Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

20.02.2017

Сонячні батареї своїми руками

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Одним з найбільш практичних джерел альтернативної енергії вважається сонячна батарея. Вона здатна накопичувати і перетворювати світло в електрику навіть в умовах хмарності. Тим не менш, її вартість не дозволяє вітчизняному споживачеві перейти на незалежне електропостачання. Рішення — саморобна сонячна батарея.

Зміст:
Пристрій сонячної батареї

У відношенні сонячної батареї, як не можна до місця, фраза все геніальне — просто. Пристрій складається з двох елементів:

    блоків перетворювачів; корпусу батареї.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Все інше — це контакти, мікросхеми і додаткові гаджети, які потрібні виключно для збільшення функціональних можливостей сонячної батареї.

Блок перетворювач — це кремнієва пластина, яка виготовлена або монокристалічним, або поликристаллическим методом. Перший варіант, більш ефективний, другий — більш дешевий.

Корпус батареї, як правило, виготовляють з пластику. Це звичайна плита, до якої кріпляться блоки перетворювачі.

Електрична схема сонячної батареї

Правильне підключення блоків перетворювачів — це головна запорука успішної роботи сонячної батареї. При паралельному підключенні збільшується сила струму, при послідовному — напруга. Для того, щоб обидва ці параметри були максимальними, використовують паралельно-послідовне підключення.

Від перегрівання і перегорання контактів при навантаженнях понад захищають діоди, по одному на кожну чверть фотоелемента. Якщо діодів немає, то блок перетворювач вийде з ладу після першого дощу.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Так як напруга і сила струму на сонячній батареї не відповідають параметрам побутової техніки, необхідно здійснити накопичення та перерозподіл електроенергії. Для цього підключаються два акумулятора. Перший, є накопичувальним, другий — резервним.

Наявність двох акумуляторів пояснюється тим, що в гарну сонячну погоду зарядка йде досить швидко, тому потрібно кудись подіти надлишкову енергію. За процесом стежить спеціальний контролер, зроблений за принципом реостата. При досягненні 80-90% заряду основного акумулятора, контролер переводить подачу електрики на додатковий.

Важливо: принцип роботи описано поверхнево, оскільки для створення саморобної сонячної батареї особливого значення не має.

Принцип сонячної батареї: як це працює

Блоки перетворювачі або фотоэлемнты — це кремнієві пластини. Кремній або силиций — це морський пісок, вірніше це речовина найбільш відповідає чистому силицию за хімічним складом. Пісок, має ту ж атомну решітку, що і алмаз. Крихкість матеріалу пов’язана з більш довгим відстанню між атомами. Саме ця схожість дозволила істотно здешевити технологію виробництва сонячних батарей і запустити її на конвеєр.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

В чистому вигляді, кремній є напівпровідником, тому його кристалізують. Полікристали виготовити простіше, але вони мають значно більше граней, в результаті чого електрони не можуть рухатися прямолінійно. Монокристал забезпечує прямолінійний поступальний рух частинок. Крім того, підвищується електропровідність додаванням в кристалічну решітку атомів миш’яку чи фосфору.

Ще одна цікава властивість силіцій — він невидимий для інфрачервоного випромінювання. Таким чином, фотоэлемнты поглинають тільки корисну частину сонячного спектру.

Перетворення світла проходить за наступним принципом:

    сонячна енергія потрапляє на кремнієві пластини; вони нагріваються і вивільняють електрони; електрони починають активний рух від пластин по провідниках; провідники заряджають акумулятор.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Конструкція сонячних батарей

Переходячи від теорії до практики, насамперед, необхідно виконати розрахунки та визначити кількість блоків перетворювачів. Для цього необхідно визначити потужність сонячного світла. На вході в атмосферу вона становить близько 1300 Вт/м², але біля землі, особливо в хмарну погоду, рідко перевищує 200 Вт/м², при цьому слід розуміти, що близько 40% спектра — даремне інфрачервоне випромінювання, т.тобто реальна потужність всього 120 Вт/м². У сонячну погоду, коли сонце в зеніті, потужність зростає до 500-600 Вт/м², але закладатися на такі високі показники не варто, тому будемо вважати по мінімуму.

Інтенсивне сонячне випромінювання протягом року становить в середньому 9 годин. Отже, сонячна батарея площею 1 м² за день виробляє 120*9=1 кВт електроенергії. При цьому потрібно врахувати ще і ККД, максимальне — 25%. Таким чином, за добу з сонячної батареї площею 1 м² можна отримати близько 0,3 кВт електроенергії. Якщо на дворі стоїть сонячна погода, то близько 0,6 кВт.

Далі необхідно розрахувати кількість споживаної енергії за день. Для цього потрібно розділити попередні показання лічильника на 30. Тобто якщо в минулому місяці було витрачено 300 кВт, витрата у день становитиме 10 кВт на добу. Щоб повністю забезпечити такий будинок електроенергією потрібно приблизно 20 м² сонячних батарей.

Важливо: для якісного та безперебійного електропостачання знадобляться дорогі акумулятори для сонячних батарей. Ця обставина пояснюється не тільки великою місткістю, але і стійкістю електроліту до постійного режиму зарядки-розрядки.

Виробництво сонячних батарей

Процедура самостійної збірки не вимагає особливих навичок і зводиться до виконання простої інструкції:

1. Виготовити основу для фотоелементів.

2. Підготувати основу до несприятливих факторів навколишнього середовища.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

3. Закріпити блоки перетворювачі.

4. З’єднати блоки проводами.

5. Захистити фотоелементи за допомогою установки скляної кришки.

6. Підключити вихід до акумулятора.

З кожним з пунктів потрібно розібратися детальніше, щоб надалі не було помилок. Наприклад, для основи використовують або твердий пластик або дерево. Інші матеріали категорично не допускаються по техніці безпеки. Пластик більш простий в обробці, але від високих температур він швидко втрачає свої властивості. Термостійкі модифікації стоять, як правило, дорожче ніж дерево.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Дерев’яна основа виготовляється із звичайної фанери товщиною не менше 4 мм в товщину. Вирізається підстава, розміри якого залежать від кількості та розмірів фотоелементів. По краю основи встановлюється захисна гарда або бортик. Такий же борт повинен бути по периметру кожного фотоелемента. Краще, якщо він буде виготовлений з рейки або дерев’яного масиву.

В одержані квадратиках потрібно просвердлити дірки під контакти. В залежності від розмірів фотоелементів, їх число дорівнює 4, 6 або 8. Для свердління краще використовувати свердло у 6 або 8 мм, щоб отвір був досить великим і контакти не стикалися з деревом. В ідеалі кожне отвір бажано обробити рідкою гумою або бітумом. Це виключить можливість займання.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Далі заготовку потрібно обробити захисними антисептиками, прогрунтувати і пофарбувати. Фарба, як не складно здогадатися, повинна бути білою, щоб не розсіювати сонячну енергію. Крім того, акрилосодержащие фарби краще не використовувати, оскільки вони піддаються руйнуванню під впливом прямих сонячних променів.

Блоки перетворювачі кріпляться або на клей, але в такому разі їх повторне використання буде неможливо, або вставляються в спеціальні засувки. Якщо розмір сонячної батареї невеликий, до 1 м², допускається фіксація фотоелементів без додаткового кріплення.

Наступний крок — з’єднання усіх контактів. Робити це можна або паралельно, або послідовно. Так як змішана схема передбачає наявність додаткового дорогого обладнання і на реальний ККД впливає досить опосередковано. Для з’єднання контактів потрібен паяльник і якісний припій, краще, якщо це буде срібло.

Порада: працювати з сонячними батареями набагато зручніше за допомогою газових паяльників, оскільки вони забезпечують більше мобільності.

Коли конструкція готова, її необхідно захистити від попадання вологи і сміття. Для цього підійде ударостійке оргскло. Установка сонячних батарей передбачає мінімальну участь у процесі перетворення і накопичення енергії, тож на захисному коробі економити не варто. Спосіб фіксації — молекулярний клей.

Порада: подібне клейка речовина краще купувати у вузькопрофільних, спеціалізованих магазинах, оскільки в будівельних гіпермаркетах, і тим більше на ринку, знайти справжній молекулярний клей практично неможливо.

Акумулятор має два полюси, важливо підключити фотоелементи так, щоб полюсність була однаковою. Інакше, сонячна батарея спалить акумулятор.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Ще один принциповий момент підключення сонячних батарей — вольтаж. Напруга на виході повинна бути на 30-40% більше, ніж напруга на акумуляторі, інакше процес зарядки не піде. Ця обставина є головним мінусом будь сонячної батареї. Єдине рішення проблеми — встановлення трансформатора, який буде вирівнювати напруга від акумулятора до електромережі. При цьому не варто забувати, що близько 30% електроенергії будуть втрачені.

Система сонячних батарей

Описана інструкція справедлива по відношенню до однієї сонячної батареї, але для забезпечення будинку електроенергією знадобиться кілька таких виробів. Щоб визначити, як зв’язати між собою окремі сонячні батареї, необхідно для початку визначитися з порядком їх роботи. Варіанти є два:

    кілька малоємних акумуляторів, які подають струм на трансформатор; один потужний акумулятор.

Схема підключення сонячних батарей від кількох акумуляторів, також має свої варіації:

    кожен окремий акумулятор живить конкретний прилад; всі акумулятори передають електрика на трансформатор, який забезпечує електрикою будинок.

Перший варіант кращий, оскільки дозволяє зменшити навантаження на окремо взятий акумулятор. Для реалізації такої схеми сонячна батарея і прилад підключаються до джерела живлення безпосередньо. При використанні трансформатора необхідно створити стаціонарну електророзводку. Цей варіант більш актуальне для потужних акумуляторів.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

Застосування на практиці

Враховуючи, що вартість нових фотоелементів починається від 900 руб. за штуку, а для складання однієї батареї їх потрібно не менше 30, стає очевидним — альтернативна енергетика є дуже дорогим задоволенням. Певним виходом стане придбання б/у елементів сонячних батарей. Це знизить вартість мінімум удвічі.

Для виготовлення батареї площею 1 м², при використанні стандартних фотоелементів, знадобиться 60 шт. кремнієвих пластин. Вартість однієї батареї 60*900=54 000 руб. тобто для повного переходу на незалежне електроживлення знадобиться вкласти більше мільйона рублів.

Сонячні батареї своїми руками . Будівельний портал

З-за такою дорогою вартості, сонячні батареї застосовуються тільки в якості допоміжного електроживлення. Найбільш часто зустрічається освітлення на сонячних батареях. І цьому є цілком логічне пояснення.

При використанні енергозберігаючих ламп на 20 або 40, досить зібрати невелику батарею, ціна якої, разом з акумулятором і додатковими матеріалами, буде близько 30 000 руб. Цієї батареї вистачить, щоб забезпечити освітлення не тільки всередині будинку, але і на вулиці. Замість стандартних вмикачів, встановлюють светореагирующие тумблери, які автоматично включають освітлення при зниженні інтенсивності сонячного світла. В будинку краще встановити стандартні вимикачі або диммери.

Короткий опис статті: сонячні батареї своїми руками

Джерело: Сонячні батареї своїми руками | Будівельний портал

Також ви можете прочитати