Возобновляемый источник энергии — солнечная энергия от Гелиос Хаус
- Опубликовано 19 марта 2014
Понимание принципов работы солнечных панелей крайне важно при проектировании и эксплуатации электростанций. В этой статье мы изложим некоторые физические основы работы солнечных ячеек, а также особенности конструкции солнечных батарей.
Устройство солнечной батареи
Рассмотрим устройство солнечной батареи. Фотоэлектрическая ячейка является полупроводниковой гетероструктурой, имеющей один p-n переход, который возникает на границе раздела двух полупроводниковых пластин p и n типа, соответственно, с «дырочной» и электронной проводимостью. На переднюю и заднюю поверхность ячейки нанесены электрические контакты. При падении света на солнечный элемент фотоны «выбивают» электроны из кристаллической решетки, образуя таким образом электронно- дырочную пару. Далее носители заряда свободно движутся под действием электрического поля p-n перехода. Таким образом, на обкладках солнечной ячейки появляется электро-движущая сила (ЭДС).
Простейшая эквивалентная схема фотоэлектрической ячейки выглядит следующим образом:
Рис.1 Эквивалентная схема солнечной ячейки.
Здесь Rп – последовательное сопротивление солнечного элемента, Rш – шунтовое сопротивление солнечного элемента.
Мощность всей солнечной батареи складывается из мощности входящих в нее солнечных элементов, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. Введем обозначения: I – максимальный ток отдельного элемента, U – напряжение отдельного элемента, Nпс – число последовательно соединенных элементов, Nпр – число параллельно соединенных элементов, Iб – максимальный ток солнечной батареи, Uб – напряжение солнечной батареи.
При последовательном соединении солнечных ячеек имеем: Uб=U* Nпс, Iб=I.
Рис.2 Последовательное соединение солнечных элементов.
При параллельном соединении: Uб=U, Iб=I* Nпр
Рис.3 Параллельное соединение солнечных элементов.
Руководствуясь данным принципом можно рассчитать максимальный ток и напряжение для любой системы солнечных элементов
Приведем пример. Ячейки соединены в три каскада по 2 штуки, как показано на Рис.4
Рис.4 Схема соединения солнечных ячеек в три каскада.
Для данной системы имеем: Uб=2U, Iб=3I.
Роль диодов в схеме солнечной панели
Как правило, в солнечной батареи все элементы соединены последовательно, вследствие чего возникает так называемая проблема «темного пятна». Рассмотрим солнечные панели, состоящие из большого числа элементов, соединенных последовательно. К батарее подключена нагрузка Rн. (Рис. 5)
Рис. 5 Схема солнечной панели из большого числа элементов и под нагрузкой
Предположим, один из солнечных элементов затенен. Сопротивление затененной ячейки намного больше сопротивления нагрузки, следовательно, на ней выделится почти вся энергия солнечной батареи, вследствие чего ячейка может перегреться и выйти из строя.
Для борьбы с таким явлением параллельно каждой ячейке нужно включить шунтирующий диод Rш, как показано на Рис. 6.
Рис. 6 Схема солнечной батареи с шунтирующими диодами.
В результате, когда солнечный элемент освещен, шунтирующий диод находится под прямым напряжением смещения самого солнечного элемента и ток не пропускает. Когда элемент затенен, то есть его напряжение меньше падения напряжения на нем при протекании тока, создаваемого остальными ячейками в цепи, шунтирующий диод «открыт» обратным напряжением смещения.
В реальной жизни диодами шунтируется не каждый солнечный элемент (это слишком сложно и дорого), а группы элементов в солнечной батарее. Например, батарея из 72 ячеек 125*125мм, обычно имеет в своем составе три шунтирующих диода.
В рамках данной статье, мы затронули основные физические принципы работы солнечных фотоэлектрических систем. Более подробно тема изложена в монографии Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей: пер. с англ. – М.: энергоатомиздат, 1983.
Е.А. Коблучко
Вам также могут быть интересны другие статьи..
Устройство солнечной батареиЧто такое мобильные солнечные системы?Особенности и виды солнечных электростанцийВернуться к списку статей…ƒ↓ Солнечная батарея из светодиодов
Раньше я уже рассматривал солнечные батареи и их важность в статье про садовую лампу. Но то было уже готовое решение.
Сейчас же я расскажу про свой опыт создания светодиодной солнечной батареи своими руками.
Прошу обратить внимание, что статья обозначена символами ƒ↓ (опыт не удался). Перед началом работы люблю смотреть похожие поделки и оценивать у кого что получилось. Вот тема одного форума, где этот вопрос всплыл раньше, но воплотить в жизнь и сделать развёрнутый обзор эффективности светодиодов никто не взялся.
Лично мне, идея пришла совершенно случайно, также случайно как я попал на чужую пару вольным слушателем. Там рассказывали про
Для начала нужно определить какие светодиоды лучше использовать. Но сейчас не сезон и тестить под прямыми солнечными лучами не получиться, да и не постоянное это солнце. Что же делать? Забить Забыть до лета? Это не подход мозгочинов и всех самодельщиков))
В дело вступает галогеновая лампа, купленная в статье про фотостол.
Галогенка выбрана не случайно, а за счет близости к солнечному спектру излучения и большой мощности.
Решил собрать и кое где открутить все
Для максимальной точности сравнения все светодиоды подносились перпендикулярно и вплотную к центру лампы. Но прежде чем заглянуть в таблицу выберите, основываясь на личных знаниях и опыте, — какой светодиод выдаёт большее напряжение? Белый, красный, может инфракрасный?
| 5 мм | Вольт |
| Зеленый непрозрачный светодиод | 1,51 |
| Зеленый прозрачный светодиод | |
| Ультрафиолетовый светодиод | 0,11 |
| Инфракрасный светодиод | 0,93 |
| Красный прозрачный светодиод | 1,37 |
| Оранжевый непрозрачный светодиод | 1,52 |
| Красный полупрозрачный светодиод | 0,52 |
| Белый светодиод | 0,32 |
| 3 мм | |
| зеленый непрозрачный светодиод | |
| зеленый непрозрачный с отражателем !!! | 1,57 |
| 10 мм | |
| Красный непрозрачный светодиод | 1,16 |
Кто загадывал зелёный, тому — зачот!
Поэтому выберем все зелёные индикаторные диоды.
Далее я спаял 9 светодиодов последовательно и еще 9 параллельно, чтобы сравнить эффективность при 2-х видах подключения. Остановился на 3 мм, т.к. они выдают такой же вольтаж, как и
Результаты вышли следующими:
При последовательном подключении всего 1,25 V
и
параллельно 1,56 V. Я ожидал совсем иного. Силу тока измерять не удалось (из за моего мультиметра). Но я и так знаю, что она там ничтожно мала. Интересно, что при последовательном соединении напряжение только уменьшилось. Может это связанно с тем, что светодиоды частично потребляют энергию, которую сами же конвертируют из света!?
В общем слова профессора (с 1 Ф :)) ) подтвердились и ничего не вышло. Но чтобы убедиться в этом наверняка, я подключил светодиоды к электронному термометру, который питается от 1 полуторовольтовой таблетки. И…. барабанная дробь …
Epic Fail!
Вывод: площадь p — n перехода у светодиодов очень мала (по сравнению с солнечной батареей). Например у модуля в садовой лампе полоска составляет несколько сантиметров.
Так же светодиод представляет из себя единицу готового изделия, стоимость модуля 100% превысит стоимость солнечных батарей с учетом эффективности. Так что использовать его в данном виде не целесообразно.
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!
Влияние тени на работу солнечных батарей | Блог SolarSoul
При монтаже солнечной станции на крыше, практически невозможно избежать затенения части поля солнечных панелей особенно в утреннее или вечернее время, когда солнце гораздо ниже. Кроме снижения генерации на самих солнечных батареях, находящемся в тени, затенённые батареи затрудняют передачу энергии по всей цепи солнечной электростанции.
В данной статье мы рассмотрим, каким образом тень влияет на генерацию электроэнергии в солнечной батареи и как это сказывается на работу фотоэлектрической системе в целом.
Как влияет затенение на отдельный солнечный элемент?
Представим цепь солнечных элементов в виде трубы, а электрический ток это вода, протекающая через эту трубу. Когда на один из солнечных элементов падает тень, он перестает генерировать электроэнергию и ток не протекает по нему. Это сравнимо с засором на некотором участке трубы. Затенённый солнечный элемент блокирует поток энергии по всей цепи.
Пример, ток в солнечной панели подобен воде движущейся в трубе
Таким образом, даже незначительное затенение одного фотоэлемента в солнечной батареи приводит к серьезному снижению генерации электроэнергии всей солнечной станции.
Затенение фотоэлемента
Влияние затенения на вольт-амперную характеристику солнечного фотоэлемента при нагрузке 24 В
Влияние затенения на группу солнечных батарей.
Объедения несколько модулей в один стринг (цепь) мы так же рискуем существенным снижением мощности даже при частичном затенении одной солнечной батареи. При последовательном соединение панелей в стринге, максимальный ток будет равен току самой «слабой» затененной панели. Так же как на примере с трубой, где поток воды на выходе не может быть больше потока на засорённом участке.
Рассмотрим пример: стринг с 10-ю панелями мощностью 280 Вт. При оптимальной солнечной интенсивности, стринг солнечных батарей генерирует примерно 2 798 Вт в час электроэнергии (10 [модулей] *8,8 [А] *31,8 [В] = 2 798 Вт).
Генерация электроэнергии стрингом солнечных панелей без затенения
В случае затенения даже одного модуля, производительность резко снизится. При том же напряжении, затенённая солнечная батарея выдаст не более 1 Ампер тока. Суммарная мощность в этом случае составит всего 318 Вт (10 [модулей] *1 (!) [А] *31,8 [В] = 318 Вт).
Падение генерации электроэнергии при затенении одной батареи в стринге
Шунтирующие диоды.
Чтобы избежать сильного падения эффективности, в солнечные батареи встраивают шунтирующие диоды, еще их называют байпасными диодами. Их задача, отсечь модуль с низкими показателями, чтобы избежать сильного падения мощности в стринге.
Применение шунтирующий (байпасных) диодов для повышения производительности при затенении отдельных солнечных батарей
В современных батареях такие диоды уже встраиваются на производстве. Чтобы сделать систему еще эффективнее, панель оснащают сразу несколькими диодами, тогда возможно отсечь только некоторые затенённые участки одного модуля.
Спад мощности при затенении с использованием шунтирующих диодов
Шунтирующие (байпасные) диоды на солнечной панели
Уровень затенения.
На данный момент мы говорили в основном о тени, которая попадает на солнечную батарею от близко расположенных объектов, или от предметов, непосредственно лежащих на солнечной панели, например дымоходы, опавшие листья, и т.д. Эти предметы отбрасывают «сильную» тень с явными контурами. Но существует так же понятие «слабой» тени отброшенной от других строений расположенных на некотором расстоянии или растущих неподалёку деревьев.
Под воздействием сильной тени происходит снижение напряжения на затенённой панели. При слабой затенённости, снижается сила тока, так же как при пасмурной погоде.
Влияние сильной и слабой тени на вольт-амперную характеристику солнечной батареи
На практике, при объединении батарей в стринг и подключении к MPPT трекеру, сильная тень снижает производительность панели больше чем слабая тень.
Снижение производительности солнечной панели при различных уровнях затенения с использованием шунтирующих диодов
При максимальной солнечной интенсивности, солнечная панель, рассматриваемая в качестве примера способна генерировать 190 Вт. В первом случае, наблюдается значительное уменьшение напряжения на модуле. Однако благодаря двум включившимся шунтирующим диодам, генерация на солнечной батареи все же есть и мощность составляет приблизительно 60 Вт, при практически неизменной силе тока равной 6 А. Во втором случае, затенение не вызвало открытие диодов, однако наблюдается небольшое снижение силы тока, при там же напряжении. Мощность составляет примерно 160 Вт. Очевидно, что сильная тень больше влияет на генерацию электроэнергии.
Влияние на производительность в стринге при различном уровне затенённости.
Слабая тень, падающая только на некоторые модули в стринге, вызовет эффект “несоответствия силы тока”. В этом случае, стринг принимает самую слабую силу тока. Сильная тень вызывает снижение напряжения в затененных ячейках. Однако благодаря инвертору или контроллеру заряда с MPPT трекером и шунтирующим диодам сила тока остается неизменной в большинстве случаев.
Не смотря на то, что слабая зетененность значительно меньше сокращает мощность одной солнечной панели, она может сильнее повлиять на производительность всего стринга. Рассмотрим пример влияния на производительность электроэнергии в одном стринге при затенении одной солнечной батареи.
Снижение производительности в стринге при сильном затенении одной солнечной батареи
Снижение производительности стринга при слабом затенении одной солнечной батареи
Мощность стринга в котором жесткая тень закрыла часть одного модуля, равна 1 734 Вт. А в случае, когда лёгкая тень падает на один из модулей, мощность цепи равна 1 643 Вт. Таким образом, снижении силы тока в солнечной батареи, под влиянием слабой тени, может повлиять значительно больше чем снижение напряжения из-за сильно затенённой одной панели.
Влияние на производительность в параллельно подключенных стрингах (цепях).
Когда тень падает на два параллельно соединенных стринга неравномерно, происходит эффект «несоответствия напряжений». Это происходит когда два стринга, соединенные параллельно, производят различное напряжение, при независимом измерении каждой отдельной цепи. Это может сбить инвертор или контроллер заряда с толку, вызывая постоянные поправки в работу системы для достижения оптимальной производительности.
Несоответствия напряжений в параллельно подключенных стрингах (цепях)
Так как точки максимальной мощности, которые рассчитывает MPPT трекер в контроллере, меняются с движением тени, контроллер заряда может ошибаться и выбирать напряжение не соответствующее максимальной мощности и работать в таком режиме продолжительное время. Это может сильно повлиять на количество производимой энергии.
Для повышения эффективности рекомендуется использовать инверторы с несколькими MPPT трекерами, или использовать несколько инверторов/контроллеров заряда. Так же есть решение применять микроинверторы на каждой солнечной батареи.
Поделиться «Влияние тени на работу солнечных батарей»
Рекомендуемые статьи
Солнечная батарея своими руками
Если говорить об экономической целесообразности, то для изготовления небольшой солнечной батареи своими руками в домашних условиях выгодней купить фабричную панель, а не несколько десятков новых диодов или транзисторов. При одинаковой производительности (мощности) такая самоделка будет дешевле, а ее изготовление займет меньше времени. Единственное условие, оправдывающее потраченное время — это возможность дешево купить старые комплектующие, которые были списаны как «неликвиды».
Устройство и принцип работы
Есть два основных способа использования солнечной энергии:
- Прямое использование для нагрева воды и аккумулирования тепла в гелио системах отопления и горячего водоснабжения.
- Преобразование света в электроэнергию.
Справка. Основные законы преобразования света в электроэнергию были сформулированы в конце XIX века российским ученым Александром Столетовым.
Первые солнечные панели появились еще в семидесятые годы прошлого столетия, но несовершенные технологии и низкая эффективность делали производство батарей дорогим и низкорентабельным. И только последние разработки в этой области сделали производство «солнечной» электроэнергии технически и экономически доступными.
Есть несколько типов панелей, использующих разные материалы. Но все они построены на полупроводниках. Преобразование света основано на внутреннем фотоэффекте p-n перехода — возникновении дополнительных «дырок» и свободных электронов под воздействием света. Электроны «стремятся» в n-область, дырки — в p-область. Как результат перераспределения заряда между областями, возникает разность потенциалов и через переход протекает ток.
Каждый модуль заводской солнечной батареи имеет собственный несущий каркас, с расположенной на нем клеммной коробкой. Это делает возможным объединять модули в единую систему, с подключением к общему оборудованию, которое позволяет контролировать работу, накапливать электроэнергию, преобразовывать ее и распределять между потребителями. А для защиты фотоэлементов используют специальное покрытие из закаленного стекла.Стационарные солнечные батареи дополнительно оборудуют инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный. Компактным модулям для питания устройств, работающих от аккумуляторов, инвертор не нужен.
Аналогичный компактный модуль можно сделать своими руками из диодов или транзисторов и подключить его к «промежуточному» аккумулятору. А уже от него заряжать мобильный телефон (как от Power Box) или использовать для питания LED светильника.
Солнечная панель из диодов
Для изготовления панели можно использовать диоды в металлических и стеклянных корпусах. Первый вариант мощнее, но более трудоемкий. Второй — проще, хотя для достижения такой же мощности понадобится больше элементов.
Панель из диодов в металлическом корпусе
Диоды КД203
Если говорить о максимальной мощности, которую можно получить с одного кристалла полупроводника, то лучшими в этом отношении будут диоды серии КД203 (КД2010).
При ярком солнечном свете один кристалл способен выдать напряжение порядка 0.7 В при токе до 7 мА.
Но сложность заключается в том, что диоды этой серии изготовлены в металлокерамическом корпусе, который заодно выполняет роль теплоотвода при монтаже на металлическое шасси.Чтобы вынуть кристалл кремниевого полупроводника и «открыть» его для освещения, надо:
- аккуратно разбить керамику и освободить верхний контакт;
- раскрыть корпус, сняв с основания «крышку»;
- разогреть диод до температуры плавления олова, которым к кристаллу припаяны контакты;
- освободить от верхнего жесткого контакта кристалл, а вместо него припаять гибкий проводник.
Диоды средней мощности в металлическом или металлостеклянном корпусе серии Д7, Д214, Д215, Д226, Д237, Д242-Д247 разбирать проще. Сначала бокорезами обрезают жесткий контакт и часть корпуса в виде трубки со стороны анода. А затем вставив нож в шов между основанием и крышкой, открывают корпус. Для облегчения процесса можно предварительно слегка сжать фланец корпуса в тисках, чтобы раскрылась щель между основанием и крышкой.
И эту процедуру надо выполнить с каждым диодом, а их должно быть несколько десятков. В реальных условиях напряжение на одном кристалле будет ниже максимума раза в полтора — около 0.5 В. Чтобы получить на выходе 5 В, надо последовательно соединить в блок 10 кристаллов.
Приблизительно такое же соотношение максимальной и реальной силы тока — рассчитывать надо на величину 4-5 мА. Чтобы «нарастить» силу тока и повысить мощность солнечной батареи, надо параллельно соединить на панели несколько таких блоков.
Сама панель должна иметь вид решетки из расположенных в несколько рядов ячеек двух разных диаметров, расположенных поочередно. Большое отверстие — для посадки корпуса, меньшее — для гибкого проводника, которым соединяют в цепь расположенные рядом диоды. Такая заготовка для диодов в металлическом корпусе без крышки глядит так:
Возможны и другие варианты конструкции панели, но принцип прежний — последовательно-параллельное соединение элементов. Принцип как сделать солнечную батарею из диодов был описан еще в советское время. Ниже приведено фото иллюстрации тех времен, на которой показаны способы разборки элементов и принципиальная схема соединения:
Панель из диодов в стеклянных корпусах
Эти элементы менее мощные и способны «генерировать» токи менее одного миллиампера, но их достоинство в том, что кристалл полупроводника не надо «открывать».
У некоторых серий корпус изначально прозрачный, а у тех элементов, корпуса которых окрашены, надо просто смыть краску растворителем.
К таким относятся диоды Д223Б, которые способны при оптимальной ориентации относительно яркого солнца выдавать напряжение около 0,3 В, что почти сопоставимо с более мощными аналогами.
Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:
- помещают на некоторое время диоды в емкость с растворителем;
- достают из растворителя элементы и счищают с них размягченную краску;
- сгибают под 180° выводы анодов (это необходимо для правильного положения кристалла полупроводника относительно плоскости монтажной платы;
- монтируют на монтажной плате элементы, объединяя их в последовательно параллельные группы согласно схеме соединения.
Вот так выглядит панель, состоящая из 9 параллельно соединенных блоков по 12 элементов в каждом:
Как видно, помещенная на солнце, она выдает напряжение в 2.5 В, а ее мощности хватает, чтобы полностью зарядить за 2 часа ионистор емкостью 0,47 Ф.
Панель из светодиодов
Любой светодиод обладает обратимостью: он не только излучает свет под напряжением, но и наоборот — генерирует электричество под воздействием света. Максимальная ЭДС у сверхярких элементов — до 1.65 В, но ток при этом получается очень маленьким — до 20 мкА. Зеленые индикаторные светодиоды с линзой диаметром 3 или 5 мм при освещении выдают почти 1.6 В. Совсем немного уступают им красные и оранжевые светодиоды с линзой 5 мм.
Но изготовить из них солнечную панель, способную работать как эффективное зарядное устройство, не получится из-за крайне маленького тока.
Панель солнечной батареи из транзисторов
Так же как и у диодов, открытый полупроводниковый кристалл транзистора при освещении образует разность потенциалов на p-n переходах. Если провести измерения, то в результате окажется, что всегда есть пара контактов, которая выдает максимально возможную мощность.
Но перед этим надо «открыть» корпус транзистора — аккуратно снять крышку. Вот так выглядит транзистор 2Т908А «внутри»:
Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной панели надо протестировать все заготовленные элементы и рассортировать их по группам (блокам) с наиболее близкими значениями суммарных напряжений.
Примечание: Один из основных недостатков мощных транзисторов отечественного производства — это «нестабильность» характеристик.
Например, чтобы подобрать приблизительно одинаковую пару для двухкаскадного усилителя, надо было «прозвонить» вручную несколько транзисторов.
Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.
Схема сборки элементов солнечной батареи
Первый вариант. Соединяют параллельно группы (блоки) с одинаковым суммарным напряжением последовательно собранных элементов, и получают на выходе сумму токов от каждого блока. Схема приведена ниже:
Второй вариант. Элементы с приблизительно одинаковыми напряжениями соединяют в группе параллельно (выходной ток будет равен сумме токов). А чтобы нарастить напряжение, несколько таких групп соединяют последовательно.
В сравнении с диодной солнечной панелью собранный транзисторный блок при одинаковой мощности будет занимать большую площадь.
Сборка корпуса
Самый простой корпус для панели домашней солнечной батареи изготавливают из фанеры или листового пластика:
- Вырезают по размеру лист, к которому крепят панель.
- По периметру листа крепят саморезами или на клей небольшие бортики высотой чуть больше толщины панели.
- Сверлят отверстия под выходной кабель с клеммами для подключения аккумулятора.
- Подключают к панели кабель через диод Шотки (это надо, чтобы обезопасить аккумулятор от короткого замыкания).
- Сверху накрывают лист светопрозрачным листом — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Крепят его к бортам саморезами.
В качестве средства повышения эффективности панели из одного блока иногда используют алюминиевые банки. Такая солнечная батарея своими руками выглядит так:
В этой конструкции донышко от алюминиевой банки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» в фокусе отраженные лучи света.
Даже если кристалл полупроводника не лежит в главном фокусе, он все равно расположен на главной оптической оси, а это уже увеличивает концентрацию светового потока. Но такая конструкция оправдана в случае, если размеры панели не имеют значения, а количество диодов или транзисторов ограничено.
Описанные выше схемы не могут служить в качестве источника альтернативной энергии для подключения сколь значимого по мощности потребителя.
Их достоинство в том, что можно использовать элементную базу, которая морально устарела и досталась практически даром как «наследство» от советской промышленности. Изготовление подобной батареи можно рассматривать как хобби или приобретение полезных навыков у новичка. А практическая польза, хоть небольшая, но будет.Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Солнечная батарея своими руками: как сделать в домашних условиях
Человечество в целях заботы об экологии и экономии денежных средств начало использовать альтернативные источники энергии, к которым, в частности, принадлежат солнечные батареи. Покупка такого удовольствия обойдется довольно дорого, но не составляет сложности сделать данное устройство своими руками. Поэтому вам не помешает узнать, как самому сделать солнечную батарею. Об этом и пойдет речь в нашей статье.
Устройство и принципы работы
Солнечные батареи — устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов.
Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принципы ее работы. Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.
Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его очистка обходится дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен.
Каждый фотоэлемент является отдельной ячейкой, генерирующей электроэнергию. Ячейки сцеплены между собой и образуют единое поле, от площади которого зависит мощность батареи. То есть, чем больше фотоэлементов, тем больше электроэнергии генерируется.
Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с последнего энергетического уровня атомов кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.
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.
Разновидности
Солнечные батареи подразделяются на следующие виды.
Кремниевые
Кремний — самый популярный материал для батарей.
Кремниевые батареи также делятся на:
- Монокристаллические: для производства таких батарей используется очень чистый кремний.
- Поликристаллические (дешевле монокристаллических): поликристаллы получают постепенным охлаждением кремния.
Пленочные
Такие батареи подразделяются на следующие виды:
- На основе теллурида кадмия (КПД 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом светопоглощения, что и позволяет использовать его в производстве батарей.
- На основе селенида меди — индия: КПД выше, чем у предыдущих.
- Полимерные.
Солнечные батареи из полимеров начали изготавливать относительно недавно, обычно для этого используют фуреллены, полифенилен и др. Пленки из полимеров очень тонкие, порядка 100 нм. Несмотря на КПД 5%, батареи из полимеров имеют свои преимущества: дешевизна материала, экологичность, эластичность.
Аморфные
КПД аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремневодорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести, как к кремниевым, так и к пленочным. Аморфные батареи эластичны, генерируют электричество даже в непогоду, поглощают свет лучше других панелей.
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.
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.
Этапы работы
Корпус
Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.
Корпус собирается из влагостойкого материала: фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат.
При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.
Пайка элементов
Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности, так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.
Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса: положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток — параллельно.
Во избежание разрядки аккумулятора ночью, в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой.
Сборка
В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон — все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.
Даже городской житель может сделать и разместить солнечную батарею на балконе своими руками. Желательно, чтобы балкон был застеклен и утеплен.
Вот мы и разобрали, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, оказалось, это совсем несложно.
Идеи из подручных материалов
Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.
Солнечная батарея из фольги
Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.
Как сделать солнечную батарею из фольги?
Нам понадобится:
- 2 «крокодильчика»;
- медная фольга;
- мультиметр;
- соль;
- пустая пластиковая бутылка без горлышка;
- электрическая печь;
- дрель.
Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.
Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.
Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.
Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.
Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.
Солнечная батарея из транзисторов
У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.
Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.
Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.
Солнечная батарея из диодов
Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.
Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.
Солнечная батарея из пивных банок
Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.
Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом.
Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.
Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.
Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.
Видео
Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.
как сделать самодельную солнечную панель
Солнечные батареи — источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?
Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками — затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.
В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.
Содержание статьи:
Коротко об устройстве и работе
Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.
Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.
При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.
Галерея изображений
Фото из
Сборка солнечной батареи из кремниевых пластинок
Формирование плюсовой токоведущей дорожки
Создание минусовых токоведущих линий с задней стороны
Подключение проводника и блокирующего диода
В роли пластин-фотоэлементов выступают элементы из кремния. Кремниевая пластина с одной стороны покрыта тончайшим слоем фосфора или бора – пассивного химического элемента.
В этом месте под действием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются фосфорной плёнкой и не разлетаются.
На поверхности пластины имеются металлические “дорожки”, на которых выстраиваются свободные электроны, образуя упорядоченное движение, т.е. электрический ток.
Чем больше таких кремниевых пластин-фотоэлементов, тем больше электрического тока можно получить. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте .
Верхний слой пластин-фотоэлементов покрыт слоем, который не допускает отражение солнечного света от пластин, повышая их КПД
Материалы для создания солнечной пластины
Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:
- силикатные пластины-фотоэлементы;
- листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
- жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
- прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
- шурупы, саморезы;
- силиконовой герметик для наружных работ;
- электрические провода, диоды, клеммы.
Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.
Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.
Кремниевые пластины или фотоэлементы
Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:
- поликристаллические;
- монокристаллические;
- аморфные.
Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.
Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле
Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.
Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.
Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность
Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.
Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.
Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.
При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов
Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.
Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.
Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.
Галерея изображений
Фото из
Поликристаллическая фотоэлектрическая пластина
Лицевая и тыльная стороны кремниевой пластины
Монокристаллическая фотоэлектрическая пластина
Обратная сторона монокристаллической пластины
Каркас и прозрачный элемент
Каркас для будущей панели можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.
Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:
- Алюминий – лёгкий металл, не дающий серьёзной нагрузки на опорную конструкцию, на которую планируется установка батареи.
- При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен воздействию ржавчины.
- Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниёт.
При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение.
От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.
Минимальный коэффициент светоотражения у плексиглас или более дешёвого его варианта – оргстекла. Чуть ниже показатель преломления света у поликарбоната.
От величины второго показателя зависит, будут ли нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвергаются нагреванию, тем дольше они прослужат. ИК-излучения лучше всего поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Немного хуже – обычное стекло.
Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.
По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения оргстекло – самый оптимальный вариант для изготовления гелиобатареи
Проект системы и выбор места
Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.
Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант – батареи, которые могут менять угол наклона.
Место установки солнечных пластин может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.
Единственное условие – батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.
Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.
Для европейской части стран СНГ рекомендуемый угол стационарного наклона 50 – 60 º. Если в конструкции предусмотрено устройство для изменения угла наклона, то в зимний период лучше располагать батареи под 70 º к горизонту, в летнее время под углом 30 º
Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.
Сразу установить такую гелиосистему будет проблематично. Но даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести свой скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем также ознакомиться с принципом расчета необходимого количества .
Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.
Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка . Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.
Размещая батареи на наклонной крыше дома, не забывайте об угле наклона панели, идеальный вариант, когда у батареи есть устройство для сезонного изменения угла наклона
Монтаж солнечной батареи по шагам
Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все требуемые материалы и инструменты, можно начинать монтаж батареи.
При монтаже необходимо соблюдать технику безопасности, особенно осуществляя на крышу дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.
Шаг #1 – пайка контактов кремниевых пластин
Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлементов. Безусловно, если у вас есть возможность, то лучше всего купить фотоэлементы сразу с проводниками, т.к. пайка – очень непростая и кропотливая работа, занимающая много времени.
Пайка осуществляется следующим образом:
- Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса-проводник.
- Проводники нарезаются при помощи картонной заготовки, их длина в 2 раза больше, чем размер кремниевой пластины.
- Проводник аккуратно выкладывается на пластину. На один элемент – два проводника.
- На место, где будет производиться спайка, необходимо нанести кислоту для работы с паяльником.
- Произвести пайку при помощи паяльника, аккуратно присоединив проводник к пластине.
В процессе пайки нельзя давить на силикатный элемент, т.к. он очень хрупкий и может разрушиться! Если вам посчастливилось, и вы приобрели фотоэлементы с готовыми контактами, то вы избавите себя от долгой и сложной работы, переходя сразу к изготовлению каркаса для будущей батареи.
Пайка контактов для бракованных фотоэлементов группы В производится так же и в том же направлении, что и для целых пластин
Шаг #2 – изготовление каркаса для солнечной батареи
Каркас – это место, куда будут устанавливаться фотоэлементы. Для изготовления каркаса берутся алюминиевые уголки и рейки, из которых складываются рамки. Рекомендуемый размер уголка – 70-90 мм.
На внутреннюю часть металлических уголков наносится силиконовый герметик. Герметизацию уголков необходимо произвести тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.
После того, как алюминиевая рамка готова, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задний корпус представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.
Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Бортики привинчиваются при помощи саморезов и шуруповёрта.
Галерея изображений
Фото из
Изготовление корпуса для солнечной батареи
Вентиляционные отверстия в бортиках корпуса
Подложка для крепления кремниевых пластин
Окрашивание деталей корпуса для гидроизоляции
На дне ящика-корпуса из ДСП делаются вентиляционные отверстия. Расстояние между отверстиями примерно 10 см. В алюминиевую раму устанавливается прозрачный элемент (оргстекло, антибликовое стекло, плексиглас).
Прозрачный элемент прижимается и фиксируется, его крепление осуществляется при помощи метизов: 4 по углам, а также по 2 с длинных и по 1 с короткой стороны рамы. Метизы крепятся шурупами.
Каркас для гелиобатареи готов и можно приступать к самой ответственной части – монтажу фотоэлементов. Перед монтажом необходимо очистить оргстекло от пыли и обезжирить спиртсодержащей жидкостью.
Шаг #3 – монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов
Монтаж и пайка кремниевых пластин – самая трудоёмкая часть работы по созданию солнечной панели своими руками. Сначала раскладываем фотоэлементы на оргстекло синими пластинами вниз.
Если вы впервые собирайте батарею, то можно воспользоваться подложкой для нанесения разметки, чтобы расположить пластины ровно на небольшом (3-5 мм) расстоянии друг от друга.
- Производим пайку фотоэлементов по следующей электросхеме: “+” дорожки расположены на лицевой стороне пластины, “-” – на обратной. Перед пайкой аккуратно наносит флюс и припой, чтобы соединить контакты.
- Производим пайку всех фотоэлементов последовательно рядами сверху вниз. Ряды затем должны быть также соединены между собой.
- Приступаем к приклеиванию фотоэлементов. Для этого наносим небольшое количество герметика на центр каждой кремниевой пластины.
- Переворачиваем получившиеся цепочки с фотоэлементами лицевой стороной (там, где синие пластины) вверх и размещаем пластины по разметке, которую нанесли ранее. Осторожно прижимаем каждую пластину, чтобы зафиксировать её на своём месте.
- Контакты крайних фотоэлементов выводим на шину, соответственно “+” и “-“. Для шины рекомендуется использовать более широкий проводник из серебра.
- Гелиобатарею необходимо оснастить блокирующим диодом, который соединяется с контактами и предотвращает разрядку аккумуляторов через конструкцию в ночное время.
- В дне каркаса сверлим отверстия для вывода проводов наружу.
Провода необходимо прикрепить к каркасу, чтобы они не болтались, сделать это можно используя силиконовый герметик.
Галерея изображений
Фото из
Подготовка кремниевых пластин к пайке
Сушка избавленных от воска элементов батареи
Вычерчивание абриса пластинок на подложке
Процесс пайки фотоэлектрических элементов батареи
Соединение кремниевых пластин в солнечную батарею
Соединение кремниевых пластин с лицевой стороны
Устройство медных токоведущих шин прибора
Проверка работоспособности части батареи
Шаг #4 – тестирование батареи перед герметизацией
Тестирование солнечной панели необходимо проводить до её герметизации, чтобы иметь возможность устранить неисправности, которые часто возникают во время пайки. Лучше всего производить тестирование после спайки каждого ряда элементов – так значительно проще обнаружить, где контакты соединены плохо.
Для тестирования вам понадобиться обычный бытовой амперметр. Измерения необходимо проводить в солнечный день в 13-14 часов, солнце не должно быть скрыто облаками.
Выносим батарею на улицу и устанавливаем в соответствии с ранее рассчитанным углом наклона. Амперметр подключаем к контактам батареи и проводим измерение тока короткого замыкания.
Смысл тестирования заключается в том, что рабочая сила электрического тока должна быть на 0,5-1,0 А ниже, чем ток короткого замыкания. Показания прибора должны быть выше 4,5 А, что говорит о работоспособности гелиобатареи.
Если тестер выдаёт меньшие показания, то где-то наверняка нарушена последовательность соединения фотоэлементов.
Обычно самодельная , сконструированная из фотоэлементов группы В выдаёт показания 5-10 А, что на 10-20% ниже, чем у солнечных панелей промышленного производства.
Галерея изображений
Фото из
Шаг 9: После проверки работоспособности частей батареи, запаянных на подложке, их располагают в корпусе
Шаг 10: Подложки с пластинами внутри корпуса фиксируются на четыре шурупа. Провод, соединяющий части батареи, выводится через вентиляционные отверстия
Шаг 11: К каждой из половин сооружаемой батареи последовательно подключается диод Шоттки. Его минус подключается к плюсу системы
Шаг 12: Для вывода проводов из корпуса высверливается отверстие. Провода скреплены узлом, чтобы не болтались, и зафиксированы герметиком
Шаг 13: После нанесения герметика необходимо сделать технологический перерыв, отпущенный на полимеризацию состава
Шаг 14: К выведенному из солнечной батареи проводу подсоединяется двухконтактный разъем. Принадлежащая ему розетка крепится на аккумуляторе прибора, который будет заряжать батарея
Шаг 15: После сборки обеих частей прибора и вывода силовой линии наружу батарею закрывают заранее подготовленным экраном
Шаг 16: Перед герметизацией стыков гелиоприбора еще раз проводится проверка работоспособности, чтобы вовремя устранить отошедшие контакты, если они будут обнаружены
Установка обеих частей батареи в подготовленный корпус
Крепление основы солнечной батареи внутри корпуса
Установка блокирующего диода Шоттки
Вывод из корпуса наружу проводов прибора
Ожидание затвердевания герметика
Крепление двухконтактного разъема к проводу
Установка светопропускающего экрана на прибор
Контроль работоспособности перед герметизацией
Шаг #5 – герметизация уложенных в корпус фотоэлементов
Герметизацию можно производить, только убедившись, что батарея работает. Для герметизации лучше всего использовать эпоксидный компаунд, но учитывая, что расход материала будет большой, а стоимость его составляет примерно 40-45 долларов. Если дороговато, то вместо него можно применять всё тот же силиконовый герметик.
Используя силиконовой герметик, отдавайте предпочтения тому, на упаковке которого указано, что он подходит для использования при минусовых температурах
Существует два способа герметизации:
- полная заливка, когда панели заливаются герметиком;
- нанесение герметика на пространство между фотоэлементами и на крайние элементы.
В первом случае герметизация будет более надёжной. После заливки герметик должен схватиться. Затем сверху устанавливается оргстекло и плотно прижимается к пластинам, покрытым силиконом.
Для обеспечения амортизации и дополнительной защиты между задней поверхностью фотоэлементов и каркасом из ДСП многие мастера советуют устанавливать прокладку из жёсткого поролона шириной 1,5-2,5 см.
Делать это необязательно, но желательно, учитывая, что кремниевые пластины достаточно хрупкие и легко повреждаются.
После установки оргстекла на конструкцию ставят груз, под действием которого происходит выдавливание пузырьков воздуха. Солнечная батарея готова и после повторного тестирования её можно устанавливать в заранее выбранное место и подключать к гелиосистеме вашего дома.
Выводы и полезное видео по теме
Обзор фотоэлементов, заказанных в китайском интернет-магазине:
Видео-инструкция по изготовлению солнечной батареи:
Сделать солнечную батарею своими руками – не простая задача. КПД большинства таких батарей ниже, чем у панелей промышленного производства на 10-20%. Самое важное при конструировании солнечной батареи – правильно выбрать и установить фотоэлементы.
Не пытайтесь сразу создать огромную по площади панель. Попробуйте сначала соорудить маленький прибор, чтобы понять все нюансы этого процесса.
У вас есть практические навыки создания солнечных батарей? Поделитесь, пожалуйста, своим опытом с посетителями нашего сайта – пишите комментарии в расположенном ниже блоке. Там же можно задать вопросы по теме статьи.