Как сделать солнечную батарею своими руками. Как устроена солнечная батарея и как ее сделать самому

Система очень проста, но для эффективной работы необходимо правильно рассчитать рабочие параметры всех заинтересованных сторон.

Как собрать солнечную батарею своими руками (пошаговая инструкция)

Солнечные коллекторы являются одним из наиболее перспективных способов выработки электроэнергии. Для покупки такого устройства необходимо потратить достаточно денег. Однако можно и дешевле построить солнечные батареи своими руками.

Солнечные панели — это пары солнечных элементов, которые преобразуют световую энергию в электричество. Солнечные батареи работают за счет использования фотоэлектрического барьера.

Принцип работы полупроводникового фотоэлемента

Он генерирует электрическое поле на вкладе полупроводников различных типов проводимости (P и N). Это препятствует проникновению электронов с проводимости типа P типа n и препятствует проникновению дырок с проводимости типа P типа в проводимость типа n.. Когда такие кристаллы освещаются, элементарные частицы света — фотоны — удаляют электроны со своих орбит и создают электронные пары.

В этом случае электроны, созданные в слое P вблизи контакта P-N, перемещаются в слой N под действием электрического поля в плотине. Аналогично, «дыры», созданные светом в области n, переносятся в потенциальную зону p. В результате эта область заряжена отрицательно из-за наличия избыточных электронов в слое n. Аналогично, в слое p имеются избыточные отверстия и положительная нагрузка. Контакт пластин создает разность потенциалов. Отрицательные тенденции влияют на контакты, связанные с N-полупроводниками, в то время как положительные тенденции влияют на другие выводы.

Из чего состоит

Материалы, используемые в конструкции солнечных батарей, включают

• кремний ( Si );
• германий ( Ge );
• арсенид галлия ( GaAs );
• селен ( Se );
• теллурид кадмия ( CdTe ) .

Солнечные батареи на основе кремния являются наиболее распространенными. Они характеризуются отличной производительностью и относительно низкой стоимостью.

Источники солнечной энергии можно разделить на три типа: монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

1. Монокристаллические элементы сделаны из одного цельного кристалла кремния. Эти элементы изготавливают, разрезая искусственно выращенные кристаллы кремния. Их КПД находится в пределах от 13 до 25%. Они могут работать в течение 25 лет, однако, их коэффициент полезного действия со временем уменьшается. Такие элементы теряют свою эффективность при слабом освещении.
2. Поликристаллические фотоэлементы изготавливают, расплавляя, а потом охлаждая кристалл кремния. КПД таких приборов находится в пределах от 9 до 18%. Срок их службы 10 лет, но при этом коэффициент полезного действия не уменьшается с течением времени. Эти модули могут работать даже в плохую погоду.
3. Солнечные элементы на основе аморфного кремния изготавливают путем напыления полупроводника на основание из полимера. Такие элементы способны гнуться, поэтому их легко монтировать. Однако КПД у них небольшой – от 5 до 10%, а срок службы не более 2-х лет. Неплохо работают при слабом освещении.

Рекомендуется выбирать солнечные элементы одного типа, чтобы избежать проблем при сборке и эксплуатации стола.

Пошаговая инструкция по сборке панели из готовых элементов

Строительство солнечного коллектора начинается с выбора инструментов и покупки солнечных батарей. Затем собирается каркас, элементы подключаются к батарее, устанавливаются в корпус, конструкция герметизируется и подключается к контроллеру и батарее. Рассмотрим пошаговый процесс создания собственной солнечной батареи.

Нам понадобятся такие материалы и инструменты

Прежде чем приступить к сборке солнечного коллектора, вам понадобятся следующие материалы: солнечный коллектор, солнечный контроллер и солнечный преобразователь.

• фотоэлементы;
• ДСП или фанера;
• деревянные рейки;
• алюминиевый уголок;
• стекло;
• герметик;
• диоды Шотки;
• провода;
• крепежные болты, винты, гайки, саморезы;
• стекло или прозрачный полимер.

Вам также понадобятся аккумулятор, контроллер и преобразователь. Помимо материалов, вам также понадобятся следующие инструменты

• набор отверток;
• электродрель;
• шуруповерт;
• паяльник;
• мультиметр.

Шаг 1: Выбор элементов

Лучше всего покупать солнечные элементы из монокристаллического кремния. Они обеспечивают лучшую производительность и более долговечны, чем другие модели ячеек.

Чтобы рассчитать необходимое количество ячеек, нужно определить общую поверхность плитки. При выборе следует учитывать, что с 1 м² можно получить 120 Вт. Таким образом, чтобы получить 3 кВт энергии, необходимо 3 000 Вт / 120 Вт солнечных панелей = 25 м². Приведенные выше расчеты являются приближенными и не учитывают местные условия, в которых будет установлен источник энергии. Кроме того, мощность такого источника зависит от погодных условий.

Выходной ток и мощность фотоэлектрического элемента зависят от его размера, а напряжение — от материала и типа элемента.

Фотоэлементы часто продаются в магазинах со светочувствительным покрытием для защиты от механических повреждений. Для его удаления необходимо выполнить следующее.

• распаковать панели и поместить их в горячую воду (температура воды до 90 градусов);
• когда воск растает, а вода немного остынет, нужно разъединить элементы;
• удалить со всех панелей остатки воска;
• вынуть элементы из воды и просушить.

Шаг 2: Делаем каркас

Размер каркаса импровизированной солнечной панели зависит от размеров солнечных элементов. При расчете размеров необходимо также учитывать расстояние между ячейками.

Для создания рамы из алюминиевого уголка необходимо сделать следующее

После этого можно приступать к созданию задней части рамы. Она состоит из фанерных стен и порога из деревянных планок. Их высота не должна превышать 2 см, чтобы не закрывать светочувствительные элементы. Для строительства деревянной части дома вам понадобятся

Шаг 3: Схемы соединения элементов в батарею

Посмотрите, как собрать солнечные панели. Существует три типа систем подключения солнечных батарей: параллельные, последовательные и смешанные.

При параллельном соединении напряжение остается одинаковым для каждого устройства, в то время как ток увеличивается во много раз по сравнению с количеством источников, соединенных последовательно. Например, две батареи на 15 В (30 элементов по 0,5 В, соединенных параллельно) и источник питания мощностью 75 Вт, соединенные таким образом, дадут в результате источник питания на 15 В и 150 Вт.

Идеи для изготовления из фольги, диодов транзисторов и других подручных средств

Давайте рассмотрим несколько идей, как построить собственную солнечную батарею из подручных средств.

Один из вариантов — фольгированная солнечная батарея. Чтобы создать это устройство, необходимо выполнить следующие действия

1. отрезаем кусок медной фольги и удаляем с его поверхности жир;
2. обрабатываем медный лист наждаком, чтобы удалить с поверхности оксидную пленку;
3. нагреваем фольгу на электрической печке в течение 30 минут;
4. охлаждаем лист на воздухе;
5. при помощи воды аккуратно удаляем с поверхности пленку оксида меди;
6. вырезаем еще один лист такого же размера, что и первый;
7. срезаем горлышко с пластиковой бутылки и помещаем в нее куски медной фольги;
8. к каждому листу подключаем провода (минусовой вывод – к обработанному листу, плюсовой – к необработанному);
9. в банку наливаем солевой раствор.

Из транзисторов также можно делать солнечные батареи. Для этой цели можно использовать старые и устаревшие транзисторы.

Чтобы изготовить такой солнечный элемент, крышку транзистора необходимо затянуть и разрезать в тисках.

Пластина находится под крышкой. Кремниевые транзисторы могут обеспечить среднее напряжение 0,35 В. Ток зависит от типа транзистора.

Чтобы подключить несколько транзисторов к одной батарее, соедините базу одного транзистора с коллектором следующего транзистора, как показано на схеме.

Такие батарейки можно использовать для питания часов или небольших радиоприемников.

Солнечная энергия также может быть создана на основе диодов. Для этой цели можно использовать диод D223B. На солнце он может генерировать напряжение 350 мВ. Для создания такой батареи необходимо сделать следующее

Важно: Диод должен быть приварен вертикально так, чтобы положительный вывод был направлен вверх. В таком положении производство энергии максимально увеличивается.

При изготовлении такого источника питания следует помнить, что батарейки, сделанные из подручных материалов своими руками, дают очень малую мощность.

Количество сырья не указано, так как оно напрямую зависит от размера и количества компонентов, используемых для сборки импровизированного солнечного элемента.

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо инвертора, для сборки полной солнечной панели необходимы следующие материалы

• Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие оловянные сплавы.
• Соединительные провода – подбираются однопроволочные медные марки. Для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин применяются голые проводники, а для отвода электроэнергии изолированные.
• Рамка – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих, металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
• Стекло или полимерная пластина – создают защитный слой поверх монокристаллических пластин, также, в сочетании с рамой, служат для скрытия элементов от воздействия атмосферных осадков и механических воздействий.
• Герметик – наилучшим материалом для герметизации является эпоксидный компаунд, но это достаточно дорогостоящее удовольствие, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
• Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Экономить при выборе батареи не стоит, так как качественная модель прослужит гораздо дольше.
• Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батареи любых бытовых приборов.

Из инструментов вам понадобится солнечный коллектор, паяльник для определения эффективности, лучковая пила для вкручивания шурупов, дрель, отвертка или обычная отвертка, мультиметр или амперметр.

Составление проекта

Во время подготовки проекта определите наилучшее место для установки солнечных батарей. Определите, какая сторона участка получает больше всего солнечного света и не закрыта деревьями или другими зданиями. Место установки может находиться на земле, скате крыши, стене или отдельно стоящей конструкции. Например, если вы устанавливаете солнечные батареи на крыше, необходимо убедиться, что конструкция выдержит их вес.

Поскольку максимальная эффективность монокристаллических и поликристаллических элементов гарантируется только при перпендикулярном расположении к солнечному свету, целесообразно собирать регулируемые конструкции. Это позволяет изменять угол наклона солнечных батарей в зависимости от времени года и времени суток. Это связано с тем, что положение источника света значительно меняется в разное время года и суток (рис. 1).

Рисунок 1: Зависимость положения солнца от времени года

Также следует учитывать, что, например, постоянно установленная батарея в идеале вырабатывает 7 кВт/ч, но только 3 кВт/ч утром и вечером. Поэтому, если батарея установлена в одном положении, она будет обеспечивать номинальную мощность только в течение нескольких месяцев в году. При стационарной установке пластина должна располагаться под углом 50° — 60°. Если регулируется, то два предела: 70° зимой и 30° летом, с уклоном в средний период. Модифицированный.

Чтобы определить количество пластин, необходимо рассчитать количество энергии или электричества, которое производит одна пластина или 1 м2. Обычно 1 м2 производит около 125 Вт, поэтому для использования около 2,5 кВт для бытовых нужд вам потребуется установить 20 м 2 панели.

Порядок изготовления солнечной батареи

Поликристаллические или монокристаллические кремниевые элементы должны быть объединены в одну панель. Это делается путем приваривания контактов к проводникам. Процесс сварки происходит следующим образом

• Оголенные проводники нарежьте одинаковыми отрезками под лекало, такой длины, чтобы она в два раза превышала размер элемента солнечной батареи. Рисунок 2: отмерьте проводники с помощью лекала
• Выложите модули на ровную поверхность (секло, лист фанеры, стол и т.д.).
• Очистите электрические контакты и полудите оловом, накладывать большое количество припоя сюда не нужно, достаточно слегка покрыть контакт. Рисунок 3: полудите контакты
• Припаяйте заранее полуженные проводники к контактам, обратите внимание, что сильно придавливать пластины нельзя, так как они очень хрупкие. Рисунок 4: припаяйте провод к элементу
• Замерьте ток от одного элемента с проводниками, это поможет подсчитать суммарную величину для всей батареи.

Если приобретенные вами солнечные панели уже оснащены соединительными кабелями, вы можете пропустить этот шаг и перейти непосредственно к сборке каркаса.

Изготовление рамки

Каркас солнечной панели представляет собой коробку с нижней стороной, покрытой прозрачным стеклом. Чтобы создать рамку, выполните следующие действия.

• Возьмите прямоугольный лист фанеры или ДСП такого размера, чтобы на нем могло располагаться нужное количество элементов. Просверлите в нем небольшие отверстия на расстоянии 10 см друг от друга для вентиляции. Рис. 5: просверлите отверстия для вентиляции
• Приклейте по краю листа деревянные планки высотой не более 2 см, чтобы они не отбрасывали тень на солнечные приемники. Дополнительно прикрутите планки небольшими шурупами.
• Вырежьте крышку из стекла или прозрачного полимера. Ее размеры должны соответствовать нижнему листу или быть меньше, в зависимости от того, поддается она сверлению или нет. Если крышку можно прикрутит шурупом, то размер может быть идентичен, если стекло может лопнуть при попытке сверления, сделайте его меньше на 0,5 – 1 см. Рис. 6: заготовьте крышку из стекла
• Изготовьте из алюминиевого уголка прижимной каркас для верхней прозрачной крышки солнечной батареи, но пока ничего не прижимайте.

Выберите для прозрачной крышки материал, не дающий бликов. В противном случае часть солнечной энергии будет отражаться, значительно снижая эффективность. После изготовления рамы соберите солнечную батарею.

Изготовление модулей

На этом этапе требуется особая осторожность и внимание, так как происходит настройка электрической цепи солнечной батареи. Прожоги и трещины могут повредить как отдельные компоненты, так и весь агрегат, который в итоге придется восстанавливать.

• Разместите солнечные коллекторы лицевой стороной на прозрачной крышке. Оптимально между элементами должно быть 3 – 5 мм, если этого трудно добиться с первого раза, можете сделать разметку на стекле. Рис. 8: разместите элементы
• Аккуратно спаяйте выводы от каждого элемента “+” к “+”, и “–” к “–”. Плюсовые контакты должны располагаться на лицевой стороне, а минусовые на внутренней. Рис. 9: спаяйте выводы элементов

Все ячейки соединяются в один ряд сверху вниз, чтобы при склеивании не раздавить расположенные ниже ячейки. Вертикальная серия приваривается к общей шине.

• Приклейте фотоэлементы к прозрачной крышке, для этого нанесите в центр элемента немного герметика и аккуратно придавите его. Следите, чтобы он располагался строго по разметке, рабочей поверхностью к стеклу, иначе переклеить потом будет проблематично. Рис. 10: приклейте элементы к стеклу
• Просверлите в рамке отверстия для вывода плюсовой и минусовой шины солнечной батареи. В цепь батареи включите контроллер заряда, который предотвратит разряд заряда аккумулятора на солнечную батарею в темное время суток. Для этого подберите такие характеристики диодов, которые обеспечат полную блокировку цепи от обратного тока.
• Зафиксируйте выводы солнечной батареи в отверстиях при помощи герметика и поместите в рамку. Рисунок 11: зафиксируйте провода герметиком