Виготовлення сонячної батареї для дому своїми руками

1. Вибір комплектуючих для виготовлення
2. Технологія виготовлення своїми руками
3. збірка корпусу
4. з'єднання фотоелементів
5. Герметизація сонячної панелі
6. Фінальна збірка сонячної батареї
7. Переваги та недоліки сонячної батареї
8. установка
9. Схема електропостачання будинку

основою сонячної батареї є фотоелектричні перетворювачі (сонячні модулі), які звертають енергію сонячного світла в електрику. Для того, щоб в будинку користуватися побутовими приладами за рахунок сонячної батареї, таких модулів повинно бути досить багато.

Енергії, що виробляється одним модулем, недостатньо для задоволення енергетичних потреб. Між собою фотоелектричні перетворювачі пов'язані однією послідовним колом.

Частини, з яких складається сонячна батарея:

1. Сонячні модулі, об'єднані в рамкі.В одній рамці об'єднуються від одиниць до декількох десятків фотоелектричних елементів. Для забезпечення електроенергією цілого будинку знадобиться кілька панелей з елементами.
2. акумулятор . Служить для накопичення одержуваної енергії, яку потім можна використовувати в темну пору доби.
3. Контролер. Він стежить за розрядкою і зарядкою акумулятора.
4. інвертор . Перетворює постійний струм, отриманий від сонячних модулів в змінний.

Сонячний модуль (або фотоелектричний елемент) заснований на принципі pn переходу, і за своїм устроєм дуже нагадує транзистор. Якщо у транзистора спиляти капелюшок і на поверхню направити сонячні промені, то підключеним до нього приладом можна визначити мізерний електричний струм. Сонячний модуль працює за таким же принципом, тільки поверхню переходу у сонячного елемента значно більше.

Як і багато типів транзисторів, сонячні елементи виготовляються з кристалічного кремнію.

За технологією виготовлення і матеріалами розрізняють три види модулів:

1. Монокристалічні. Виготовлені у вигляді циліндричних кремнієвих злитків. Переваги елементів полягає у високій продуктивності, компактності і в найбільшому терміні служби.
2. Тонкоплівкові. Робиться напилення шарів фотоелектричного перетворювача на тонку підкладку. ККД тонкоплівкових модулів відносно невисокий (7-13%).
3. Полікристалічні. Розплавлений кремній заливається в квадратну форму, потім охолоджений матеріал ріжеться на квадратні пластинки. Зовні відрізняються від монокристалічних модулів тим, що краю кутів у полікристалічних пластин не обрізані.

Акумулятор. У сонячних батареях найбільше застосування знайшли свинцево-кислотні акумулятори. Стандартний акумулятор має напругу 12 вольт, для отримання більшої напруги збирають акумуляторні блоки. Так можна зібрати блок напругою 24 і 48 вольт.

Контролер заряду сонячних батарей. Контролер заряду діє за принципом регулятора напруги в автомобілі. Переважно сонячні панелі на 12 вольт видають напругу від 15 до 20 вольт, і без контролера можуть бути пошкоджені перевантаженням. При 100% зарядженому акумуляторі контролер відключає модулі і оберігає акумулятор від закипання.

Інвертор. Сонячні модулі виробляють постійний струм, а для використання побутових приладів і техніки потрібно змінний струм і напруга 220 вольт. Інвертори призначені для перетворення постійного струму, роблячи його змінним.

Вибір комплектуючих для виготовлення

Щоб знизити собівартість сонячної станції, потрібно спробувати зібрати її самостійно. Для цього буде потрібно закупити необхідні комплектуючі, якісь елементи можна виготовити самому.

Самостійно вийде зібрати:

• рамки з фотоелектричними перетворювачами;
• контролер зарядки;
• інвертор напруги;

Найбільші витрати будуть пов'язані з придбанням самих сонячних елементів. Деталі можна замовити з Китаю або на eBay, такий варіант обійдеться дешевше.

Розсудливо купувати працездатні перетворювачі з ушкодженнями і дефектами - вони просто забраковані виробником, але цілком справні. Не можна купувати елементи різних розмірів і потужності - максимальний струм сонячної батареї буде обмежений струмом самого малого елемента.

Для виготовлення рамки з сонячними елементами потрібно:

• алюмінієвий профіль;
• сонячні елементи (зазвичай 36 штук для однієї рамки);
• паяльник ;
• припій і флюс;
• дриль;
• кріпильні робили;
• силіконовий герметик;
• мідна шина;
• лист прозорого матеріалу (оргскло, полікарбонат, плексиглас);
• лист фанери або текстоліту (оргскла);
• діоди Шотткі;

Збирати інвертор самостійно має сенс тільки при невеликому енергоспоживанні. Контролер заряду в простому виконанні не так дорого коштує, тому немає особливого сенсу витрачати час на виготовлення приладу.

Технологія виготовлення своїми руками

Для збірки сонячної батарей буде потрібно:

1. Сконструювати рамку (корпус).
2. Спаяти всі сонячні елементи в паралельну ланцюг.
3. Закріпити сонячні елементи на рамці.
4. Зробити корпус герметичним - пряме попадання атмосферних опадів на фотоелектричні елементи неприпустимо.
5. Розмістити батарею в районі найбільшої сонячної освітленості.

Для задоволення енергетичних потреб приватного будинку однієї сонячної панелі (рамки) буде недостатньо. Виходячи з практики, з одного квадратного метра сонячної панелі можна отримати 120 Вт потужності. Для нормального енергозабезпечення житлового будинку буде потрібно десь 20 кв. м. площі сонячних елементів.

Найчастіше батареї розміщують на даху будинку з сонячної сторони.

збірка корпусу

Корпус можна збирати з фанерного листа і рейок, або з алюмінієвих куточків і листа і оргскла (текстоліту). Необхідно визначитися, скільки елементів буде розміщуватися в рамці. Слід враховувати, що між елементами необхідний зазор в 3-5 мм, і розмір рамки розраховується з урахуванням цих відстаней. Відстань необхідно для того, щоб при тепловому розширенні пластини не торкалися один з одним.

Збірка конструкції з алюмінієвого профілю і оргскла:

• з алюмінієвого куточка робиться прямокутний каркас;
• По кутах в алюмінієвому корпусі свердлити отвори для кріплення;
• на внутрішню частину профілю корпусу наноситься силіконовий герметик по всьому периметру;
• в раму встановлюється лист оргскла (текстоліту) і щільно притискається до рами;
• по кутах корпусу за допомогою шурупів ставляться кріпильні куточки, які надійно фіксують лист прозорого матеріалу в корпусі;
• герметику дають грунтовно висохнути;

Все, корпус готовий. Перед розміщенням сонячних елементів в корпусі необхідно ретельно протерти поверхню від бруду та пилу.

з'єднання фотоелементів

Звертаючись з фотоелектронними елементами, слід пам'ятати, що вони дуже крихкі і вимагають дбайливого ставлення. Перед з'єднанням пластин в послідовний ланцюжок їх спочатку ретельно, але акуратно протірают- пластини повинні бути ідеально чистими.

Якщо фотоелементи були куплені вже з припаяними провідниками, це спрощує процес з'єднання модулів. Але перед складанням в цьому випадку необхідно перевірити якість готової пайки, і якщо є нерівності - усунути їх.

На фотоелектричних пластинах передбачені контакти по обидва боки - це контакти різної полярності. Якщо провідники (шини) ще не припаяні, необхідно спочатку припаяти їх до контактів пластин, а потім вже з'єднати фотоелектричні елементи між собою.

Щоб припаяти шини до фотоелектричним модулів, потрібно:

1. Відміряти потрібну довжину шини і нарізати на шматки потрібну кількість смужок.
2. Протерти контакти пластин спиртом.
3. Тонким шаром нанести на контакт флюс по всій довжині контакту з одного боку.
4. Докласти шину точно по довжині контакту і розігрітим паяльником повільно провести по всій поверхні пайки.
5. Перевернути пластину і повторити всі операції пайки на іншій стороні.

Не можна сильно притискати паяльник до пластини, елемент може лопнути. Також необхідно перевірити якість пайки - нерівностей на лицьовій стороні фотоелементів бути не повинно. Якщо горбки і шорсткості залишилися, потрібно ще раз акуратно пройтися паяльником по шву контакту. Користуватися необхідно малопотужним паяльником.

Що потрібно зробити, щоб правильно і точно провести з'єднання фотоелектричних елементів:

1. Якщо немає досвіду в збірці елементів, рекомендується скористатися розмічальної поверхнею, на якій слід розмістити елементи (фанерний лист).
2. Розташувати сонячні панелі строго по розмітці. Розмічаючи, не забувати залишати відстань між елементами 5 мм.
3. Пропаівая контакти пластин, обов'язково стежити за полярністю. Фотоелементи повинні бути правильно зібрані в послідовний ланцюжок, інакше батарея нормально не працюватиме.

Механічний монтаж панелей:

1. У корпусі зробити розмітку для пластин.
2. Сонячні елементи помістити в корпус, поклавши їх на оргскло. У рамці закріпити силіконовим клеєм по розмічених місцях. Клея багато не наносити, тільки крихітну краплю по центру пластини. Натискати обережно, щоб не пошкодити пластіни.В корпус краще переміщати пластини удвох, одному буде незручно.
3. З'єднати всі дроти по краях пластин з загальними шинами.

Герметизація сонячної панелі

Перш ніж герметизувати панель, потрібно протестувати якість пайки. Конструкцію акуратно виносять ближче до сонячного світла і заміряють напруга на загальних шинах. Воно повинно бути в межах очікуваних значень.

Як варіант, герметизацію можна провести наступним чином:

1. Нанести крапельки силіконового герметика між пластинами і по краях корпусу, акуратно пальцями руки краю фотоелементів притиснути до оргскла. Потрібно, щоб елементи якомога щільніше лягли до прозорого основи.
2. Поставити на всі краї елементів невеликий вантаж, припустимо, головки з автомобільного набору інструментів.
3. Дати герметику добре висохнути, пластини за цей час надійно зафіксуються.
4. Потім промазати акуратно все стики між пластинами і краями рамки. Тобто, потрібно промазати в корпусі все, крім самих пластин. Попадання герметика на краю тильної сторони пластин допустимо.

Фінальна збірка сонячної батареї

1. Збоку корпусу встановити з'єднувальний роз'єм, роз'єм з'єднати з діодами Шотткі.
2. Закрити з зовнішньої сторони пластини захисним екраном з прозорого матеріалу. В даному випадку, оргстеклом. Конструкція повинна бути герметичною і виключати проникнення в неї вологи.
3. Лицьову сторону (оргскло) бажано обробити, наприклад, лаком (лак PLASTIK-71).

Для чого потрібен діод Шотткі? Якщо світло падає тільки на частину сонячної батареї, а інша частина затемнена, можливий вихід елементів з ладу.

Діоди допомагають уникнути поломки конструкції в таких випадках. При цьому втрачається потужність на 25%, але без діодів не обійтися - вони шунтируют струм, струм йде в обхід фотоелементів. Щоб падіння напруги було мінімальним, необхідно застосовувати низькоомні напівпровідники, такими є діоди Шотткі.

Переваги та недоліки сонячної батареї

У сонячних батарей є як переваги, так і недоліки. Якби були тільки одні плюси від застосування фотоелектричних перетворювачів, весь світ давно б уже перейшов на цей вид отримання електроенергії.

переваги:

1. Автономність джерела живлення, немає залежності від перебоїв напруги в централізованої електромережі.
2. Відсутність абонентської плати за використання електроенергією.

недоліки:

1. Висока собівартість обладнання і елементів.
2. Залежність від сонячного освітлення.
3. Можливість пошкодження елементів сонячної батареї внаслідок несприятливих погодних умов (град, буря, ураган).

В яких випадках доцільно використовувати установку на фотоелектричних елементах:

1. Якщо об'єкт (будинок або дача) знаходиться на великій відстані від лінії електропередач. Це може бути заміський котедж в сільській глибинці.
2. Коли об'єкт розташований в південному сонячному районі.
3. При поєднанні різних видів енергії. Наприклад, опалення приватного будинку за допомогою пічного опалення та сонячної енергії. Собівартість малопотужної сонячної станції буде не настільки висока, і може бути економічно виправдана в даному випадку.

установка

Монтувати батарею необхідно за місцем максимальної освітленості сонячним світлом. Панелі можуть кріпитися на даху будинку, на жорсткому або поворотному кронштейні.

Лицьова частина сонячної батареї повинна бути звернена на південь або південний захід під кутом від 40 до 60 градусів. При монтажі потрібно враховувати зовнішні чинники. Панелі не повинні загороджуватись деревами і іншими предметами, на них не повинна потрапляти бруд.

Кілька рекомендацій, які допоможуть зберегти гроші і час при виготовленні сонячних панелей:

1. Краще купувати фотоелементи з невеликими дефектами. Вони також працездатні, тільки мають не такий гарний зовнішній вигляд. Нові елементи дуже дорогі, збірка сонячної батареї буде економічно не виправдана. Якщо немає особливого поспіху, пластини краще замовити на eBay, це обійдеться ще дешевше. З пересиланням та Китаю потрібно бути обережніше - велика ймовірність отримати браковані деталі.
2. Фотоелементи потрібно купити з невеликим запасом, велика ймовірність їх поломки під час монтажу, особливо, якщо немає досвіду складання подібних конструкцій.
3. Якщо елементи поки не використовуються, слід приховати їх у надійне місце, щоб уникнути поломок тендітних деталей. Не можна складати пластини великими стопками - вони можуть лопнути.
4. При першій збірці слід виготовити шаблон, на якому будуть розмічені місця розташування пластин перед складанням. Так легше виміряти відстані між елементами перед пайкою.
5. Паяти необхідно малопотужним паяльником, і ні в якому разі не застосовувати зусилля при пайку.
6. Для збірки корпусу зручніше застосовувати алюмінієві куточки, дерев'яна конструкція менш надійна. Як листа з тильного боку елементів краще використовувати оргскло або інший подібний матеріал і надійніше, ніж фарбована фанера, і естетично виглядає.
7. Розташовувати фотоелектричні панелі слід в місцях, де сонячне освітлення буде максимальним протягом усього світлового дня.

Схема електропостачання будинку

Послідовна ланцюг енергопостачання приватного будинку на сонячних батареях виглядає наступним чином:

1. Сонячна батарея з декількох панелей, які розташовані на схилі даху будинку, або на кронштейні. Залежно від енергоспоживання, панелей може бути до 20 штук і більше. Батарея виробляє постійний струм 12 вольт.
2. Контролер зарядки. Пристрій оберігає акумулятори від передчасного розряду, а також обмежує напругу в ланцюзі постійного струму. Тим самим, контролер захищає акумулятори від перевантаження.
3. Інвертор напруги. Перетворює постійний струм в змінний струм, забезпечуючи тим самим можливість споживання електроенергії побутовими приладами.
4. Акумулятори. Для приватних будинків і дач ставлять кілька акумуляторів, поєднуючи їх послідовно. Служать для накопичення енергії. Енергія акумуляторів використовується в темний час доби, коли елементи сонячної батареї не виробляють струм.
5. Електролічильник.

Досить часто в приватних будинках система енергопостачання доповнюється резервним генератором.

В цілому, зібрати сонячну батарею своїми руками не так вже й складно. Потрібні лише певні кошти, терпіння і акуратність.