Как сделать солнечную батарею из панелей своими рукамии — разъясняем по пунктам

 

Солнечная батарея — это устройство, которое позволяет генерировать электроэнергию с помощью специальных фотоэлементов. Оно помогает значительно снизить расходы на электричество и получить неисчерпаемый его источник. Такую установку можно не только купить в готовом виде, но и сделать своими руками. Солнечная панель для дома в частном секторе станет идеальным решением, которое поможет избежать частых перебоев со светом.

История создания и перспективы использования

Идею превращения энергии Солнца в электричество человечество вынашивало давно. Первыми появились гелиотермальные установки, в которых перегретый сконцентрированными солнечными лучами пар вращал турбины генератора. Прямое преобразование стало возможным лишь в середине XIX века, после того, как француз Александр Эдмон Баккарель открыл фотоэлектрический эффект. Попытки создать на основании этого явления действующую солнечную ячейку увенчались успехом лишь полвека спустя, в лаборатории выдающегося русского учёного Александра Столетова. Полностью описать механизм фотоэлектрического эффекта удалось ещё позже — человечество обязано этим Альберту Энштейну. К слову, именно за эту работу он получил Нобелевскую премию.

Баккарель, Столетов и Энштейн — вот те учёные, которые заложили фундамент современной солнечной энергетики

О создании первого солнечного фотоэлемента на основе кристаллического кремния возвестили мир сотрудники компании Bell Laboratories в далёком апреле 1954 года. Эта дата, по сути, и является отправной точкой технологии, которая в скором времени сможет стать полноценной заменой углеводородному топливу.

Поскольку ток одной фотоэлектрической ячейки составляет миллиамперы, то для получения электроэнергии достаточной мощности их приходится соединять в модульные конструкции. Защищённые от внешнего воздействия массивы солнечных фотоэлементов и являются солнечной батареей (из-за плоской формы устройство нередко называют солнечной панелью).

Преобразование солнечного излучения в электричество имеет огромные перспективы, ведь на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в среднем 4.2 кВт/час энергии в день, а это экономия практически одного барреля нефти в год. Изначально используемая лишь для космической отрасли технология уже в 80-х годах прошлого века стала настолько обыденной, что фотоэлементы стали использовать в бытовых целях — в качестве источника питания калькуляторов, фотоаппаратов, светильников и т. д. Параллельно создавались и «серьёзные» гелиоэлектрические установки. Закреплённые на крышах домов, они позволяли полностью отказаться от проводного электричества. Сегодня можно наблюдать рождение электростанций, представляющих собой многокилометровые поля из кремниевых панелей. Вырабатываемая ими мощность позволяет питать целые города, поэтому можно с уверенностью говорить о том, что будущее — за солнечной энергетикой.

Современные солнечные электростанции представляют собой многокилометровые поля фотоэлементов, способные снабжать электричеством десятки тысяч домов

Общие сведения

Перед тем как сделать солнечную батарею в домашних условиях, необходимо подробно изучить её устройство, принцип действия, преимущества и недостатки. Владея этой информацией можно правильно подобрать нужные составляющие, которые будут долго работать и приносить пользу.

Устройство и принцип работы

Конструкции всех типов работают на основе преобразования энергии, излучаемой ближайшей звездой, в электрическую. Происходит это благодаря специальным фотоэлементам, которые объединяются в массив и формируют общую конструкцию. В качестве преобразователей энергии используются полупроводниковые элементы, изготавливаемые из кремния.

Принцип действия солнечной панели:

1. Свет, идущий от Солнца, попадает на фотоэлементы.
2. Он выбивает свободные электроны с последних орбит всех атомов кремния.
3. Из-за этого появляется большое количество свободных электронов, которые начинают быстро и хаотично двигаться между электродами.
4. Следствием этого процесса становится выработка постоянного тока.
5. Затем он быстро преобразовывается в переменный и поступает в принимающее устройство.
6. Оно распределяет полученную электроэнергию по всему дому.

Преимущества и недостатки

Солнечные панели, сделанные своими руками, обладают рядом преимуществ перед заводскими конструкциями и другими источниками энергии. Благодаря этому устройства быстро набирают популярность и используются по всему миру.

Среди положительных сторон солнечных панелей следует выделить такие:

1. Простота установки. Она достигается за счёт использования минимального количества составных частей.
2. Экологичность. Такой способ выработки электричества не оказывает негативного воздействия на окружающую среду.
3. Отсутствие подвижных частей.
4. Электроэнергия поставляется независимо от распределительной сети.
5. Простота ухода. Конструкция не нуждается в частых профилактических мероприятиях, что значительно сокращает затраты времени и денежных средств.
6. Малый вес. Все батареи довольно лёгкие, поэтому их можно самостоятельно монтировать и не применять подъёмную технику.
7. Бесшумность. Во время работы установка не издаёт никаких неприятных и громких звуков. Это уменьшает негативное влияние и делает пребывание людей в доме более комфортным.
8. Длительный срок службы. Батареи, работающие от солнечной энергии, очень редко ломаются и могут прослужить своему владельцу не один десяток лет.

Несмотря на большое количество преимуществ у солнечных панелей есть и недостатки. Их обязательно нужно брать во внимание перед началом изготовления конструкции и её монтажом.

К недостаткам относят следующее:

1. Большие затраты сил и времени на изготовление.
2. Повышенная чувствительность к загрязнениям. Из-за этого конструкцию часто нужно чистить от пыли. В противном случае батарея не будет работать на максимальной эффективности.
3. Зависимость от погодных условий. В пасмурные дни процесс выработки электричества будет значительно менее интенсивным, чем в ясные.
4. Большие габариты. Для того чтобы обеспечить электричеством небольшой дом, необходимо смастерить довольно большую установку. Разместить её можно на крыше здания или на специально отведённых участках.
5. Отсутствие работоспособности в ночное время.

Что такое солнечная батарея?

Солнечная батарея представляет собой панель, состоящую из соединённых между собой фотоэлементов. Она напрямую преобразует солнечную энергию в электрический ток. В зависимости от устройства системы, электрическая энергия аккумулируется или сразу идёт на энергообеспечение зданий, механизмов и приборов.

Солнечная батарея состоин из соединённых между собой фотоэлементов

Простейшими фотоэлементами пользовался почти каждый. Они встроены в калькуляторы, фонарики, аккумуляторы для подзарядки электронных гаджетов, садовые фонарики. Но этим использование не ограничивается. Существуют электромобили с подзарядкой от солнца, в космосе это один из основных источников энергии.

В странах с большим количеством солнечных дней батареи устанавливаются на крышах домов и используются для отопления и нагрева воды. Этот вид называют коллекторами, они преобразуют энергию солнца в тепловую.

Нередко электроснабжение целых городов и посёлков происходит только за счёт этого вида энергии. Строятся электростанции, работающие на солнечной радиации. Особенное распространение они получили в США, Японии и Германии.

Устройство и принцип действия

Принцип действия электрической батареи базируется на таких физических явлениях, как полупроводимость и фотоэлектрический эффект. В основе любого солнечного элемента лежат полупроводники, атомы которых испытывают недостаток в электронах (p-тип проводимости), либо имеют их избыток (n-тип). Другими словами, используется двухслойная структура с n-слоем в качестве катода и p-слоем в качестве анода. Поскольку силы удержания «лишних» электродов в n-слое ослаблены (у атомов не хватает на них энергии), то они легко выбиваются из своих мест при бомбардировке фотонами света. Далее электроны перемещаются в свободные «дырки» p-слоя и через подключённую электрическую нагрузку (или аккумулятор) возвращаются к катоду — вот так и течёт электрический ток, спровоцированный потоком солнечного излучения.

Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно благодаря фотоэлектрическому эффекту, который описал в своих работах Эйнштейн

Как уже отмечалось выше, энергия от одного фотоэлемента крайне мала, поэтому их объединяют в модули. Последовательным подключением нескольких таких блоков наращивают напряжение батареи, а параллельным увеличивают силу тока. Таким образом, зная электрические параметры одной ячейки можно собрать батарею требуемой мощности.

Полученную от солнечной батареи электроэнергию можно накапливать в аккумуляторах и после преобразования в напряжение 220 В использовать для питания обычных бытовых прибораз

Для защиты от атмосферного воздействия полупроводниковые модули устанавливают в жёсткий каркас и закрывают стеклом с повышенным светопропусканием. Поскольку солнечную энергию можно использовать лишь в течение светового дня, то для её накопления используются аккумуляторы — расходовать их заряд можно по мере необходимости. Для повышения напряжения и его адаптации в соответствии с потребностями бытовых приборов используются инверторы.

Видео: как работает солнечная панель

Преимущества

Солнечные батареи имеют следующие преимущества:

• безвредность для экологии;
• долговечность;
• бесшумная работа;
• легкость изготовления и монтажа;
• независимость поставки электричества от распределительной сети;
• неподвижность частей устройства;
• незначительные финансовые затраты;
• небольшой вес;
• работа без механических преобразователей.

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• из аморфного Si.

Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами

В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов

Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.

Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:

• на основе теллурида кадмия;
• из тонких полимеров;
• с использованием индия и селенида меди.

О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

Изделия из подручных материалов

Солнечную батарею можно собрать не только из дорогостоящих материалов, но и из подручных. Готовая конструкция хоть и будет менее эффективной, но позволит немного сэкономить на электроэнергии.

Диоды маленького вольтажа

Это один из самых простых и доступных вариантов изготовления самодельной солнечной панели. В основе устройства будут использоваться диоды небольшого вольтажа, которые изготовлены в стеклянном корпусе.

Делается батарея с соблюдением такой последовательности действий:

1. Нужное количество диодов кладётся в стеклянную ёмкость, заливается ацетоном и оставляется на несколько часов.
2. По истечении этого промежутка времени краска, покрывающая корпус деталей, размокнет и легко удалится.
3. Затем берётся неметаллическая пластинка и на неё наносится необходимая разметка.
4. В намеченные места впаиваются диоды. Располагать их нужно вертикально, так как в этом положении генерируется большее количество электричества.
5. Готовое устройство тестируется и устанавливается в любом удобном месте, где есть доступ прямых солнечных лучей.

Медная фольга

Если нужно получить небольшое количество электроэнергии, то можно смастерить солнечную батарею из обыкновенной фольги.

Готовая конструкция будет обладать малой мощностью, поэтому применять её можно только для подпитки небольших устройств.

Пошаговая инструкция:

1. Берётся лист медной фольги площадью не меньше 50 квадратных сантиметров и протирается мыльным раствором. Это поможет очистить поверхность от жира и загрязнений.
2. При помощи наждачной бумаги удаляется оксидная плёнка.
3. После этого фольга кладётся на электроплиту и греется до появления красноватых пятен. Это свидетельствует о том, что образовавшиеся окислы становятся оксидом меди.
4. Затем нагрев продлевается ещё на полчаса.
5. По истечении этого времени плита отключается, и лист фольги медленно остывает при комнатной температуре.
6. На следующем этапе лист помещается под струю воды и с него смываются остатки оксида.
7. Из того же материала вырезается ещё один лист.
8. После этого берётся большая пластиковая бутылка и у неё срезается верхняя часть.
9. В получившуюся ёмкость опускаются два кусочка фольги и надёжно фиксируются.
10. К первому листу подсоединяется минусовая клемма, а ко второму — плюсовая.
11. Бутылка заполняется солевым раствором.

Пивные банки

Этот простой способ изготовления батареи не требует больших финансовых затрат. С его помощью можно получить малое количество электричества, которое немного уменьшит расходы.

Порядок действий:

1. Из обыкновенной фанеры изготавливается корпус устройства.
2. На передней поверхности устанавливается оргстекло, а на задней — стекловата или пенопласт.
3. Затем берутся пивные банки из алюминия, и в их нижней части проделывается небольшое отверстие.
4. Крышка ёмкостей срезается, а лишние элементы загибаются внутрь.
5. Поверхность банок очищается от загрязнений и жира при помощи специальных чистящих средств на основе кислоты.
6. После этого банки скрепляются друг с другом и обрабатываются силиконовым гелем.
7. Конструкция просушивается и крепится к корпусу.
8. Пивные ёмкости окрашиваются в тёмный цвет и закрываются оргстеклом.

Самостоятельно изготовленная солнечная панель — это замечательное устройство, которое позволяет снизить затраты на электроэнергию. При правильном его изготовлении и соблюдении всех рекомендаций можно смастерить качественное изделие, которое будет работать на протяжении многих лет.

Материалы

Для изготовления солнечной батареи потребуются следующие материалы:

• фотоячейки;
• алюминиевые уголки;
• диоды Шоттки;
• силиконовые герметики;
• проводники;
• крепежные винты и метизы;
• поликарбонатный лист/оргстекло;
• паяльное оборудование.

Эти материалы обязательны для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками.

Выбор фотоэлементов

Чтобы сделать солнечную батарею для дома своими руками, следует правильно подобрать фотоэлементы. Последние подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

КПД первых составляет 13%, но такие фотоэлементы малоэффективны в непогоду, внешне представляют собой ярко-синие квадраты. Поликристаллические фотоэлементы способны генерировать электроэнергию даже в непогоду, хотя их КПД всего лишь 9%, внешне темнее монокристаллических и срезаны по краям. Аморфные фотоячейки изготавливаются из гибкого кремния, их КПД составляет 10%, работоспособность не зависит от погодных условий, но изготовление таких ячеек слишком затратное, поэтому их редко используют.

Если вы планируете применять генерируемую фотоэлементами электроэнергию на даче, то советуем собрать солнечную батарею своими руками из поликристаллических ячеек, так как их КПД достаточно для ваших целей.

Следует покупать фотоячейки одной марки, так как фотоэлементы нескольких марок могут сильно отличаться — это может стать причиной возникновения проблем со сборкой батареи и ее функционированием. Следует помнить, что количество производимой ячейкой энергии прямо пропорционально ее размеру, то есть чем крупнее фотоячейка, тем больше электроэнергии она производит; напряжение ячейки зависит от ее типа, а никак не от размера.

Количество производимого тока определяется габаритами самого маленького фотоэлемента, поэтому следует покупать фотоячейки одинакового размера. Конечно же, не стоит приобретать дешевую продукцию, ведь это значит, что она не прошла проверку. Также не следует покупать фотоэлементы, покрытые воском (многие производители покрывают фотоячейки воском для сохранности продукции при перевозке): при его удалении можно испортить фотоэлемент.

Где можно взять фотоэлементы и можно ли их заменить чем-то другим?

Купить пригодные для сборки солнечной панели монокристаллические или поликристаллические пластины сегодня не является проблемой. Вопрос в том, что сама идея самодельного генератора бесплатного электричества предполагает результат, который будет значительно дешевле заводского аналога. Если же покупать фотоэлектрические модули на месте, то много сэкономить не получится.

На зарубежных торговых площадках солнечные элементы представлены в широком ассортименте — можно купить как единичное изделие, так и набор всего необходимого для сборки и подключения солнечной батареи

За разумную цену солнечные элементы можно найти на зарубежных торговых площадках, например, eBay или AliExpress. Там они представлены в широком ассортименте и по вполне доступным ценам. Для нашего проекта подойдут, например, распространённые поликристаллические пластины размером 3х6 дюймов. При идеальных условиях они могут генерировать электрический ток напряжением 0.5 В и силой до 3 А, то есть 1.5 Вт электрической мощности.

Если вы горите желанием максимально сэкономить или испробовать собственные силы, то нет никакой необходимости сразу же покупать хорошие, целые модули — можно обойтись и некондицией. Всё на том же eBay или AliExpress можно найти комплекты пластин с небольшими трещинками, сколами уголков и прочими дефектами — так называемые изделия класса «B». На технических характеристиках фотоэлементов внешние повреждения не сказываются, чего нельзя сказать о цене — бракованные детали можно купить в 2–3 раза дешевле тех, что имеют товарный вид. Поэтому-то их и рационально использовать, чтобы обкатать технологию на своей первой солнечной панели.

Выбирая фотоэлектронные модули, вы увидите элементы различного типа и размера. Не думайте, что чем больше площадь их поверхности, тем выше напряжение они производят. Это не так. Элементы одного типа генерируют одинаковое напряжение независимо от габаритов. Чего не скажешь о силе тока — здесь размер имеет решающее значение.

Хоть в качестве фотоэлементов и можно использовать морально устаревшую компонентную базу, вскрытые диоды и транзисторы имеют слишком низкое напряжение и силу тока — понадобятся тысячи таких устройств

Сразу же хочется предупредить о том, что нет смысла искать аналог среди различных подручных электронных устройств. Да, получить работающий фотоэлектронный модуль можно из мощных диодов или транзисторов, извлечённых из старого радиоприёмника или телевизора. И даже сделать батарею, соединив несколько таких элементов в цепочку. Однако запитать подобной «солнечной панелью» что-либо мощнее калькулятора или светодиодного фонаря не удастся ввиду слишком слабых технических характеристик единичного модуля.

Расчеты и проект

Устройство солнечной панели своими руками — несложная задача, главное, подойти к ее выполнению ответственно. Чтобы изготовить солнечную панель своими руками, следует подсчитать дневное потребление электроэнергии, затем узнать среднесуточное солнечное время в вашей местности и рассчитать нужную мощность. Таким образом, станет понятно, сколько ячеек и какого размера нужно приобрести. Ведь как было сказано выше, генерируемый ячейкой ток зависит от ее габаритов.

Зная необходимый размер ячеек и их количество, нужно рассчитать габариты и вес панели, после чего необходимо выяснить выдержит ли кровля или другое место, куда планируется установка солнечной батареи, задумываемую конструкцию.

Устанавливая панель, следует не только выбрать самое солнечное место, но и постараться закрепить ее под прямым углом к солнечным лучам.

Рациональное размещение батарей

От размещения модулей в большой степени зависит, сколько энергии будет производить система. Чем больше лучей попадёт на фотоэлементы, тем больше они произведут энергии. Для оптимального расположения нужно соблюдать следующие условия:

1. Для экономии места батареи чаще всего размещают на крышах.

   Размещение солнечных баратей на крыше позволяет сэкономить место

2. Модули устанавливают с наклоном в 450С, в идеале лучи должны попадать на панель под прямым углом.
3. Лучше всего их ориентировать на юг или снабдить поворотной системой, обеспечивающей максимальную освещённость в течение всего дня.
4. Чтобы избежать перегрева, летом для установки рекомендуется использовать поверхность, окрашенную в светлые тона или покрытую блестящей фольгой.
5. На модули не должны падать тени высотных домов, деревьев, труб и других помех, препятствующих прохождению лучей.
6. Зимой модули устанавливают почти вертикально для обеспечения самоочистки от снега.

Важно! Сила тока батареи задаётся производительностью самого слабого элемента. Даже небольшая тень на одном модуле может снизить производительность системы от 10 до 50%.

Порядок сборки

Специфика изготовление каркаса

По сути, это традиционная простейшая рама, материал для которой выбирается в зависимости от места расположения батареи. Обычно на тематических сайтах указывается алюминиевый уголок или древесина. Целесообразность использования последней (при всем уважении к авторам статей) вызывает определенные сомнения. Основная причина – в особенностях любого дерева. Она заключается в содержании влаги, независимо от степени осушки.

Сколько бы процентов ее ни было, скручивания, а то и растрескивания дерева не избежать. С учетом хрупкости панелей – не вариант, однозначно. Долго такая батарея, даже при закреплении на окне внутри строения, не прослужит.

Монтаж батареи

Размеры рамы выбираются исходя из линейных параметров панелей. Горизонтальная ориентация или вертикальная – это зависит от специфики установки батареи, и принципиального значения не имеет.

На каркас крепится лист стекла или поликарбоната (только не ячеистого, а монолитного). Он выполняет защитную функцию, предохраняя фотоэлементы от механического разрушения.

На него, с внутренней стороны каркаса, наносятся капли силиконового герметика (по центру панелей), или он намазывается тончайшим слоем. Рекомендации по использованию смолы (эпоксидной) вряд ли заслуживают внимания, так как о ремонтопригодности батареи в этом случае говорить не приходится.

В раму укладывается расчетное количество панелей (сборка делается заранее). Одна дает напряжение порядка 0,5 В (небольшое отклонение номинала не в счет). Здесь важно не перепутать, где лицевая сторона изделий, а где тыльная.

Задняя часть закрывается мягким съемным матом. Для его изготовления своими руками можно взять поролон (4 см, как минимум) и пленку п/э. Соединяются ее кромки скотчем или спаиваются (если есть специальная машинка).

На этом работа не заканчивается. Между стеклом (поликарбонатом) и панелями останутся воздушные пузырьки, которые снижают эффективность солнечной батареи. Их необходимо удалить. Для этого на мат укладывается плотный материал. Например, фрагмент, подобранный по размерам каркаса, толстой (многослойной) фанеры.

Сверху – груз, вес которого достаточный, чтобы панели слегка придавить. В таком положении батарея оставляется на полсуток, не менее. Здесь следует ориентироваться на ее габариты и равномерность распределения нагрузки.

По истечении этого времени гнет, фанера и мат демонтируются. Сразу же крепить батарею по месту установки нельзя. Понадобится еще некоторое время, чтобы герметик окончательно просох.

Вместо мата можно использовать и иную мягкую подложку. К примеру, опилки, стружку.

Завершающий этап – изготовление задней стенки и ее постановка на место. Для этого берется ДСП, ДВП, фанера, но обязательно с той же подложкой, чтобы защитить панели от деформации.

Особенности сборки схемы

Спайка пластин – процесс сложный, требующий кропотливости и внимательности. Лучше работать паяльником маломощным (24 – 36 Вт). Если используется распространенный в быту на 65, то его следует включать через ограничительное сопротивление. Простейший вариант – последовательное присоединение лампочки-«стоваттки».

Но это не все. Необходимо исключить саморазряд батареи (ночью, в ненастную погоду). Это обеспечивается включением в схему п/п диодов. В качестве проводника (для выводов) целесообразно использовать кабель акустический, который на панели также фиксируется герметиком.

Вариант пленочной солнечной батареи (есть и такой) не рассматривается. Несмотря на некоторые достоинства, у него есть ряд существенных минусов – низкий КПД и необходимость укладки на больших площадях. Для частного дома решение неприемлемое.

Расчёт размера батареи

Размер батареи зависит от требуемой мощности и габаритов источников тока. При выборе последних вы обязательно обратите внимание на предлагаемое разнообразие фотоэлементов. Для использования в самодельных устройствах удобнее всего выбирать солнечные ячейки среднего размера. Например, рассчитанные на выходное напряжение 0.5 В и силу тока до 3 А поликристаллические панели размером 3×6 дюймов.

При изготовлении солнечной батареи они будут последовательно соединяться в блоки по 30 шт, что позволит получить требуемое для зарядки автомобильной батареи напряжение 13–14 В (учитывая потери). Максимальная мощность одного такого блока составляет 15 В × 3 А = 45 Вт. Исходя из этого значения, будет нетрудно подсчитать, сколько элементов понадобится для постройки солнечной панели заданной мощности и определить её размеры. Например, для постройки 180-ваттного солнечного электрического коллектора понадобится 120 фотоэлементов общей площадью 2160 кв. дюймов (1.4 кв.м).

К вопросу о возможности использования электрических солнечных панелей в целях отопления

Как вы уже могли, наверное, заметить, словосочетание «солнечная батарея» или «солнечная панель» постоянно упоминается в контексте устройства электрической природы. Сделано это неслучайно, поскольку точно так же нередко называют и другие солнечные панели или батареи — геоколлекторы.

Несколько гелиоколлекторов смогут обеспечить дом горячей водой и возьмут на себя часть расходов по отоплению

Возможность прямого преобразования энергии солнечного излучения непосредственно в тепло позволяет значительно повысить производительность таких установок. Так, современные геоколлекторы с селективным покрытием вакуумных трубок имеют КПД 70–80% и вполне могут использоваться как в системах горячего водоснабжения, так и для обогрева помещений.

Конструкция солнечного коллектора с вакуумными трубками позволяет минимизировать теплопередачу во внешнюю среду

Возвращаясь к вопросу о том, можно ли использовать электрическую солнечную панель для питания отопительных приборов, давайте рассмотрим, сколько тепла понадобится, например, для дома в 70 кв. метров. Исходя из стандартных рекомендаций в 100 Вт тепла на 1 кв. м площади помещения, получим затраты 7кВт энергии в час или примерно 70 кВт×ч в сутки (обогревающие приборы ведь не будут включены постоянно).

То есть 10 самодельных батарей общей площадью 52 кв.м. Представляете себе махину шириной, скажем, 4 м и длиной более 13 м, а также блок из 12-вольтовых аккумуляторов суммарной ёмкостью 7200 ампер-часов? Такая система не сможет даже выйти на самоокупаемость до того, как будет выработан ресурс аккумуляторных батарей. Как видите, говорить о целесообразности применения солнечных батарей в целях отопления пока ещё слишком рано.

Как сделать солнечные панели своими руками?

Для того чтобы сделать панели своими руками, нужно собрать требуемые материалы. Собирается солнечная батарея для дома в такой последовательности.

1. Сначала необходимо собрать в единое целое набор поликристаллических фотоячеек.
2. Так как заявленная производителем мощность составляет 4 Вт, а напряжение 0,5 вольт, необходимо 36 элементов для батареи, мощность которой будет составлять 18 Вт.
3. С помощью паяльника необходимо нанести на фотоэлементы контуры, образуя из олова припаянные проводники. Для удобства пайку можно совершать на ровной поверхности из стекла.
4. Затем соединяют между собой все ячейки в соответствии с электрической схемой. Независимо от типа подключения обязательно должны быть предусмотрены шунтирующие диоды, которые используются для установки на «плюсовой» клемме. В этом случае наилучшим вариантом являются диоды Шотке, которые производят правильный расчет солнечных панелей для дома и предотвращают разрядку батареи ночью.
5. Необходимо вынести спаянные ячейки на место, освещенное солнцем, и проверить их работоспособность. Если они нормально функционируют, приступают к сборке корпуса.
6. Чтобы собрать раму, будут необходимы алюминиевые уголки с невысокими бортиками и метизы. Затем на внутренние грани реек наносят силиконовый герметик.
7. Сверху на этот слой укладывают подготовленный лист из поликарбоната или любого другого прозрачного материала. Для фиксации лист необходимо плотно прижать к клеевому контуру.
8. После окончательного высыхания герметика, прозрачную поверхность и раму скрепляют с помощью метизов.
9. Затем вдоль внутренней прозрачной поверхности размещают фотоэлементы с проводниками, расстояние между каждой ячейкой должно составлять 5 мм. Лучше всего предварительно сделать разметку.
10. Ячейки необходимо зафиксировать, а панель герметизировать, только в этом случае солнечные батареи будут служить очень долго. Для этого на каждый элемент наносят монтажный силикон и закрывают конструкцию задней панелью.
11. После окончательного засыхания силикона, конструкцию герметизируют полностью для плотного прилегания панелей друг к другу.

Основные рекомендации

Чтобы правильно сделать солнечные батареи своими руками, нужно придерживаться следующих рекомендаций:

• проводник, который соединяет солнечные ячейки в единую систему, следует делать по точному размеру элементов. В этом случае учитывают размеры каждого фрагмента, длину проводника на обратной стороне поверхности и расстояние между пластинами. Это требуется для аккуратного соединения всех элементов и предотвращения обрезания припаянного проводника, чтобы не сломать ячейку;
• следует наносить на место пайки небольшое количество олова, потому что оно плохо греется и пластина может повредиться из-за сильного нажатия на нее паяльником;
• лучше всего сначала подготовить корпус для батареи, а затем поместить в него солнечные ячейки с проводниками. Это поможет при перемещении элементов избежать повреждений.

Получить бесплатную электроэнергию в своем доме мечтает каждый человек и эта мечта осуществима. Сделав солнечные батареи своими руками, можно наслаждаться дополнительным источником электроснабжения. При этом такая конструкция не наносит никакого вреда окружающей среде, к тому же она очень надежная и недорогостоящая.

Выбор места для установки электрической гелиопанели

Выбирать место, где будет установлена солнечная панель, необходимо ещё на этапе проектирования. Это может быть либо обращённый на юг скат крыши, либо открытая площадка на загородном участке. Второе, конечно же, предпочтительнее в силу нескольких причин:

• установленную внизу солнечную батарею легче обслуживать;
• на земле проще смонтировать поворотное устройство;
• исключается дополнительная нагрузка на кровлю и её повреждение при установке гелиосистемы.

Место установки электрической панели должно быть открыто для солнечных лучей в течение всего светового дня, поэтому рядом не должно быть деревьев или построек, тень от которых могла бы падать на её поверхность.

Выбирая место для установки гелиосистемы, обязательно учитывают возможность затенения солнечных батарей окружающими предметами

Второе обстоятельство, вынуждающее искать такую площадку до начала сборки солнечной батареи, связано с определением габаритов панели. Собирая устройство своими руками, мы можем достаточно гибко подходить к выбору его размеров. В итоге можно получить установку, которая идеально впишется в экстерьер.

Видео

Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.

Обслуживание модулей

Особенного обслуживания солнечные панели не требуют, ведь у них нет движущихся частей. Для их нормального функционирования достаточно время от времени очищать поверхность от грязи, пыли и птичьего помёта.

Помойте батареи из садового шланга, при хорошем напоре воды для этого не понадобится даже забираться на крышу. Следите за исправностью дополнительного оборудования.

Как скоро окупятся затраты?

Не стоит ждать сиюминутной выгоды от гелиосистемы снабжения электричеством. Средняя её окупаемость приблизительно 10 лет для автономной системы дома.

Чем больше вы потребляете энергии, тем быстрее окупятся ваши затраты. Ведь и для маленького, и для большого потребления требуется приобретение дополнительного оборудования: АКБ, инвертора, контроллера, а они оставляют нималую часть расходов.

Учитывайте также срок службы оборудования, да и самих панелей, чтобы не пришлось их менять прежде, чем они окупятся.

Несмотря на всё издержки и недостатки, за солнечной энергией будущее. Солнце относится к возобновляемым источникам энергии и он прослужит, по крайней мере, ещё 5 тысяч лет. Да и наука не стоит на месте, появляются новые материалы для фотоэлементов, с гораздо большим КПД. А значит, скоро они будут доступнее по цене. Но использовать энергию солнца можно уже сейчас.