Солнечный батарейка – виды, устройство, принцип работы, расчет количества

Солнечная батарея своими руками

Содержание:

electric-220.ru

Как работает солнечная батарея?

Сегодня у всех на слуху понятие альтернативной энергетики. Уже ни для кого не секрет, что запасы нефти, газа и других видов топлива на Земле не безграничны, поэтому ученые и инженеры продолжают искать возможности эффективного применения возобновляемых ресурсов для получения столь необходимого всем электричества. В последние годы солнечные элементы перестали быть экзотикой, используемой только в космических аппаратах, они получили широкое распространение для электроснабжения зданий, автомобилей, автономного питания мелкой бытовой техники и электроники. Поскольку Солнце – огромный источник энергии, который доступен каждому, полезно знать, как преобразовать свет в электричество или как работает солнечная батарея.

• Принцип работы солнечной батареи
• Преобразование энергии, полученной с помощью солнечных батарей

Принцип работы солнечной батареи

Это устройство, называемое также солнечной панелью, состоит из совокупности соединенных определенным способом фотоэлектрических преобразователей, в состав которых входят два слоя полупроводников с различными типами проводимости – p и n. В качестве вещества, обладающего такими свойствами, чаще всего используется кремний с определенными примесями. При добавлении к нему фосфора в полученной структуре возникает избыток электронов (отрицательных зарядов) и образуется полупроводник n-типа, а при подмешивании бора – p-типа, характеризуемый недостатком электронов или наличием дырок. Если разместить эти слои между двумя электродами так, как показано на картинке, и обеспечить к верхнему доступ света, получится фотоэлектрический преобразователь.

При освещении элемента им поглощается часть падающей энергии, в результате чего происходит дополнительная генерация дырок и электронов. Электрическим полем, существующим в p-n переходе, первые перемещаются в p-область, а вторые – в n-область. При этом на нижнем электроде скапливаются положительные заряды, на верхнем – отрицательные, то есть возникает разность потенциалов – постоянное напряжение U. Таким образом, фотоэлектрический преобразователь работает как источник электродвижущей силы (ЭДС) – небольшая батарейка. Если к ней подсоединить нагрузку, в цепи возникнет ток I, значение которого будет зависеть от вида фотоэлемента, его размеров, интенсивности солнечного излучения и сопротивления подключенных потребителей. ЭДС батареи снижается с повышением температуры приблизительно на 0,4%/°С. Поэтому для эффективной и долговременной работы панель необходимо охлаждать с помощью вентиляторов или водяных систем.

Важнейшим параметром солнечного источника энергии является мощность P=UI. Естественно, что ток и напряжение, получаемые в результате работы одного фотоэлемента, невелики, поэтому в батарее они комбинируются определенным образом для увеличения указанных показателей. Если соединить преобразователи последовательно, то общее выходное напряжение будет пропорционально их количеству. Параллельное подключение отдельных элементов приводит к увеличению тока. Сочетая определенным образом оба типа соединений так, как показано на картинке, получают требуемые выходные параметры батареи, а следовательно, и ее мощность.

При освещении батареи не вся энергия солнечного излучения преобразуется в электричество – часть ее отражается, а также тратится на нагрев элементов. Большинство выпускаемых промышленностью фотоэлектрических панелей имеют эффективность 9-24%. Также важно знать, как работает солнечная батарея в условиях, когда некоторые из элементов затемнены. В данном случае преобразователи, на которые не попадает солнечный свет, будут превращаться в потребителей энергии и нагреваться. Поэтому группы фотоэлементов шунтируются низкоомными диодами, препятствующими прохождению тока через затемненные компоненты батареи. Панель при этом будет функционировать с меньшей мощностью.

Преобразование энергии, полученной с помощью солнечных батарей

Фотоэлектрические элементы вырабатывают постоянное напряжение, но многие виды аппаратуры питаются переменным, что требует наличия соответствующих преобразователей. Кроме того, солнечные батареи производят электричество днем, а его потребление происходит круглосуточно, следовательно, необходимы дополнительные компоненты, которые будут запасать и распределять энергию. Рассмотрим пример системы электроснабжения здания с использованием солнечных источников – небольшой гелиоэлектростанции, структура которой представлена на картинке.

Эта схема может функционировать в зданиях, где присутствует электросеть, а солнечная батарея используется для экономии потребления энергии из нее, а также в качестве резервного источника при отключении основного. Общий принцип работы системы такой: постоянное напряжение, вырабатываемое фотоэлектрическими преобразователями, поступает на инвертор, преобразующий его в переменное, и на аккумуляторы, которые, заряжаясь под управлением специального контроллера, накапливают энергию.

В данном случае приборы в доме подразделяются на резервируемые – те, для которых отключение электричества может привести к нежелательным последствиям (холодильник, системы видеонаблюдения, сигнализации), и нерезервируемые – все остальные. При отключении сети инвертор питает резервируемые устройства от солнечной батареи, а если энергии от нее недостаточно, то от аккумуляторов. Когда сеть подключена, электричество, вырабатываемое панелью, в первую очередь поступает на их зарядку. А когда в этом уже нет необходимости, инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, от которого питается нагрузка. Тем самым экономится потребление из основного источника.

Солнечные батареи могут использоваться без рассмотренной дополнительной аппаратуры для питания или зарядки портативной электронной техники, работающей от постоянного напряжения, например, калькуляторов, плееров, фонариков, мобильных устройств.

Помимо электричества, из энергии света можно непосредственно получать тепло. Для этого применяются солнечные коллекторы. Учитывая, что сегодня прослеживаются тенденции снижения стоимости фотоэлектрических преобразователей и повышения их эффективности, в целом гелиоэнергетика – перспективное направление, позволяющее бесшумным и экологически чистым способом получать бесплатное электричество, а также тепло для отопления и горячего водоснабжения.

thedifference.ru

Принцип работы солнечной батареи и ее устройство

Относительно недавно считалась фантастической сама идея обеспечивать частные дома электричеством автономно. Сегодня это объективная реальность. В Европе солнечные батареи используются уже продолжительное время, ведь это практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. У нас получение электричества от таких устройств только обретает популярность. Данный процесс происходит не слишком быстро, и виной тому – высокая стоимость их.

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что в двух кремниевых пластинах, покрытых разными веществами (бором и фосфором), под действием солнечного света возникает электрический ток. В пластине, которая покрыта фосфором, появляются свободные электроны.

С помощью одной пластины можно питать энергией небольшую лампочку. Вывод напрашивается сам собой. Для того, чтобы солнечные батареи обеспечивали дом электричеством достаточной мощности, нужно чтобы их площадь была довольно большой.

Кремниевые механизмы

Итак, принцип работы солнечной батареи понятен. Ток вырабатывается при воздействии ультрафиолетового света на специальные пластины. Если в качестве материала для создания таких пластин используется кремний, то батареи называются кремниевыми (или кремневодородными).

Подобные пластины требуют очень сложных систем производства. Это, в свою очередь, сильно влияет на стоимость изделий.

Кремниевые солнечные батареи бывают разных типов.

Монокристаллические преобразователи

Представляют собой панели со скошенными углами. Их цвет всегда чисто черный.

Если говорить о монокристаллических преобразователях, то принцип работы солнечной батареи кратко можно охарактеризовать как средне эффективный. Все ячейки светочувствительных элементов такой батареи направлены в одну сторону.

Минусом является то, что такие панели должны быть всегда обращены лицевой стороной к солнцу.

Если солнце прячется за тучами, опускается к горизонту, или еще не успело взойти, то батареи будут вырабатывать ток довольно слабой мощности.

Поликристаллические

Пластины этих механизмов всегда квадратные, темно-синего цвета. В состав их поверхности включены неоднородные кристаллы кремния.

КПД поликристаллических батарей не настолько высок, как у монокристаллических моделей. Он может достигать 18%. Однако этот недостаток компенсируется достоинствами, о которых будет сказано ниже.

Принцип работы солнечной батареи этого типа позволяет изготавливать их не только из чистого кремния, но также из вторичных материалов. Этим объясняются некоторые дефекты, встречающиеся в оборудовании. Отличительной особенностью механизмов данного типа является то, что они могут достаточно эффективно вырабатывать электрический ток даже при пасмурной погоде. Такое полезное качество делает их незаменимыми в местах, где рассеянный солнечный свет является обычным повседневным явлением.

Аморфные панели из кремния

Аморфные панели дешевле остальных, это обуславливает принцип работы солнечной батареи и ее устройство. Каждая панель состоит из нескольких тончайших слоев кремния. Их изготавливают путем напыления частиц материала в вакууме на фольгу, стекло или пластмассу.

КПД панелей значительно меньше, чем у предыдущих моделей. Он достигает 6%. Кремниевые слои довольно быстро выгорают на солнце. Уже через полгода использования этих батарей их эффективность упадет на 15%, а иногда и на все 20.

Два года работы полностью исчерпают ресурс действующих веществ, и панель нужно будет менять.

Но есть два плюса, из-за которых эти батареи все же покупают. Во-первых, они работают даже в пасмурную погоду. Во-вторых, как уже говорилось, они не такие дорогие, как другие варианты.

Фотопреобразователи гибридного типа

Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.

Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.

Полимерные пленочные солнечные преобразователи

У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.

Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.

Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.

Он достигает 7%.

Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента. Производство налажено в Дании.

Еще одним преимуществом является возможность резать рулонную батарею и подгонять ее под любой размер и форму.

Минус лишь один. Батареи только начали производить, поэтому еще довольно непросто ими обзавестись.

Отопление солнечной энергией домов

Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство. Описание следует ниже.

Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.

Для крепления коллектора используется специальная техника. Между собой пластины соединены металлическими контактами.

Следующим компонентом системы является накопительный бойлер. В нем происходит трансформация кинетической энергии в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.

Завершают систему солнечного отопления настенные и напольные элементы, в которых по тонким медным трубам, распределенным по всей их площади, циркулирует нагретая жидкость. Благодаря низкой температуре запуска панелей и равномерности теплоотдачи, помещение прогревается достаточно быстро.

Как работает солнечное отопление?

Давайте подробно рассмотрим принцип работы солнечных батарей от ультрафиолетового света.

Между температурой коллектора и накопительного элемента появляется разница. Носитель тепла, что чаще всего является водой, в которую добавлен антифриз, начинает циркулировать о системе. Совершаемая жидкостью работа является именно кинетической энергией.

По мере прохождения жидкости через слои системы кинетическая энергия преобразовывается в тепло, которое и используется для отопления дома. Этот процесс циркуляции носителя обеспечивает помещение теплом и позволяет сохранять его в любое время суток и года.

Итак, мы выяснили принцип работы солнечных батарей.

fb.ru

Как сделать солнечную батарею своими руками? | Солнечная энергия

Все больше людей стремится к приобретению домов, находящихся в отдалении от очагов цивилизации. Причин этому существует множество, главная из которых, наверное, экологическая. Ни для кого не секрет, что интенсивное развитие промышленности пагубно сказывается на состоянии окружающей среды. Но при покупке такого дома можно столкнуться с отсутствием электроснабжения, без которого жизнь в двадцать первом веке едва ли можно себе представить.
Проблему обеспечения энергией здания, находящегося далеко от очагов цивилизации можно попробовать решить установкой ветрогенератора. Однако этот способ далеко не идеален. Для того, чтобы электроэнергии хватило на весь дом потребуется установка большого ветряка или нескольких, но и в этом случае энергообеспечение будет носить эпизодический характер, отсутствуя в безветренную погоду. Для обеспечения стабильности энергообеспечения дома, эффективным решением является совместное использование ветрогенератора и солнечной батареи, но, к сожалению, батареи далеко не дешевы. Решением этих сложностей было бы производство солнечной батареи своими руками, способной на равных конкурировать с заводскими по мощности, но в то же время приятно отличаться от них ценой. И такое решение есть!

Для начала, необходимо определиться, что же представляет собой солнечная батарея. По своей сути, это контейнер, содержащий в себе массив, преобразующих солнечную энергию в электрическую, элементов. Слово «массив» применимо в данном случае, потому что для генерации достаточных объемов энергии, необходимых в условиях энергообеспечения жилого дома, солнечных элементов потребуется довольно внушительное количество. В виду высокой хрупкости элементов, их в обязательном порядке объединяют в батарею, которая обеспечивает им защиту от механических повреждений и объединяет вырабатываемую энергию. Как видно, в принципиальном устройстве солнечной батареи нет ничего по-настоящему сложного, поэтому ее вполне можно сделать своими руками.
Перед тем, как приступать непосредственно к действиям, принято проводить глубокую теоретическую подготовку, чтобы избежать лишних трудностей и издержек в процессе. Именно на этом этапе многие энтузиасты сталкиваются с первым препятствием – практически полным отсутствием полезной с практической точки зрения информации. Именно это явление создает надуманную видимость сложности солнечных батарей: раз их никто не делает сам, значит это сложно. Однако, задействовав логическое мышление можно придти к следующим выводам:

• основа целесообразности всего процесса заключается в приобретении солнечных элементов по доступной цене

• покупка новых элементов исключена, ввиду их высокой стоимости и сложности покупки в необходимом количестве.

• солнечные элементы, обладающие дефектами и повреждениями, могут быть приобретены на аукционе eBay и в других источниках, по значительно более низким ценам, чем новые.

• дефектные элементы вполне могут быть использованы в заданных условиях.

На основе сделанных выводов, становится ясно, что следующим шагом в изготовлении солнечной батареи будет покупка дефектных солнечных элементов. В нашем случае элементы были куплены на eBay.

Приобретенные монокристаллические солнечные элементы имели размер 3х6 дюйма, и каждый их них выдавал порядка 0.5В энергии. Таким образом, соединенные последовательно 36 таких элементов, в общей сложности выдают около 18В, которых достаточно для эффективной подзарядки 12В аккумулятора. Следует помнить, что такие солнечные элементы хрупкие и ломкие, поэтому вероятность их повреждения при неосторожном обращении крайне высока.
Для обеспечения защиты от механических повреждений продавец покрыл воском наборы из восемнадцати штук. С одной стороны это эффективная мера, позволяющая избежать повреждений во время транспортировки, с другой стороны – лишние проблемы, так как удаление воска вряд ли кому-то покажется приятной и легкой задачей. Поэтому, если есть такая возможность, приобретение элементов, не покрытых воском, является лучшим решением. Если обратить внимание на изображенные световые элементы, можно заметить, что они имеют припаянные проводники. Даже в этом случае придется поработать паяльником, а если же приобрести элементы без проводников – работы будет в разы больше.

Вместе с тем были приобретены пара наборов элементов, которые не были залиты воском, у другого продавца. Они пришли упакованными в коробку из пластика с незначительными сколами по бокам. В нашем случае сколы не являлись предметом для беспокойства, потому как не были способны ощутимо снизить эффективность всего элемента. Однако, возможно, кто-то сталкивался с более плачевными результатами повреждений при транспортировке, что необходимо иметь в виду. Приобретенных элементов было достаточно для изготовления двух солнечных батарей, даже с излишком, на случай непредвиденных повреждений или отказов.
Конечно, при изготовлении солнечной батареи можно использовать и другие световые элементы, в широком спектре размеров и форм присутствующих у продавцов. В этом случае необходимо помнить три вещи:

1. Световые элементы одного типа генерируют идентичное напряжения, вне зависимости от размера и формы, поэтому их требуемое количество останется неизменным
2. Генерация тока имеет прямую зависимость от размера элемента: большие генерируют больший ток, маленькие – меньший.
3. Суммарная мощность солнечной батареи определяется ее напряжением, умноженным на ток.

Как видно, использование элементов большого размера при изготовлении солнечной батареи способно обеспечить более высокий показатель мощности, но вместе с тем и сделает саму батарею более громоздкой и тяжелой. В случае использования элементов меньшего размера, размер и вес готовой батареи уменьшится, однако вместе с тем уменьшится и выдаваемая мощность. Крайне не рекомендуется использование в одной батарее солнечных элементов разного размера, так как генерируемый батареей ток будет эквивалентен току самого маленького из используемых элементов.
Приобретенные в нашем случае солнечные элементы при размере 3х6 дюйма генерировали ток примерно в 3 ампера. При солнечной погоде, тридцать шесть, соединенных последовательно, элемента, способны выдавать порядка 60 Вт мощности. Цифра не особенно впечатляет, тем не менее, это лучше, чем ничего. Следует учитывать, что указанная мощность будет генерироваться каждый солнечный день, заряжая аккумулятор. В случае использования электроэнергии для осуществления питания светильников и аппаратуры с небольшим потреблением тока, такая мощность является вполне достаточной. Не нужно и забывать о ветрогенераторе, также производящем энергию.
После приобретения солнечных элементов далеко не лишним будет спрятать их от людских глаз в безопасное место, защищенное от детей и домашних животных, до того момента, когда возможно будет их непосредственная установка в солнечную батарею. Это жизненная необходимость, в виду крайне высокой хрупкости элементов и подверженности их механической деформации.

По сути корпус солнечной батареи, ни что иное, как простой неглубокий ящик. Ящик непременно необходимо изготовить неглубоким, для того чтобы его бортики не создавали тени, когда солнечный свет падает на батарею под большим углом. В качестве материала вполне подойдет фанера 3/8 дюйма и рейки для бортиков 3/4 дюйма толщиной. Для лучшей надежности крепление бортиков не лишним будет осуществить двумя способами – приклеиванием и привинчиванием. Для упрощения последующей пайки элементов, батарею лучше разделить на две части. Роль разделителя выполняет расположенная по центру ящика планка.

На этом небольшом наброске, можно увидеть размеры в дюймах(1 дюйм равен 2,54 см.), изготовленной в нашем случае солнечной батареи. Бортики расположены по всем краям и в середине батареи и имеют толщину 3/4 дюйма. Данный эскиз ни в коем случае не претендует на роль эталона при изготовлении батареи, он был сформирован скорее из личных предпочтений. Размеры приведены для наглядности, но в принципе они, как и дизайн, могут быть различны. Не бойтесь экспериментировать и вполне вероятно, батарея может получиться лучше, чем в нашем случае.

Вид на половину корпуса батареи, в которой будет производится размещение первой группы солнечных элементов. Небольшие отверстия, которые вы видите на бортиках, представляют собой не что иное, как вентиляционные отверстия. Они предназначены для удаления влаги и поддержания давления, эквивалентного атмосферному внутри батареи. Следует обратить особое внимание на расположении отверстий для вентиляции в нижней части корпуса батареи, потому как расположение их в верхней части приведет к попаданию излишней влаги извне. Также отверстия необходимо сделать и в планке, расположенной по центру.

Два вырезанных куска ДВП будут выполнять функцию подложек, т.е. на них будет производиться монтаж солнечных элементов. В качестве альтернативы ДВП подойдет любой тонкий материал, обладающий высокими показателями жесткости и не проводящий электрический ток.

Для защиты солнечной батареи от агрессивного воздействия климата и окружающей среды, используется оргстекло, которым необходимо закрывать лицевую сторону. В данном случае были вырезаны два куска, однако может использоваться и один большой. Использование обычного стекла не рекомендуется, по причине его повышенной хрупкости.

Вот незадача! Для обеспечения крепления на шурупы, было принято решение просверлить отверстия вокруг кромки. При сильном надавливании во время сверления, оргстекло может сломаться, что и произошло в нашем случае.  Проблема была решена сверлением недалеко нового отверстия, а отколовшийся кусок просто приклеили.

После этого было произведено окрашивание всех деревянных частей солнечной батареи краской в несколько слоев, для повышения защиты конструкции от влаги и воздействия среды. Покраска осуществлялась как внутри, так и снаружи. Цвет краски, как и тип может варьироваться в широком диапазоне, в нашем случае была использована краска, имеющаяся в наличии в достаточном количестве.

Окраска подложек также была произведена с обеих сторон и в несколько слоев. Покраске подложки необходимо уделять особенное внимание, так при некачественной покраске, дерево может начать коробиться от воздействия влаги, что вероятно приведет к повреждению приклеенных к ней солнечных элементов.
Теперь, когда корпус солнечной батареи готов и просыхает самое время приступить к подготовке элементов.
Как уже упоминалось ранее, удаление воска с элементов – задача не из приятных. В ходе экспериментов, методом проб и ошибок, был найдет эффективный способ. Тем не менее, рекомендации по покупки не покрытых воском элементов, остались прежними.

Для растопки воска и отделения элементов друг от друга, необходимо отмочить солнечные элементы в горячей воде. При этом следует исключить возможность закипания воды, потому как бурное кипение может повредить элементы и нарушить их электрические контакты. Для исключения неравномерного нагрева, рекомендуется поместить элементы в холодную воду и плавно нагревать. Следует воздержать от вытягивания элементов из кастрюли за проводники, так как они могут оборваться.

На этом фото изображена окончательная версия аппарата для удаления воска. На заднем плане с правой стороны находится первая емкость, предназначенная для растапливания воска. Слева на переднем плане расположена емкость с горячей мыльной водой, а справа – чистая вода. Вода во всех емкостях довольно горячая, но ниже кипения воды. Нехитрый технологический процесс удаления воска заключается в следующем: в первой емкости необходимо растопить воск, затем элемент перенести в горячую мыльную воду для удаления остатков воска, в заключении промыть чистой водой. После очистки от воска, элементы необходимо просушить, для этого они были выложены на полотенце. Следует отметить что слив мыльной воды в канализацию недопустим, так как воск, остыв, затвердеет и засорит ее.  Результатом процесса очистки является почти полное удаление воска с солнечных элементов. Оставшийся воск не способен помешать как пайке, так и работе элементов.

Солнечные элементы сушатся на полотенце после очистки. После удаления воска элементы стали значительно более хрупкими, что делает их более сложными в хранении и обращении. Рекомендуется не производить очистку до тех пор, пока не будет необходима их непосредственная установка в солнечную батарею.

Для упрощения процесса монтажа элементов, рекомендуется начать с отрисовки сетки на основе. После произведения отрисовки, элементы были выложены по сетке вверх обратной стороной, для того чтобы их спаять. Все восемнадцать элементов, расположенных в каждой половине были последовательно соединены, после чего были и соединены и половины, также последовательным способом, для получения необходимого напряжения

В начале спайка элементов между собой может показаться сложной, однако со временем она становится проще. Рекомендуется начать с двух элементов. Необходимо разместить проводники одного элемента таким образом, чтобы они пересекали точки пайки другого, также следует убедиться, что элементы установлены согласно разметке.
Для непосредственного осуществления пайки использовался паяльник малой мощности и прутковый припой с канифольной сердцевиной. Перед пайкой была произведена смазка точек пайки флюсом при помощи специального карандаша. Ни в коем случае не следует давить на паяльник. Элементы настолько хрупкие, что могут от небольшого давления придти в негодность.

Повторение пайки осуществлялась до образования цепочки, состоящей из шести элементов. Шины соединения от сломанных солнечных элементов, были припаяны к обратно стороне элемента цепочки, являющегося последним. Таких цепочек получилось три – итого 18 элементов первой половины батареи были благополучно объединены в сеть.
По причине того, что все три цепочки необходимо соединить последовательно, средняя цепочка была повернута на 180 градусов по отношению к другим. Общая ориентация цепочек в итоге получилось правильной. Следующим шагом является приклеивание элементов на место.

Для осуществления солнечных элементов может потребоваться некоторая сноровка. Необходимо нанести небольшую каплю герметика, изготовленного на основе силикона, в центре каждого элемента одной цепочки. После этого следует перевернуть цепочку лицевой стороной вверх и разместить солнечные элементы согласно нанесенной ранее разметке. Затем необходимо легонько прижать элементы, осторожно надавливая в центре, чтобы приклеить их. Значительные сложности могут возникнуть в основном при переворачивании гибкой цепочки, поэтому лишняя пара рук на это этапе не повредит.
Не рекомендуется наносить избыточное количество клея и приклеивать элементы по краям. Это обусловлено тем, что сами элементы и подложка, на которую они установлены, будут деформироваться при изменении условий влажности и температуры, что может привести к выходу элементов из строя.

Так выглядит собранная половина солнечной батареи. Для соединения первой и второй цепочек элементов была использована медная оплетка кабеля.

Для этих целей вполне подойдут специальные шины или даже медные провода. Аналогичное соединение необходимо произвести и с обратной стороны. Провод был прикреплен к основанию каплей герметика.

Тест первой изготовленной половины батареи на солнце. При слабой солнечной активности, изготовленная половина генерирует 9.31В. Довольно неплохо. Пора приступать к изготовлению второй половины батареи.

После того, как обе основы с солнечными элементами будут завершены, можно произвести их установку в подготовленную заранее коробку и соединить.

Каждая половина идеально помещается на свое место. Для крепления основы внутри батареи были использованы 4 шурупа небольшого размера.
Провод, предназначенный для соединения половин солнечной батареи, был пропущен через вентиляционное отверстие в центральном бортике и закреплен при помощи герметика.

Необходимо каждую солнечную панель в систему снабдить диодом блокирования, который должен быть соединен с батареей последовательно. Он предназначен для исключения разряда аккумулятора через батарею. Диод использовался Шоттки на 3.3А, обладающий значительно более низким падением напряжения, в сравнении с обычными диодами, что минимизирует потери мощности на диоде. Набор из двадцати пяти диодов марки 31DQ03 был приобретен всего за несколько долларов на eBay.
Исходя из технических характеристик диодов, наилучшим местом их размещения является внутренняя часть батареи. Связано это с зависимостью падения напряжения у диода от температуры. Так как температура внутри батареи будет выше окружающей, следовательно и эффективность диода повысится. Для закрепления диода был использован герметик.

Для того чтобы вывести наружу провода, было просверлено отверстие в днище солнечной батареи. Провода лучше завязать на узел и закрепить герметиком, для предотвращения их последующего вытягивания.
Крайне необходимо дать высохнуть герметику до установки защиты из оргстекла. Силиконовые испарения могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла, если не дать силикону просохнуть на открытом воздухе.

Небольшое количество герметика для создания барьера от влаги.

На выходной провод солнечной батареи, был прикреплен двухконтактный разъем, розетка которого в будущем будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторных батарей, используемого для ветрогенератора. В итоге солнечная батарея и ветрогенератор смогут работать параллельно.

Вот так выглядит окончательная версия солнечной батареи с установленным экраном. Не стоит торопиться с герметизацией стыков оргстекла до произведения полного тестирования работоспособности батареи. Может случиться так, что на одном из элементов отошел контакт и потребуется доступ к внутренностям батареи для ликвидации проблемы.

Предварительные расчеты оправдались: законченная солнечная батарея на ярком осеннем солнце выдает 18.88В без нагрузки.

Этот тест был произведен при аналогичных условиях и показывает прекрасную работоспособность батареи – 3,05А.

Солнечная батарея в рабочих условиях. Для сохранения ориентации на солнце, батарея перемещается несколько раз в день, что само по себе не сложно. В перспективе возможна установка автоматического слежения за положением солнца на небосводе.
Итак, какова же конечная стоимость батареи, которую мы умудрились сделать своими руками? Учитывая то, что куски дерева, провода и прочие пригодившиеся в изготовлении батареи вещи были у нас в мастерской, наши с вами подсчеты могут немного отличаться. Конечная стоимость солнечной батареи составила 105 долларов с учетом 74 долларов, потраченных на приобретение самих элементов.
Согласитесь, не так уж и плохо! Это всего лишь малая часть стоимости заводской батареи эквивалентной мощности. И в этом нет ничего сложного! Для увеличения выходной мощности вполне можно соорудить несколько таких батарей.

{odnaknopka}

energycraft.org

Солнечная батарея для отопления дома: отзывы и советы

Современные технологии позволяют каждому из нас идти в ногу со временем довольно твердыми шагами. Одним из самых значимых достижений научного мира можно считать извлечение энергии из определенных природных феноменов. Современный человек уже не первое десятилетие получает энергию из таких стихий, как вода и ветер. Сейчас активно развивается направление получения энергии из солнечного тепла. Она является неиссякаемой, поэтому ее стоит использовать на благо человечества. Солнечные батареи для отопления дома становятся с каждым годом все популярнее среди владельцев загородного и частного домостроения.

Особенности устройства

Приборы, способные заряжаться от света, появились уже довольно давно. Еще в девяностых годах прошлого века людям стали доступны батарейки для калькуляторов, часов и прочих мелких устройств, которые работали благодаря получаемой энергии от солнечного света. Западные ученые стали пользоваться этими ресурсами гораздо раньше, чем отечественные исследователи. У наших специалистов тоже есть определенный опыт, поэтому сейчас есть необходимость в серьезном совершенствовании определенных достижений и результатов.

Строение солнечной батареи

Использование солнечных лучей для организации отопительной системы для дома можно считать довольно удачной идеей. Такая система отопления стала активно применяться в качестве альтернативного источника тепла особенно в странах, где две трети дней в месяце являются солнечными. Использование стандартной системы отопления является дорогим удовольствием не только в плане ее организации, но и в плане коммунальных тарифов. Солнечные батареи для отопления дома способы помочь в избавлении от зависимости от коммунальных служб. А ведь именно этого так хотят многие люди.

Преимущества

Солнечная батарея для отопления дома обладает несколькими довольно весомыми преимуществами:

— Ваш дом будет обеспечен необходимым теплом на протяжении всего года. Температурный режим можно регулировать так, как вам этого захочется.

— Вы обретете независимость от жилищно-коммунальных служб. Ваши счета за отопление уже не будут пугать вас страшными суммами.

— Солнечная энергия вполне может использоваться и на обеспечение иных нужд бытового плана.

— Солнечная батарея для отопления дома характеризуется большим сроком эксплуатации. Устройство редко выходит из строя, поэтому не потребуется беспокоиться о таких нюансах, как замена или ремонт каких-то компонентов.

Если вас заинтересовала солнечная батарея для отопления дома, то следует знать о важных нюансах, на которые требуется обратить внимание перед окончательным выбором. Подобная система не подходит для всех. География проживания – это один из факторов, влияющих на эффективность системы. Если регион вашего проживания характеризуется тем, что солнце светит не слишком часто, то подобные решения не будут настолько эффективными. Еще один недостаток заключается в том, что солнечная батарея для отопления дома стоит довольно дорого. Но тут важно помнить, что подобное решение окупит себя очень быстро.

Каких размеров должны быть батареи

Чтобы снабдить дом требуемым количеством тепла, требуется 15-20 квадратных метров площади батарей. От одного квадратного метра получается примерно 120 ватт тепла. Чтобы за месяц получить примерно кВт тепла, необходимо около 20 солнечных дней. Солнечная батарея для отопления дома должна быть установлена на южной стороне крыши, так как тепла на нее распространяется максимальное количество. Для максимальной эффективности такого отопления требуется соблюсти угол наклона крыши примерно 45 градусов. Возле дома не должно расти высоких деревьев, размещаться иных предметов, способных формировать тень. Дом должен иметь стропильную систему, достаточно прочную и надежную, чтобы выдержать вес всей этой конструкции. Солнечные батареи для отопления дома зимой, отзывы о которых говорят, что они характеризуются своим большим весом, необходимо устанавливать так, чтобы они не спровоцировали разрушительные процессы и не нанесли зданию вреда. Особенно это касается зимнего времени, так как на крыше в это время накапливается снег, что дополняет и так немалый вес батарей.

При том, что стоит солнечная батарея для отопления дома довольно много, популярность этого продукта растет с каждым днем. Ее можно использовать и там, где климат сложно назвать жарким. Если вас заинтересуют солнечные батареи для отопления дома, отзывы о них говорят о возможности использовать их в качестве дополнительного источника тепла. Эти системы максимально эффективны в летние месяцы, когда почти каждый день можно видеть солнечный свет. Но важно понимать, что дом нуждается в отоплении чаще всего зимой.

Типы и комплектации солнечных батарей

Все солнечные батареи условно можно разделить не два типа: малые и большие фотоэлектрические системы. К первой категории относятся аккумуляторные панели, которые работают от напряжения 12-24 В. Эти системы способны обеспечить электрической энергией работающий телевизор в комбинации с несколькими отопительными приборами. Использование больших систем предназначено не только для обеспечения жилища электрической энергией, но и для организации системы отопления. Однако с их помощью невозможно обеспечить большие дома с несколькими этажами.

Различается и комплектация устройств. В базовый набор входит такой перечень компонентов:

— вакуумный солнечный коллектор;

— контроллер, следящий за работой системы на максимально эффективном уровне;

— насос, подающий теплоноситель от коллектора в бак отопительной системы;

— емкость для горячей воды, объем которой составляет 500-1000 литров;

— тепловой насос или электрический тэн.

Солнечные батареи для отопления дома: отзывы

В Украине и России, как и в остальных странах, можно использовать подобное инновационное решение. Сейчас можно увидеть много отзывов о том, что подобная система является весьма эффективной, дом небольших размеров можно полностью перевести на такой альтернативный источник, а также прочие. При достаточной мощности оборудования можно обеспечить не только отопление, но и горячее водоснабжение, а это довольно значимый момент, позволяющий достичь дополнительной экономии. Можно дополнительно оборудовать систему теплых полов.

Какую выбрать систему

Перед выбором и монтажом системы отопления требуется убедиться в том, что она достаточно мощная для обеспечения ваших нужд. Отопление частного дома солнечными батареями должно организовываться с учетом таких показателей, как площадь жилища, число жильцов, а также необходимый энергетический ресурс. Если в семье насчитывается три человека, то требуется примерно 200-500 кВт энергии ежемесячно. При необходимости организовать горячее водоснабжение энергии потребуется еще больше. Комбинированная отопительная система признана наиболее эффективной. С ее помощью жильцы дома могут подстраховаться на случай аварийных или форс-мажорных ситуаций.

Выбор системы и ее установка

Первое, что требуется при выборе определенной системы — тщательно изучить ее возможности. Обязательно требуется рассчитать площадь жилища, а также то количество тепла, которое требуется для его отопления. Место установки – это еще один значимый момент. Отзывы говорят в пользу того, что правильнее всего будет воспользоваться помощью квалифицированных специалистов в данной области. Связано это с тем, что даже при незначительном просчете можно сильно снизить эффективность готового решения во время работы. Если солнечная батарея для отопления дома будет установлена правильно, то прослужит она не менее 25 лет. Всего 3 года нужно для ее полной окупаемости. Такой срок многие не считают слишком долгим, судя по тем же отзывам пользователей. Это позволяет стать полностью независимым от коммунальных служб, а это очень важно.

Выводы

Солнечная батарея для отопления дома должна устанавливаться так, чтобы солнечное освещение в этом месте было максимальным. Если выбранное здание не пригодно для монтажа такой системы, то можно воспользоваться соседним строением. Накопитель вполне можно разместить в подвальном помещении. встречаются и такие системы, где используется несколько накопителей. В этом случае их размеры будут немного скромнее. Те, кто решил для себя выбрать отопление частного дома солнечными батареями, может смело говорить о правильности своего решения. Солнечная энергия – это неиссякаемый источник тепла, при этом абсолютно бесплатный. Для этого требуется только вложить определенную сумму в оборудование и монтаж системы, а потом она себя не только полностью окупит, но еще и избавит от необходимости платить деньги коммунальным службам.

fb.ru

Солнечная батарея своими руками: устройство и изготовление

Оглавление статьи:
Солнечная батарея своими руками: принцип работы системы солнечного электроснабжения
Устройство солнечной батареи: технология самостоятельного изготовления

Согласитесь, иметь в загородном доме бесплатную электроэнергию – это мечта практически каждого человека. Мечтают многие, но только некоторые предпринимают шаги к ее осуществлению, несмотря даже на то, что электрифицировать дом с использованием альтернативного источника энергии не так уж сложно, а главное, не дорого. Если все делать самостоятельно, то расходы на такую электрификацию не превысят 300-400 долларов. В этой статье от сайта stroisovety.org мы расскажем, как делается солнечная батарея своими руками и как устроена система электроснабжения с ее использованием.

Использование солнечных батарей

Солнечная батарея своими руками: принцип работы системы солнечного электроснабжения

Прежде чем приступать к решению вопроса, как сделать солнечную батарею, сначала разберемся с принципом работы альтернативной системы электроснабжения в целом. Понимание того, для чего и какой именно ее элемент предназначен, даст вам возможность наглядно представить сложность системы, и вы уже определитесь, насколько реально самостоятельно электрифицировать дом в такой способ. Итак, система солнечного электроснабжения дома состоит из трех основных частей.

1. Солнечная батарея – это комплекс небольших по размерам элементов, в задачи которого входит преобразование солнечного света в поток положительно и отрицательно заряженных электронов (электрический ток, если кто не знает). Особенность этих солнечных элементов заключается в том, что они не в состоянии вырабатывать ток большого напряжения – нормальным считается, если один такой элемент генерирует 0,5V. Поэтому о генерировании напряжения в 220V не может быть и речи, так как такая электростанция будет занимать огромную площадь. В задачи солнечных батарей входит выработка электроэнергии напряжением в 18V – этого вполне достаточно, чтобы зарядить двенадцати вольтовую аккумуляторную батарею. Это и есть второй элемент системы солнечного электроснабжения.
2. Аккумуляторы. В одной системе их может использоваться свыше 10шт. Дело в том, что зарядки одной батареи не хватит надолго для обеспечения дома нужным количеством электричества. Здесь все зависит от количества и мощности одновременно используемых потребителей – по крайней мере, количество этого элемента системы можно со временем увеличивать. Но следует понимать, что одновременно придется выполнять подключение дополнительных солнечных батарей.
3. Инвертор для солнечных батарей – в задачи этого устройства входит преобразование тока с низким напряжением в электричество высокого напряжения. Такое устройство можно свободно приобрести в готовом виде за сравнительно небольшие деньги. Приобретая инвертер, нужно обратить внимание на выдаваемую им мощность – для энергоснабжения дома понадобится купить устройство с выходной мощностью не менее 4кВт.

Солнечная батарея своими руками фото

Именно с этими элементами системы придется поработать, чтобы сделать использование солнечных батарей эффективным. Последние два лучше приобрести (они продаются по вполне доступным ценам), а вот первые можно изготовить самостоятельно, если, конечно, не хотите платить баснословные деньги.

Как сделать солнечную батарею своими руками фото

Устройство солнечной батареи: технология самостоятельного изготовления

Для начала придется решить вопрос с приобретением солнечных элементов – ведь не думаете же вы, что их можно повынимать из дешевых китайских калькуляторов? Тут есть один нюанс – новые элементы обойдутся достаточно дорого (проще уже будет купить готовую батарею в сборе). Поэтому лучше приобретать поврежденные, но работоспособные элементы – купить их можно на аукционе eBay или других подобных торговых площадках. Для одной батареи таких элементов понадобится 36шт. – лучше взять с запасом, так как некоторые из них могут быть не совсем рабочими. Их нужно сразу проверить прибором и убедиться, что они справляются со своими задачами. После этого спрятать их подальше до стадии непосредственного монтажа, так как эти элементы очень хрупкие.

Изготовление и подключение солнечной батареи

А пока элементы отлеживаются и ждут своего часа, самое время заняться изготовлением корпуса солнечной батареи. Для этого понадобятся деревянные бруски, фанера, ДВП и оргстекло. Из фанеры, предварительно рассчитав размер, вырезаем днище корпуса и обрамляем его по периметру бруском толщиной 20-25мм. В брусках с шагом 15-20см нужно будет насверлить отверстий диаметром 10мм – они обеспечат вентиляцию внутреннего пространства батареи и не дадут элементам перегреваться в процессе работы.

Устройство солнечной батареи

После того как с этим будет покончено, самое время заняться подложкой для солнечных элементов – ее изготавливают из ДВП и она должна четко ложиться внутрь корпуса. Подложку так же, как и бруски, нужно снабдить вентиляционными отверстиями. Они сверлятся квадратно-гнездовым способом через каждые 5см. Сразу же после этого можно позаботиться о крышке корпуса – она вырезается из оргстекла и крепится с помощью саморезов через заранее просверленные отверстия.

После того как корпус будет готов, его можно красить в два слоя и откладывать для высыхания. А пока он сохнет, достаем из укромного местечка солнечные элементы, выкладываем их на подложке из ДВП вверх тормашками и занимаемся их распайкой – все элементы соединяются между собой последовательно. Здесь нужно тщательно продумать механизм спаивания – дело в том, что впоследствии переворачивать соединенные воедино элементы будет непросто. Соединять их нужно сначала рядами, потом переворачивать, а затем уже объединять ряды в единый последовательный комплекс. Как только с этой работой будет покончено, элементы следует приклеить с помощью силикона – одной капли в центре каждого солнечного элемента будет вполне достаточно.

Как изготовить солнечные батареи для частного дома фото

Теперь проверяем, что у нас получилось – подсоединяем приборчик и измеряем выходное напряжение. Если все правильно собрано, то на выходе должно быть почти 19V. Если так и есть, то впаиваем в цепь (последовательно) небольшой диод марки Шоттки 31DQ03 или ему подобный для предотвращения разрядки аккумуляторов в солнечные батареи для частного дома, выводим выходные провода и устанавливаем крышку из оргстекла.

Все, батарея готова. После нескольких дней тестирования на ее способность заряжать аккумулятор герметизируем все стыки, кроме вентиляционных отверстий и приступаем к сборке системы индивидуального электроснабжения.

В заключение несколько слов о том, где и как выполняется установка солнечных батарей. Здесь правило одно – солнечные батареи устанавливаются в самом незатененном месте. Как правило, это крыша дома, и здесь дополнительно понадобится изготовить специальные опоры. В принципе, это несложно – если вами была изготовлена солнечная батарея своими руками, то разработать и сделать для нее опоры не составит никакого труда.

Автор статьи Александр Куликов

stroisovety.org

Что такое солнечные батареи и чем обусловлено их стремительное развитие

Содержание:

• Устройство солнечной батареи
• Плюсы и минусы альтернативных источников энергии
• Перспективы использования

Всем знакома проблема, когда отключают электричество в жилом доме. Мягко говоря, не приятная ситуация. В эти моменты начинаешь понимать, насколько человек зависит от электричества и не посредственно от электроприборов, к которым  так быстро привыкаешь. Стоит представить схожую проблему только в масштабе планеты – крайне  негативный вариант для человечества. А ведь такой исход вполне вероятен, если человечество не осознает для себя, что такое солнечные батареи, и насколько важно их планомерное развитие в современном мире.

Не секрет, что запасы природных энергетических ресурсов, используемых в настоящее время, далеко не бесконечны. Не за горами тот момент, когда полезные ископаемые, участвующие в производстве энергии на планете, подойдут к концу. Именно в тот час, произойдет ситуация схожая с выключением света в отдельной квартире, только с далеко идущими последствиями.

Все это делает разработку альтернативных источников энергии, к которым относятся солнечные батареи, наиболее важным и необходимым делом всех ученых работающих в этой области.

Устройство солнечной батареи

 Что же представляют собой солнечные элементы питания? Любая солнечная батарея это не что иное, как фотопластина, которая под действием солнечного света меняет свою проводимость, и выделяет электрическую энергию. Такое преобразование солнечного света в необходимую энергию, в настоящее время является основным перспективным путем развития энергетики.

Солнечные батареи по своей структуре можно разделить на три основных вида:

• монокристаллические,
• поликристаллические,
• аморфные.

Каждый тип имеет свою производительность, а соответственно и стоимость. Самыми маломощными считаются солнечные батареи на основе монокристаллов. Стоимость таких модулей сравнительно низкая, как и производительность. Поэтому их используют в неответственных условиях, где выработка электрического тока подобными устройствами не является обязательным условием.

Средние по стоимости и по выработке электричества – поликристаллические солнечные батареи. Подобные элементы широко используются в индивидуальном строительстве, особенно оправдано применение в отдаленных уголках, там, где нет централизованного электроснабжения. КПД, выдаваемый панелями такого типа, достаточно высок, чтобы обеспечить частный дом необходимым количеством энергии.

Аморфные солнечные батареи относятся к самому современному типу батарей. Состоят такие элементы из  аморфного кремния и являются экспериментальными разработками, которые не применяются повсеместно в силу своей высокой стоимости.

Плюсы и минусы альтернативных источников энергии

Альтернативные батареи имеют как положительные, так и отрицательные особенности.

К плюсам можно отнести:

• выработку абсолютно бесплатной электрической энергии,
• долговечность конструкции,
• установка модулей в любом месте планеты, где есть солнечный свет,
• достаточно легкий выбор составляющих частей и доставка в любое место почтой,
• полная автономность конструкции.

Все эти плюсы позволяют использовать солнечные элементы, не только в тех местах, где нет возможности использовать обычные электрические сети, но заставляют задуматься и тех, кто желает быть независимым от центрального энергоснабжения.

Прежде чем принять такое решение, необходимо изучить и все отрицательные стороны, которые имеют подобные элементы.

К тому же отрицательных моментов достаточно много:

• низкий КПД,
• необходимость постоянного обслуживания панелей,
• снижение выработки тока при неблагоприятной погоде,
• невозможность выработки электроэнергии круглые сутки,
• достаточно высокая стоимость установочного комплекта,
• длительный срок окупаемости,
• наличие достаточно обширного свободного места, чтобы разместить все элементы комплекта.

Сравнивая все имеющиеся моменты, каждый человек сам определяет для себя, что ему наиболее важно и приемлемо. Самым главным недостатком можно считать невозможность выработки энергии в пасмурные дни и темное время суток. Такое условие очень сильно снижает продуктивность батарей в целом.

Перспективы использования

Справедливости ради, стоит заметить, что технический прогресс борется с такими отрицательными нюансами. Результатом могут служить изобретения, которые помогают повысить КПД батарей. К таким изобретениям можно отнести устройство слежения за солнцем. Такое устройство поворачивает солнечные элементы вслед за движением солнца, позиционируя панели под нужным углом, так чтобы выработка КПД была максимальной.

Не останавливаются работы и исследования в области различных материалов для изготовления фотопластин. Последние полученные в лабораториях соединения кремния с другими химическими элементами, позволяют создавать все более мощные источники.

Несмотря на то, что в настоящее время КПД солнечных батарей едва ли превышает 25 %, а срок окупаемости переваливает за 10 лет, солнечная энергетика считается наиболее перспективной, так как ресурсы солнечного света неистощимы, и при правильном использовании помогут обеспечить бесплатной энергией все человечество.

Подписаться на рассылку