Как собрать солнечную батарею своими руками
Сборка корпуса солнечной батареи
Сборка солнечных батарей, а именно, корпуса может выполняться в разных вариантах. В первом случае ее можно сделать из фанерных листов и деревянных реек, поэтому такой монтаж не представляет особой сложности. Конструкции выпиливаются по размерам, а затем соединяются между собой саморезами. Все стыки и швы предварительно промазываются герметиком. Все деревянные части покрываются краской или специальными защитными составами. Дальнейшие работы проводятся только после полного высыхания конструкции.
Немного сложнее изготовить солнечную батарею из алюминиевого уголка. В этом случае сборка каркаса происходит в следующем порядке:
- Сборка из уголка прямоугольного каркаса.
- В каждом углу конструкции сверлятся отверстия под крепления.
- Внутренняя часть профиля по всему периметру покрывается силиконовым герметиком.
- Внутрь каркаса на обработанные места укладывается текстолит или оргстекло, вырезанные по размеру. Их нужно как можно плотнее прижать к уголкам.
- Внутри корпуса лист прозрачного материала фиксируется крепежными уголками, установленными по углам.
- Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания герметика. Предварительно, все внутренние поверхности протираются от пыли и загрязнений.
Пайка проводов и соединение фотоэлементов
Все элементы для солнечных батарей отличаются повышенной хрупкостью и требуют аккуратного обращения. Перед началом пайки они протираются, чтобы поверхность была идеально чистой. Элементы с припаянными проводниками все равно следует проверить и устранить обнаруженные недостатки.
На каждой фотопластинке имеются контакты с различной полярностью. Вначале проводники припаиваются к ним, а уже потом соединяются между собой.
При использовании шин вместо проводов, необходимо учитывать следующие особенности:
- Шины размечаются и разрезаются на требуемое количество полосок.
- Контакты пластин протираются спиртом, после чего на них наносится тонкий слой флюса, с одной стороны.
- Шина прикладывается по всей длине контакта, после чего по ней нужно провести разогретым паяльником.
- Пластина переворачивается, и такая же операция повторяется на другой стороне.
Паяльник во время монтажа нельзя сильно прижимать к пластине, иначе она может лопнуть. На лицевой стороне после пайки не должно оставаться неровностей. Если они остались, нужно еще раз пройти паяльником по шву.
Чтобы не ошибиться с размещением пластин, перед тем как их собирать, на поверхность листа рекомендуется нанести разметку с учетом всех размеров и зазоров. После этого фотоэлементы укладываются на свои места. Затем контакты панелей соединяются между собой с обязательным соблюдением полярности.
Нанесение герметизирующего слоя
Перед тем как самому герметизировать конструкцию, нужно выполнить тестирование и проверить солнечные батареи на работоспособность. Она выносится на солнце, после чего на выводах шин замеряется напряжение. Если оно в пределах нормы, можно приступать к нанесению герметика.
Один из наиболее подходящих вариантов предполагает следующие действия:
- Силиконовый герметик наносится на самодельные солнечные батареи капельками по краям корпуса и между пластинами. После этого края фотоэлементов аккуратно прижимаются к прозрачному основанию и должны прилегать к нему как можно плотнее.
- На каждый край пластинок укладывается небольшой груз, после чего герметик полностью высыхает, а фотоэлементы надежно фиксируются.
- В самом конце аккуратно промазываются края рамки и все стыки между пластинами. На данном этапе герметиком покрывается все, кроме самих пластинок, он не должен попасть на их оборотную сторону.
Окончательная сборка солнечной панели
После всех операций остается лишь полностью собрать солнечную батарею в домашних условиях.
В этом случае порядок действий будет следующий:
- В боковой части корпуса устанавливается соединительный разъем, к которому подключаются диоды Шоттки.
- С лицевой стороны вся сборка пластинок солнечной батареи закрывается прозрачным защитным экраном и герметизируется, чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции.
- Для обработки лицевой стороны рекомендуется использовать специальный лак, например, PLASTIK-71.
- После сборки выполняется окончательная проверка, после чего солнечная батарея из подручных средств сделанная своими руками может устанавливаться на свое место.
Как сделать солнечную батарею своими руками
Повер банк с солнечной батареей
Обзор солнечных батарей для туристов
Установка солнечных батарей
Солнечные батареи: альтернативная энергия
Производство солнечных батарей
Несколько советов
- Самостоятельно сделать инвертор вряд ли получится. Тем более что солнечная батарея необходима в основном только для аварийного освещения. Любой рачительный хозяин обязательно имеет резервный источник питания в виде генератора. Ведь панель обеспечивает заряд аккумуляторов только в солнечную погоду, тем более, в дневное время. Для наших широт на подобную батарею особо надеяться не стоит.
- Фотопластины продаются как с уже прикрепленными проводами, так и без них. Учитывая, что работа с паяльником доступна любому мужчине, целесообразнее приобретать элементы без проводов. Они стоят значительно дешевле, поэтому затраты могут снизиться с 4 000 рублей до 2 – 2,5.
- Приобретая фотоэлементы, нужно сразу же уточнить порядок их подключения.
Как самостоятельно сделать солнечную батарею
Конечно, фотоэлементы самостоятельно сделать нельзя, их надо покупать. И остальные компоненты батареи продаются в магазинах электроники. Но сборка батареи из готовых компонентов заводского изготовления вполне доступна умелому самодельщику, знакомому с основами электротехники.
Инструменты
Для работы потребуются паяльник, оловянный легкоплавкий припой, ножовка по металлу, острый нож, отвёртки, плоскогубцы. Необходимы измерительные приборы – мультиметр или по отдельности вольтметр, амперметр, омметр.
Рабочий чертёж
Рабочие чертежи в совокупности составляют комплект рабочей документации. В их составе должны быть чертежи конструкции, собранной из фрагментов, и общая электрическая схема всей солнечной батареи, состоящей из нескольких крупных самостоятельных устройств. В проект должно быть включено техническое описание всего устройства, инструкция по эксплуатации и способы устранения некоторых типичных неисправностей.
Подборка компонентов
Для создания солнечной батареи необходимо иметь следующее:
- силикатные пластины — фотоэлементы;
- листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки для создания конструктива (основного каркаса);
- жёсткий поролон толщиной 1,5–2,5 см;
- прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
- эпоксидный компаунд или заменяющий его силиконовый герметик для наружных работ;
- шурупы, саморезы;
- электрические провода, диоды, клеммы;
- рамку – выполняет роль основного каркаса, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения;
- аккумуляторную батарею, которая является накопителем сгенерированной в светлое время суток электрической энергии с целью её дальнейшего использования;
- инвертор – служит для преобразования постоянного напряжения в переменное, которое нужно для подключения к солнечной батарее любых бытовых приборов.
Инструкция по изготовлению
Создание солнечной батареи для многих людей, даже специалистов в технике, является делом незнакомым и непривычным. Особенно это относится к сборке больших солнечных панелей из сравнительно малых по размерам фотоэлементов. Поэтому необходимо тщательно изучить инструкции, пообщаться со специалистами и (желательно) немного потренироваться.
Объединение нескольких отдельных пластин
Отдельные фотоэлементы необходимо собрать в укрупнённые панели. Их раскладывают на столе рядом, между ними создают зазор примерно в 5 мм для температурного расширения отдельных элементов и проводами спаивают соответствующе схеме клеммы. Припой на основе олова, низкотемпературный, рекомендуется ПОС-61. Паяльник мощностью не более 45 Вт, но ещё лучше использовать паяльную станцию.
ФОТО: avatars.mds.yandex.netСборка панели из фотоэлементов
Изготовление рамы и защитного экрана
Рама является основанием солнечной панели. Может быть собрана с маленькими бортами из пластика, дерева или металлического профиля. В днище короба сверлятся отверстия диаметром 10 мм для притока охлаждающего панель воздуха. В короб укладывается демпфирующий лист поролона, а на него – панель спаянных фотоэлементов. Для защиты фотоэлементов от атмосферных осадков они накрываются прозрачным стеклом.
Сборка компонентов
Когда рама с уложенными фотоэлементами и защитным стеклом готова, следует проверить её работоспособность. Надо вынести сборку на солнце и подключить измерительные приборы. Если сборка фотоэлементов заработает, можно начинать сборку солнечной батареи из составляющих её компонентов. Структура солнечной батареи показана на рисунке.
ФОТО: avatars.mds.yandex.netСтруктурная схема солнечной батареи на даче
Солнечная панель своими руками: особенности
Умельцы, которым удалось собрать солнечные батареи, зачастую расхваливают свои творения за характеристики, якобы не уступающие заводским. А цена вопроса, в этом случае, приятно радует. Основную проблему при конструировании составляет герметизация батареи с обратной стороны. Большинство специалистов фиксируют солнечные элементы между двумя стёклами.
Очередным этапом на пути получения солнечной батареи, будет самостоятельная припайка токопроводящих дорожек к лицевой стороне элемента, имеющую синюю, либо чёрную расцветку. Именно этой стороной батарея будет поглощать солнечные лучи. Обратная сторона элемента – плюс, а лицевая – минус.
Вначале рекомендуется пропайка всей длины дорожки элемента. Не забывая о сохранении концов, длиною в 6 сантиметров. Почему именно 6 см? Всё просто. Изготавливая самодельные солнечные батареи, нужно учесть, что наиболее оптимальна именно эта длина: ширина зазора между элементами (2-3 мм) и тыльной стороной элементов контактной площадки.
Не забывайте, что данный элемент чрезвычайно хрупок. Сборка не особо сложна. В первую очередь, Вам необходимо подготовить токопроводящие дорожки, предварительно их нарезав. Далее, каждая дорожка припаивается к элементу. Не забудьте, смочить контакт флюсом, а уже потом займитесь паянием. Для этого подойдёт обычный припай (40% свинца)
Оконные рамы и герметизация
Параллельно с заказом элементов, Вам потребуется самому произвести заказ и на оконной фабрике. Самоделки на солнечных батареях, в основном, крепятся на стекло, поэтому позаботьтесь о его заказе. Прикупите алюминиевые рамы и не калённые стёкла (5 мм) нужного размера, исходя из количества элементов будущей батареи. В среднем, данный заказ «отнимает» у кошелька 100-120 долларов.
Положив стекло на табуреты, следует позаботиться о герметизации солнечной батареи. Для этого подойдёт силиконовый герметик, предназначенный для строительства. Между резинкой (штапиком) и стеклом делаем дорожки при помощи герметика. Выливая по краям, приподнимаем по очереди четыре края стекла. Обезжириваем стекло спиртом и наносим состав повышающий адгезию используемого компаунда. О том, стоит ли использовать компаунд и как выбрать нужный вариант, мы поговорим далее.
Самодельная батарея без герметизации – дело провальное! После спайки элементов, важно ограничить количество находящегося внутри воздуха, который в дальнейшем повлияет на производительность батареи
Ламинирующая плёнка, эпоксидная смола или резиновый компаунд: что лучше?
Некоторые умельцы герметизируют ламинирующей плёнкой. Это ошибочный способ, поскольку данная плёнка легко отслаивается и ломает не только элементы, но и самодельные солнечные батареи в целом.
Недорогой альтернативой плёнке, является белый компаунд «Пентэласт-711». В комплекте к этому резиновому герметику идёт средство, которое повышает адгезию и служит отличным дополнением к компаунду. Учтите, что герметик очень быстро застывает после смешивания (10-20 минут). Размешивайте его маленькими порциями и тут же наносите на поверхность солнечной батареи. В первую очередь, смажьте свободное пространство между элементами.
Герметик легко разрезается и поддаётся физической обработке. Такая сборка выдерживает сильные морозы (до-40) и неимоверную жару. Единственный серьёзный минут герметика — подтекание под солнечные элементы. Протекая, «Пентэласт-711» оставляет кое-где воздух между элементами и стеклянной поверхностью. В этой среде наблюдается преломление солнечных лучей, частично влекущее потерю энергии, от чего и страдают самоделки на солнечных батареях.
Альтернативой вышеописанному герметику, может послужить эпоксидная смола с соответствующим отвердителем. Идеальным вариантом послужит «Эм-См-Про 7/50». Имея высокую пластичность, смола не претерпевает существенных изменений во время перепадов температур. При использовании отвердителя «921с», эпоксидная смола превосходит всех конкурентов. По своей консистенции, она напоминает воду. Самостоятельная заливка почти не оставит пузырьков. Собрать самому, используя смолу – сохранить себе и время и деньги.
Единственный ощутимый минут эпоксидной смолы — долгий период застывания (2-4 суток). При её покупке, не забудьте приобрести и адгезирующее вещество. Стоимость эпоксидной смолы и отвердителя весьма демократична. При покупке 1 кг «921с» и 2 кг смолы, вы отдадите максимум 50 долларов.
Преимущества и недостатки этого вида энергии
В каждой из отраслей энергетики есть сильные и слабые стороны. Плюсы получения электричества из солнечного света:
- Не используются ископаемые, жидкие и газообразные виды топлива.
- Отсутствуют факторы загрязнения окружающей среды.
- Солнечный свет – бесплатный источник энергии.
Но и без минусов не обошлось:
- Стоимость батарей хоть и снижается, но все равно находится на высоком уровне.
- Кроме панелей, нужны аккумуляторы и преобразователи.
- Срок окупаемости от 5 лет.
Не забудьте учесть ресурс работы аккумуляторов и их периодическую замену. Солнечная энергия не настолько дешевая, как об этом часто утверждают. Однако если нет других вариантов – это подходящий способ электрификации.
Больше всего распространены поликристаллические и монокристаллические панели. Последние дороже, поскольку изготавливаются из однородных кристаллов кремния, больший КПД (около 15%). Поликристаллы производятся из вторсырья, остатков от изготовления монокристаллов и продуктов переработки панелей. Стоят примерно на 15% дешевле, имеют КПД чуть ниже (8–12%), при этом разные источники сходятся во мнении, что они показывают лучшие результаты в пасмурную или облачную погоду поэтому разница в цене не всегда оправдана. Аморфные батареи встречаются редко.
Как отличить поликристаллическую от монокристаллической солнечной панели?
Очень просто, у элементов монокристаллической структуры углы скруглены или сегментные, а цвет ее поверхности однородный: от темно-синего до черного. Поликристаллические элементы имеют форму правильных прямоугольников, а их цвет неоднородный, слегка переливающийся: от синего до почти черного, его текстура отдаленно напоминает камуфляж.
Подготовка проекта и выбор места расположения
Батареи на крыше экономят место и защищают кровельный материал, продлевая срок его службы.
Сделать простейшую схему самодельной батареи несложно, для этого нужно учесть несколько моментов:
Необходимая мощность. Рассчитывается исходя из энергопотребления. Можно закрывать только часть потребностей, со временем наращивая показатели, а можно сразу установить столько панелей, сколько надо для полной автономности.
Количество фотоэлементов и комплектующих к ним. Рассчитать лучше заранее, чтобы заказать все, что нужно и не ждать неделями доставки недостающей детали.
Стоит заранее продумать конструкцию каркасов и систему крепления, они должны обеспечить надежность
Важно, чтобы при сильном ветре солнечные батареи не опрокинулись и не упали, так как они будут испорчены.
Место расположения подбирается так, чтобы на солнечные панели большую часть дня падал свет. Чаще всего батареи ставят на крыше или на земле
Важно, чтобы на поверхность не падала тень. Угол подбирается в зависимости от региона, в средней полосе оптимальный показатель составляет от 50 до 60 градусов
На зимний период можно увеличить угол до 70, а в летний уменьшить до 30-40 градусов.
Подбор и пайка солнечных элементов
Геопанель должна работать при температуре 70-90 градусов. Но контролировать данный показатель бывает непросто. Именно поэтому в раме потребуется проделать отверстия для вентиляции. Их диаметр приблизительно 10 мм. Элементы для батареи придется спаять самому.
Для приобретения набора элементов для пластин потребуется потратить определенную сумму. Но в итоге все равно выйдет дешевле, чем те варианты, что выпускает Мариуполь и другие заводы. Это кремниевые пластины, способные перерабатывать солнечную энергию в электричество. Для их производства используется поликристаллический кремний.
Пайка деталей включает такие этапы:
- Проводники необходимо нарезать согласно заготовкам;
- Элементы устанавливаются на нужных местах;
- На контакты наносят припой и кислоту;
- Дальше происходит фиксация проводников;
- Затем начинают паять.
Перед работой стоит учесть, что перевертывать сваренную конструкцию бывает непросто. Именно с этой целью сначала спаиваются элементы, а затем ряды. На крайних элементах делают шину на минус и плюс. Выводящая проводка оснащается изоляцией. Наружная сторона рамы оборудована клеммой.
Дальше необходимо прикрепить панели к основанию. Здесь пригодится силиконовый герметик. Силикон соединяет все элементы и провода с основанием.
После соединения элементов следует проверить их работоспособность. Для этого используют тестер. Оптимальные показатели прибора – 17-19 Вт. Данное мероприятие проводят несколько дней и только после этого переходят к герметизации.
Чтобы правильно выполнить пайку солнечных элементов, стоит предварительно посмотреть обучающее видео
На раму наносят герметик и монтируют оргстекло. Нужно выделить время, чтобы силикон высох. К раме оргстекло прикрепляется с помощью саморезов. Все швы также необходимо заполнить герметиком.
Выбор фотоэлементов для солнечной батареи
- Поликристалл или монокристалл. Однозначного ответа нет, поликристаллические модули дешевле, но у них ниже энергоэффективность. Большинство промышленных производителей отдают предпочтение поликристаллическим фотоэлементам. В России ни те ни другие не производятся, следовательно делаем покупки на com или aliexpress.com.
- Размерность. Есть размеры 6х6(156 х 156 мм), 5х5 (127 127 мм), 6х2 (156 х 52 мм) дюйма. Следует брать последние. Дело в том, что все фотоэлементы очень тонкие и хрупкие, легко ломаются при монтаже, поэтому выгоднее сломать маленький фотоэлемент. Также, чем меньше размер одного элемента, тем легче заполнить площадь батареи.
- Припаянные контакты. Каждая пластина будет соединяться последовательно с другими, следовательно работать с паяльником придется много. Значительно облегчают эту работу припаянные контакты к панелям. Подключить такие контакты к общей шине будет гораздо проще. Если таких контактов нет, вам придется паять их самостоятельно.
Подборка компонентов
Основа панели – это сборка фотоэлементов. Так как для получения достаточной мощности нам потребуется достаточно большое их количество, стоит рассмотреть наиболее дешевые источники, в роли которых традиционно выступают Ebay и Aliexpress. Нужный товар ищется по запросу “solar cell”.
В среднем готовая тонкопленочная сборка под напряжение 12 В и ток 100 мА стоит в Китае около 200-300 рублей, ее размеры составят около 85×115 мм. Можно встретить также как меньшие сборки (на 5, 6 вольт), так и отдельные фотоэлементы (их рабочее напряжение – 0,5 В). В любом случае их придется комбинировать, чтобы получить нужное напряжение и мощность. Для этого будет необходимо скомбинировать последовательное и параллельное подключение фотоэлементов.
Соединяя фотоэлементы последовательно, мы не изменяем максимальный ток, который может отдать сборка, но увеличиваем напряжение на ее выходах: к примеру, сборка из 6 поликристаллических фотоэлементов (напомним, рабочее напряжение каждого – 0,5 В) будет выдавать 3 В.
Соединяя фотоэлементы параллельно, мы увеличиваем токоотдачу сборки, сохраняя ее рабочее напряжение
При этом важно, чтобы каждая секция имела одинаковое количество элементов.
На приведенном выше рисунке отображен принцип соединения фотоэлементов. Каждый из них имеет напряжение в 0,5В; сборка из двух фотоэлементов SB2 и SB3 выдает нам 1В, сборка из трех – 1,5В, параллельное подключение второй секции не изменяет напряжение.
Также по схеме видно, что каждая из параллельно соединенных секций подключена к нагрузке через диод. Это необходимо для того, чтобы избежать потери тока через менее освещенные секции (например, половину батареи закрыла тень), а также не дать аккумуляторам разряжаться ночью. Для обеспечения максимального КПД нам понадобятся диоды с минимальным прямым падением напряжения (так называемые диоды Шоттки). Их нужно подбирать с учетом полуторакратного запаса по обратному напряжению и току.
ПРИМЕР: Мы используем секции с напряжением 12 В и током 100 мА. Значит, каждый диод должен иметь обратное напряжение не менее 18 В и ток не менее 150 мА. По каталогам можно подобрать подходящие диоды: в нашем случае самый дешевый и удобный вариант – это 1N5817 стоимостью около 500 р. за упаковку из 100 штук на том же Aliexpress.
При выборе фотоэлементов предпочтите уже имеющие готовые площадки для пайки, сборка панели в этом случае будет гораздо проще. Также можно увидеть в продаже солнечные батареи без площадок для пайки: их нужно собирать с использованием токопроводящих шин из медной фольги, это менее удобный способ.
Итак, определившись с типом используемых элементов, можно приступить к расчету конструкции панели. Например, мы выбрали сборку из одиночных (0,5В) фотоэлементов с номинальным током 100 мА, рассчитывая на зарядку аккумулятора 12В током до 6 А. Следовательно, нам понадобится 6/0,1=60 секций по 12/0,5=24 фотоэлемента, итого 1440 фотоэлементов. Также потребуется 60 барьерных диодов.
Сами фотоэлементы необходимо будет разместить под прозрачным листом, который будет защищать их от механических повреждений. Лучше использовать толстое (3-4 мм) минеральное стекло, а не органическое, так как, несмотря на большую массу и стоимость, оно не мутнеет и не царапается.
Размеры стеклянной панели рассчитываются из размеров и расположения секций. В нашем примере, применяя элементы размером 53х18 мм, мы получим размеры секции в 212х108 мм, если расположим их в порядке 4×6:
60 таких секций разумнее всего расположить в порядке 5х12, таким образом общие размеры панели составят 1060х1296 мм. При этом нужно учесть припуск на бортики панели в зависимости от их конструкции.
На видео показан процесс постройки с комментариями
Дополнительные устройства для эксплуатации
Важной особенностью солнечной батареи является сильная зависимость ее выходного напряжения и максимального тока от освещенности. Сделав своими руками батарею с расчетным напряжением в 12В, можно будет обнаружить, что ее реальное напряжение будет колебаться от 9В при слабом и косо падающем свете до 18-19В при ярком прямом освещении
Напрямую подключать солнечную батарею к аккумулятору нельзя – это может привести к перезаряду и выкипанию электролита, если используется свинцово-кислотный аккумулятор. Для герметичных гелевых аккумуляторов перезаряд еще более страшен и приводит к необратимому повреждению.
Во избежание перезаряда аккумуляторных батарей используются специальные контроллеры заряда. Наиболее простые схемы просто отключают аккумулятор по мере набора заряда, а сама зарядка идет лишь тогда, когда напряжение на солнечной батарее выше, чем на аккумуляторе (так называемая схема On-Off). По соображениям безопасности отключение зарядки происходит заведомо раньше полного набора емкости, в среднем на 70 процентах. Более совершенные зарядные устройства на основе ШИМ (широтно-импульсной модуляции, также PWM от Pulse Width Modulation) поддерживают заряд аккумулятора практически на 100%, переходя по мере набора емкости в импульсный режим. Самые сложные и дорогие контроллеры MPPT (Maximum Power Point Tracking, отслеживание точки максимальной мощности) также отслеживают и состояние самой батареи, включая ее температуру, для обеспечения максимального КПД.
Китайские контроллеры заряда производства фирм наподобие EP Solar обойдутся недорого по сравнению с самой солнечной батареей: блок 12В/5А стоит около 1100 р., более мощные и совершенные американские блоки Morningstar имеют цену от 8 тысяч рублей.
Но подобное устройство можно собрать и самостоятельно при наличии соответствующих навыков в радиоэлектронике. Ниже приведена простая схема повышающего контроллера, способного обеспечивать заряд аккумулятора от шестивольтовой солнечной батареи:
Для подстройки максимального напряжения на выходе служит подстроечный резистор R2.
Для солнечных батарей, рассчитанных на 12В, можно использовать следующую схему:
Здесь MainLoad– разъем для подключения аккумулятора, AuxLoad– для дополнительной нагрузки, требующей ограничения напряжения (например, зарядное устройство телефона). Достоинство этой схемы – возможность ее использования с различными типами аккумуляторов, определяемыми положением переключателя:
- 1.Обслуживаемый свинцово-кислотный аккумулятор
- 2.Необслуживаемый аккумулятор
- 3.Батарея литиевых аккумуляторов (3 аккумулятора по 4,1 В)
