В сегодняшнем мире, альтернативные источники энергии уже не прихоть, а рациональное решение, связанное с экономической выгодой и заботой о состоянии окружающей среды.
Самым популярным способом получения экологически чистой энергии остаются солнечные батареи.
Своими руками изготавливать панели получается гораздо дешевле, чем приобретать готовые комплекты. Как изготовить самодельные солнечные батареи для частного дома будет рассказано ниже.
Принцип работы солнечного электроснабжения, устройство солнечной батареи
Преобразовать энергию солнца в электричество можно несколькими способами.
Иногда применяется схема с генератором, где она трансформируется вначале в механическую, вращает вал генератора, а затем переходит в электрическую.
Минус такого способа в том, что он весьма дорогостоящий, поскольку требует использования больших зеркал, поворачивающихся по мере движения солнца.
Применение фотоэлементов позволяет напрямую преобразовывать свет в ток.
Это и есть столь популярные сегодня солнечные батареи, которые представляют собой небольшую (несколько см2) кремниевую пластину, на которой в единую цепь собраны фотодиоды. При попадании света, на выходах диодов появляется фото-ЭДС около 0,5 – 0,55 V. При помощи сборки таких пластин в модули можно получить на выходе требуемую мощность.
Если бы кто-то попытался добиться значения в 220 V, то получил бы батарею колоссальных размеров. Поэтому ставится цель получения 12-24 V, а все дальнейшие преобразования происходят при помощи других составляющих системы.
Конструкция включает в себя три основных узла:
- Солнечную панель.
- Аккумуляторы.
- Инвертор.
Как уже говорилось, задача солнечной панели выработать ток напряжением 12-24 V, которого хватит, чтобы зарядить 12-вольтовый аккумулятор.
Устройство солнечной батареи
Одного аккумулятора будет мало для обеспечения жилья нужным количеством электроэнергии. Их количество рассчитывается исходя из потребностей конкретного дома, и может составлять свыше 10 штук (однако число аккумуляторов прямо пропорционально и размеру солнечной панели).
Преобразовывать энергию низкого напряжения в стандартную, призван инвертор. Его приобретают готовый. При покупке соотносите выдаваемую им мощность с потребностями жилья в электричестве. По меньшей мере, это должна быть мощность в 1-2 кВт.
По устройству солнечной батареи различают два её вида:
- Плёночные.
- Кремниевые.
Плёночные или полимерные реже встречаются, поскольку имеют небольшой КПД и требуют много места для установки. Кроме того, энергоэффективность плёнки сокращается на пятую часть даже при небольшой облачности.
Солнечные панели на крыше
Кремниевые, описанные выше, могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Монокристаллические батареи это множество ячеек со встроенными кремниевыми преобразователями и заполненные силиконом.
В ячейках поликристаллических батарей больше преобразователей, которые установлены разнонаправленно. Эта особенность обеспечивает более эффективную работу панели, даже когда свет рассеянный. И хотя КПД таких батарей немного ниже, чем у монокристаллических, на поверку они оказываются более продуктивными и их чаще используют.
Технология самостоятельного изготовления
Рассмотрим, как сделать солнечную батарею своими руками. Для изготовления гелиокомплекса своими руками понадобится:
- Каркас из алюминия или дерева.
- Подложка из ДВП.
- Стекло или оргстекло.
- Фотоячейки.
- Диоды и проводники.
Одна батарея будет состоять из 36 элементов (по 81 х 150 мм), каждый из которых рассчитан на 0,5 V– в целом получится 18 V.
Обращаться с панелями нужно с большой осторожностью, потому что они очень хрупкие. По той же причине советуется покупать на 1-2 шт. больше, чтобы были запасные на случай повреждения.
Солнечные батареи для дома своими руками
Большой плюс самостоятельного изготовления солнечных батарей заключается в том, что можно собрать небольшой пробный комплекс, а затем постепенно наращивать его мощность, докупая больше элементов.
Не стоит собирать слишком большие батареи. Их сложно монтировать, тяжело менять угол наклона, кроме того, они, как парус, будут улавливать ветер, что небезопасно.
Рассмотрим процесс изготовления поэтапно.
Выбор элементов для панели
Главный вопрос – это приобретение гелиоэлементов. От удачной покупки будет зависеть, имеет ли смысл затевать самостоятельное изготовление батареи.
Можно приобрести готовый комплект для сборки панели за 4,3 5,1 тыс. руб.
Ещё один вариант – на известных торговых сайтах приобрести повреждённые, но работающие панели.
Это детали, отбракованные производством – они могут иметь, например, сколы, что существенно снижает их стоимость, но не влияет на работоспособность.
Выбор должен осуществляться на основании необходимой мощности. Чтобы рассчитать её, нужно хотя бы примерно подсчитать, сколько кВт потребляет в день техника в вашем доме, а затем выяснить, каково среднесуточное количество солнечного времени в вашей местности. Это позволит (опять же примерно) посчитать, сколько в день мощности будет выдавать панель. Чем больше этот показатель, тем меньше понадобится включать панелей в систему.
Важно знать, что вне зависимости от размера пластины, они выдают одинаковое напряжение, а вот на силу тока и вес конструкции, габариты влияют.
Чем больше размер панели, тем она тяжелее. А вот применять в одной системе разные панели нельзя.
Разработка проекта системы
По получившимся данным рассчитывается размер будущей конструкции и её вес. Эти показатели пригодятся для того, чтобы выполнить каркас нужного размера, а также выяснить, сможет ли выдержать конструкцию кровля дома, на которую планируется установка оборудования.
Размещая панель важно стремиться, чтобы солнечный свет попадал на поверхность под прямым углом. Поэтому, кроме того, чтобы выбрать самую освещённую сторону крыши, нужно ещё и позаботиться о том, чтобы можно было менять угол наклона гелиопанели. В снегопад, например, оборудование размещают практически вертикально, чтобы на его поверхности не задерживался снег.
Изготовление каркаса
Первым делом высчитываются размеры будущей конструкции. Сделать это просто, если уже известно, сколько панелей каких размеров будет применяться. Однако нужно оставлять по 3-4 мм между элементами, чтобы компенсировать расширение основы при изменениях температуры.
По рассчитанным размерам, из фанеры вырезается днище или основа будущей батареи. По периметру её внешней стороны делается рама из брусков. Толщина брусков – около 20 мм.
Каркас для солнечной батареи из алюминиевых уголков
Идеальная температура для работы гелиопанелей от 70 до 90° C. Под стеклом t сложно контролировать и она может значительно повышаться, особенно в тёплое время года. Поэтому в деревянной раме делаются вентиляционные отверстия. Сверлят их через каждые 20 см (диаметр около 10 мм). В нижней части тоже насверливаются отверстия с шагом в 5 см.
Также можно собрать раму из алюминиевых уголков и накрыть её оргстеклом.
Когда корпус готов, его покрывают двумя слоями краски и оставляют до полного высыхания.
Если вы живете в частном доме, то используя солнечные батареи для отопления дома, вы можете экономить значительную часть финансовых средств. Читайте подробную информацию об особенностях данной системы отопления, а также о ее плюсах и минусах.
О видах альтернативного отопления расскажем здесь.
Солнечный водонагреватель устройство, которое будет служить вам эффективно и при этом без затрат. В этой теме https://4air.ru/otopitelnoe-oborudovanie/vodonagrevateli/solnechnyj-svoimi-rukami.html вы узнаете, как изготовить подобную конструкцию своими руками.
Подбор и пайка элементов
В зависимости от уровня мастерства можно приобрести проводники с припаянными контактами и без.
Чтобы самостоятельно паять элементы:
- Нарезать проводники в размер по картонной заготовке.
- Разместить проводники на нужных местах фотоэлементов.
- Нанести припой и кислоту на площадки контактов.
- Зафиксировать проводник.
- Паять, не нажимая на кристаллическую поверхность.
При затруднениях с пайкой, можно легонько обработать площадки для контактов нулевой наждачной бумагой.
Напыление из серебра, которое наносится на поверхность проводника, может выдержать три цикла пайки.
Осуществляя параллельно-последовательное соединение элементов нужно заранее подумать о том, что перевернуть собранную воедино, но очень хрупкую конструкцию будет сложно. Поэтому советуется сначала соединять элементы рядами, переворачивать ряд, а уже потом скреплять ряды между собой. На крайних деталях контакты выводятся на шину «минус» и «плюс». На выводящую проводку нужно пустить кабель с изоляцией. На внешней стороне рамы устанавливается клемма.
Следующий этап – закрепление гелиопанелей на фанерной основе. Для этого понадобится силиконовый герметик. На обратную сторону каждой детали наносится по капле герметика, затем она аккуратно фиксируется. Также вливаются в силикон и провода.
Необходимые элементы для изготовления солнечный батарей
Когда элементы последовательно соединены, тестером проверяется напряжение (это поможет выявить огрехи в качестве пайки). Если всё сделано правильно, то прибор покажет 17-19 V (напряжение по разным причинам может иметь небольшие отклонения от указанного в документации).
Тестирование батареи рекомендуется проводить несколько дней и только после этого производить процесс герметизации.
На алюминиевую раму наносится герметик, и на него клеится оргстекло. Обязательно нужно дать время на высыхание силикона. К деревянной раме оргстекло можно прикрепить саморезами. Все стыки, кроме вентиляционных, также заливаются герметиком.
Ввиду своего низкого КПД солнечные коллекторы для отопления дома применяются редко, однако они все же позволяют экономить на электроэнергии. Изготовив конструкцию своими руками, вы можете совершенно бесплатно использовать тепловую энергию для домашних нужд.
Обзор вариантов альтернативных источников энергии для частного дома представлен на этой странице.
Сборка элементов солнечной батареи
Разберемся, как происходит сборка солнечных батарей своими руками.
Инвертор преобразует поступающий ток в переменный, и изменяет его напряжение.
Можно выбрать один из трёх видов инверторов:
- Системный.
- Гибридный.
- Автономный.
Системный инвертор подойдёт, если цель солнечной батареи – создать дополнительную энергию в пару к имеющейся центральной сети 220 V. Тогда устанавливать аккумуляторы вообще не нужно. Сетевой инвертор будет преобразовывать поступившее количество энергии, и направлять её в дом.
Гибридный инвертор пригодится, если гелиоэнергия должна стать основной, питающей дом, но и отказываться от централизованного электроснабжения не собираются. Гибридный вариант с аккумуляторами будет и расходовать полученную солнечную энергию, и накапливать её на тёмное и пасмурное время.
Автономный же инвертор устанавливают там, где сети 220 V вообще нет. Они тоже устанавливаются в комплекте с аккумуляторами.
Если требуется включить в систему аккумуляторные батареи, то нужно рассчитать их количество и ёмкость. Всё будет зависеть от суммарной мощности всех солнечных батарей, но чем выше будет ёмкость, тем лучше.
Например, чтобы полностью удовлетворить потребности семьи в электричестве, понадобится выработка 4 кВт. Для накопления такого количества энергии необходимо около 16 аккумуляторов по 60 Ач.
К аккумулятору солнечную батарею нужно подключать через диод. Это исключит его саморазряд на панель ночью.
Чтобы не происходило перезаряда и закипания аккумуляторов, понадобится контроллер заряда.
Они могут быть двух видов:
- МРРТ.
- ШИН.
Первый вариант передаёт почти 100 % энергии, но стоит в 2-3 раза дороже, чем ШИН контроллер, который теряет до 20 % мощности солнечных панелей.
В больших мощных системах, конечно, лучше один раз переплатить за МРРТ контроллер.
Небольшие конструкции можно оборудовать и ШИН контроллером, но потерянную мощность нужно будет компенсировать приобретением дополнительных аккумуляторов.
Заключение
Остаётся только добавить, что гелиосистема будет реально эффективна только в регионах, где большую часть года стоит солнечная погода. Нужно знать и то, что чем выше географическая широта, тем меньшая сила у солнечных лучей. Но современные технологии позволяют получать достаточно энергии даже в пасмурное время, а значит, хотя бы как дополнительный источник электричества, солнечные батареи очень даже привлекательны.