0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как самостоятельно сделать солнечную батарею: пошаговый инструктаж

Как самостоятельно сделать солнечную батарею: пошаговый инструктаж

Желание сделать систему энергообеспечения частного дома более эффективной, экономичной и чистой с экологической точки зрения заставляет искать новые источники энергии. Одним из способов модернизации является установка солнечных батарей, способных преобразовывать энергию солнца в электрический ток. Существует прекрасная альтернатива дорогостоящему оборудованию — солнечная батарея, сделанная своими руками, которая позволит ежемесячно экономить средства из семейного бюджета. О том, как такую вещь соорудить, мы сегодня и будем говорить. Обозначим все подводные камни и расскажем как их обойти.

Общую информацию о конструктивных особенностях солнечных батарей смотрите на видео:

Коротко об устройстве и работе

Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.

При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

В роли пластин-фотоэлементов выступают элементы из кремния. Кремниевая пластина с одной стороны покрыта тончайшим слоем фосфора или бора – пассивного химического элемента.

В этом месте под действием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются фосфорной плёнкой и не разлетаются.

На поверхности пластины имеются металлические “дорожки”, на которых выстраиваются свободные электроны, образуя упорядоченное движение, т.е. электрический ток.

Чем больше таких кремниевых пластин-фотоэлементов, тем больше электрического тока можно получить. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте далее.

2. Окрестности

Расположение вашего дома имеет большое влияние на вашу солнечную энергоэффективность. Это очевидная проблема: Если ваша электрическая мощность зависит от солнечного света, такие вещи, как тени высоких деревьев и высокие тени зданий будут проблемой.

Это еще большая проблема, чем некоторые люди понимают. Различные типы панелей-разному реагируют на тень. В то время как поликристаллические панели позволяют значительно сократить выход электроэнергии, то любая часть затенения моно-кристаллической панели остановит производство электроэнергии полностью.

Таким образом, чтобы построить дом на солнечных батареях, необходимо, убедиться, нет ли тени на панель по площади крыши во время солнечных часов в день (как правило, с 10 утра до 2 часов) и предпочтительно в течение всех солнечных часов. Чем больше часов панели подвергаются полному солнечному свету, тем эффективнее будет производство электроэнергии.

Достижение наибольшей эффективности может означать обрезку или полное удаление деревьев на вашем участке. Если ваш дом в окружении высотных зданий, которые блокируют солнце с крыши, это гораздо большая проблема.

Читать еще:  Мозаика из битой плитки и стекла (дизайнерские идеи, фото)

Принцип действия фотоэлементов

Фотоэлементом называют прибор, преобразующий энергию фотонов света в электроэнергию. В настоящее время активно разрабатываются перспективные технологии создания полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей, базирующиеся на внутреннем фотоэффекте. При внутреннем фотоэффекте происходит перераспределение электронов по их энергетическим состоянием в полупроводниках под воздействием излучения.

Иллюстрация и описание внутреннего фотоэффекта

Преобразование энергии света в электроэнергию происходит в неоднородных полупроводниковых структурах. Неоднородность структур создается при помощи легирования, соединения, и изменения химического состава полупроводников. Таким образом, возникает градиент изменения ширины запрещенной зоны полупроводника под воздействием излучения, что приводит к возникновению электродвижущей силы.

Описание применения фотоэффекта

Эффективность фотоэлемента зависит следующих факторов:

  • фотопроводимости полупроводников;
  • рассеяния и отражения проецируемого света;
  • прохождения части излучения сквозь фотоэлектрический преобразователь без преобразования;
  • рекомбинации образовавшихся фотоэлектронных пар;
  • внутреннего сопротивления фотоэлемента;
  • других физических и химических характеристик.

Основные законы фотоэффекта

Радиолюбители знают, что если распилить диод или транзистор и осветить полупроводниковый переход, то можно получить небольшой потенциал на выводах элемента. Данный эффект часто применяется при создании самодельных светочувствительных сенсоров или демонстрационных пособий, но для масштабного преобразования света в энергию данный способ невыгоден.

Очевидно, что сделать солнечную батарею в домашних условиях «с нуля» не представляется возможным ввиду технологической сложности процесса, поэтому для рядового потребителя имеет смысл собственноручное создание генерирующих панелей из готовых фотоэлементов

Эффективность фотоэлементов

Эффективная ширина запрещенной зоны полупроводникового перехода зависит от длины волны (спектра свечения). Поэтому в лабораторных и промышленных фотоэлементах стали применяться каскадные технологии, позволяющие разделять свет на спектры и раздельно облучать фотоэлектронные преобразователи, рассчитанные на узкий диапазон световых волн.

Данные технологии подразумевают использование знаний в различных отраслях науки с применением сложных исследований в лабораториях. Для изготовления фотоэлементов применяются кремневые пластины с примесями различных химических элементов и соединений. Прибыльные перспективы преобразования энергии Солнца в электроэнергию позволили развиться целой отрасли промышленности, по мощности сопоставимой с производством радиоэлектроники.


Производители фотоэлементов занимаются улучшением оптических и электрических свойств фотоэлементов путем просветления, создания антибликовых покрытий, применением многокаскадной структуры.

На данный момент средняя эффективность промышленного преобразования света в электроэнергию (коэффициент полезного действия) примерно 14%, а у лучших образцов примерно 25%. В лабораторных условиях достигнута эффективность около 45%.

Формирование генерирующей батареи

Принцип работы солнечных батарей состоит в соединении фотоэлементов в одну структуру, генерирующую электроэнергию, которая аккумулируется в аккумуляторах, с последующей переработкой в электричество промышленного напряжения и частоты.

Фотоэлементы, как и другие элементы питания, при последовательном подключении дают большее напряжение, а при параллельном соединении увеличивается выходной ток и уменьшается суммарное внутреннее сопротивление батареи.


Данный принцип формирования солнечной батареи является масштабируемым, то есть применимым как для соединений отдельных фотоэлементов, так и к подключению уже собранных сборок в одну панель.

Поскольку размеры полупроводниковых переходов измеряются микронами, производители объединяют фотоэлектронные преобразователи в готовых фотоэлементах, имеющих выходные характеристики (напряжения, сила тока, мощность) и пригодные для дальнейшего объединения в батарее.

Читать еще:  Самодельный фильтр-осушитель (влагоотделитель) для компрессора


Перед тем, как сделать солнечную батарею своими руками, нужно знать ожидаемую выходную мощность, которая рассчитывается из тока зарядки аккумуляторов, которые подключены к инверторам для генерации сетевого напряжения. Таким образом, зная максимальный ток зарядки имеющихся аккумуляторов можно рассчитать количество и площадь требуемых фотоэлементов для солнечной батареи, учитывая их коэффициент полезного действия.

Материалы для изготовления

Для того, чтобы сделать устройство в домашних условиях, Вам понадобятся:

  1. Тонкий медный лист. Средняя его стоимость около ста пятидесяти рублей за 0,9 м2. Потребуется где-то 0,45 м2.
  2. «Крокодилы» в числе двух штук.
  3. Тестер или же микроамперметр. Этот прибор нужен для измерения силы тока и оценки эффективности источника энергии.
  4. Электроплита, мощностью от 1100 Ватт, нужно, чтобы спираль в ней раскалялась до красна.
  5. Пластиковая бутылка, у которой надо самому отрезать горлышко.
  6. Обычная соль. Несколько столовых ложек.
  7. Подогретая вода.
  8. Мелкая наждачная бумага (нулевка).

Какой вариант выбрать?

Первое, что вам нужно – приобрести фотоэлектрический преобразователь. Различные модели предлагаются как отечественными производителями, так и зарубежными. Наиболее дешевыми вариантами являются китайские кремниевые фотоэлементы. Они имеют ряд недостатков, но, в сравнении с американскими и отечественными, куда более дешевые. Все модели, в зависимости от типа, подразделяются на три вида:

  • монокристаллические модули – состоят из искусственно выращенных кристаллов достаточно больших размеров. Отличаются самым высоким КПД в 13 – 26% и самым длительным сроком эксплуатации в 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимального КПД в течении периода эксплуатации.
  • поликристаллические фотоэлементы – в сравнении с предыдущими имеют куда меньший срок эксплуатации, как заявляет производитель – 10 лет. Также они могут выдать только 10 – 12% КПД, в с равнении с предыдущими, зато этот параметр остается постоянным для них в течении всего периода работы.
  • аморфные батареи – это пленочные батареи, в которых на гибкую основу нанесен аморфный кремний. Такие фотоэлементы появились сравнительно недавно и могут наклеиваться на любые поверхности – окна, стены и т.д. Они характеризуются самым низким КПД – 5 – 6%.

Выбор определенного типа зависит от ваших пожеланий и поставленных задач. К примеру, если количество солнечного излучения сравнительно невелико в вашем регионе, лучше устанавливать монокристаллические преобразователи, так как у них самый высокий КПД.

Материалы для изготовления

Набор для сборки

  • модули преобразователи B-типа,
  • алюминиевые уголки или готовые рамы для будущей батареи,
  • защитное покрытие для модулей.

Опорные рамы можно изготовить самостоятельно, используя алюминиевые рамки, или же можно приобрести уже готовые, различные по размеру.

Защитное покрытие для солнечных батарей может отсутствовать, а может представлять собой:

  • стекло,
  • поликарбонат,
  • оргстекло,
  • плексиглас.

В принципе, все защитные покрытия могут быть использованы без больших потерь преобразуемой энергии, однако плексиглас пропускает лучи хуже всех перечисленных материалов.

Проект системы и выбор места

Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.

Читать еще:  Подвязки для смородины из пластиковых труб своими руками

Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант – батареи, которые могут менять угол наклона.

Место установки солнечных пластин может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.

Единственное условие – батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.

Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.

Сразу установить такую гелиосистему будет проблематично. Но даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести свой скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем также ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка аккумулятора гелиосистемы. Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Фотоэлектрические системы частного дома

Электрические домашние системы энергообеспечения с использованием солнечных элементов можно разделить на 3 вида:

  • автономная;
  • гибридная;
  • безаккумуляторная.

Если дом подключен к центральной энергосети, то оптимальным вариантом будет смешанная система: днем питание производится от солнечных батарей, а ночью – от аккумуляторов. Центральная сеть в данном случае является резервом. Когда нет возможности подключиться к центральному энергоснабжению, его заменяют топливными генераторами – бензиновыми или дизельными.

Контроллер необходим для предотвращения короткого замыкания в момент максимальной нагрузки, аккумулятор – для накопления энергии, инвертор – для распределения и подачи ее к потребителю

При выборе наиболее удачного варианта следует учитывать время суток, в которое происходит максимальное потребление энергии. В частных домах пиковый период выпадает на вечер, когда солнце уже зашло, поэтому логичным будет использовать либо подключение к общей сети, либо дополнительное применение генераторов, так как солнечное энергоснабжение происходит в дневное время.

В фотоэлектрических системах энергоснабжения используют сети и с постоянным, и с переменным током, причем второй вариант подходит для размещения приборов на расстоянии более 15 м

Для дачников, режим работы которых часто совпадает со световым днем, подходит солнечная энергосберегающая система, которая начинает функционировать вместе с восходом солнца, а заканчивает вечером.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector