Как устроена солнечная батарея – Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Принцип работы солнечной батареи для дома: устройство, схема, эффективность

все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Как сделать солнечную батарею из простых подручных средств

Иногда сделать своими руками солнечную батарею бывает необходимо. Мы расскажем, как, из чего и для каких целей можно использовать самодельную СБ.

Людей, которые бы желали жить в экологически чистом месте, вдали от шума цивилизации, становится все больше. Развитая промышленность загрязняет воздух и окружающую среду и вызывает распространение многих болезней, ослабляя иммунитет. Но отъезд подальше от города имеет некоторые сложности, в первую очередь это связано с отсутствием электроснабжения некоторых участков. Жить же в наше время без электричества практически невозможно. На Западе данная проблема решается установкой ветрогенератора, но этот способ имеет свои сложности. В первую очередь дело в дороговизне оборудования. К тому же, чтоб обеспечить целый дом, потребуется не один, а как минимум несколько генераторов. Одним из самых эффективных способов обеспечения электроэнергии дома считается использование солнечных батарей. Небольшую солнечную батарею можно построить своими руками, ведь заводские варианты не дешевы.

Узнаем, как сделать солнечную батарею

Основные элементы: где достать

По сути, солнечная батарея представляет собой контейнер, в котором располагают массив элементов, преобразующих энергию Солнца в электричество. Мы не зря употребили слово «массив». Дело в том, что чтобы обеспечить даже самый маленький домик энергией, элементов должно быть достаточно много.

А так как эти элементы имеют весьма хрупкую структуру, контейнер должен обеспечить их механическую защиту. Кроме того, в контейнере все элементы объединяются в один. Принцип работы батареи не сложен. Поэтому сделать ее можно и самостоятельно.

Для этого все-таки надо изучить теоретическую часть, так как солнечные батареи мало кто делает самостоятельно. Отсюда, кстати, и мнение, что сделать их сложно. Но на самом деле это не так. Основные выводы, полученные после изучения материала о создании данного источника электроэнергии, следующие:

1. Самое главное – приобрести солнечные элементы, и желательно по доступной цене.
2. Можно использовать бывшие в употреблении запчасти, ввиду высокой стоимости новых.
3. Купить пластины, которые обладают небольшими повреждениями, можно на аукционах или по рекламе.

Таким образом, на солнечных элементах вполне можно сэкономить. А уж сделать своими руками контейнер не составит трудности.

Солнечные элементы

Принцип работы

Если вы раньше особо не вникали в вопрос, как сделать солнечную батарею, то в первую очередь следует понять принцип ее работы. Если понять принцип, как она работает, то и вопрос, как ее сделать своими руками, не поставит вас в тупик. На самом деле ее конструкция вполне проста.

Как мы писали выше, солнечная батарея (СБ) — это некоторое количество фотоэлектрических преобразователей энергии, сделанных из кремния для генерации постоянного тока. Все элементы соединены и установлены в контейнере.

Преобразователи бывают трёх видов:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• аморфные или тонкопленочные.

Фотоэлектрический эффект представляет собой следующее: свет от Солнца падает на фотоэлементы, после чего выбивает свободные электроны с последних орбит каждого атома кремниевой пластины. Свободные электроны начинают перемещаться между электродами, тем самым вырабатывая постоянный ток. Постоянный ток, в свою очередь, преобразовывается в переменный, которым и будет оснащаться здание.

схема преобразования солнечной энергии в элементах

Как правильно подобрать фотоэлемент

Так как фотоэлементы бывают аморфные, поликристаллические и монокристаллические, можно выбрать один из этих трех вариантов. Желательно это сделать до начала проектной работы. Рассмотрим основные характеристики каждого из видов.

1. Монокристаллические имеют КПД 12-14%, но являются самыми чувствительными к лучам света. Если в вашей местности солнечных дней не так много, лучше этот вариант не рассматривать. Небольшая облачность способна существенно снизить КПД. Срок эксплуатации составляет 30 лет.
2. Аморфные в своем составе имеют гибкий кремень. Их КПД составляет около 10%. Их производительность электричества не снижается даже в плохих погодных условиях. Однако они очень дороги, да и достать их бывает непросто.
3. Поликристаллические имеют КПД до 9%. Они весьма доступны, их производительность не зависит от облачности, но срок эксплуатации меньше на треть – до 20 лет.

В специализированных магазинах можно найти любой из этих вариантов. Если же вы хотите немного сэкономить, выбирайте второй сорт. Эти элементы будут иметь небольшие дефекты, но на работе прибора это не скажется. Иногда цена на б. у. части ниже в 2-3 раза, что позволяет сэкономить должным образом, делая работу самостоятельно.

Как расположить для улучшения КПД

Так как КПД зависит в первую очередь от света, при выборе места под ваше устройство необходимо пользоваться следующим принципом: установку стоит проводить как можно выше. Именно поэтому устройства располагают чаще всего на крыше здания. Однако иногда бывает так, что дом при строительстве не рассчитан на больший вес, а данный способ получения электричества требует более крепких перекрытий. Тогда следует выбирать место на земле, которое в течение дня постоянно освещено.

Как расположить солнечную батарею

Что же касается угла падения лучей, то установку лучше ставить так, чтоб они падали перпендикулярно. В современных заводских установках владелец может корректировать угол наклона платформы. Сделать же это в самодельных вариантах не просто.

Угол наклона определяется как географическим месторасположением участка, так и уровнем солнцестояния на местности.

Самостоятельная работа

как сделать солнечную батарею

Сразу хочется сказать – не особо надейтесь, что сможете сами построить устройство, которое полностью покроет все расходы дома, и обеспечит здание электричеством в 220 Вольт. Размеры такой установки были бы огромны, ведь одна пластина генерирует электрический ток с напряжением всего 0,5 В. Оптимально для самоделки – номинальное напряжение в 18 вольт. На этот показатель мы и будем ориентироваться, рассчитывая необходимое количество фотоэлементов для батареи.

Важно: Корпус устройства представляет простой неглубокий ящик. Бортики лучше сделать как можно меньше, чтобы они не создавали тень. Материалом для него может быть фанера и рейки.

Бортики для лучшего крепления садим на клей и привинчиваем саморезами. Чтобы блоки было проще спаять, ящик делим на две части с помощью планки, зафиксированной по центру ящика.

Собираем каркас для фотоэлементов

каркас для фотоэлементов солнечной батареи из профиля

Защитная рамка или каркас – важнейшая часть устройства. Для ее создания в домашних условиях можно использовать алюминиевые уголки 30х30 мм или деревянные бруски.

Если вы решили использовать металлический профиль, фаска снимается напильником под углом 45 градусов. После того, как все части каркаса выпилены, они соединяются с помощью уголков. Защитное стекло приклеивается на готовый каркас с помощью силикона.

Важно: Функцию подложек могут выполнять два вырезанных куска ДВП. На них и будут крепиться солнечные элементы. Вместо ДВП можно использовать любой тонкий материал, обладающий жесткостью и не проводящий электрический ток.

Как соединять пластины

Чтобы правильно соединить пластины, надо знать некоторые принципы:

1. Для увеличения напряжения в домашних условиях, при спаивании пластин нужно знать, что для увеличения напряжения соединять их надо последовательно, а для увеличения силы тока — параллельно.
2. Промежуток между кремниевыми пластинами должен составлять 5 мм с каждой стороны. Это необходимо, так как при нагреве пластины могут расширяться.
3. Каждый преобразователь имеют две дорожки: с одной стороны у них будет «плюс», с другой — «минус». Соединением все детали последовательно в единую цепь.
4. Проводники с последних компонентов цепи надо вывести на общую шину.

Важно: чтобы избежать саморазряда устройства в ночное время или облачную погоду, можно сделать монтаж диода Шоттки 31DQ03 или другого аналога на контакт от «средней» точки.

Когда все работы по спайке закончены, с помощью мультиметра можно проверить выходное напряжение. Оно должно составлять 18–19В для обеспечения небольшого дома электроэнергией.

Как собрать панель

Устройство солнечной батареи

Итак, корпус у нас готов, и пора заняться панелью. В полученный ящик надо уложить спаянные преобразователи. В центре каждого фотоэлемента наносим силикон, и закрываем сверху подложкой из ДВП для их фиксации. Закрываем конструкцию крышкой, и для надежности все стыки герметизируем силиконом или герметиком. Полученная панель устанавливается на специальный держатель или каркас.

Важно: Чтобы защитить батарею от агрессивного воздействия среды и климата, применяют оргстекло, закрывающее лицевую сторону. Если батарея крупная, можно использовать два куска, но если позволяет ее размер – то можно вырезать один, тогда соединение будет без стыка.

Обычное стекло лучше не брать – оно слишком хрупкое, и в процессе эксплуатации может лопнуть.

Своими руками из того, что есть

Если цена на солнечные панели вас не устраивает, вы вполне можете создать свою установки из практически подручных материалов. Ниже мы рассмотрим, как сделать солнечную батарею своими руками из различных материалов – например, из транзисторов, диодов и фольги.

солнечная батарея своими руками из подручных средств

Транзисторы, как основа световых элементов

Транзисторы подходят под нашу цель, так как внутри у них располагается довольно большой кремневый полупроводниковый элемент, который и будет использоваться для производства электричества. Лучше всего остановить свой выбор на транзисторах типа КТ или П.

Важно: При сборке источника тока хорошим вариантом будет разработать монтажную плату из фольгированного стеклотекстолита. Плату, после распайки, нужно поместить в корпус подходящих размеров, а сверху закрыть пластиной из оргстекла. В результате мы можем получить источник тока из нескольких десятков транзисторов, который генерирует напряжение в несколько вольт при выходном токе в несколько миллиампер.

Начинаем работу. В первую очередь срезаем металлическую крышку с необходимого количества радиодеталей. Это сделать проще, если зажать транзистор в тисках и произвести срез аккуратно ножовкой по металлу. Внутри вы увидите пластину. Это и есть главная часть нашего будущего устройства. Он будет служить нам фотоэлементом.

Деталь будет иметь три контакта: база, эмиттер и коллектор. Во время сборки выбирайте коллекторный переход в связи с наибольшей разностью потенциалов.

Своими руками сборку лучше делать на ровной поверхности из любого диэлектрического материала.

Важно: Все транзисторы спаиваем в отдельные последовательные цепочки, которые, в свою очередь, необходимо соединять параллельно. Расчет источника тока делаем, основываясь на характеристиках радиодеталей. В среднем, один транзистор выдает напряжение 0,35 В при силе тока при КЗ в 0,25 мкА.

Те транзисторы, которые вы собираетесь использовать при создании солнечных батарей, перед работой следует проверить. Для этих целей берем простой мультиметр. Необходимо переключить прибор в режим измерения тока, включить его между базой и коллектором или эмиттером транзистора. Снимаем показатель – обычно прибор демонстрирует небольшой ток — доли миллиампера, реже чуть больше 1 мА. Далее переключаем прибор в режим измерения напряжения (предел 1-3 В), и получаем значение выходного напряжения (оно составит порядка нескольких десятых долей вольта). Транзисторы желательно группировать с близкими значениями выходных напряжений.

Используем диоды

Вторым популярным материалом для самодельного источника энергии считается диод. Диоды Д223Б могут стать действительно альтернативным источником электрического тока. Они имеют наибольший вольтаж, и заключены в стеклянном корпусе. Один диод может сгенерировать 350 мВ на солнце, исходя из этого, можно определить и напряжение на выходе готового изделия.

Произведя расчёты, подбираем нужное количество диодов. Их необходимо сложить в емкость и залить ацетоном. Можно использовать и другой растворитель. Это необходимо, чтобы снять краску со стекла.

Берем пластину из не металлического материала, и делаем на ней разметку, куда будут впаяны компоненты источника питания. Через несколько часов краска, как раз пока делается разметка, станет мягкой, и ее можно легко соскрести.

Солнечная панель на диодах

Далее необходимо определить плюсовой контакт – для этого используем мультиметр. Определяем контакт под лампочкой или на солнце. Впаиваем диоды параллельно, так как в данном случае кристалл лучше всего будет генерировать энергию от солнца. В результате на выходе будет максимальное напряжение.

Важно: для самостоятельной сборки можно выбрать диоды Д223Б. Они лучше всего подходят, так как имеют стеклянный и небольшой корпус, и их можно установить достаточно плотно. К тому же, напряжение в них одно из самых больших(целых 350 мВ под солнцем).

Как использовать фольгу

Фольгу также можно использовать для создания источника питания, однако энергии она будет давать немного. Подходит обычная фольга, размером 45 квадратных см. Ее необходимо промыть в мыльной воде, чтобы удалить любой жир. Вот пошаговая инструкция:

1. Используя шкурку, удаляем любой вид коррозии.
2. На электрическую плитку с мощностью от 1,1кВт кладем лист фольги, и нагреваем до тех пор, пока на ней не появятся оранжево-красные пятна. Если нагревать далее, пятна станут черные, что будет говорить об образовании оксида меди.
3. Продолжаем нагревать еще минут 30, чтобы оксидная пленка стала нужной толщины. Выключаем горелку и даем листу остыть. Медленно остывая, оксид начинает отходить. Под проточной водой удаляем остатки оксида, не сгибая и не повреждая лист и тонкий слой окиси.
4. Вновь вырезаем такой же кусок фольги – по размеру первого.
5. Берем пластиковую бутылку, обрезаем горлышко и засовываем туда оба куска, закрепляя их зажимами. Они должны быть расположены так, чтобы не соединяться. К тому куску, который мы нагревали, проводим минусовую клемму, а ко второму – плюсовую.

В бутылку заливаем солевой раствор так, чтобы до кромки электродов оставалась примерно 2,5 см.

Схема солнечной батареи из фольги

Аккумулятор для дачи готов.

Конечно, такого самодельного прибора не хватит для обеспечения дома, но зато ее можно использовать для подзарядки мелких электроприборов или в виде питания радиоприемника.

 

Автор: Киселевская Юлия.

solar-energ.ru

Принцип работы солнечной батареи и ее устройство

Относительно недавно считалась фантастической сама идея обеспечивать частные дома электричеством автономно. Сегодня это объективная реальность. В Европе солнечные батареи используются уже продолжительное время, ведь это практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. У нас получение электричества от таких устройств только обретает популярность. Данный процесс происходит не слишком быстро, и виной тому – высокая стоимость их.

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых разными веществами (бором и фосфором), под действием солнечного света возникает электрический ток. В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны.

Отсутствующие частицы образуются в тех пластинах, которые покрыты бором. Электроны начинают двигаться под действием света солнца. Так образуется электрический ток в солнечных батареях. Тонкие жилы из меди, которыми покрыта каждая батарея, отводят от нее ток и направляют по назначению.

С помощью одной пластины можно питать энергией небольшую лампочку. Вывод напрашивается сам собой. Для того, чтобы солнечные батареи обеспечивали дом электричеством достаточной мощности, нужно чтобы их площадь была довольно большой.

Кремниевые механизмы

Итак, принцип работы солнечной батареи понятен. Ток вырабатывается при воздействии ультрафиолетового света на специальные пластины. Если в качестве материала для создания таких пластин используется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).

Подобные пластины требуют очень сложных систем производства. Это, в свою очередь, сильно влияет на стоимость изделий.

Кремниевые солнечные батареи бывают разных типов.

Монокристаллические преобразователи

Представляют собой панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.

Если говорить о монокристаллических преобразователях, то принцип работы солнечной батареи кратко можно охарактеризовать как средне эффективный. Все ячейки светочувствительных элементов такой батареи направлены в одну сторону.

Это позволяет получить самый высокий результат среди подобных систем. КПД батарей этого типа достигает 25%.

Минусом является то, что такие панели должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.

Если солнце прячется за тучами, опускается к горизонту, или еще не успело взойти, то батареи будут вырабатывать ток довольно слабой мощности.

Поликристаллические

Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.

КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.

Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.

Аморфные панели из кремния

Аморфные панели дешевле остальных, это обуславливает принцип работы солнечной батареи и ее устройство. Каждая панель состоит из нескольких тончайших слоев кремния. Их изготавливают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмассу.

КПД панелей значительно меньше, чем у предыдущих моделей. Он достигает 6%. Кремниевые слои довольно быстро выгорают на солнце. Уже через полгода использования этих батарей их эффективность упадет на 15%, а иногда и на все 20.

Два года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель нужно будет менять.

Но есть два плюса, из-за которых эти батареи все же покупают. Во-первых, они работают даже в пасмурную погоду. Во-вторых, как уже говорилось, они не такие дорогие, как другие варианты.

Фотопреобразователи гибридного типа

Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.

Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.

Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.

Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.

Он достигает 7%.

Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.

Еще одним преимуществом является возможность резать рулонную батарею и подгонять ее под любой размер и форму.

Минус лишь один. Батареи только начали производить, поэтому еще довольно непросто ими обзавестись.

Но есть повод полагать, что эти элементы быстро обретут заслуженную хорошую репутацию среди потребителей, что даст изготовителям возможность наладить производство в более крупных масштабах.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление?

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

fb.ru

Солнечная батарея своими руками: пошаговый мастер-класс

Многие компании в интернете реализуют уже готовые собранные панели, которые напрямую подключаются к потребителю. Но, такие устройства имеют куда большую стоимость, чем отдельные элементы. В связи с особенностью климатического пояса полностью перейти на солнечную электроэнергию у вас вряд ли получится, поэтому и готовые солнечные батареи смогут окупиться только через 10  — 40 лет. Чтобы сэкономить на дорогостоящих заводских панелях, куда выгоднее приобрести фотоэлектрические модули, комплектующие к ним и заняться сборкой ячеек в единую солнечную батарею самостоятельно.

Какой вариант выбрать?

Первое, что вам нужно – приобрести фотоэлектрический преобразователь. Различные модели предлагаются как отечественными производителями, так и зарубежными. Наиболее дешевыми  вариантами являются китайские кремниевые фотоэлементы. Они имеют ряд недостатков, но, в сравнении с американскими и отечественными, куда более дешевые.  Все модели, в зависимости от типа, подразделяются на три вида:

• монокристаллические модули – состоят из искусственно выращенных кристаллов достаточно больших размеров. Отличаются самым высоким КПД в 13 – 26% и самым длительным сроком эксплуатации в 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимального КПД в течении периода эксплуатации.
• поликристаллические фотоэлементы – в сравнении с предыдущими имеют куда меньший срок эксплуатации, как заявляет производитель – 10 лет. Также они могут выдать только 10 – 12% КПД, в с равнении с предыдущими, зато этот параметр остается постоянным для них в течении всего периода работы.
• аморфные батареи – это пленочные батареи, в которых на гибкую основу нанесен аморфный кремний. Такие фотоэлементы появились сравнительно недавно и могут наклеиваться на любые поверхности – окна, стены и т.д. Они характеризуются самым низким КПД – 5 – 6%.

Выбор определенного типа зависит от ваших пожеланий  и поставленных задач. К примеру, если количество солнечного излучения сравнительно невелико в вашем регионе, лучше устанавливать  монокристаллические преобразователи, так как у них самый высокий КПД.

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо преобразователей, для сборки полноценной солнечной панели вам понадобятся такие 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 пригодиться ножовка, дрель, шуруповерт или обычная отвертка для закручивания саморезов, мультиметр или амперметр для определения работоспособности солнечной батареи, паяльник.

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определите, с какой стороны участка находиться больше всего солнечных лучей, не падает тень от деревьев и других построек. Место установки может быть на земле, скатах крыши, стенах или отдельно стоящих конструкциях. К примеру, если вы хотите установить солнечную батарею на крыше, следует убедиться, что конструкция выдержит ее вес.

Из-за того, что максимальная производительность моно- и поликристаллических ячеек обеспечивается исключительно при перпендикулярном попадании на них солнечных лучей, желательно собрать для них регулируемую конструкцию. Которая позволит изменять угол наклона солнечной батареи, в зависимости от времени года или даже времени суток. Так как положение источника света в различные периоды года и суток значительно отличаются (рисунок 1).

Рис. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание, что в стационарно установленной батарее, к примеру, вырабатывающая в идеальных условиях 7 кВт/ч, утром и вечером будет вырабатыватся только 3 кВт/ч. Соответственно, при установке только в одном положении, батарея будет выдавать номинальную мощность лишь несколько месяцев в году. Если вы решите монтировать ее в стационарном положении, панели следует располагать под углом от 50 до 60º, для регулируемых устанавливается два предела – зимний в 70º и летний в 30º, а в промежуточный период, их наклоняют как стационарные.

Чтобы определить количество пластин, необходимо подсчитать, какой электрический ток или мощность генерирует одна из них или 1 м². Как правило, 1 м² выдает порядка 125 Вт, поэтому чтобы получить около 2,5 кВт для бытовых нужд, необходимо установить 20 м² панелей.

Порядок изготовления солнечной батареи

Элементы на поли- или монокристаллическом кремнии необходимо объединить в единую панель. Для этого осуществляется пайка контактов к проводникам. Порядок пайки следующий:

• 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 элементы для солнечных батарей уже оснащены соединительными проводниками, этот этап можно пропустить и сразу переходить к изготовлению рамки.

Изготовление рамки

Рамка солнечной батареи представляет собой короб с невысокими бортами, который накрывается прозрачным стеклом. Для изготовления рамки:

• 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.

Рис. 7. соберите солнечную батарею

Постарайтесь подобрать материал для прозрачной крышки без бликов, иначе часть энергии солнца будет отражаться, что значительно снизит КПД. После того, как изготовите рамку, соберите солнечную батарею.

Изготовление модулей

Данный этап требует особой осторожности и внимания, поскольку на нем вы формируете электрическую цепь солнечной батареи. Если допустите прожоги или трещины, вы можете испортить не только какой-либо конкретный элемент, но и весь модуль, который в итоге придется переделывать.

• 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 элементы соединяются последовательно сверху вниз, чтобы не раздавить нижние, когда будете паять. Вертикальные ряды припаяйте на общую шину.

• 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

После того, как вы собрали батарею, проверьте ее работоспособность. Вынесите ее под солнечные лучи и замерьте величину тока на выводах.

Рис. 12: вынесите на улицу и проверьте мультиметром

Сравните это значение с ранее замеренной величиной для одного элемента солнечной батареи. Чтобы проверить правильность, умножьте количество элементов на ток от одного, если прибор показал такое значение или близкое к нему, солнечная батарея собрана правильно и ее можно герметизировать.

Для герметизации используются компаунды или силиконовые герметики, которые подходят для температуры ниже нуля. Для этого солнечную батарею можно как заливать полностью, так и нанести герметик только между модулями.

Рис. 13: залейте герметиком

Второй вариант более экономный, но первый обеспечит вам куда большую надежность и лучшую герметизацию.  После герметизации сверху устанавливается умеренный пресс до полного застывания.

Рис. 14: установите умеренный пресс

До заливки вы можете установить демпфер из плотного поролона между фотоэлементами солнечной батареи и плитой из ДСП.  Ширина поролона выбирается менее высоты борта, в рассматриваемом случае высота – 2 см, соответственно можно взять поролон 1,5 см в толщину. Готовые и проверенные батареи установите согласно составленного проекта и подключите к электрической сети дома через аккумулятор и инвертор.

Другие видео инструкции

www.asutpp.ru

Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

 

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

 

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

 

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.

Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

 

Выводы

Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.

Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».

itc.ua

Как сделать солнечную батарею из панелей своими руками: сборка и монтажные инструкции

Углеводороды были и остаются основным источником энергии, однако все чаще человечество обращается к восполнимым и экологически безопасным ресурсам. Это стало причиной повышенного интереса к солнечным батареям и генераторам.

Однако многие не решаются на установку гелиосистемы из-за дороговизны обустройства комплекса. Удешевить продукцию можно, если взяться за ее создание самостоятельно. Сомневаетесь в собственных силах?

Мы расскажем вам, как сделать солнечную батарею своими руками, используя доступные комплектующие. В статье вы найдете всю необходимую информацию для того, чтобы выполнить расчет гелиосистемы, подобрать составляющие комплекса, осуществить сборку и установку фотопанели.

Содержание статьи:

Плюсы и минусы применения гелиосистем

По статистике, взрослый человек ежедневно использует около десятка различных приборов, работающих от сети. Хотя электричество считается относительно экологичным источником энергии, это иллюзия, ведь при его получении используются ресурсы, загрязняющие окружающую среду.

С этой точки зрения,  гораздо выигрышнее.

Галерея изображений

Фото из

КПД кристаллических кремниевых фотомодулей достигает 15 – 20%, и есть все основания полагать, что в ближайшие годы этот показатель вырастет. Уже сейчас существуют образцы, КПД которых достигает 22-33.7%. Пока они тестируются в лабораторных условиях, но скоро появятся в продаже. При выборе фотомодулей стоит обратить внимание на продукцию компании Sanyo

В среднем КПД батарей этого типа составляет 10-18.7%. Все зависит от основы пленочных солнечных элементов. Некоторые модели потенциально небезопасны для окружающей среды, т.к. содержат кадмий, поэтому при покупке следует тщательно изучить техническую документацию. Утилизируют такие батареи строго в соответствии с рекомендациями производителя

Модули этого типа называют еще многопереходными или тандемными. Они имеют особую структуру ячеек, которые образовывают несколько p-n переходов. Это относительно новый продукт на рынке, хотя для космической отрасли используется довольно давно. КПД (соответственно, и цена) таких моделей зависит от количества слоев ячеек

Это элементы, изготовленные из наноструктурированных материалов. Их используют в отраслях, где малый вес солнечных модулей имеет принципиальное значение. Благодаря сверхтонкой структуре можно существенно увеличить эффективность работы таких батарей. Для рядового покупателя сверхтонкие модули пока недоступны

Кристаллические кремниевые фотомодули

Тонкопленочные солнечные батареи

Многослойные солнечные модули

Сверхтонкие многослойные солнечные модули

Комплектующие для сборки  и генераторов давно есть в свободной продаже, и при желании собрать систему может любой желающий. Для этого потребуются некоторые финансовые вложения и время. Процесс сборки кропотлив, требует внимания и точности, зато сама работа не отличается особой трудоемкостью.

В силу климатических особенностей многих регионов не приходится рассчитывать, что солнечной энергии хватит для полного обеспечения частного дома. Она способна покрыть лишь 20-30% всех энергопотребностей. Зато это хорошее решение для дачи

Преимущества применения солнечной энергии:

1. Огромный потенциал. Солнце способно дать достаточно энергии для удовлетворения всех человеческих потребностей. Она возобновляема и неисчерпаема, чем выгодно отличается от угля, нефтепродуктов, природного газа.
2. Доступность. Солнце есть везде – и в жарких странах, и в самых холодных. Его вполне достаточно для всех нужд.
3. Экологичность. Из-за тотального энергетического кризиса «зеленая» энергетика – самая перспективная сфера для научных исследований и высокотехнологичных разработок. Солнечные батареи прекрасно справляются со своей задачей без вреда для окружающей среды.
4. Отсутствие шума. Гелиосистемы работают бесшумно, что выгодно отличает их от многих других источников энергии.
5. Экономичность. Эксплуатация и обслуживание солнечных батарей не требуют никаких особых затрат. Вложив деньги один раз, владелец может использовать систему в течение 20-25 лет. Главное – своевременно чистить элементы.
6. Широкая сфера применения. Солнечные батареи могут вырабатывать достаточно энергии для обеспечения дома электричеством и теплом. Однако это не единственная область их применения. Гелиосистемы используют для опреснения воды и даже для обеспечения энергией орбитальных станций.

Пока еще солнечные батареи дороги, хотя уже сейчас появляются способы существенно сэкономить при их самостоятельном изготовлении. Каждый год внедряются новые разработки, которые позволяют упростить и удешевить процесс получения солнечной энергии.

Гелиосистемы плохо подходят в качестве основного источника энергии, а вот в качестве дополнительного или альтернативного – отличный вариант. По сравнению с ветрогенераторами, они более стабильны и выгодны

Интересная разработка – . Благодаря эластичности, фотополотно значительно проще устанавливать – панель “подстраивается” под форму крыши или другой опоры.

Одна из современных технологий – тонкопленочные модули, которые внедряют в стройматериалы. Также появились прозрачные накопительные элементы, предназначенные для использования в оконных конструкциях.

Это разработка японской компании Sharp. Специалисты считают, что уже в ближайшее время такие солнечные батареи станут в разы мощнее и выгоднее.

С накоплением солнечной энергии нередко возникают проблемы, т.к. аккумуляторные батареи дороги. Единственное, что в какой-то мере компенсирует этот недостаток: большая часть мощных электроприборов включается в светлое время суток (+)

По объективным причинам гелиосистемы пока еще не могут полностью заменить углеводороды, т.к. получение и накопление солнечной энергии связано с большими расходами, однако они могут стать неплохим источником  или отдельных электроприборов.

Некоторые владельцы решаются на оборудование своих домов солнечными станциями, полностью обеспечивающими потребности в электроэнергии. Такие вложения окупаются за 10-40 лет в зависимости от типа моделей – готовых или самодельных

Технологии быстро развиваются, а солнечные батареи можно модернизировать и наращивать, поэтому стоит начать собирать подходящие системы уже сейчас.

Подробный обзор видов солнечных батарей приведен в .

Какие комплектующие нужны и где их купить

Основная деталь – солнечная фотопанель. Обычно кремниевые пластины покупают через интернет с доставкой из Китая или США. Это связано с высокой ценой на комплектующие отечественного производства.

Себестоимость отечественных пластин получается настолько высокой, что выгоднее заказать на Еbay. Что касается брака, то на 100 пластин лишь 2-4 непригодны к использованию. Если заказывать китайские пластины, то риски выше, т.к. качество оставляет желать лучшего. Преимущество – только в цене.

Готовая панель гораздо удобнее в использовании, но и втрое дороже, поэтому лучше все-таки озадачиться поиском комплектующих и собрать устройство своими руками

Остальные комплектующие можно купить в любом магазине электротоваров. Также потребуются оловянный припой, рама, стекло, пленка, лента и карандаш для разметки.

Галерея изображений

Фото из

Выбор солнечного элемента для батареи – самый важный этап в покупке комплектующих. Батареи могут быть поли- и монокристаллическими. Преимущество первых – цена, а вторых – большая эффективность. Лучше выбрать монокристаллические кремниевые модули. Они идеально подходят для объектов ограниченной площади

Оптимальный вариант – выбрать аккумулятор AGM типа. Они относительно недороги, компактны, способны работать при любых температурах. При покупке следует ориентироваться на емкость прибора, длительность зарядки и срок службы, указанный производителем

Кроме солнечного элемента, стабилизатора и аккумулятора, потребуются также паяльник, олово и карандаш. Если изначально куплен готовый комплект с припаянными проводниками, работы будет гораздо меньше, а сама сборка системы существенно упрощается

Для сборки батареи потребуются стабилизатор напряжения и контроллер нагрузок. Если правильно собрать самодельную систему, ее можно будет подключить к обычному аккумулятору – свинцово-кислотному или же литиевому. Это позволит более рационально использовать энергию

Солнечные элементы для батареи

Аккумулятор для солнечной системы

Комплект для сборки батареи

Стабилизатор напряжения для солнечной батареи

При покупке комплектующих стоит обращать внимание на гарантию производителя. Обычно она составляет 10 лет, в некоторых случаях – до 20. Важно также правильно подобрать аккумулятор. Экономия на нем нередко оборачивается неприятностями: во время зарядки прибора может выделяться водород, что чревато взрывом.

Особенности расчета мощности систем

Перед тем как закупить комплектующие и сделать солнечную панель, рассчитывают необходимую мощность прибора и емкость аккумулятора.

Самый простой способ – воспользоваться онлайн-калькуляторами, размещенными на некоторых сайтах в интернете.

Количество энергии, заявленное в техническом паспорте изделия, рассчитано для идеальных условий. На них невозможно ориентироваться, ведь устройства работают по-разному в зависимости от времени года и суток. Потери энергии происходят постоянно, в т.ч. в аккумуляторах, инверторе (+)

Важнейший показатель, который придется учитывать, – среднемесячное количество потребляемой энергии. Его можно определить по счетчику.

Также следует сделать скидку на особенности работы самих солнечных батарей. Они способны выдавать предельную мощность лишь при условии чистого неба, причем угол падения солнечных лучей должен быть прямым.

Если погода пасмурная или угол падения лучей слишком острый, мощность батарей может упасть в 20 раз. Даже малейших облаков достаточно, чтобы вдвое снизить показатели. Поэтому при расчетах ориентируются на то, что 70% энергии будет вырабатываться с 9 до 16 часов, а в остальное время – до 30%.

Зимой от гелиосистем мало пользы: из-за пасмурной погоды они вырабатывают минимальное количество энергии. Зато ветрогенераторы работают на полную мощность и способны компенсировать эти потери. Комбинация двух таких устройств очень эффективна

В условиях, приближенных к идеальным, в «рабочее время» панели мощностью 1кВт вырабатывают 7 кВт/ч, а ранним утром и вечером – около 3 кВт/ч. Второй показатель лучше вообще не брать в расчет и оставить «про запас» с учетом возможной облачности и изменения угла падения лучей.

Получается, что следует ориентироваться на 210 кВт/ч в течение 1 календарного месяца. Это идеальный показатель, который требует корректировки.

На Еbay можно найти неплохой набор для изготовления солнечной батареи своими руками. Иногда это устройства, которые отбраковали на производстве (т.н. модули В-типа). Они дешевы, но вполне пригодны для сборки домашней системы, поскольку эксплуатационные характеристики близки к заявленным

Чтобы определиться с реальным количеством энергии, следует найти данные о том, сколько солнечных дней в году бывает в конкретном регионе. В эти периоды мощность батарей не будет составлять даже половины от паспортного показателя. Если устройства будут работать осенью и зимой, то нужно сделать поправку в 30-50% на пасмурную погоду.

Пошаговая инструкция по сборке солнечной панели

Работа по сборке начинается со схемы и проекта. Нужно четко представлять, как будет устроена и закреплена солнечная панель. Так, если КПД системы напрямую зависит от угла наклона относительно солнечных лучей, следует позаботиться, чтобы этот угол можно было менять.

Во многих готовых моделях предусмотрены механизмы, автоматически поворачивающие панели, а в самодельных придется продумать их самому.

Модули солнечной панели должны быть одинаковыми, ведь эквивалентность тока равна показателю наименьшего элемента. Также подбор одинаковых деталей значительно упростит процесс сборки всей системы в целом, т.к. не придется подгонять размеры каркасов и рассчитывать мощность каждой конструкции отдельно

Технология сборки зависит от общей площади панелей, их количества, особенностей дополнительных материалов. Обширная площадь системы гарантирует ее более высокую мощность, но одновременно увеличивается и вес конструкции, что тоже приходится учитывать, ведь кровля должна его выдерживать.

Этап 1: изготовление корпуса конструкции

Когда все комплектующие подготовлены, можно приступать к сборке корпуса, на котором будет держаться вся конструкция.

Понадобятся следующие материалы:

• листы фанеры, вырезанные по размеру панелей;
• плиты ДВП;
• деревянные рейки, из которых будут изготовлены бортики;
• материалы для крепежа: саморезы, уголки, подходящий клеевой состав;
• оргстекло;
• краска и пропитки, чтобы облагородить внешний вид готовой конструкции и защитить ее от гниения.

В первую очередь готовят основание – к фанере приклеивают невысокие бортики. Они не должны закрывать панели, поэтому стоит выбрать рейки около 2 см. Чтобы бортики не отклеились, их дополнительно закрепляют саморезами и уголками.

Верхнюю крышку изготавливают из оргстекла, а деревянные детали конструкции покрывают антисептическими пропитками для защиты от гниения и красят. Оттенок краски должен гармонировать с цветом крыши

Низ основания и бортики сверлят в нескольких местах, чтобы обеспечить вентиляцию. Крышку нельзя сверлить, т.к. элементы конструкции могут подмокнуть. Для крепления панелей лучше выбрать плиты ДВП, поскольку они не проводят ток. При желании ДВП можно заменить другим материалом.

Этап 2: установка и крепление элементов

Солнечные элементы следует равномерно разложить на подложке «изнаночной» стороной и припаять проводники. Для этого нужно будет разметить места пайки. Чтобы не испортить все модули, лучше сначала последовательно соединить только два элемента.

Если все в порядке, так же припаивают остальные модули. В результате на подложке должна появиться аккуратная цепочка соединенных элементов.

После сборки конструкции ее следует проверить на работоспособность. Если она функциональна, то ее можно уже крепить шурупами к каркасу. На готовую панель ставят блокировочный диод. Его задача – предотвратить разрядку аккумулятора

Когда все модули будут соединены, их можно перевернуть для закрепления на панели. В качестве клеевого состава можно использовать эпоксидную смолу или силиконовый герметик. Желательно не намазывать края модулей, чтобы конструкции не сломались в случае деформации каркаса. Достаточно прочно приклеить элементы по центру.

Этап 3: особенности крепления крышки

После сборки батареи на каркасе ее закрывают крышкой из оргстекла, еще раз проверяют и фиксируют. Важно, чтобы клеевой состав полностью просох до установки крышки, иначе он продолжит испаряться и оставит мутные следы на оргстекле.

На выходной кабель устанавливают двухконтактный разъем. Он нужен для подсоединения контроллера. Остается еще раз проверить работу системы и исправить недочеты, если они будут обнаружены.

Этап 4: установка готовой системы

Батареи устанавливают на земле, на стенах или крыше. Это зависит от пожеланий самого владельца здания. Главное, чтобы система была расположена с южной стороны здания и ее работе ничто не мешало.

Если конструкцию планируется крепить на скате кровли, нужно убедиться, что поверхность выдержит дополнительную нагрузку. Систему устанавливают так, чтобы она располагалась под углом 30-40° к крыше, и намертво закрепляют.

Солнечные панели, особенно тонкопленочные, подвержены деформациям под воздействием ветра или давлением снега. Нужно позаботиться о надежной ветрозащите и установить приспособления, задерживающие или рассекающие снег, который сползает с крыши

Отличное решение – крепление системы к металлической рамной конструкции из толстого профиля. Минимальное сечение – 25*25 мм, а при большой площади конструкции лучше выбрать более прочный профиль. Перед каждой такой рамой устанавливают снегозадержатель или оборудуют кронштейны снегорассекателями.

На нашем сайте есть блок статей, посвященных сборке, монтажу и подключению солнечных батарей, советуем ознакомиться:

Выводы и полезное видео по теме

Описаний бывает недостаточно, чтобы полностью разобраться в особенностях сборки и монтажа солнечных панелей. К тому же существуют различные способы крепления, а «народные умельцы» совершенствуют навыки и постоянно изобретают новые пути решения старых задач.

Мы предлагаем видеоинструкции и советы опытных мастеров, чтобы вам было проще понять процесс сборки гелиосистем. Выберите те рекомендации, которые лучше всего соответствуют вашим планам и пожеланиям.

Где купить комплектующие и как собрать систему, описано в видеоролике ниже:

Полное пошаговое описание процесса сборки:

Оригинальный подход к сборке солнечных батарей, советы специалиста:

Инструкция по сборке солнечной электростанции для дома:

Альтернативная энергетика – это действительно актуально. Если вы решили разобраться в способах получения энергии без углеводородов, можете гордиться тем, что заботитесь не только о себе, но и о планете в целом.

Простая солнечная батарея поможет вам обеспечить себя «зеленым» электричеством и сбережет наш общий дом. Собрать систему несложно, главное – захотеть и сделать.

Имеете опыт в изготовлении солнечной батареи? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой метод сборки гелиосистемы. Оставлять комментарии и добавлять фотографии самоделок можно в форме, расположенной ниже.

sovet-ingenera.com

«Важнейшее изобретение человечества»: как устроены солнечные батареи

Краткая история

Первый шаг в долгой истории солнечной энергетики был сделан в 1839 году, когда французский физик Александр Эдмон Беккерель открыл фотоэлектрический эффект. Более ста лет спустя химик Кельвин Фуллер, физик Джеральд Пирсон и инженер Дэрил Чапин, работавшие в компании Bell Laboratories, построили первый кремниевый фотоэлемент.

Никто из изобретателей не думал об отказе от нефти или защите окружающей среды: Чапин пытался создать источники питания для телефонов, установленных в отдаленной местности, а Пирсон и Фуллер исследовали свойства полупроводников.

Как работают солнечные батареи?

Чтобы понять принцип работы фотоэлементов, необходимо обратиться к строению атома кремния. На его внешней электронной оболочке есть вакантные места для электронов, которые атом пытается заполнить, образуя с другими атомами кристаллическую решетку. Чистый кристаллический кремний не может проводить ток, поэтому в солнечных панелях его смешивают с фосфором, на внешней электронной оболочке которого есть избыточный электрон. Полученный материал известен как кремний n-типа.

Кремний n-типа располагается на внешней поверхности солнечной панели, в внутри его сменяет кремний p-типа. В его состав добавлены такие элементы, как галлий или бор, у которых на внешней электронной оболочке не хватает электрона. Когда фотоны солнечного света возбуждают избыточные электроны в n-кремнии, те стремятся заполнить вакантные места в p-кремнии. Движение заряженных частиц генерирует электричество.

Солнечные батареи сегодня

На протяжении большей части XX века фотоэлементы планировалось использовать для энергообеспечения космических аппаратов, поэтому их старались сделать как можно более легкими. В наши дни солнечные батареи массово используются на Земле, поэтому они должны быть прочными и долговечными. Для этого слой кремния накрывают прозрачным стеклом, пропускающим ультрафиолет.

Другой важнейшей характеристикой солнечных батарей стала их эффективность — то есть количество солнечного света, упавшего на квадратный метр фотопанели и преобразованного в электричество.

Около десяти лет назад КПД фотоэлементов колебался около 13%, однако к 2019 году он возрос до примерно 20%.

Как увеличить предел эффективности кремниевых панелей?

Физическая природа кремния ограничивает теоретически возможную эффективность солнечных панелей значением в 29%. Но есть способы преодолеть это ограничение. Например, недавно исследователи из MIT доказали, что максимальный КПД кремниевых фотоэлементов можно повысить до 35%, дополнив конструкцию тонкими слоями тетрамицена и оксинитрида гафния. Они позволяют одному фотону выбивать сразу два электрона.

Другая возможность — использование новых материалов, например, перовскитов. Всего за несколько лет эффективность перовскитных солнечных элементов выросла с 10% до 20%. К сожалению, вне лаборатории результаты пока не такие впечатляющие, поскольку перовскит быстро теряет свои свойства под воздействием воды и других внешних факторов.

Как интегрировать энергию Солнца в энергосистему?

Главный недостаток Солнца в качестве источника энергии — его непостоянство. Ночью и в пасмурную погоду фотоэлементы становятся бесполезными. Естественный выход — объединение солнечных панелей с батареями для хранения энергии. Кроме того, использование солнечной энергии можно оптимизировать с помощью систем умного дома. Они могут, например, воспользоваться жарким днем, чтобы включить кондиционеры и охладить дом к приходу хозяина. 

Солнечная энергия быстро вытесняет традиционные источники из энергосистем целых стран. Например, в Германии в минувшем июне Солнце стало главным источником электричества.

hightech.plus

Из чего сделаны солнечные батареи: их разновидности, принцип работы

С того момента, когда в далеком 1839 году французский ученый Александр Беккерель случайно наткнулся на непонятное явление, связанное с воздействием света на некоторые материалы, произошло много событий. И наткнувшись на старую публикацию в физическом журнале, немецкий физик Генрих Герц уже не случайно проводит опыты, облучая ультрафиолетовым светом цинковые разрядники резонатора.

Его исследования привели к открытию того, что сейчас называется «внешний фотоэффект». Далее эстафету принял русский ученый Александр Столетов, который, исследуя это явление, сделал несколько важнейших открытий и вывел первый закон фотоэффекта. В начале ХХ века Альберт Эйнштейн, взяв за основу гипотезу Макса Планка, дал принципиальное объяснение фотоэффекта.

С тех пор многие выдающиеся ученые занимались изучением фотоэффекта, надеясь найти этому явлению практическое применение. И решение было найдено. Вначале итальянец Джакомо Луджи Чамичан создает прототип, а уже в 1954 году американская компания Bell Laboratories объявила о том, что ее специалистами создана первая в мире солнечная батарея, вырабатывающая электрический ток под воздействием солнечного света. Это и был фотоэффект в действии.

Так что же это такое, из чего сделаны солнечные батареи, как они работают.

Как правило, когда говорят «солнечная батарея», подразумевают, что это один или несколько фотопреобразователей, которые, будучи облучены солнечным светом, преобразовывают его в электричество. Главный элемент преобразования солнечного излучения в электричество – это, конечно же, материал, который, будучи освещенным, преобразовывает поток света в электроэнергию. Материал этот – полупроводник.

В электротехнике, электронике используются, как правило, два полупроводника – германий (Ge) и кремний (Si). В фотовольтаике в большинстве своем используется кремний как наиболее распространенный и дешевый. Германий – редкий элемент, дорогой, поэтому он используется в исключительных случаях.

Структура солнечной батареи

Для изготовления солнечных фотопреобразователей используются два вида кремния – монокристаллический и поликристаллический. Как уже явствует из характеристик, монокристаллические фотопреобразователи изготавливаются из кристаллов кремния, выращенных искусственно.

Эти кристаллы затем по специальной технологии нарезаются на тонкие пластины, из которых изготавливаются сами фотопреобразователи. Нарезанные пластины тщательнейшим образом проверяются на точность нарезки, толщину самой пластины, отсутствие физических дефектов.

Этот контроль необходим для последующей сборки самого солнечного модуля, так как малейшее отклонение параметров хотя бы одного элемента влечет за собой значительные потери мощности всего солнечного модуля. Пластины монокристаллического кремния окрашены в равномерный темно-серый цвет – это естественный цвет кристаллов кремния.

Кремниевые фотоэлементы
Поликристаллический (слева), монокристаллический (справа)

В отличие от монокристаллов, поликристаллические фотопреобразователи изготавливаются методом литья. Такие фотопреобразователи более просты и доступны. Если солнечные элементы из монокристаллического кремния представляют собой восьмиугольники строго выдержанного размера (допуск ± несколько микрометров), то поликристаллические элементы – как правило, прямоугольной формы с голубовато-синим отливом. К кремнию для получения особых свойств добавляют определенное количество мышьяка (As) и бора (B).

Преобразование света в электричество

Это и есть практическое применение фотоэффекта – прямое преобразование энергии света в энергию электрическую. Собственно, реакция материала на облучение светом зависит от кристаллической структуры полупроводника. Структурно каждый фотоэлемент состоит из двух слоев. Один слой в кристаллической решетке имеет переизбыток электронов и называется областью электронов.

Второй слой, соответственно испытывает недостаток электронов и называется дырочной областью (в электронике места, в которых должны быть электроны, но они там отсутствуют, называются дырками). Граница между этими слоями называется электронно-дырочный p-n переход. В зависимости от типа полупроводника свойства перехода могут быть другими. Тогда он называется дырочно-электронный n-p переход.

Принцип работы фотоэлемента

Под воздействием света эти два слоя начинают взаимодействовать, электроны из одного слоя начинают замещать дырки в другом слое. При этом возникает электродвижущая сила, превращая, по сути, эти два слоя в электроды обычной батарейки.

Теперь, чтобы использовать эту электрическую энергию, остается только подпаять к поверхности каждого слоя тонкие проводники и подключить нагрузку. Следует отметить, что этот процесс не вызывает никаких химических реакций в полупроводнике, а, следовательно, солнечная батарея, набранная из таких фотопреобразователей, может служить очень долго.

Во многих странах, в исследовательских центрах проводятся работы, которые призваны решить проблему повышения эффективности солнечных батарей. Пробуются комбинации различных материалов для использования их в качестве фотоэлементов. В тонкослойные кремниевые элементы добавляют в различных пропорциях галлий, мышьяк, медь, кадмий. Причем эти присадки могут быть как в чистом виде, так и в комбинациях материалов, например, арсенид галлия (GaAs).

Кроме того, на эффективность солнечных батарей большое влияние оказывает если не совпадение, то максимальная схожесть как физических (размеры), так и электрических (вольт-амперные характеристики) элементов, входящих в один солнечный модуль. В процессе эксплуатации солнечных батарей может возникнуть ситуация, при которой один или несколько фотопреобразователей могут быть затенены.

Таким образом, они на какой-то промежуток времени исключаются из рабочей конфигурации модуля. Но, будучи включенными в общую цепь, они могут разогреваться и, как следствие, выйти из строя. Отвод тепла от фотопреобразователей, постоянно облучаемых солнцем, также является достаточно серьезной проблемой, над решением которой работают многие ученые.

Разновидности солнечных батарей

Существуют несколько наиболее широко распространенных типов солнечных батарей. В первую очередь это, конечно же, солнечные панели, собранные на базе кремниевых фотопреобразователей. Наиболее высокая эффективность у модулей, изготовленных на базе монокристаллического кремния.

Монокристаллический модуль

Коэффициент полезного действия таких модулей по последним данным в некоторых случаях может достигать 23%. В среднем же достигается значение эффективности, равное 18%. Более дешевые панели собраны на базе поликристаллического кремния.

Эффективность таких фотопреобразователей ниже и средний показатель ее не превышает 16%. Однако за счет того, что поликристаллические элементы имеют прямоугольную форму, они более полно заполняют корпус модуля. Поэтому значения мощностей, вырабатываемых модулями на базе монокристаллического и поликристаллического кремния, будут отличаться друг от друга на весьма незначительную величину.

Поликристаллический модуль

Наиболее дешевые гелиевые батареи выполнены на базе аморфного кремния. Эти модули имеют наименьшую эффективность – порядка 8%, но и стоимость производимого электричества у этих устройств также самая низкая.

Модуль на базе аморфного кремния

Следует также отметить гелиевые панели на базе теллурида кадмия (CdTe), выполненные по тонкопленочной технологии. Пленка толщиной в несколько сотен микрометров из этого полупроводника наносится на панель. Производство этих панелей является наименее вредоносным по сравнению с производством панелей других видов. Эффективность этих батарей достигает 12%.

Модуль на базе теллурида кадмия

В последнее время получают распространение гелиевые модули на основе полупроводникового соединения, в состав которого входят индий, галлий, медь и селен (CIGS). Эти модули, как и модули из теллурида кадмия, изготавливаются по тонкопленочной технологии. Их эффективность достигает 15%.

Модуль на базе CIGS

Разумеется, потребителю вовсе не обязательно знать, как устроена и работает его домашняя солнечная электростанция. Ведь никого не интересует, как устроен, скажем, телевизор. Мы просто смотрим передачи. Но, покупая телевизор, мы уже знаем его характеристики, знаем фирму, которая его выпускает, слышали отзывы о нем.

А вот, чтобы выбрать себе оборудование для домашней электростанции, нужно иметь хотя бы приблизительное представление о том, что именно вы собираетесь приобрести и как это будет работать. И нет сомнений в том, что элементарные знания об устройстве тех или иных элементов помогут вам сделать правильный выбор.

solarb.ru