Сонячні батареї своїми руками. Пристрій сонячної батареї. Як зробити сонячну батарею для будинку або дачі
Комфортність проживання в будинках і квартирах сучасної людини з роками вимагає все більшої кількості електроенергії. Але в сучасних умовах собівартість кожної одиниці електроенергії неухильно підвищується, що, відповідно, позначається і на витратах. Тому питання про перехід на альтернативні джерела електроенергії є найбільш актуальним. Одним із способів забезпечити незалежність в отриманні електроенергії є можливість застосовувати для цих цілей сонячні батареї для дому.
Ефективна альтернатива або загальна помилка?
Розмови про автономному живленні побутових приладів і висвітленні в будинках з використанням сонячної енергії ведуться ще з середини минулого століття. Розвиток технологій і загальний прогрес дозволили наблизити цю технологію до звичайного споживача. Твердження про те, що використовувати сонячні батареї для дому стане досить ефективним способом заміни традиційних енергомереж, можна було б вважати безперечним, якби не пара суттєвих "але".
Основною вимогою ефективності використання гелієвих батарей є кількість сонячної енергії. Пристрій сонячної батареї дозволяє ефективно користуватися енергією нашого світила лише в регіонах, де більшу частину року сонячно. Необхідно також брати до уваги і широту, на якій монтуються сонячні батареї, - чим вище широта, тим меншою силою володіє промінь сонця. В ідеалі можна домогтися ефективності близько 40%. Але це в ідеалі, а на практиці все трохи інакше.
Наступний момент, на який варто звернути увагу, - необхідність використання досить великих площ, що дозволяють змонтувати автономні сонячні батареї. Якщо батареї планується розміщувати на дачній ділянці, заміському будинку, котеджі, то тут проблем не буде, а от що живуть в багатоквартирних будинках думати про це доведеться серйозно.
Сонячна батарея - що це таке?
Пристрій сонячної батареї засновано на здатності фотоелементів перетворювати сонячну енергію в електрику. Сполучені в загальну систему, ці перетворювачі створюють многоячеістое поле, кожна клітинка якого під впливом сонячної енергії стає джерелом електричного струму, який потім акумулюється в спеціальних пристроях - акумуляторах. Зрозуміло, що потужність такого пристрою тим вище, чим більше дане поле. Тобто чим більше в ньому фотоелементів, тим більша кількість електроенергії воно здатне виробити.
Але це не означає, що тільки величезні площі, на яких можлива установка сонячних батарей, можуть забезпечити необхідною електроенергією. Існує безліч гаджетів, які мають можливість працювати не тільки від звичних всім автономних джерел живлення - батарейок, акумуляторів - а й використовувати енергію сонця. У конструкції таких приладів вмонтовані портативні сонячні батареї, що дають можливість як заряджати пристрій, так і працювати автономно. Наприклад, звичайний кишеньковий калькулятор: в сонячну погоду, поклавши його на стіл, можна забезпечити підзарядку батареї, що продовжує термін її служби на довгі роки. Існує маса різних пристроїв, де такі батареї використовуються: це і ручки-ліхтарики, і ліхтарики-брелоки і т. Д.
На дачних і заміських ділянках останнім часом стало модним використовувати для освітлення ліхтарики на сонячних батареях. Економічне і нескладний пристрій забезпечує висвітлення уздовж садових доріжок, на терасах і в усіх необхідних місцях, використовуючи електроенергію, накопичену в світлий час доби, коли світить сонце. Економні лампи освітлення здатні витрачати цю енергію досить довгий час, що й забезпечує великий інтерес до таких пристроїв. Освітлення на сонячних батареях використовується і в будинках, котеджах, а також підсобних приміщеннях.
Типи автономних сонячних батарей
Існує два типи перетворювачів сонячної енергії, обумовлених пристроєм самої батареї, - плівкові і крем'яні. До першого виду належать тонкоплівкові батареї, в яких перетворювачі являють собою плівку, виготовлену за особливою технологією. Ще їх називають полімерними. Такі батареї встановлюються в будь-якому доступному місці, але володіють декількома недоліками: їм потрібно багато місця, низький коефіцієнт корисної дії і при навіть середньої хмарності їх енергоефективність падає на 20 відсотків.
Кремінний тип сонячних батарей представлений монокристалічними і полікристалічними пристроями, а також аморфними кремнієвими панелями. Монокристалічні батареї складаються з безлічі осередків, в яких вбудовані крем'яні перетворювачі, з'єднані в загальну схему і заповнені силіконом. Прості в експлуатації, з високим (до 22%) ККД, водонепроникні, легкі та гнучкі, але для ефективної роботи вимагають прямого сонячного потоку. Хмарна погода може стати причиною повного припинення вироблення електроенергії.
Полікристалічні батареї від монокристалічних відрізняються кількістю перетворювачів, розміщених в кожній клітинці і встановлених різноспрямовано, що забезпечує їх ефективну роботу навіть при розсіяному світлі. Це найбільш поширений вид батарей, які застосовуються і в міських умовах, хоча їх ККД трохи нижче, ніж у монокристалічних.
Аморфні кремнієві джерела живлення, незважаючи на свою низьку енергоефективність - близько 6%, проте вважаються більш перспективними. Вони поглинають сонячне потік в двадцять разів більше, ніж кремнієві, і набагато ефективніше в похмурі дні.
Все це промислові пристрої, які мають свою - і на даний час не дуже демократичну - ціну. А чи можливо збирати сонячні батареї своїми руками?
Загальний принцип вибору та компонування деталей для сонячних батарей
У зв'язку з останніми вимогами до виробництва електричної енергії, які спрямовані на перехід з традиційної сировини, використовуваного при його виробництві, тема сонячних джерел живлення приймає все більш практичне значення. Масове виробництво елементів для створення власної електричної мережі вже пропонує споживачеві різні варіанти забезпечення автономної електроенергією. Але поки що вартість автономного сонячного джерела живлення достатня висока і недоступна для масового споживача.
Але це не означає, що не можна змайструвати сонячні батареї своїми руками. При цьому просто необхідно визначитися зі способом збірки такого пристрою. Або, набуваючи окремі елементи, компонувати їх самостійно, або робити всі складові частини власноруч.
З чого, власне, полягає система харчування, заснована на перетворенні сонячної енергії в електричний струм? Основним, але не останнім з її елементів, є сонячна батарея, конструкція якої була розглянута вище. Другим елементом у схемі є контролер сонячної батареї, завдання якого полягає в контролі зарядки акумуляторних батарей електричним струмом, отриманим в сонячних батареях. Наступною частиною домашньої сонячної електростанції є батарея електричних акумуляторів, в якій і накопичується електрику. І останнім елементом «сонячної» електричного кола буде інвертор, що дозволяє отриману електрику невеликого вольтажа використовувати для побутових приладів, розрахованих на 220 В.
Розглядаючи кожен елемент домашньої геліоелектростанції окремо, можна побачити, що кожен її елемент може бути придбаний в роздрібній мережі, на електронних аукціонах і т. Д. Або зібраний власноруч. І навіть контролер сонячної батареї своїми руками можна виготовити - за наявності певних навичок і теоретичних знань.
Тепер що стосується завдань, які ставляться перед власною електростанцією. Вони прості і складні одночасно. Простота їх у тому, що сонячна енергія використовується для певних цілей: освітлення, опалення або повного забезпечення потреб житла. Складність - в правильному розрахунку необхідної потужності і відповідному підборі комплектуючих частин.
Починаємо збирати сонячну панель
Зараз можна знайти масу пропозицій про те, як і з чого можна зібрати сонячні панелі. Способів багато, і вибрати можна за власним смаком. У даному матеріалі розглядаються базові принципи, які необхідно використовувати, виготовляючи сонячні батареї своїми руками.
Насамперед, потрібно визначитися з потужністю, яку необхідно отримати, і вирішити, на якій напрузі буде працювати мережу. Існує два варіанти мереж на сонячній енергії - з постійним струмом і змінним. Змінний струм більш кращий через можливість рознесення споживачів електроенергії на значну відстань - понад 15 метрів. Це якраз для невеликого будинку. Не вдаючись глибоко в розрахунки і відштовхуючись від досвіду тих, хто вже користується сонячною енергією на своїх дачах, можна з упевненістю говорити про те, що на широтах Москви - а опускаючись південніше, ці показники будуть, природно, вище - один квадратний метр сонячних панелей може виробляти до 120 ват на годину. Це якщо при складанні використовувати полікристалічні елементи. Вони більш привабливі за ціною. А сумарну потужність цілком реально визначити, склавши всю споживану потужність кожного окремого електроприладу. Дуже приблизно можна сказати, що для сім'ї з 3-4 чоловік, потрібно близько 300 кіловат на місяць, які можуть бути отримані від сонячних панелей в 20 кв. метрів.
Також можна зустріти опис мереж на сонячній енергії, що використовують панелі з 36 елементів. Кожна з панелей має потужність близько 65 Ватт. Сонячна батарея для дачі або невеликого приватного будинку може складатися з 15 таких панелей, які здатні виробляти до 5 кВт на годину загальної електричної потужності, маючи власну потужність в 1 кВт.
Сонячні панелі своїми руками
А тепер про те, як зробити сонячну батарею. Першим, що доведеться придбати, буде набір перетворюють пластин, кількість яких залежить від потужності саморобної геліоелектростанції. Для однієї батареї потрібно буде 36 штук. Можна скористатися набором Solar Cells, а також придбати пошкоджені елементи або з дефектами - це позначиться лише на зовнішньому вигляді батареї. Якщо вони робочі, то на виході вийде майже 19 Вольт. Споювати їх потрібно з урахуванням на розширення - залишаючи зазор до п'яти міліметрів між ними. Пристрій сонячної батареї своїми руками вимагає граничної уважності при виконанні пайки фотопластинок. Якщо пластинки купувалися без провідників, то їх необхідно напоювати вручну. Процес складний і відповідальний. Якщо робота виконується паяльником на 60 Вт, найкраще послідовно з ним підключити просту стоваттних лампочку.
Схема сонячної батареї дуже проста - кожна пластина спаивается з іншими послідовно. Варто відзначити, що пластини дуже крихкі, і їх спайку бажано проводити з використанням якого-небудь каркаса. При розпаювання фотопластинок також необхідно пам'ятати про те, що в ланцюг потрібно вставити запобіжні діоди, що запобігають розряд фотоелементів при затемненні або зниженні освітленості. Для цього шини половинок панелі виводяться на клемник, створюючи середню точку. Ці діоди запобігають також розряд акумуляторів вночі.
Якість пайки - основна вимога до бездоганній роботі сонячних батарей. Перед установкою підкладки необхідно всі місця пайки протестувати. Виводити ток рекомендується з використанням проводів малого перетину. Наприклад, акустичним кабелем з силіконовою ізоляцією. Усі провідники необхідно закріпити герметиком.
Потім варто визначитися з поверхнею, на яку ці пластини будуть кріпитися. Вірніше, з матеріалом для її виготовлення. Найбільш підходящим за характеристиками і легкодоступним є скло, яке має максимальну пропускну здатність світлового потоку в порівнянні з оргстеклом або карбонатом.
Наступним кроком стане виготовлення короба. Для цього використовується алюмінієвий куточок або дерев'яний брус. У каркас на герметик садиться скло - бажано ретельне заповнення всіх нерівностей. Слід зауважити, що герметик повинен висохнути повністю - щоб уникнути забруднення фотопластинок. Потім на скло кріпиться готовий лист з спаяних фотоелементів. Спосіб кріплення може бути різний, але сонячні батареї для дому, відгуки про які поширені, закріплювалися в основному за допомогою прозорої епоксидної смоли або герметика. Якщо епоксидку наносять рівномірно на всю поверхню скла, після чого на неї поміщають перетворювачі, то герметиком кріплять в основному на краплю посередині кожного елемента.
Для підкладки використовується різний матеріал, який також кріпиться на герметик. Це можуть бути і деревно-стружкові плити невеликої товщини або лист ДВП. Хоча можна, знову ж таки, залити і епоксидною смолою. Корпус батареї повинен бути герметичним. Зроблена таким способом сонячна батарея своїми руками, схема складання якої застерігалася вище, дасть 18-19 Вольт, забезпечивши зарядку акумулятора 12-вольта.
Чи можна зробити перетворювач сонячної енергії своїми руками?
Майстрові люди, що володіють великими знаннями в електроніці, можуть зробити фотоелементи для перетворення сонячної енергії в електричну і самостійно. Для цього використовуються крем'яні діоди, вірніше їх кристали, звільнені з корпусів. Процес цей трудомісткий, і починати його чи ні, кожен вирішує самостійно. Можна брати діоди, що використовуються в мостових схемах випрямлячів напруги і стабілізаторах - Д226, КД202, Д7 та ін. Знаходиться в цих діодах напівпровідниковий кристал при попаданні на нього сонячного світла стає джерелом струму, точно так само як і фотопластинка. Але дістатися до нього і при цьому його не пошкодити - досить складний і копіткий процес.
Всім, хто зважиться зайнятися створенням елементів для перетворювача самостійно, варто запам'ятати наступне - якщо вдалося акуратно розібрати і спаяти батарею, що складається всього з двадцяти діодів марки КД202 за схемою з паралельно з'єднаних 5 груп, то можна отримати напругу близько 2 В з струмом до 0, 8 Ампера. Цієї потужності вистачить лише на харчування невеликого радіоприймача, що має у своїй схемі всього один або два транзистора. Але щоб з них вийшла повноцінна сонячна батарея для дачі, потрібно дуже сильно постаратися. Величезна праця, великі площі, громіздкість конструкції робить це заняття безперспективним. Але для маленьких приладів і гаджетів це цілком підходяща конструкція, яку можуть зробити всі, хто любить займатися електротехнікою.
Чи можна використовувати світлодіоди для сонячних панелей?
Світлодіодна сонячна батарея є чистим вимислом. З світлодіодів зібрати навіть невелику сонячну мікропанель практично неможливо. Вірніше, створити можна, але чи варто? За допомогою сонячного світла цілком реально отримати на світлодіоді близько 1,5 вольта напруги, але при цьому сила згенерованого струму дуже мала, а для його генерації потрібно тільки дуже сильне сонце. І ще - світлодіод при подачі на нього напруги сам виділяє променеву енергію, тобто світиться. А значить, ті його побратими, на які потрапив сонячне світло більшої сили, будуть виробляти електрику, яке цей світлодіод сам же і буде споживати. Все правильно і просто. І розібратися при цьому в тому, які світлодіоди виробляють, а які споживають енергію, просто неможливо. Навіть якщо використовувати десятки тисяч світлодіодів - а це непрактично і неекономічно - толку ніякого не буде.
Опалюємо будинок сонячною енергією
Якщо про реальну можливість забезпечити побутові електроприлади «сонячним» струмом вже говорилося вище, то для обігріву житла сонячною енергією існують два варіанти. І щоб використовувати сонячні батареї для опалення будинку, потрібно знати деякі вимоги, обов'язкові для виконання цього завдання.
У першому варіанті використання сонячної енергії для опалення відбувається за допомогою іншої системи, ніж звичайна електрична мережа. Пристрій для опалення будинку, що використовує сонячну енергію, називається гелиосистема і складається з декількох приладів. Основним робочим пристроєм є вакуумний колектор, який перетворює сонячне світло в тепло. Він складається з безлічі скляних трубок невеликого діаметру, в які поміщена рідина з дуже низьким порогом нагріву. Нагріваючись, ця рідина надалі передає своє тепло воді в баку-накопичувачі об'ємом не менше 300 літрів води. Потім ця нагріта вода подається на опалювальні панелі, виконані з тонких мідних труб, які, в свою чергу, віддають отримане тепло, прогріваючи повітря в приміщенні. Замість панелей можна, звичайно, використовувати і традиційні радіатори, але ефективність їх набагато нижче.
Звичайно, для опалення можна використовувати й сонячні панелі, але в цьому випадку потрібно буде погодитися з тим, що на нагрівання води в бойлері за допомогою ТЕНів потрібно левова частка генерованої батареями енергії. Прості розрахунки показують, що для нагрівання бойлером 100 літрів води до 70-80? С потрібно близько 4 годин. За цей час водяний котел з нагрівачами на 2 кВт потужності споживе близько 8 кВт. Якщо сонячні батареї в сумарній потужності зможуть виробляти до 5 кВт на годину, то проблем з енергозабезпеченням в будинку не буде. Але якщо сонячні панелі мають площу менше 10 кв. метрів, то такі потужності для повноцінного забезпечення електричною енергією не підійдуть.
Використання вакуумного колектора для опалення будинку виправдано в тому випадку, коли це повноцінний житловий будинок. Схема роботи такої геліосистеми забезпечує теплом все житло протягом цілого року.
І все-таки це працює!
Зрештою, сонячні батареї, своїми руками зібрані ентузіастами, є цілком реальними джерелами живлення. І якщо використовувати в ланцюзі 12-вольтні акумулятори з струмом не менше 800 А / год, обладнання по перетворенню напруги з низького в високе - інвертори, а також контролери напруги на 24 В з робочим струмом до 50 Ампер і простий «бесперебойник» з струмом до 150 Ампер, то вийде дуже пристойна електростанція, що працює на сонячних променях, яка здатна забезпечити потреби в електроенергії мешканців приватного будинку. Природно, при певних погодних умовах.
