Преобразование света в электричество – идея не новая, давно практикуется. Сегодня можно сравнительно легко спроектировать, собрать батарею светочувствительных элементов. Инструменты, компоненты не составит труда приобрести в магазине, через интернет.
Какие лучше выбрать?
Солнечные батареи своими руками в домашних условиях могут быть собраны буквально за пару часов. Существует несколько разновидностей преобразователей света в электрическую энергию. Они различаются своим КПД, размерами, другими характеристиками. Основные категории:
· кристаллические;
· аморфные.
Основное преимущество монокристаллической разновидности – сравнительно высокий коэффициент полезного действия. Его величина – 14-27%. Притом монокристаллический тип служит почти четверть века – 25-30 лет. Изготавливаются из кристаллов, выращенных искусственным способом. Единственным минусом является падение КПД с течением времени.
Хорошей альтернативой являются поликристаллические модули. Они имеют гораздо меньший срок эксплуатации (не более 10 лет). КПД также сравнительно невелик – 13%. Однако производительность остается практически неизменной на протяжении срока использования. Цена компонентов, работа которых основывается на кристаллах, сравнительно велика.
Более дешевой альтернативой являются аморфные. Представляют собой гибкую пленку (она является своеобразной основой). Поверх нанесен кремний – используется в качестве преобразователя. Сама технология появилась сравнительно давно, её возраст насчитывает не один десяток лет. Однако аморфный кремний появился в свободной продаже сравнительно недавно.
Солнечная батарея своими руками должна изготавливаться из модулей удовлетворяющих требованиям проекта. Выбирать необходимо учитывая следующие факторы:
· регион проживания – различается продолжительность дня;
· условия эксплуатации (влажность, температура, иное);
· количество необходимого электричества;
· другие факторы.
Желательно перед началом закупок определиться с целями и задачами. Это позволит выбрать оптимальный вариант, избежать стандартных ошибок. Например, нет необходимости покупать инвертор – если источник энергии используется для обеспечения напряжением устройств, работающих на постоянном токе.
Какие инструменты и материалы необходимы?
Преобразователь – основа проекта. Но для сборки, нормальной работы требуется сравнительно широкий перечень материалов:
· припой – оптимальным решением станет мягкий, низкотемпературный оловянный;
· провода одножильные или многожильные, медные (изолированные, оголенные) – тип выбирается с учетом используемых пластин;
· рама – представляет собой конструкцию из пластика, металла либо дерева;
· стекло, прозрачный полимер – позволяет предотвратить возможные механические, иные повреждения;
· герметик – хорошим решением станет эпоксидный компаунд (можно заменить обычным силиконом);
· аккумулятор – выступает в роли накопителя для поддержания заданного уровня напряжения в темное время суток;
· инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное (если требуется).
Помимо материалов для сборки потребуется ручной инструмент:
1. набор отверток (шлицевых, крестовых);
2. дрель с набором сверл разного диаметра;
3. шуруповерт;
4. мультиметр (позволяющий замерять постоянный/переменный ток, напряжение);
5. паяльник подходящей мощности.
Понадобится несколько десятков саморезов. Выбирать их длину, диаметр следует исходя из выбранного материала. Если будет использоваться дерево – желательно предварительно обработать его антисептическими составами, покрыть лаком. Присутствие большого количества влаги обычно негативно сказывается на состоянии древесины, вызывает гниение.
Пластик более практичен. Устойчив к перепадам температур, не поддается коррозии. Некоторые умельцы используют для сборки рам полипропиленовые трубы малого диаметра. Приобрести такие очень просто, спайка занимает буквально пару часов. Но требуется специальный паяльник, набор насадок, фитинги.
Подготовка проекта и выбор места установки
Чтобы самодельная солнечная батарея отрабатывала на все 100%, следует правильно выбрать место монтажа. Учитывается множество различных факторов. Основные наиболее серьезные:
· количество падающих солнечных лучей;
· наличие либо отсутствие тени деревьев, строений расположенных рядом.
Например, в течение дня хорошо освещенное, солнечное место может превратиться в затемненный участок – солнце перемещается, заходит за различные постройки. Можно выбрать место расположение просто на земле. Оптимальным решением станет установка на крыше. Желательно заранее убедиться, что конструкция выдержит вес.
Нужно отметить: максимальный КПД отдельных разновидностей достигается за счет правильного расположения относительно солнца. Свет должен падать под определенным углом. Не лишним будет сконструировать поворотную раму, регулируемую по высоте. Например, монокристаллические/поликристаллические ячейки позволяют получить максимум электричества лишь при угле падения солнечных лучей 900.
Регулировки позволяют получить максимальный заряд. Солнце изменяет свое положение не только с течением суток. Многое зависит от времени года. Например, летом солнце стоит в зените. Зимой – опускается ниже, находится рядом с горизонтом. Потому если планируется эксплуатация в зимний период времени – желательно сделать конструкцию поворотной.
Интенсивность светового потока играет важную роль. Например, если летним днем «отдает» 6-7 кВт/ч, то вечером КПД уменьшится – на 50%. Следовательно, стационарное положение позволит добиться только минимальной производительности. Оптимальное решение – расположить конструкцию под углом 50-600. Пределы величины углов регулируемых конструкций:
· зимой – 700;
· летом – 300.
Отсчет указанных выше углов начинается от горизонтальной плоскости. Важный момент – суммарная площадь используемых пластин. Зависимость сравнительно проста: чем она больше – тем более мощные потребители возможно подключить. Расчеты следует осуществлять с учетом КПД. Обычно 1 м2 пластин выдает 120 Вт электрической энергии. Получить 2.5 кВт возможно путем установки примерно 20 м2 панелей.
Солнечная панель своими руками не может обеспечить стабильное напряжение. На производительности сказывается время года, другие факторы. Потому необходимо приобрести дополнительно накопители – аккумуляторные. Оптимальным выбором станут литиево-полимерные элементы питания. Они быстро заряжаются, возможно самостоятельно подключить контролер питания, выбрать номиналы.
Процедура сборки: основные этапы
Разобраться, как сделать солнечную батарею своими руками, не составит большого труда. Достаточно лишь приобрести основные детали, инструменты. Выделяют 3 основных этапа:
· сборка – объединение нескольких отдельных пластин;
· изготовление рамы, защитного экрана (применяется стекло, прочный пластик);
· сборка отдельных компонентов.
Спайка отдельных пластин
После приобретения подходящих панелей можно начинать собирать конструкцию. Самодельная солнечная батарея своими руками сравнительно проста в изготовлении. Самый важный шаг – спайка модулей. Пластины любого типа (кристаллические, собранные на основе кремния) соединяются обычными проводниками (одножильные или многожильные). Необходимо использовать заранее подготовленный паяльник, низкотемпературный припой.
Причем желательно использовать олово. Низкая температура пайки позволит избежать повреждения пластин. Даже если работа выполняется аккуратно велика вероятность повредить компоненты. Оптимальное решение – использовать припой марки ПОС-61. Температура плавления составляет 1800С. Порядок пайки включает основные этапы:
· заранее нарезается достаточное количество проводников – которые будут объединять отдельные элементы (длина жилы должна быть в 2 раза больше длины элемента);
· далее модуль аккуратно раскладывается – желательно использовать ровную поверхность (столешница, большой лист фанеры);
· каждый контакт зачищается кусачками (если присутствует изоляция), лудится оловом;
· пропаиваются все контакты, пластины раскладываются в определенном порядке (работать необходимо аккуратно, элементы очень хрупкие);
Рассмотренным выше способом соединяются между собой отдельные элементы. Иногда приобретаемые компоненты снабжаются проводниками. Подобные решения существенно упрощают сборку, уменьшают количество требуемого времени. Желательно не использовать паяльник мощностью более 45 Вт. Оптимальный выбор – паяльная станция снабженная регулятором температурного режима. Использование такого паяльника позволит избежать порчи пластин, их повреждения.
Время, необходимое на осуществления данного этапа, зависит от сложности работы, количества элементов. Паять необходимо аккуратно, спешка станет причиной порчи.
Изготовление рамы
Солнечная батарея своими руками из подручных средств подразумевает изготовление специального основания в виде короба. Собирается он из пластика, также могут использоваться деревянные рейки либо металлический профиль. Невысокие бортики позволяют закрепить внутри плоское основание. После чего сверху укладывается прозрачное стекло – позволяет защитить элементы от дождя, иных неблагоприятных воздействий. Изготовить короб можно из прямоугольного листа фанеры либо ДСП. Выбирать основу необходимо с учетом площади поверхности основания.
Процесс изготовления рамы включает следующие основные этапы:
· дрелью, сверлом 10 мм делается некоторое количество отверстий (расстояние между ними – 10 см) – они создают приток холодного воздуха, отводят тепло (процесс работы элементов подразумевает их нагрев);
· края рамки снабжаются бортиками – высота должна составлять 2 см (тень на поверхность попадать не должна);
· удобным способом из прозрачного пластика либо обычного стекла вырезается лист площадью совпадающий с рамой;
· далее лист пластика/стекла аккуратно располагается на раме, крепится доступным способом (хорошее решение - клей);
Стоит помнить: крепление стекла должно осуществляться уже после расположения внутри спаянных деталей. После завершения предыдущих этапов работы требуется изготовить прижимной каркас. Отлично подходит алюминий.
Материал прозрачной крышки не должен создавать блики – иначе энергия солнечных лучей, преобразуемая кремнием, будет отражаться. КПД конструкции существенно упадет. После изготовления прижимной рамы, остальных необходимых компонентов можно собирать заранее подготовленные модули.
Сборка модулей
Рассматриваемый этап – самый ответственный. Собирается единая цепь, состоящая из различных элементов. При возникновении трещин, иных механических дефектов весь модуль придется спаивать заново – это приведет к потере времени. Важно подготовить, собрать контролер заряда. Можно приобрести уже готовое устройство либо самостоятельно собрать таковое. Чтобы спроектировать контролер следует рассчитать нагрузки, подобрать подходящие диоды.
Отличное решение – МРТ-7210 А. Готовое устройство снабжается светодиодным экраном, регулировками, индикаторами. Приобрести такое можно в магазине радиоэлектроники.
Можно попробовать собрать контролер самостоятельно. Для этого потребуются глубокие знания теоретических основ электротехники, электроники. Самостоятельная сборка обойдется дешевле. Стандартная схема контролера питания:
Основные этапы сборки отдельных модулей в единую конструкцию:
· компоненты аккуратно раскладываются на прозрачной крышке – необходимо выдержать между отдельными компонентами расстояние 3-5 мм (можно сделать небольшие пометки карандашом, маркером);
· паяльником, нагретым до температуры 1850С, спаиваются выводы каждого компонента – согласно маркировке.
Положительные контакты располагаются на фронтальной стороне. Отрицательные – на минусовой.
Необходимо размещать все отдельные компоненты в определенной последовательности. Иначе возникает вероятность повреждения. Вертикальные ряды аккуратно пропаиваются в общую шину. Дальнейшая работа включает основные этапы:
· фотоэлементы приклеиваются на прозрачную крышку – необходимо нанести некоторое количество герметика, убрать лишний (необходимо следить, чтобы все компоненты располагались согласно разметки);
· сверлом 8 мм изготавливается пара отдельных отверстий – через них пропускается пара проводов (положительный и отрицательный);
· цепь снабжается контролером заряда – конструкция аккуратно впаивается (устройство позволяет предотвратить разряд в темное время суток);
· каждый вывод должен быть обязательно зафиксирован – используется герметик;
· вся конструкция аккуратно располагается внутри рамы собранной ранее.
Когда сборка полностью завершена – следует обязательно проверить работу всей конструкции. Чтобы сделать это следует расположить раму под солнцем, проверить наличие напряжение мультиметром.
Значения, полученные путем измерения, требуется сравнить с расчетными. Для этого нужно перемножить количество пластин на ток одной. Если значения совпадут, либо погрешность будет в пределах 1-10% - все сделано правильно. Чтобы герметизировать все соединения желательно использовать специальные водостойкие герметики. Выбранный клей должен выдерживать резкие перепады температур.
Чтобы добиться максимальной герметизации следует расположить раму под прессом. Действовать нужно аккуратно – особенно если используется обычное стекло. Даже небольшая трещина может стать причиной падения КПД (создаст тень).
До начала заливки можно установить демпфер – изготавливается из поролона, располагается между фотоэлементами и плитой. Ширина должна быть меньше толщины бортиков. Подключить собранную конструкцию следует через инвертор, аккумулятор. По желанию допускается использовать стабилизатор напряжения. Разобраться как самому сделать солнечную батарею не составит труда. Большая часть работы требует базовых знаний физики. Все необходимое для сборки есть в магазинах электроники.
Если вам было интересно, возможно вас заинтересует также статья "Как сделать ветрогенератор своими руками"
Спасибо за внимание!
