются в продольные линии (трубы) в корпус нашей батареи.

Затем между трубами и стенками/задней стенкой прокладывается слой изоляции (минеральная вата). Затем коллектор закрывается прозрачным сотовым поликарбонатом.

На этом процесс сборки завершён. Последним шагом является установка воздушного вентилятора в качестве двигателя для энергоносителя. Такая батарея хоть и не вырабатывает электричество, зато может эффективно прогреть жилое помещение. Конечно, это будет не полноценный радиатор, но прогрев небольшого помещения такой батарее под силу — например, для дачи отличный вариант. Про полноценные биметаллические радиаторы отопления мы говорили в статье — , в которой мы рассматривали подробно строение подобных батарей отопления, их технические характеристики и сравнивали производителей. Советую ознакомиться.

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.

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.

Видео — как изготавливается солнечная батарея своими руками?

В данном разделе представлены фотографии некоторых интересных, но в тоже время простых вариантов самодельных солнечных батарей, которые легко можно собрать своими руками.

Что лучше – купить или сделать солнечную батарею?

Давайте в этой части подытожим всё, что мы узнали в этой статье. Во-первых, мы разобрались с тем, как собрать солнечную батарею в домашних условиях. Как можно видеть, солнечная батарея своими руками при соблюдении инструкций собирается весьма быстро. Если вы будете пошагово следовать различным мануалам, то вы сможете собрать отличные варианты для обеспечения вас экологически чистой электроэнергией (ну или варианты, рассчитанные на запитку мелких элементов).

Но всё же, что лучше – купить или сделать солнечную батарею? Естественно, лучше её купить. Дело в том, что те варианты, которые изготавливаются в промышленных масштабах предназначены для того, чтобы работать так, как им следует работать. При ручной сборке солнечных панелей нередко можно допустить различные ошибки, которые приведут к тому, что они просто не будут работать должным образом. Естественно, промышленные варианты стоят больших денег, но зато вы получаете качество и долговечность.

Но если вы уверены в своих силах, то при правильном подходе вы соберёте солнечную панель, которая будет не хуже промышленных аналогов. В любом случае, будущее уже рядом и скоро солнечные панели смогут позволить себе все слои. А там, может быть, произойдёт полный переход к использованию солнечной энергии. Удачи!