пошаговые инструкции по сборке в домашних условиях из разных материалов с фото и видео
Наверное, нет такого человека, который не хотел бы стать более независимым. Возможность полностью распоряжаться собственным временем, путешествовать, не зная границ и расстояний, не задумываться о жилищных и финансовых проблемах — вот что даёт ощущение настоящей свободы. Сегодня мы расскажем о том, как, используя солнечное излучение, снять с себя бремя энергетической зависимости. Как вы догадались, речь пойдёт о солнечных батареях. А если быть точнее, то о том, можно ли своими руками построить настоящую солнечную электростанцию.
Содержание
- История создания и перспективы использования
- Солнечная батарея: как это работает
- Классификация и особенности современных фотоэлементов
- Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти
- На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать
- Расчёт размера батареи
- Постройка самодельной солнечной батареи
- Установка и подключение солнечной батареи к потребителям
- Видео: изготовление солнечной панели своими руками
История создания и перспективы использования
Идею превращения энергии Солнца в электричество человечество вынашивало давно.
Первыми появились гелиотермальные установки, в которых перегретый сконцентрированными солнечными лучами пар вращал турбины генератора. Прямое преобразование стало возможным лишь в середине XIX века, после того, как француз Александр Эдмон Баккарель открыл фотоэлектрический эффект. Попытки создать на основании этого явления действующую солнечную ячейку увенчались успехом лишь полвека спустя, в лаборатории выдающегося русского учёного Александра Столетова. Полностью описать механизм фотоэлектрического эффекта удалось ещё позже — человечество обязано этим Альберту Энштейну. К слову, именно за эту работу он получил Нобелевскую премию.
Баккарель, Столетов и Энштейн — вот те учёные, которые заложили фундамент современной солнечной энергетики
О создании первого солнечного фотоэлемента на основе кристаллического кремния возвестили мир сотрудники компании Bell Laboratories в далёком апреле 1954 года. Эта дата, по сути, и является отправной точкой технологии, которая в скором времени сможет стать полноценной заменой углеводородному топливу.
Поскольку ток одной фотоэлектрической ячейки составляет миллиамперы, то для получения электроэнергии достаточной мощности их приходится соединять в модульные конструкции. Защищённые от внешнего воздействия массивы солнечных фотоэлементов и являются солнечной батареей (из-за плоской формы устройство нередко называют солнечной панелью).
Преобразование солнечного излучения в электричество имеет огромные перспективы, ведь на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в среднем 4.2 кВт/час энергии в день, а это экономия практически одного барреля нефти в год. Изначально используемая лишь для космической отрасли технология уже в 80-х годах прошлого века стала настолько обыденной, что фотоэлементы стали использовать в бытовых целях — в качестве источника питания калькуляторов, фотоаппаратов, светильников и т. д. Параллельно создавались и «серьёзные» гелиоэлектрические установки. Закреплённые на крышах домов, они позволяли полностью отказаться от проводного электричества. Сегодня можно наблюдать рождение электростанций, представляющих собой многокилометровые поля из кремниевых панелей. Вырабатываемая ими мощность позволяет питать целые города, поэтому можно с уверенностью говорить о том, что будущее — за солнечной энергетикой.
Современные солнечные электростанции представляют собой многокилометровые поля фотоэлементов, способные снабжать электричеством десятки тысяч домов
Солнечная батарея: как это работает
После того как Энштейн описал фотоэлектрический эффект, миру открылась вся простота такого, казалось бы, сложного физического явления. В его основе лежит вещество, отдельные атомы которого находятся в неустойчивом состоянии. При «бомбардировке» фотонами света из их орбит выбиваются электроны — вот они-то и являются источниками тока.
Практически полвека фотоэффект не имел практического применения по одной простой причине — отсутствовала технология получения материалов с неустойчивой атомной структурой. Перспективы дальнейших исследований появились лишь с открытием полупроводников. Атомы этих материалов имеют либо избыток электронов (n-проводимость), или же испытывают в них нехватку (p-проводимость). При использовании двухслойной структуры со слоем n-типа (катод) и p-типа (анод), «обстрел» фотонами света выбивает электроны из атомов n-слоя. Покидая свои места, они устремляются на свободные орбиты атомов p-слоя и далее через подключённую нагрузку возвращаются на исходные позиции. Наверное, каждый из вас знает, что движение электронов в замкнутом контуре представляет собой электрический ток. Вот только заставить электроны перемещаться удаётся не благодаря магнитному полю, как в электрических генераторах, а за счёт потока частиц солнечного излучения.
Солнечная панель работает благодаря фотоэлектрическому эффекту, который был открыт ещё в начале XIX века
Поскольку мощность одного фотоэлектрического модуля недостаточна для питания электронных устройств, то для получения требуемого напряжения используется последовательное подключение множества ячеек.
Что же касается силы тока, то её наращивают параллельным соединением определённого количества таких сборок.
Генерация электричества в полупроводниках напрямую зависит от количества солнечной энергии, поэтому фотоэлементы не только устанавливают под открытым небом, но и стараются сориентировать их поверхность перпендикулярно падающим лучам. А чтобы защитить ячейки от механических повреждений и атмосферного воздействия, их монтируют на жёстком основании и сверху защищают стеклом.
Классификация и особенности современных фотоэлементов
Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:
- монокристаллические;
- поликристаллические;
- из аморфного Si.
Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.
Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами
В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.
Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов
Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.
Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели
Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:
- на основе теллурида кадмия;
- из тонких полимеров;
- с использованием индия и селенида меди.
О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.
Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти
Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.
Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний
Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.
Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.
Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках
Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.
Продавцы нередко предлагают фотоэлементы так называемого класса «B», которые представляют собой повреждённые солнечные батареи моно- или поликристаллического типа. Небольшие сколы, трещины или отсутствие уголков практически не сказывается на производительности ячеек, зато позволяет приобрести их по гораздо меньшей стоимости. Именно по этой причине их выгоднее всего использовать в самодельных гелиоэнергетических устройствах.
Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим
Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.
Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов
Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.
На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать
Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.
Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.
График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости
В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.
Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.
Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.
Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии
Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.
Как видите, даже для того, чтобы обеспечить электричеством бытовые потребности средней семьи, понадобится серьёзная гелиоэлектрическая установка. Что касается использования самодельных солнечных батарей для отопления, то на данном этапе такая затея не выйдет даже на границы самоокупаемости, не говоря уж о том, чтобы можно было что-то сэкономить.
Расчёт размера батареи
Размер батареи зависит от требуемой мощности и габаритов источников тока. При выборе последних вы обязательно обратите внимание на предлагаемое разнообразие фотоэлементов. Для использования в самодельных устройствах удобнее всего выбирать солнечные ячейки среднего размера. Например, рассчитанные на выходное напряжение 0.5 В и силу тока до 3 А поликристаллические панели размером 3×6 дюймов.
При изготовлении солнечной батареи они будут последовательно соединяться в блоки по 30 шт, что позволит получить требуемое для зарядки автомобильной батареи напряжение 13–14 В (учитывая потери). Максимальная мощность одного такого блока составляет 15 В × 3 А = 45 Вт. Исходя из этого значения, будет нетрудно подсчитать, сколько элементов понадобится для постройки солнечной панели заданной мощности и определить её размеры. Например, для постройки 180-ваттного солнечного электрического коллектора понадобится 120 фотоэлементов общей площадью 2160 кв. дюймов (1.4 кв.м).
Постройка самодельной солнечной батареи
Прежде чем приступать к изготовлению солнечной панели, следует решить задачи по её размещению, рассчитать габариты и подготовить необходимые материалы и инструмент.
Правильный выбор места установки — это важно
Поскольку солнечная панель будет изготавливаться своими руками, соотношение её сторон может быть любым. Это очень удобно, поскольку самодельное устройство можно более удачно вписать в экстерьер кровли или дизайн загородного участка. По этой же причине выбирать место для монтажа батареи следует ещё до начала проектировочных мероприятий, не забывая учитывать несколько факторов:
- открытость места для солнечных лучей в течение светового дня;
- отсутствие затеняющих построек и высоких деревьев;
- минимальное расстояние до помещения, в котором установлены аккумулирующие мощности и преобразователи.
Конечно, установленная на крыше батарея выглядит более органично, однако размещение устройства на земле имеет больше преимуществ. В этом случае исключается возможность повреждения кровельных материалов при установке поддерживающего каркаса, снижается трудоёмкость монтажа устройства и появляется возможность своевременного изменения «угла атаки солнечных лучей». И что самое главное — при нижнем размещении будет намного проще поддерживать чистоту поверхности солнечной панели. А это является залогом того, что установка будет работать в полную силу.
Монтаж солнечной панели на крыше вызвана скорее нехваткой места, чем необходимостью или удобством эксплуатации
Что понадобится в процессе работы
Приступая к изготовлению самодельной солнечной панели, следует запастись:
- фотоэлементами;
- многожильным медным проводом или специальными шинами для соединения солнечных ячеек;
- припоем;
- диодами Шоттки, рассчитанными на токоотдачу одного фотоэлемента;
- качественным антибликовым стеклом или плексигласом;
- рейками и фанерой для изготовления каркаса;
- силиконовым герметиком;
- метизами;
- краской и защитным составом для обработки деревянных поверхностей.
В работе понадобится самый простой инструмент, который всегда есть под рукой у домовитого хозяина — паяльник, стеклорез, пила, отвёртка, малярная кисть и др.
Инструкция по изготовлению
Для изготовления первой солнечной батареи лучше всего использовать фотоэлементы с уже припаянными выводами — в этом случае уменьшается риск повреждения ячеек при сборке. Тем не менее, если вы имеете навыки обращения с паяльником, то сможете немного сэкономить, купив солнечные элементы с нераспаянными контактами. Для постройки панели, которую мы рассматривали в приведённых выше примерах, понадобится 120 пластин. Используя соотношение сторон примерно 1:1, потребуется укладка 15 рядов фотоэлементов по 8 штук в каждом. При этом мы сможем каждые два «столбика» соединить последовательно, а четыре таких блока подключить параллельно. Таким образом можно избежать путаницы в проводах и получить ровный, красивый монтаж.
Схема электрических соединений домашней солнечной электростанции
Корпус
Сборку солнечной панели всегда следует начинать с изготовления корпуса. Для этого нам понадобятся алюминиевые уголки или деревянные рейки высотой не более 25 мм — в этом случае они не будут бросать тень на крайние ряды фотоэлементов. Исходя из размеров наших кремниевых ячеек размером 3х6 дюймов (7.62х15.24 см), размер рамы должен составлять не менее 125х 125 см. Если вы решите использовать другое соотношение сторон (например, 1:2), то каркас можно дополнительно усилить поперечиной из рейки такого же сечения.
Обратную сторону корпуса следует зашить панелью из фанеры или OSB, а в нижнем торце рамы просверлить вентиляционные отверстия. Соединение внутренней полости панели с атмосферой понадобится для выравнивания влажности — в противном случае не избежать запотевания стёкол.
Для изготовления корпуса солнечной панели подойдут самые простые материалы — деревянные рейки и фанера
По внешнему размеру каркаса вырезают панель из плексигласа или высококачественного стекла высокой степени прозрачности. В крайнем случае можно использовать оконное стекло толщиной до 4 мм. Для его крепления подготавливают уголковые кронштейны, в которых выполняют сверления для крепления к раме. При использовании оргстекла можно проделать отверстия непосредственно в прозрачной панели — это упростит сборку.
Чтобы защитить деревянный корпус солнечной батареи от влаги и грибка, его пропитывают антибактериальным составом и окрашивают масляной краской.
Для удобства сборки электрической части, из ДВП или другого диэлектрического материала вырезают подложку по внутреннему размеру рамы. В дальнейшем на ней будет выполняться монтаж фотоэлементов.
Пайка пластин
Перед тем как начать пайку, следует «прикинуть» укладку фотоэлементов. В нашем случае понадобится 4 массива ячеек по 30 пластин в каждом, причём располагаться в корпусе они будут пятнадцатью рядами. С такой длинной цепочкой будет неудобно работать, к тому же возрастает риск повреждения хрупких стеклянных пластин. Рационально будет соединять по 5 деталей, а окончательную сборку выполнять после того, как фотоэлементы будут смонтированы на подложке.
Для удобства, фотоэлементы можно смонтировать на непроводящей подложкке из текстолита, оргстекла или ДВП
После соединения каждой цепочки, следует проверить её работоспособность. Для этого каждую сборку помещают под настольную лампу. Записывая значения силы тока и напряжения, можно не только контролировать работоспособность модулей, но и сравнивать их параметры.
Для пайки используем маломощный паяльник (максимум 40 Вт) и хороший, легкоплавкий припой. Его в небольшом количестве наносим на выводные части пластин, после чего, соблюдая полярность подключения, соединяем детали друг с другом.
При пайке фотоэлементов следует проявлять максимальную аккуратность, поскольку эти детали отличаются повышенной хрупкостью
Собрав отдельные цепочки, разворачиваем их тыльной частью к подложке и при помощи силиконового герметика приклеиваем к поверхности. Каждый 15-вольтовый блок фотоэлементов снабжаем диодом Шоттки. Этот прибор позволяет току протекать только в одном направлении, поэтому не позволит аккумуляторам разряжаться при низком напряжении солнечной панели.
Окончательное соединение отдельных цепочек фотоэлементов выполняют согласно представленной выше электрической схеме. В этих целях можно использовать специальную шину или многожильный медный провод.
Навесные элементы солнечной батареи следует закрепить термоклеем или саморезами
Сборка панели
Подложки с расположенными на них фотоэлементами укладывают в корпус и крепят саморезами. Если рама усиливалась поперечиной, то в ней выполняют несколько сверлений под монтажные провода. Кабель, который выводят наружу, надёжно фиксируют на раме и припаивают к выводам сборки. Чтобы не путаться с полярностью, лучше всего использовать двухцветные провода, подключая красный вывод к «плюсу» батареи, а синий — к её «минусу». По верхнему контуру рамы наносят сплошной слой силиконового герметика, поверх которого укладывают стекло. После окончательной фиксации сборку солнечной батареи считают законченной.
После того, как на герметик будет установлено защитное стекло, панель можно транспортировать к месту установки
Установка и подключение солнечной батареи к потребителям
В силу ряда причин самодельная солнечная панель является достаточно хрупким устройством, поэтому требует обустройства надёжного поддерживающего каркаса. Идеальным вариантом будет конструкция, которая позволит ориентировать источник бесплатной электроэнергии в обеих плоскостях, однако сложность такой системы чаще всего является весомым доводом в пользу простой наклонной системы. Она представляет собой подвижную раму, которую можно выставить под любым углом к светилу. Один из вариантов каркаса, сбитого из деревянного бруса, представлен ниже. Вы же можете использовать для его изготовления металлические уголки, трубы, шины и т. д. – всё, что есть под руками.
Чертёж каркаса солнечной батареи
Чтобы подключить солнечную батарею к аккумуляторам, понадобится контроллер заряда. Этот прибор будет следить за степенью заряда и разряда батарей, контролировать токоотдачу и выполнять переключение на сетевое питание при значительной просадке напряжения. Прибор необходимой мощности и требуемого функционала можно купить в тех же торговых точках, где продаются фотоэлементы. Что касается питания бытовых потребителей, то для этого потребуется трансформировать низковольтное напряжение в 220 В. С этим успешно справляется другое устройство — инвертор. Надо сказать, что отечественная промышленность выпускает надёжные приборы с хорошими ТТХ, поэтому преобразователь можно купить на месте — бонусом в этом случае будет «настоящая» гарантия.
Одной солнечной батареи для полноценного электроснабжения дома будет недостаточно — понадобятся еще и аккумуляторы, контроллер заряда и инвертор
В продаже можно найти инверторы одной и той же мощности, отличающиеся по цене в разы. Подобный разброс объясняется «чистотой» выходного напряжения, что является необходимым условием питания отдельных электрических устройств. Преобразователи с так называемой чистой синусоидой имеют усложнённую конструкцию, и как следствие, более высокую стоимость.
Видео: изготовление солнечной панели своими руками
Постройка домашней солнечной электростанции является нетривиальной задачей и требует как финансовых и временных затрат, так и минимальных знаний основ электротехники. Приступая к сборке солнечной панели, следует соблюдать максимальное внимание и аккуратность — только в этом случае можно рассчитывать на удачное решение вопроса. Напоследок хотелось бы напомнить о том, что загрязнение стекла является одним из факторов падения производительности. Не забывайте своевременно чистить поверхность солнечной панели, иначе она не сможет работать на полную мощность.
Солнечная батарея своими руками (пошагово, фото)
Солнечная батарея своими руками (пошагово, фото)
Все началось с прогулки по сайту eBay –увидел солнечные панели и заболел.
Споры с друзьями об окупаемости были смешны…. Покупая автомобиль никто, не думает об окупаемости. Авто как любовница, готовь сумму на удовольствие заранее. А тут совсем наоборот, затратил деньги так они еще и пытаются окупиться… Кроме того, подключил к солнечным панелям инкубатор так они еще как оправдывают свое предназначение, предохраняя ваше будущее хозяйство от гибели. В общем, имея инкубатор, ты зависишь от многих факторов, тут либо пан, либо профан. Когда будет время, напишу о самодельном инкубаторе. Ну ладно чего рассуждать, каждый в праве выбирать…. .!
После долгих ожиданий, заветная коробочка с тонкими хрупкими пластинками, наконец, греет руки и сердце.
Первым делом конечно Интернет … ну, не боги горшки обжигают. Опыт чужой всегда полезен. И тут наступило разочарование….. Как оказалось, своими руками панели сделали человек пять, остальные просто перекопировали на свои сайты, причем некоторые, дабы быть оригинальней скопированы с разных разработок. Ну да бог с ними пусть это остается на совести хозяев страничек.
Решил почитать форумы, долгие рассуждения теоретиков «как доить корову» привели в полное уныние. Рассуждения о том, как ломаются пластины от нагрева, трудности герметизации и т д. Почитал и плюнул на все это дело. Мы пойдем своим путем, методом проб и ошибок, опираясь на опыт «коллег», чего изобретать велосипед?
Ставим задачу:
1) Панель должна быть изготовлена из подручных материалов, дабы не тянуть кошелек, ибо неизвестен результат .
2) Процесс изготовления должен быть нетрудоемким.
Начинаем изготовление солнечной панели:
Первым делом были приобретены 2 стекла 86х66 см. для будущих двух панелей.
Стекло простое, приобретал у производителей пластиковых окон. А может и не простое…
Долгий поиск алюминиевых уголков, по опыту уже проверенному «коллегами» закончился ничем.
Потому процесс изготовления начинался вяло, с чувством долгостроя.
Процесс пайки панелей описывать не стану, так как в сети много информации про это и даже видео есть. Просто оставлю свои заметки и замечания.
Не так страшен черт, как его малюют.
Не смотря на трудности, которые описывают на форумах, пластины элементов паяются легко, как лицевая сторона, так и тыльная. Так же, вполне пригоден наш советский припой ПОС- 40, во всяком случае, никаких трудностей я не испытал. Ну и конечно, наша родная канифоль, куда без нее… За время пайки не сломал ни одного элемента, думаю надо быть полным идиотом, чтобы сломать их на ровном стекле.
Проводники, которые идут в комплекте к панелям, очень удобны, во-первых, они плоские, во-вторых, они луженные, что значительно сокращает время пайки. Хотя вполне можно использовать обычный провод, провел эксперимент на запасных пластинах, трудностей в пайке не испытал. ( на фото остатки плоского провода)
На пайку 36 пластин у меня ушло около 2 часов. Хотя на форуме читал, что люди паяют по 2 дня.
Паяльник желательно использовать на 40 Вт. Так как пластины легко отводят тепло, а это затрудняет пайку. Первые попытки паять 25 Ватным паяльником были нудными и печальными.
Так же при пайке желательно оптимально подбирать количество флюса (канифоли). Ибо большой избыток ее не дает прилипнуть олову к пластине. А потому приходилось практически залуживать пластинку, в общем, ничего страшного, все поправимо. (приглядитесь на фото видно.)
Расход олова довольно большой.
Ну вот, на фото пропаянные элементы, во втором ряду косяк, не пропаян один вывод, но ничего главное заметил и исправил.
Окантовка стекла сделана двухсторонним скотчем далее на этот скотч будет приклеена полиэтиленовая пленка.
Скотчи, которые использовал.
После припайки, начало герметизации (скотч вам в помощь).
Ну вот, проклеенные пластины скотчем и исправленным косяком.
Далее с окантовки панели снимаем защитный слой двухстороннего скотча и приклеиваем на нее полиэтиленовую пленку с запасом на края. (сфоткать забыл) Ах да, в скотче проделываем прорези для отходящих проводов. Ну не глупые, поймете, что и когда… По краю стекла, а так же выводы проводов, углы, промазываем силиконовым герметикам.
И загибаем пленку на внешнюю сторону.
Предварительно было изготовлена рамка из пластика. Когда в доме устанавливал пластиковые окна, на окно шурупами крепят пластиковый профиль для подоконника. Посчитал, что эта часть слишком тонкая. А потому удалил и сделал подоконник по своему. Потому, от 12 окон остались пластиковые профили. Так сказать материал в избытке.
Рамку клеил обычным, старым, советским утюгом. Жаль, процесс не снимал, но думаю, ничего тут сверх непонятного нет. Отрезал под 45 градусов 2 стороны, нагрел на подошве утюга и приклеил предварительно установив на ровный угол. На фото рамка под вторую панель.
Устанавливаем стекло с элементами и защитной пленкой в рамку
Лишнюю пленку обрезаем, а края проклеиваем силиконовым герметикам.
Получаем вот такую панель.
Да, забыл написать, что кроме пленки к рамке приклеил направляющие, которые не дают упасть элементам, если скотч отклеиться. Пространство между элементами и направляющими залито монтажной пеной. Что позволило прижать плотнее элементы к стеклу.
Ну, начнем испытания.
Так как панель одну я изготовил заранее, результат одной мне известен Напряжение 21Вольт. Ток короткого замыкания 3,4 Ампера. Сила тока заряда аккумуляторной батареи 40А. ч 2,1 Ампера.
К сожалению не фоткал. Надо сказать, что сила тока круто зависит от освещенности.
Теперь соединенные параллельно 2 батареи.
Погода на момент изготовления была облачная, было около 4 часов дня.
Вначале меня это расстроило, а потом даже обрадовало. Ведь это самые усредненные условия для батареи, а значит результат правдоподобнее, чем при ярком солнце. Солнышко просвечивало через облака не так ярко. Надо сказать, что и светило солнышко немного сбоку.
При таком освещении ток короткого замыкания составил 7.12 Ампер. Что считаю превосходным результатом.
Напряжение без нагрузки 20,6 Вольт. Ну, это стабильно около 21 вольта.
Ток заряда АКБ 2,78Ампера. Что при таком освещении гарантирует заряд АКБ.
Замеры показали, при хорошем солнечном деньке результат будет лучше.
К тому времени погода ухудшалась, тучи закрыли, солнышко полностью и мне стало интересно, а что покажет при таком раскладе. Это же практически вечерние сумерки…
Небо выглядело так, специально снял линию горизонта. Да впрочем, на самом стекле батареи видно небо как в зеркало.
Напряжение при таком раскладе 20,2 вольта. Как уже говорилось 21в. это практически константа.
Ток короткого замыкания 2,48А. В общем, то, для такого освещения замечательно! Практически равен одной батареи при хорошем солнышке.
Ток заряда АКБ 1,85 Ампера. Ну что сказать… Даже в сумерки АКБ будет заряжаться.
Вывод построена солнечная батарея, не уступающая по характеристикам промышленным образцам. Ну а долговечность….., будем смотреть, время покажет.
Ах да, заряд батареи ведется через диоды Шоттки на 40 А. ну, что нашлось.
Так же хочу сказать про контроллеры. Все это красиво выглядит, но не стоит затраченных на контроллер денег.
Если вы дружите с паяльником, схемы очень просты. Делайте и получайте удовольствие от изготовления.
Ну вот, налетел ветер и оставшиеся запасные 5 элементов сорвались в неуправляемый полет….. результат осколки. Ну что поделать, безалаберность должна быть наказана. А с другой стороны…. Куда их?
Решили сделать из осколочков еще одну панельку, вольт на 5. На изготовление ушло 2 часа. Остатки материалов как раз пришлись в пору. Вот что получилось.
Замеры сделаны вечером.
Надо сказать, что при хорошем освещении сила тока короткого замыкания более 1 ампера.
Кусочки спаяны параллельно и последовательно. Цель, обеспечить примерно одинаковую площадь. Ведь сила тока равна самому маленькому элементу. А потому при изготовлении подбирайте элементы по площади освещения.
Настало время рассказать о практическом применении изготовленых мною солнечных батарей.
Весной установил две изготовленые панели на крыше, высота 8 метров под углом 35 градусов, оринтированые на юговосток. Такое орентирование было выбрано не случайно, потому как было замечено, что в данной широте, летом солнышко всходит в 4 утра и к 6-7 часам вполне сносно заряжает аккумуляторы током в 5-6 ампер, тоже касается и вечера. Каждая панель должна обязательно иметь свой диод. Дабы исключить выгорание элементов при отличающийся мощности панелей. И как следствие неоправданое снижение мощности панелей.
Спуск с высоты был выполнен многожильным проводом сечением 6мм2 каждая жила. Таким образом удалось достигнуть минимальных потерь в проводах.
В качестве накопителей энергии использованы старые еле-живые аккумуляторы 150А.ч,75А.ч,55А.ч, 60А.ч. Все аккумуляторы соеденены паралельно и учитывая потерю емкости, сумарно составляют ококло 100А.ч.
Контроллер заряда аккумулятора отсутствует. Хотя думаю установка контроллера необходима.Над схемой контроллера сечас работаю. Так как в течении дня аккумуляторы начинают кипеть. Потому приходится ежедневно сбрасывать излишки энергии, путем включения ненужной нагрузки. В моем случаее включаю освещение бани. 100 Вт. Так же в течении дня работает LCD телевизор примерно 105Вт, вентилятор 40Вт., а к вечеру добавляется энергосберегающая лампочка 20Вт.
Любителям проводить расчеты скажу: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА не одно и тоже. Так как такой «сендвичь» вполне прекрасно работает свыше 12 часов. при этом иногда заряжаем от него телефоны.Полного разряда аккумуляторов еще не достиг ни разу. Что соответственно перечеркивает расчеты.
В качестве преобразователя использован чуть- чуть переделаный для свободного пуска от аккумуляторов компьютерный бесперебойник (инвертор) 600В.А, что примерно соответствует нагрузке в 300Вт.
Так же хочу отметить, что батареи заряжаются и при яркой луне. При этом ток составляет 0,5-1 Ампер, думаю для ночи это совсем неплохо.
Конечно хотелось бы увеличить нагрузку, но для этого требуется мощьный инвертор. Планирую изготовить инвернтор сам по ниже приведенной схеме. Так как покупать инвертор за бешаные деньги НЕРАЗУМНО!
Надеюсь, продолжение следует!
Источник: www. Ma-Rina-S.narod.ru
«Сделай сам» дают энергию в ваши руки — хобби-фермы
Дэн Адамс 11 февраля 2020 г.
ФОТО: Дэн Адамс
прибыли рано, чтобы подготовиться к нашей первой солнечной презентации «сделай сам». Глядя на ряды пустых стульев, он спросил: «Как вы думаете, сколько людей придет сюда? Сколько на самом деле достаточно сумасшедших, чтобы попробовать это самостоятельно?»
Когда подошло время для нашего разговора, в зале стояли только стоя. Организаторы конгресса заставили нас объявить, что наше мероприятие заполнено. Движение в коридоре прекратилось. У людей были проблемы с посещением других мероприятий.
С тех пор мы провели десятки презентаций и продолжаем получать столько же интереса, несмотря на то, что цены стали значительно доступнее.
Хотелось бы думать, что мы хорошо выступаем и собираем толпы. Тем не менее, я считаю, что так много людей приходит потому, что немногие темы так сильно говорят о самодостаточности, как энергетическая независимость.
Мы начали с производства солнечной энергии своими руками из-за связанных с этим затрат. Когда мы начали рассматривать 6-киловаттную систему, средняя цена установки составляла более 45 000 долларов (~ 7,55 долларов за ватт). Продавец сформулировал расходы как «инвестиции». За 14 лет он окупится.
Однако меня не особенно интересовали такие инвестиции, поэтому мы решили самостоятельно изготовить солнечные панели своими руками. Мой отец — инженер-электрик, который строит и проектирует мощные системы передачи для телестанций. Он привык иметь дело с силой в диапазоне этих систем, поэтому он чувствовал себя комфортно, занимаясь этим.
Увидев на eBay объявление о солнечных элементах класса А по цене 0,27 доллара за ватт, мы решили пойти по пути «сделай сам». Для тех, у кого есть базовые навыки пайки и электрические знания, это жизнеспособный вариант.
Почему своими руками? Опять же, все возвращается к себестоимости. Стоимость изготовления наших собственных солнечных панелей «сделай сам» составляла около 0,67 доллара за ватт, что составляло 10 процентов от стоимости (на тот момент) покупки новых и установленных.
Цены существенно изменились с тех пор, как мы начали производить собственные панели. В настоящее время существуют невероятно низкие цены на готовые панели, и если вы хотите следить за скидками, вы можете купить панели дешевле, чем нам стоило несколько лет назад пойти по пути «сделай сам». Тем не менее, солнечные панели своими руками могут сэкономить вам деньги за счет оптовых закупок и поиска материалов.
Если после прочтения этой статьи вы решите просто купить панели, а не делать их своими руками, это вполне приемлемо. В любом случае, это прекрасное время, чтобы заняться солнечной энергией.
В этой статье мы расскажем о принятых нами дизайнерских решениях и дадим пошаговые инструкции о том, как вы можете сделать то же самое.
Солнечные элементы и размер корпусаМы приобрели наши элементы (на 6 киловатт) у человека, который купил их на аукционе. Ячейки были 3 на 6 дюймов и 0,5 вольт на 1,8 Вт.
Полезно думать о солнечных элементах как о батареях с положительным и отрицательным полюсами. Отрицательный конец соединения находится на передней поверхности, а положительный конец соединения — на задней поверхности.
Затем их можно соединить последовательно или параллельно. При последовательном соединении напряжение увеличивается, а ток остается прежним. Параллельно ток прибавляется, а напряжение остается прежним.
Мы получаем необходимое нам напряжение — обычно 12 или 24 вольта — с комбинированными токами, соединяя ячейки как последовательно, так и параллельно. Мы припаиваем провод от одной поверхности к другой последовательно — спереди назад — и параллельно соединяем струны.
Размер строк и чисел параллельно определяется размером используемого нами фрейма. Почти все они основаны на солнечных элементах размером 3 на 6 дюймов или 6 на 6 дюймов, и вы можете купить стекло или раму меньшего размера.
Во многом это определяется тем, что можно найти по дешевке. Для рамы критической частью является солнцезащитное стекло.
В очередной раз мы поискали и нашли человека, продающего их оптом. (Он купил их оптом и хотел возместить часть стоимости.) Они были размером 3 на 5 футов, поэтому мы купили достаточно, чтобы построить систему мощностью 6 киловатт — 30 самодельных солнечных панелей примерно по 200 Вт каждая.
Основываясь на размере рамы, которую мы планировали построить, вот схема, которую мы придумали:
- В нашей конструкции всего было 108 ячеек, которые производили 194 Вт.
- Рабочее напряжение было 18 вольт. Это выше, чем 12 вольт, которые нам нужны для зарядки 12-вольтовых аккумуляторов, поэтому контроллер устанавливает напряжение.
- Чтобы построить 6 киловатт, которые мы купили, мы построили примерно 30 панелей.
- Чтобы представить количество времени в перспективе, мы соединили 3000 ячеек проводом длиной около полумили.
При исследовании солнечных батарей своими руками мы видели, как несколько человек строят деревянные рамы.
Не делай этого. Если вы тратите время на сборку солнечных панелей своими руками, используйте долговечные материалы. Почти во всех коммерческих единицах используются алюминиевые рамы.
Мы остановились на 1⁄8-дюймовом алюминиевом L – 1 на 1/2 дюйма в качестве компромисса между стоимостью и жесткостью. Мы использовали остатки алюминия, которые были у нас в магазине, но вы можете найти то, что вам нужно, у местных поставщиков металла.
При сборке каркаса мы использовали инструменты, которые можно найти в обычном магазине. Для резки рамы мы использовали ленточнопильный станок и сконструировали приспособление для резки углов.
Все было построено с учетом расширения. Таким образом, вокруг всех ячеек имеется зазор в 1⁄8 дюйма (чуть позже мы объясним, как мы получаем зазор в 1⁄8 дюйма) и зазор 3/16 от стекла до рамы.
Угловые кронштейны изготовлены из лома алюминиевого уголка. Были просверлены отверстия и нарезана резьба для винтов из нержавеющей стали № 8-32.
После того, как мы собрали алюминиевую раму, мы нанесли силиконовый герметик на внутренний край. Убедитесь, что герметик подходит для наружных работ, и не используйте герметик с серой. Мы узнали на собственном горьком опыте, что это будет мешать инкапсуляции.
После герметизации внутренней рамы мы поместили солнцезащитное стекло, а затем нанесли еще один валик силиконового герметика на верхний край стекла и рамы.
Мы добавили немного алюминиевого L-образного материала в качестве поперечных скоб, чтобы добавить жесткости. Алюминиевые L-образные распорки можно снять после того, как силикон затвердеет, чтобы обеспечить полный доступ к проводам в солнечных элементах.
Солнечное стекло представляет собой закаленное стекло с низким содержанием железа, специально изготовленное для более эффективного пропускания света.
Мы снова обратились к eBay, чтобы найти недорогие варианты, и нашли кого-то, кто продавал листы размером 3 на 5 футов по 25 долларов за штуку. Мы видели, как некоторые люди выбирают пластик в качестве альтернативы солнечному стеклу, но он неэффективен, устойчив к царапинам или дешевле.
Пайка и пайка Для пайки вам понадобится паяльник, выдерживающий температуру около 400 градусов Цельсия.
Обеспечивает хороший нагрев с помощью наконечника долота, так что предварительно припаянная ленточная проволока прилипает к ячейкам. Медленно и уверенно проведите по ленточному проводу, чтобы расплавить припой. Это обеспечивает надежный контакт. Дэн Адамс
Начните с прикрепления проволоки к фасадам. Нанесите флюс на ячейки и проволоку. Поверхности должны быть липкими и лучше держаться на месте.
Вам нужен хороший способ обеспечить расстояние в 1/8 дюйма между ячейками и спаять их вместе в цепочку.
Мы добились этого, создав приспособление с помощью прокладок для плитки размером 1/8 дюйма. Это дало ячейкам постоянный интервал в 1⁄8 дюйма, который мы хотели.
Как только у вас будет достаточно ячеек, чтобы закончить струну, поместите их в приспособление и соедините их спереди назад. После того, как вы закончите всю цепочку, проверьте струны с помощью вольтметра. Для этой цели мы собрали световой стол с магазинными светильниками под ним.
Инкапсуляция Коммерчески используется материал, называемый пленкой EVA, и все ламинируется вместе.
Для этого процесса требуется вакуумная камера печи, поэтому мы использовали заливаемую прозрачную акриловую смолу. Их много на рынке, и мы попробовали несколько. Мы хотели что-то, что не было бы слишком вязким — поскольку мы все еще хотели немного подвигать вещи и удалить пузырьки воздуха — и не слишком быстро схватывалось бы, чтобы дать нам время исправить проблемы. Solar-Tite 384 показал себя лучше всего.
Сначала заливаем герметиком, потом укладываем струны. Шестнадцать унций раствора дают 29 кубических дюймов площади.
Двух бутылок должно хватить на 58 кубических дюймов площади. Мы используем две-три бутылки перед укладкой струн. Как только он застынет, налейте еще на обратную сторону.
После того, как уложите в клетки, проработайте пузырьки воздуха. Процесс прост.
Аккуратно нажмите на ячейки сверху и посмотрите снизу, чтобы убедиться, что большая часть пузырьков воздуха выработана. Эти клетки похожи на яичную скорлупу — они легко трескаются, поэтому надавливайте очень осторожно.
Если ячейки треснут в углу, он все еще может работать нормально, поэтому сначала проверьте его.
После того, как это сделано, пусть все установлено. Налейте еще пару бутылок на заднюю сторону и дайте настояться.
К этому моменту клетки должны быть полностью инкапсулированы.
В этой статье мы не смогли охватить все аспекты создания собственных панелей, но этого достаточно, чтобы вы могли начать свое исследование.
Конечно, это еще не все, например проводка, диодная защита, монтаж и накопление энергии. Считайте эту статью отправной точкой для большего количества самоделок.
Отец Дэна, Дон Адамс, который также является инженером, стал соавтором этой статьи, которая впервые появилась в выпуске журнала Hobby Farms за сентябрь/октябрь 2019 года.
Как сделать солнечную панель из обычных предметов домашнего обихода
••• Martin Harvey/Photodisc/GettyImages
Крис Гейнс
В современном мире, где все озабочены тем, чтобы «стать зеленым», важно знать как внести свой вклад в защиту окружающей среды, сэкономив при этом много денег. Солнечные панели преобразуют солнечный свет в полезную электроэнергию. Кроме того, солнечную панель можно изготовить прямо у себя дома за небольшую часть стоимости купленной в магазине солнечной панели. Это простой процесс, который занимает около часа, и стоит потратить время и усилия на просмотр телевизора, когда он питается солнечным светом.
- ½ квадратного фут.
Отрежьте ножницами по металлу кусок медного листа так, чтобы он был размером примерно с одну из конфорок печи. Убедитесь, что ваши руки полностью чистые при работе с медным листом.
Вымойте кусок медного листа с мылом, чтобы удалить масло или жир. Очистите медный лист наждачной бумагой, чтобы удалить легкую коррозию.
Поместите медный лист на горелку электрической плиты и включите горелку на максимум. Медный лист будет окрашиваться в разные цвета, в конечном итоге становясь черным. Дайте медному листу полностью почернеть, а затем продолжайте нагревать его еще 30 минут.
Выключите горелку и дайте листу медленно остыть до комнатной температуры. Это охлаждение должно занять около 20 минут. Во время охлаждения большая часть черного покрытия на медном листе отслаивается, обнажая красный оксид меди, необходимый для солнечной панели.
Промойте лист под водой, чтобы аккуратно удалить оставшиеся черные отложения.
Отрежьте второй лист меди примерно такого же размера, как и первый. Отрежьте верхнюю часть бутылки. Аккуратно согните обе части и поместите их в бутылку, не касаясь друг друга.
Прикрепите зажимы типа «крокодил» к медным пластинам, по одному к каждой, так, чтобы провода прижимали пластины к бутылке. Подсоедините провод от первой части к отрицательной клемме микроамперметра, а другой провод к положительной клемме.
Смешайте несколько ст. соли горячей водой из-под крана, пока вся соль не растворится. Аккуратно налейте соленую воду в банку, оставив пластины на 1-2 дюйма выше уровня воды. Не мочите провода.
Вещи, которые вам понадобятся
Статьи по теме
Ссылки
- Scitoys: Глава 3: Электрохимия
Об авторе
Крис Гейнс — профессиональный писатель и опытный художник, работающий во многих средах, включая цифровые и традиционные стили.