В последние годы вопрос о обеспечении энергосбережения становится все более остро. Многие люди начинают думать о том, как сэкономить электроэнергию с применением разнообразных энергосберегающих технологий. В последнее время использование солнечной энергии в бытовых условиях начинает интересовать все больше людей, которые приходят к выводу, что лучше будет один раз поставить солнечные батареи, а потом получать весомую экономию своего бюджета. Это актуально в условиях постоянного подорожания цен на энергоносители как в России, так и по всему миру. Еще сильнее можно сэкономить, если разобраться, как собрать солнечную батарею своими руками. Главной особенностью сбора солнечных батарей будет доступность комплектующих и минимальные финансовые вложения.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Выбираем элементы для панелей
Большим достоинством своими силами собранной солнечной системы является то, что не нужно устанавливать сразу всю комплексную систему, мощность можно постепенно увеличивать. Если опыт сбора будет успешным, то можно продолжать работу и увеличивать объем.
Солнечная батарея является локальным генератором, который функционирует на основе преобразования солнечной энергии в электрическую при помощи фотоэлектрического элемента. Для того, чтобы собрать ее своими руками необходимо подбирать в свободной продаже солнечные модули. К примеру, на Ebay можно прикупить комплект SolarCells , состоящий из 36 солнечных элементов, который как раз предназначен для самостоятельной сборки батареи. Подобные наборы можно приобрести и в России.
Разрабатываем проект
Разработка проекта будет зависеть от того, где Вы будете размещать солнечную батарею и варианта монтажа. Подобные батареи должны устанавливаться под углом, который обеспечивает попадание солнечных лучей под прямым углом на фотоэлементы. Не забывайте, что производительность солнечной батареи полностью зависит от интенсивности освещения. Их нужно устанавливать на солнечной стороне здания. В зависимости от месторасположения объекта, а также потока солнечной энергии в каждом регионе вычисляется угол наклона для солнечной панели.
Стоит обратить Ваше внимание на то, что в момент проектирования системы, которую предполагается устанавливать на крыше здания, заранее необходимо выявить или просчитать несущую способность кровли. Кровля должна полностью выдерживать приложенную нагрузку, а также обеспечить запас прочности.
Изготавливаем каркас
До того, как сделать солнечную батарею необходимо приобрести солнечные элементы (36 штук). По проведенным расчетам один элемент выдает 0,5 Вольт энергии, то есть при наличии 36 элементов может получиться 18 Вольт.
На рынке представлен огромный выбор пластин, имеющих различные размеры, однако необходимо помнить следующее во время их выбора:
- Все пластины будут производить одинаковый уровень напряжения вне зависимости от их размеров;
- Большие пластины производят большую силу тока;
- Используя пластины большого размера можно получить больше энергии, но помните о весе панелей увеличенного размера;
- Не рекомендуется применять пластины разных размеров в одной конструктивной системе.
Для каркаса при изготовлении солнечных батарей применяют алюминиевый уголок, но можно купить и уже готовые предназначенные для этого рамы. Прозрачное покрытие нужно выбирать по своему желания, но учитывая показатели преломления света. Самым доступным материалом будет оргстекло, а наименее подходящим по своим характеристикам является обычный поликарбонат. Лучшими материалами для изготовления панели будут материалы, имеющие высокий уровень светопропускания. Если использовать оргстекло, то в процессе эксплуатации можно проводить наблюдения за контактами в системе.
Монтаж корпуса солнечной батареи
Если говорить о стандартном изготовлении одной солнечной батареи, то оно предполагает применение 36 фотоэлементов с пластинами 150х81 мм. Во время расчета размеров нужно учесть наличие зазоров между элементами в 3-5 мм, которые будут необходимы при изменении размеров каркаса под воздействием атмосферных явлений. Размеры заготовки с учитываемыми допусками будут 690х835 мм и ширина уголка в каркасе 35 мм. Солнечная батарея, которая будет изготовлена с помощью алюминиевого профиля будет похожа на панель заводского производства и будет обеспечивать высокий уровень герметичности, прочности и жесткости.
Для начала из алюминиевого уголка нужно сделать заготовки – рамки размерами 690х835 мм. Для дальнейшего крепления саморезов в полученной рамке нужно сделать отверстия. Затем по внутренней поверхности уголков следует нанести без пропусков силиконовый герметик. Это достаточно важный момент, т.к. не должно получаться мест, которые не заполнены силиконом. В полученную раму нужно положить прозрачный лист из оргстекла, специального поликарбоната или антибликового стекла.
Обращаем внимание , что силикону нужно дать просохнуть, в противном случае испарение будет создавать лишнюю пленку на фотоэлементах.
Уложенное стекло нужно с тщательностью прижать к каркасу и зафиксировать. Для хорошей фиксации крепеж нужно выполнить по всему периметру рамки. Все, каркас солнечной батареи почти выполнен.
Подбираем и паяем элементы
Также на том же Ebay или другом подобном магазине можно приобрести солнечные элементы, имеющие уже припаянные проводники. Обязательно оцените свои способности, т.к. паять контакты в подобной конструкции довольно таки сложный процесс. Ответственность еще увеличивается за счет хрупкости элементов.
Если все же решили пропаять элементы самостоятельно, то для начала проводники необходимо нарезать с помощью картонной заготовки и с аккуратностью разложить на фотоэлементе. Затем на точки припаивания нужно нанести кислоту и припой. Для более удобного выполнения работы прижмите проводник тяжелым предметом. Далее следует аккуратно припаять к фотоэлементу проводник, но не пережмите хрупкие кристаллы. По указанным нормативам на проводнике серебряное напыление обязано выдержать три пайки.
Собираем элементы солнечной батареи
Когда производите первую сборку лучше всего использовать размеченную подложку, которая поможет разместить элементы ровно относительно друг друга. Основа выполняется из фанеры, обязательно промаркируйте уголки конструкции. После проведенной пайки на элементы батареи на обратную сторону нужно закрепить кусочек ленты для монтажа и подобным образом их переносить. Герметизировать необходимо только соединительные части.
Далее элементы нужно выкладывать на поверхность стекла. Не забывайте оставлять между элементами расстояние и прижать их грузом. Пайку проводите по приложенной электрической схеме. Плюсовые дорожки должны быть размещены на лицевой стороне, а минусовые – с обратной. Пропаивайте все серебряные контакты. По этому принципу соедините все фотоэлементы. На крайних элементах панели контакты нужно вывести на шину плюс и минус. Рекомендуется создать «среднюю» точку – используя два дополнительные шунтирующие диоды. Клемма устанавливается на внешней стороне рамы. Для выводящих проводов можно применять акустический кабель в изоляции. После пайки все провода нужно зафиксировать силиконом. После сборки солнечные панели в качестве основной проблемы имеют качество пайки контактов. Именно поэтому специалисты рекомендуют перед герметизацией проводить тестирование, которое нужно выполнить в каждой группе элементов, когда проводится пайка.
Если выполнена грамотная конструкция всей системы, то это обеспечить достаточную мощность батареи. Во время расчета всей конструкции следует учитывать, что во время изготовления одной солнечной батареи нужно использовать только солнечные модули одних размеров, т.к. в системе максимальный ток ограничивается током самого маленького элемента.
Стандартные подсчеты дают понять, что в достаточно солнечный день с одного метра панели получается примерно 120 Вт мощности. Естественно, что подобная мощность не позволит даже на компьютере поработать, но панели в 10 метров уже обеспечит 1 кВт энергии, что даст Вам возможность дать энергию для основных приборов в доме. В среднем, для семьи требуется в месяц примерно 300 кВт, поэтому система, которая оптимально установлена на южной стороне размерами в 20 метров позволит обеспечить электроэнергией семейные потребности. Для оптимизации использования электроэнергии в освещении рекомендуется использовать лампочки переменного тока светодиодные или люминесцентные. Как подобрать подобные лампочки, к примеру для натяжного потолка можно прочитать .
Солнечные батареи становятся все более популярными среди альтернативных источников питания. Однако в наших условиях их цена чаще всего завышена, поэтому используя всем доступные материалы и необходимые инструкции можно собрать солнечную батарею своими руками.
Видео
А этом видео представлен процесс сборки солнечной батареи.
Люди уже давно задумываются над тем, как можно получить электрическую энергию благодаря солнцу. Тогда возникает вопрос: «Как сделать солнечный коллектор?». Ведь если в доме у вас полно электрических приборов, это очень экономно. Особенно летом, когда солнце стоит круглый день. Вы можете сами сделать свою солнечную батарею, и на это не уйдет много денег – будет стоить 300–400 долларов. Взамен получите постоянный источник электроэнергии. Вам больше не придется беспокоиться о том, что ее отключат, и вы не сможете пользоваться электроприборами. Итак, чтобы разобраться, как сделать солнечную батарею, надо понять принцип ее работы. Тем более, если монтировать солнечную батарею придется в домашних условиях.
По сути, солнечная батарея делает из получаемой от солнца энергии электрическую, благодаря специальным фотоэлектрическим преобразователям.
Весь суть работы основана на фотоэлектрическом эффекте. На фотоэлементы попадает свет от солнца, тем самым он выбивает незанятые электроны из последних орбит каждого из атомов, которые находятся на пластине из кремния. Затем этот свет становится переменным током, которым можно электрифицировать дом.
Принцип самостоятельного изготовления солнечной батареи
Так как самому сделать солнечную батарею? Чтобы изготовить гелиосистему своими руками, нужны:
- Алюминиевый или деревянный каркас
- Подложка, сделанная из ДВП
- Обычное стекло или оргстекло
- Диоды и проводники
- Фотоячейки
Только одна самодельная солнечная батарея будет иметь около 36 элементов и для каждого нужно будет напряжение равное 0,5 вольт. Получается 18 вольт на одну солнечную панель.
Кстати, по причине хрупкости панели с ними нужно обращаться как можно аккуратней и по этой же причине желательно купить на несколько штук больше, дабы дома были запасные, если вдруг что-то случится.
Преимуществом самостоятельной сборки солнечной батареи является то, что вы можете сделать основу, а потом к ней уже добавлять мощность, закупая дополнительные элементы.
Большие батареи ни к чему, так как появятся сложности в их установке, выборе угла наклона. Тем более они, скорее всего, будут улавливать ветер, а это крайне небезопасно.
И, кстати, учтите, что 220 вольт обеспечить от солнца никак не сможете потому, что для этого потребуется батарея огромных размеров. Одна пластина сможет дать ток, напряжение которого будет составлять 0,5 В. Идеальный вариант – это если солнечный коллектор будет обладать напряжением 18 вольт, но для этого потребуется рассчитывать количество фотоэлементов. Изготовление солнечных панелей – труд не простой, но и не сложный. В данном случае нас интересует плоский солнечный коллектор.
Собираем каркас
Теперь приступим к решению вопроса: «Как собрать солнечную батарею собственного производства?».
Первое, что делают, когда изготавливают самодельные солнечные батареи, – создают своеобразную защитную оболочку – корпус. Сделать его можно при помощи уголков из алюминия или деревянных брусков. Если будет использоваться металлическая основа, то на какой-то из полок нужно будет при помощи напильника снимать фаску под углом в 45 градусов, вторая же полка будет отражаться под таким же углом. Детали каркаса, которые отрезаны, нужно будет скрутить, используя угольники, которые изготовлены из такого же материала. Когда рама будет готова, к ней при помощи силикона нужно приклеить специальное защитное стекло.
Делаем спайку пластин
Первое, что при этом нужно знать, – это то, что напряжение повышается при последовательном соединении, а ток, соответственно, при параллельном.
Кремниевые пластины нужно будет выложить на стекло так, чтобы между ними осталось небольшое расстояние – примерно 5 мм с каждой из сторон. Это нужно, чтобы не допустить расширения компонентов при температурном нагреве, так как нет радиатора. У преобразователей есть две дорожки – это, соответственно, плюс и минус. Детали придется соединить последовательным образом в одну цепь. Проводники с последних радиодеталей нужно будет вывести на общую шину.
Чтобы батарея не разряжалась ночью сама, желательно установить диод Шоттки 31DQ0 на средний контакт.
Когда все элементы будут спаяны, проверьте показатель напряжения, который будет на выходе, мультиметром. Оно должно быть не менее 18–19 вольт.
Диодная солнечная батарея
Изготовление солнечных батарей в домашних условиях не ограничивается одним способом. Можно получать энергию от солнца при помощи диодов Д223Б. Они хороши, благодаря высокому вольтажу и стеклянному корпусу.
Как сделать:
- Все радиодетали нужно сложить в специальную емкость и залить их ацетоном, где-то на несколько часов.
- Затем найдите неметаллическую пластину и разметьте ее для будущих компонентов, которые будут составлять источник питания.
- Используя мультиметр, отыскиваем плюс на каждом диоде и слегка загибаем его. Важно, чтобы диоды впаивались в вертикальном положении, таким образом удастся получить значительно большее напряжение генерации.
Вот так, в три этапа можно сделать солнечный коллектор своими руками.
Солнечная батарея из фольги
Как делается солнечная батарея из диодов, теперь понятно. Ещё хороший способ: можно сделать батарею из фольги. Но ее мощность будет ниже, чем у предыдущих методов.
Инструкция:
- Потребуется медная фольга площадью 45 кв. см. Ее нужно обезжирить.
- При помощи наждачной бумаги избавьтесь от оксидной пленки.
- Теперь нужно положить фольгу на горелку, мощность которой должна быть менее 1,1 кВт. Необходимо нагревать, пока не начнут появляться красно-оранжевые пятна.
- После этого нагревать нужно еще в течение получаса, чтобы образовалась оксидная пленка нужной толщины.
- Затем прожарку нужно остановить и дать остыть листу вместе с печкой.
- Остатки удалить проточной водой, но не сгибая лист
- Обрежьте с пластиковой бутылки объемом 2–2,5 литра горло и поместите туда два куска фольги. Они не должны соединяться. Закрепляются они специальным зажимом типа «Крокодил».
- К обработанному куску пойдет минус, а к другому – плюс.
- Теперь туда нужно залить раствор из соли. Его уровень должен быть чуть ниже верхней кромки электродов – примерно на 2,5 см. Готовится он из 2–4 столовых ложек соли.
Самодельная солнечная панель – это отличный выход. И как можно заметить, имеется много способов ее изготовить: солнечная батарея из транзисторов, солнечный коллектор из алюминиевых банок, из фольги, из диодов. И это еще далеко не все. Собирать совсем несложно, если понимать принцип ее работы. Она, конечно, не сможет запитать целый дом или дачу, но в качестве дополнительного аккумулятора для зарядки телефона или другой мелкой техники вполне подойдет. Изготавливая солнечную батарею в домашних условиях, будьте очень аккуратны и четко соблюдайте все инструкции.
Одним из способов сократить оплату коммунальных услуг является использование солнечных батарей. Такую батарею можно сделать и установить своими руками.
Что представляет собой солнечная батарея и для чего она используется?
Солнечная батарея - это устройство, принцип работы которого основан на способности фотоэлементов преобразовывать энергию солнца в электричество. Эти преобразователи соединены между собой в общую систему. Получаемый электрический ток накапливается в специальных устройствах - аккумуляторах.
Чем больше площадь панелей, тем больше электрической энергии можно получить
Мощность солнечной батареи зависит от размера поля из фотоэлементов. Но это не означает, что только большие площади способны воспроизвести требуемое количество электроэнергии. Например, всем знакомые калькуляторы могут использовать портативные солнечные батареи, которые вмонтированы в их корпус.
Преимущества и недостатки
К преимуществам солнечной батареи относятся:
- простота монтажа и обслуживания;
- отсутствие вреда для окружающей среды;
- небольшая масса панелей;
- бесшумная работа;
- независящие от распределительной сети поставки электрической энергии;
- неподвижность элементов конструкции;
- небольшие денежные затраты на изготовление;
- долгий срок эксплуатации.
В число недостатков солнечной батареи входят:
- трудоёмкость процесса изготовления;
- бесполезность в тёмное время суток;
- потребность в большой площади для установки;
- восприимчивость к загрязнениям.
Хотя изготовление солнечной батареи является трудоёмким процессом, её можно собрать своими руками.
Инструменты и материалы
Если нет возможности приобрести готовую солнечную батарею для дома, её можно сделать самостоятельно.
Для изготовления солнечной батареи понадобятся:
- фотоэлементы (для создания гелиопанели);
- набор специальных проводников (для соединения фотоэлементов);
- алюминиевые уголки (для корпуса);
- диоды Шотке;
- крепёжные метизы;
- винты для крепежа;
- лист поликарбоната (прозрачный);
- силиконовый герметик;
- паяльник.
Выбор фотоэлементов
Сегодня производители предлагают потребителям выбор из двух типов устройств. Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%. Они отличаются низкой эффективностью при пасмурной погоде. Фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, однако они способны работать не только в солнечные, но и в облачные дни.
Чтобы обеспечить дачу или небольшой частный дом электроэнергией, достаточно воспользоваться поликристаллами.
Важная информация: Желательно приобретать фотоэлементы у одного производителя, так как ячейки разных марок могут иметь существенные различия, что сказывается на эффективности работы и процессе сборки, а также приводит к более высоким затратам энергии при эксплуатации.
При выборе фотоэлементов необходимо обратить внимание на следующее:
- чем больше ячейка, тем большее количество энергии она производит;
- элементы одного типа создают одинаковое напряжение (от размера данный показатель не зависит).
Чтобы определить мощность солнечной батареи, достаточно генерируемый ток умножить на напряжение.
Отличить поликристаллические фотоэлементы от монокристаллических достаточно просто. Первый тип выделяется ярко-синим цветом и квадратной формой. Монокристаллические фотоэлементы темнее, они срезаны по краям.
Поли- и монокристаллические панели легко отличить даже на первый взгляд Не стоит отдавать предпочтение продукции со сниженной ценой, поскольку она может отказаться отбраковкой - это детали, которые не прошли тест на заводе. Лучше воспользоваться услугами проверенных поставщиков, которые хоть и предлагают товар по высокой цене, зато отвечают за его качество. Если нет опыта в сборе фотоэлементов, рекомендуется приобрести несколько тестовых образцов, чтобы потренироваться, а только потом купить продукцию для изготовления самой батареи.
Некоторые производители запаивают фотоэлементы в воск, чтобы предотвратить порчу во время перевозки. Однако избавиться от него довольно сложно из-за высокого риска повреждения пластин, поэтому рекомендуется покупать фотоэлементы без воска.
Инструкция по изготовлению
Процесс изготовления солнечной батареи состоит из нескольких этапов:
- Подготовка фотоэлементов и пайка проводников.
- Создание корпуса.
- Сборка элементов и герметизация.
Подготовка фотоэлементов и пайка проводников
На столе собирается набор фотоячеек. Допустим, производитель указывает на мощность 4 Вт и напряжение 0,5 вольт. В таком случае нужно использовать 36 фотоэлементов, чтобы создать солнечную батарею на 18 Вт.
С помощью паяльника, мощность которого составляет 25 Вт, наносятся контуры, образуя припаянные проводки из олова.
Качество пайки является главным требованием для эффективной работы солнечной батареи Важная информация: Желательно выполнять процесс пайки на ровной твёрдой поверхности.
Затем все ячейки соединяются между собой в соответствии с электрической схемой. При подключении солнечной панели можно воспользоваться одним из двух способов: параллельным или последовательным соединением. В первом случае плюсовые клеммы соединяются с плюсовыми, минусовые с минусовыми. Затем клеммы с разным зарядом выводятся к аккумулятору. Последовательное подключение предусматривает соединение противоположных зарядов путём поочерёдного скрепления ячеек между собой. После этого оставшиеся концы выводятся к аккумуляторной батарее.
Важная информация: Независимо от того, какой вид подключения вы выбрали, необходимо предусмотреть шунтирующие диоды, которые устанавливаются на клемме «плюс». Идеально подходят диоды Шорке. Они препятствуют разрядке устройства ночью.
Когда спайка будет завершена, нужно вынести ячейки на солнце, чтобы проверить их работоспособность. Если функциональность в норме, можно начинать сборку корпуса.
Проверка устройства выполняется на солнечной стороне Как собрать корпус
- Подготовить уголки из алюминия с невысокими бортиками.
- Для метизов предварительно выполняются отверстия.
- Затем на внутреннюю часть алюминиевого уголка наносится силиконовый герметик (желательно сделать два слоя). От того, насколько качественно он будет нанесён, зависит герметичность, а также длительность службы солнечной батареи. Важно обратить внимание на отсутствие незаполненных мест.
- После этого в раму помещается прозрачный лист поликарбоната и плотно фиксируется.
- Когда герметик высохнет, крепятся метизы с шурупами, что обеспечит более надёжное крепление.
Учитывая хрупкость конструкции, рекомендуется сначала создать каркас, а затем только устанавливать фотоэлементы Важная информация: Кроме поликарбоната можно использовать оргстекло или антибликовое стекло.
Сборка элементов и герметизация
- Очистите прозрачный материал от загрязнений.
- Разместите фотоэлементы на внутренней стороне листа из поликарбоната на расстоянии 5 мм между ячейками. Чтобы не ошибиться, предварительно сделайте разметку.
- На каждый фотоэлемент нанесите монтажный силикон.
Чтобы продлить срок службы солнечной батареи, рекомендуется нанести на её элементы монтажный силикон и закрыть задней панелью - После этого прикрепляется задняя панель. После застывания силикона нужно герметизировать всю конструкцию.
Герметизация конструкции обеспечит плотное прилегание панелей друг к другу Видео: Изготовление солнечной батареи своими руками в домашних условиях
Правила установки
Чтобы получить возможность использовать солнечную батарею по максимуму, рекомендуется при установке устройства придерживаться определённых правил:
- Необходимо правильно выбрать место. Если разместить солнечную батарею там, где постоянно присутствует тень, устройство будет малоэффективно. Исходя из этого, не рекомендуется устанавливать прибор около деревьев, желательно выбирать открытое место. Многие монтируют солнечную батарею на крыше дома.
- При установке необходимо направлять устройство в сторону солнца. Нужно добиться максимального попадания его лучей на фотоэлементы. К примеру, находясь на севере, следует ориентировать лицевую сторону солнечной батареи на юг.
- Большую роль играет определение уклона устройства. Он также зависит от географического положения. Считается, что угол уклона должен составлять широту, в которой устанавливается батарея. При размещении в зоне экватора придётся производить настройку угла наклона по времени года. Коррекция составит 12 градусов, учитывая увеличение и уменьшение летом и зимой соответственно.
- Рекомендуется установить солнечную батарею в доступном месте. По мере использования устройства его лицевая сторона накапливает грязь, а в зимнее время её заносит снегом, и в результате выработка энергии снижается. Поэтому необходимо периодически проводить чистку батареи, удаляя налёт с её лицевой панели.
Изготовление устройства из подручных средств
На сегодняшний день умельцами были разработаны способы создания солнечных батарей из подручных материалов, но оправдана ли такая экономия?
Использование старых транзисторов
Для изготовления солнечной батареи можно использовать старые транзисторы. Для этого срезают их крышки, зафиксировав приборы в тисках за ободок. Затем выполняется измерение напряжения под воздействием света. Необходимо определить его на всех выводах прибора с целью обнаружения максимальных значений. Напряжение зависит от мощности транзистора, а также от габаритов кристалла.
Срезать крышку транзистора нужно аккуратно, иначе можно повредить тонкие провода, которые подведены к полупроводниковому кристаллу После этого можно приступить к изготовлению солнечной батареи. Используя пять транзисторов и, соединив их последовательно, можно получить устройство достаточной для обеспечения работы калькулятора мощности. Каркас собирается из листового пластика. Необходимо просверлить в нём отверстия, нужные для вывода транзистора. Калькулятор на основе такой солнечной батареи работает стабильно, однако нужно, чтобы он находился не дальше 30 см от источника света. Для лучших результатов целесообразно использовать вторую цепочку транзисторов.
Применение диодов
Для сбора солнечной батареи понадобится много диодов. Кроме того, используется плата для подложки. В процессе изготовления применяется паяльник.
Сначала нужно открыть внутренний кристалл, чтобы на него попадали лучи солнца. Для этого верхушка диода срезается и снимается. Нижнюю часть, где находится кристалл, необходимо подогреть над газовой плитой около 20 секунд. Когда расплавится припой кристалла, он легко снимется пинцетом. Аналогичная манипуляция проводится с каждым диодом. Затем кристаллы припаиваются к плате.
Элементы солнечной батареи из диодов соединяются между собой с помощью тонких медных проводов Для получения 2–4 В достаточно 5 блоков, состоящих из пяти кристаллов, спаянных последовательно. Блоки размещаются между собой параллельно.
Устройство из листов меди
Чтобы изготовить солнечную батарею из листов меди, потребуется:
- сами медные листы;
- два зажима «крокодил»;
- микроамперметр высокой чувствительности;
- электрическая плита (не менее 1000 Вт);
- пластиковая бутылка с обрезанным верхом;
- две ложки поваренной соли;
- вода;
- наждачная бумага;
- ножницы по листовому металлу.
Порядок действий:
- Сначала отрежьте кусок меди, который по размерам соответствует тэну на плите. Поверхность листа очистите от жира и зачистите наждачной бумагой, затем поместите на плиту и нагревайте при максимальной температуре.
- Во время образования окиси можно увидеть разноцветные узоры. Необходимо дождаться чёрного цвета, а затем оставить медный лист нагреваться ещё около получаса. По истечении этого промежутка времени плита выключается. Лист остаётся на ней для медленного охлаждения.
- Когда чёрная окись отпадёт, необходимо промыть медь под проточной водой.
- Затем вырежьте кусок аналогичного размера из целого листа. Обе части разместите в пластиковой бутылке. Важно, чтобы они не соприкасались друг с другом.
- Медные пластины прикрепите к стенкам бутылки с помощью зажимов. Провод от чистого листа подключите к положительному выводу измерительного прибора, а от меди с оксидом - к отрицательному.
- Соль растворите в небольшом количестве воды. Солёную воду осторожно вливайте в бутылку, стараясь не намочить контакты. Раствора должно быть столько, чтобы он не покрывал пластины полностью. Солнечная батарея готова, можно проводить эксперименты.
При размещении медных пластин в ёмкости нужно аккуратно изогнуть их, чтобы они вместились, но не сломались Есть ли выгода?
КПД устройства, изготовленного из транзисторов, очень низок. Причина этого состоит в большой площади самого прибора и небольшом размере солнечного элемента (полупроводника). Таким образом, солнечная батарея на основе транзисторов не получила распространения, подобные устройства подходят только для развлечений.
Диодам свойственно потреблять ток и самопроизвольно светиться. Поэтому при их использовании для изготовления солнечной батареи часть диодов будет генерировать электричество, а остальные приборы, наоборот, его потреблять. Из этого можно сделать вывод, что эффективность такого устройства низкая.
Чтобы зажечь лампочку от солнечной батареи на основе медных листов, потребуется использовать большое количество материала. К примеру, для работы плиты на 1000 Вт необходимо 1 600 000 м² меди. Для обустройства такого прибора на крыше дома потребуется, чтобы её площадь составляла 282 м². И все усилия пошли бы на обеспечение работы одной печи. На практике использовать такую солнечную батарею нет смысла.
Несмотря на относительную дороговизну, солнечные батареи довольно быстро окупаются. Попробуйте этот экологичный способ выработки энергии, собрав солнечную батарею своими руками.
Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.
Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.
Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:
- Топливная электроэнергетика — самая экологически грязная, сопровождается значительными выбросами в атмосферу углекислого газа, сажи и бесполезной теплоты, вызывая сокращение озонового слоя. Добыча топливных ресурсов для нее также наносит значительный вред природе.
- Гидроэнергетика связана с очень значительными ландшафтными изменениями, затоплением полезных земель, причиняет ущерб рыбным ресурсам.
- Атомная энергетика — самая экологически чистая из трёх, но требует очень значительных расходов на поддержание безопасности. Любая авария может быть связана с нанесением непоправимого долголетнего вреда природе. К тому же требует специальных мер по утилизации отходов использованного топлива.
Строго говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.
Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.
Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.
Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.
В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.
Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.
При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между . Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.
Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно .
Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2 , на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.
Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.
Основные недостатки солнечных батарей:
- Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
- Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
- Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
- В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
- Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
- Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
- Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.
Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.
Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.
Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:
- Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
- Минимальные расходы на эксплуатацию.
- Долговечность 30~50 лет.
- Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
- Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
- Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
- Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.
В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2 . В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м 2 . КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.
Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.
Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м 2 , 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м 2 . Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.
Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м 2 . Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.
То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м 2 , а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.
Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.
При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.
Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.
Подбор материалов для создания панели
В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.
Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.
Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:
- Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
- Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
- Рабочая мощность — 0,62 Вт.
- Габариты — 52х77 мм.
- Цена 29 р.
Изготовление солнечной батареи для дома своими руками
Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.
Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.Рассчитываем комплектующие
Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.
Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.
Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.
Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.
Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.
Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.
Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:
- Длина — 15 x 52 = 780 мм.
- Ширина — 77 x 6 = 462 мм.
Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.
Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.Также нам потребуются:
- Паяльник электрический 40 Вт.
- Припой, канифоль.
- Монтажный провод.
- Силиконовый герметик.
- Двусторонний скотч.
Этапы изготовления
Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.
Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, для квартиры и дома.
При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать .
Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:
- Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
- Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
- Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
- Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
- Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
- Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.
При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.
Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.
Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.
Следовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .
Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.
Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.
Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.
Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.Делаем выводы
При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.
Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.
В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.
Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому
