Кремний своими руками

Обновлено: 23.01.2025

Сейчас многие дачники, а также люди, проживающие в частном секторе, интересуются установкой солнечных батарей. Это реально позволяет сэкономить на электроэнергии. По крайней мере, в летний сезон пока мы часто бываем на даче, не помешает дополнительное электричество. Летом солнечное излучение интенсивное и батареи при правильном расположении могут вырабатывать немало. А для тех, у кого на участке не подведено электричество, солнечная батарея может стать единственным источником тока. Беда в том, что солнечные батареи стоят довольно дорого (одна панель 18 вольт, 40-50 ватт обойдётся в 300─500$). Но можно сэкономить, если сделать их самостоятельно. В этой статье речь пойдёт о том, как сделать солнечную батарею своими руками. Ниже будет описан процесс изготовления, в котором объединён опыт из различных материалов и роликов на youtube.

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях?

Для начала стоит определиться с тем, что понадобиться в работе, и сколько это стоит.

Фотоэлементы. На Алиэкспресс можно найти фотоэлементы из монокристаллического кремния мощностью 4,7 ватта и напряжением 0,5 вольта. Десять штук обойдутся в 1200─1500 р. Для панели 18 вольт нужно 36 штук. То есть, берём 40 примерно за 5─6 тысяч рублей;
Фанера или пластик. Используется в качестве подложки, на которую будут крепиться фотоэлементы. Стоимость (300─400 р.);
Алюминиевый или стальной профиль для рамки (400─500 р.);
Стекло (500 р.);
Диод Шоттки (30─50 р.);
Крепёж, герметик, провода, флюс, шина и другое по мелочи (500 р.).

Итого, выходит около 8 тысяч рублей. Неплохо, если учесть, что готовая солнечная панель с такими характеристиками обойдётся минимум в 20 тысяч рублей. Но для её создания придётся потрудиться. Кстати, можете также посмотреть, что представляет собой комплект солнечных батарей для дачи.

Теперь непосредственно о самом процессе.
Вернуться к содержанию

Сортировка фотоэлементов

Для начала следует отсортировать элементы по вырабатываемому ими напряжению. Номинал, который указывают производители на своих фотоэлементах, составляет 0,5 вольта. Но это в идеальных условиях на солнце. При проверке в обычных условиях значения будут 0,2─0,35 вольта. Ваша задача ─ сформировать из элементов группы, мало отличающиеся по напряжению. Например, группа 0,32─0,35 вольта, 0,28─0,31 и так далее.

Это нужно сделать, поскольку один элемент в группе, имеющий значительно меньшее напряжения, будет выступать в роли сопротивления. Он будет тормозить процесс выработки электричества.

Естественно, что сортировка имеет смысл, когда у вас много фотоэлементов, которые пойдут на разные панели по 36 штук для выработки конечного напряжения 18 вольт. Если у вас количество только на одну панель, то сортировать их бессмысленно, поскольку устанавливать их всё равно нужно все.
Вернуться к содержанию

Подготовка и пайка шин к фотоэлементам

Перед тем, как сделать солнечную батарею, проводится пайка медных шин к фотоэлементам. Они припаиваются на специальные дорожки, которые проходят сквозь элементы. Лучше всего использовать шину шириной 1,8 миллиметра и толщиной 0,16. Флюс используется обычный – канифоль со спиртом. Для удобства лучше использовать флюс в виде карандаша. Шину и флюс можно найти в магазинах, торгующих радиоэлектронными компонентами. Всё это обойдётся в 100─150 рублей.

Пайка шины к фотоэлементу

Предварительно нужно нарезать отрезки шин длиной, необходимой для соединения двух элементов. Здесь не забудьте учесть расстояние между соседними элементами. То есть, надо прикинуть, как они будут располагаться на панели.

На дорожку фотоэлемента наносится небольшое количество флюса. Сверху накладывается шина и по ней проводится паяльником. Сильно нажимать не следует. Нужно сделать ровный шов без заусенцев, чтобы в дальнейшем они не мешали при сборке солнечной батареи. Шины нужно припаять ко всем фотоэлементам (36 штук) для солнечной батареи. Не забывайте после пайки протирать шов спиртом. Там остаётся много флюса, который там совершенно ни к чему. Для этого можно использовать косметические ватные палочки.

После этого выполняется пайка для объединения фотоэлементов в последовательную цепочку. Для этого шины припаиваются к контактным площадкам с обратной стороны элемента. Места пайки также протираются для удаления остатков флюса.

Соединение фотоэлементов в последовательную цепочку

Оптимальный вариант для панели из 36 элементов спаять их в 4 ряда по 9 элементов. В результате сама солнечная батарея будет иметь оптимальную площадь.
Вернуться к содержанию

Соединение элементов в батарею

Получившиеся 4 ряда соединённых элементов нужно объединить в готовую солнечную батарею. Для этого их нужно выложить на стекле и соединить толстыми медными шинами. Для этого лучше использовать шины толщиной 5 миллиметров. В разрыв плюсового вывода ставится диод Шоттки. Это нужно для того, чтобы впоследствии без проблем подключить несколько солнечных панелей в параллельную сборку. И не беспокоиться, что ток будет перетекать обратно. Защиту от этого обеспечит диод Шоттки. Элементы следует располагать так, как они будут находиться в готовой солнечной батарее. То есть, за стеклом рабочей стороной к свету. Делаем это по следующей схеме.

Соединение фотоэлементов в батарею

В идеале нужен такой материал, который поглощает инфракрасный спектр солнечного излучения и имеет минимальный коэффициент преломления. Лучше всего на эту роль подходит минеральное стекло, но оно достаточно дорогое.

К стеклу фотоэлементы лучше всего крепить с помощью самоклеящейся плёнки. Выбирать следует ту, которая предназначена для работы в атмосферных условиях. Этот вариант наиболее дешёвый и простой в исполнении. Встречаются примеры, когда панели солнечной батареи закрепляют между стёклами, а все швы промазываются герметиком. Это тоже рабочий вариант, но хлопот получается значительно больше. Некоторые специалисты, вообще, рекомендуют проводить герметизацию с помощью эпоксидного компаунда.

Окончательные работы

Чтобы получившуюся солнечную батарею можно было эксплуатировать с удобством, нужно окончательно оформить её. То есть, заключить в какой-нибудь корпус. Для этой цели лучше всего подходит алюминиевый уголок. Из него изготавливается рамка, в которую вставляется стекло с расположенной на ней солнечной батареей. Для этих целей также подходит профиль, который используется для крепления гипсокартона при ремонтных работах.

После этого нужно подключить солнечную батарею в энергосистему дома или другого объекта, где вы собираетесь её использовать. Если вы делали солнечные батареи для дома своими руками, то придётся ещё приобрести контроллер, аккумулятор, инвертор, провода и крепёж. Питание от солнечной батареи не идёт напрямую потребителям. От неё заряжается аккумулятор. От него через инвертор работают потребители 220 В. Управляет всем процессом контроллер солнечных батарей.

Схема работы солнечной батареи

Остаётся только добавить, что одной солнечной батареи с 36 фотоэлементами не хватит для нормальной выработки электроэнергии. Поэтому дачники и владельцы частных домов, устанавливающие такие батареи, обычно ставят две и более. Их соединяют параллельно, увеличивая мощность такой гелиосистемы. Некоторые даже изготавливают гибридные батареи, совмещающие выработку электричества и тепла. Последнее может быть использовано для отопления дома. Но это уже тема отдельного материала.
Вернуться к содержанию

Опрос

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Солнечные батареи – это одно из перспективных средств получения электрической энергии. На приобретение такого устройства нужно потратить довольно много денег. Но можно сделать солнечную батарею своими руками, и это обойдется дешевле.

Устройство и принцип работы

Солнечная батарея – это несколько полупроводниковых фотоэлементов, преобразующих световую энергию в электричество. Ее работа основана на использовании барьерного фотоэффекта.

Принцип работы полупроводникового фотоэлемента

Из чего состоит

Для изготовления солнечных батарей используют такие материалы:

кремний ( Si );
германий ( Ge );
арсенид галлия ( GaAs );
селен ( Se );
теллурид кадмия ( CdTe ) .

Самое большое распространение получили солнечные элементы, изготовленные на основе кремния. Они отличаются хорошим КПД и сравнительно невысокой стоимостью.

Солнечные источники питания бывают трех видов: монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

Монокристаллические элементы сделаны из одного цельного кристалла кремния. Эти элементы изготавливают, разрезая искусственно выращенные кристаллы кремния. Их КПД находится в пределах от 13 до 25%. Они могут работать в течение 25 лет, однако, их коэффициент полезного действия со временем уменьшается. Такие элементы теряют свою эффективность при слабом освещении.
Поликристаллические фотоэлементы изготавливают, расплавляя, а потом охлаждая кристалл кремния. КПД таких приборов находится в пределах от 9 до 18%. Срок их службы 10 лет, но при этом коэффициент полезного действия не уменьшается с течением времени. Эти модули могут работать даже в плохую погоду.
Солнечные элементы на основе аморфного кремния изготавливают путем напыления полупроводника на основание из полимера. Такие элементы способны гнуться, поэтому их легко монтировать. Однако КПД у них небольшой – от 5 до 10%, а срок службы не более 2-х лет. Неплохо работают при слабом освещении.

Рекомендуется выбирать одинаковые фотоэлементы, чтобы не возникло проблем при сборке панели и во время работы.

Пошаговая инструкция по сборке панели из готовых элементов

Изготовление солнечной панели начинается с подбора инструментов и приобретения фотоэлементов. После этого делаем каркас, соединяем элементы в батарею, устанавливаем их в корпус, герметизируем конструкцию и подключаем ее к контроллеру и аккумулятору. Рассмотрим по шагам, как самому сделать солнечную батарею.

Нам понадобятся такие материалы и инструменты

Прежде чем начать собирать солнечную батарею, нам потребуются такие материалы:

фотоэлементы;
ДСП или фанера;
деревянные рейки;
алюминиевый уголок;
стекло;
герметик;
диоды Шотки;
провода;
крепежные болты, винты, гайки, саморезы;
стекло или прозрачный полимер.

Также потребуются аккумулятор, контроллер и инвертор. Кроме материалов, нужны также следующие инструменты:

набор отверток;
электродрель;
шуруповерт;
паяльник;
мультиметр.

Шаг 1: Выбор элементов

Покупать лучше всего кремниевые монокристаллические фотоэлементы. Они имеют лучший КПД и более долговечны по сравнению с остальными моделями элементов.

Чтобы рассчитать, сколько элементов потребуется, нужно определить суммарную площадь пластин. При ее определении следует учитывать, что с 1 м. кв. можно получить 120 Вт. Таким образом, чтобы получить 3 кВт энергии, нужна солнечная батарея площадью 3 000 Вт / 120 Вт = 25 м. кв. Приведенные выше расчеты являются приблизительными и не учитывают особенностей местности, в которой будет установлен источник тока. Кроме того, мощность, выдаваемая таким источником питания, зависит от погодных условий.

Важно! Сила тока и мощность, выдаваемые фотоэлементом, зависит от его размера, а напряжение – от материала и типа ячейки.

Часто в магазине продаются фотоэлементы со светочувствительным покрытием для защиты от механических повреждений. Чтобы его удалить, нужно:

распаковать панели и поместить их в горячую воду (температура воды до 90 градусов);
когда воск растает, а вода немного остынет, нужно разъединить элементы;
удалить со всех панелей остатки воска;
вынуть элементы из воды и просушить.

Шаг 2: Делаем каркас

Размер каркаса самодельных солнечных батарей зависит от габаритов фотоэлементов. При расчете габаритов следует также учитывать расстояние между элементами.

Чтобы сделать каркас из алюминиевых уголков, нужно:

После того этого можно приступать к изготовлению задней части каркаса. Она состоит из стенки, сделанной из фанеры, и бортиков, изготовленных из деревянных реек. Их высота не должна быть больше 2 см, чтобы не затенять светочувствительные элементы. Чтобы сделать деревянную часть корпуса, нужно:

Шаг 3: Схемы соединения элементов в батарею

Давайте разберемся, как собрать солнечную панель. Существует три схемы соединения солнечных элементов: параллельная, последовательная и смешанная.

При параллельном соединении напряжение остается таким же, как и у каждого модуля, а сила тока увеличивается во столько раз, сколько источников тока соединено последовательно. Например, если соединить таким образом две батареи напряжением 15 В (30 элементов по 0,5 В, соединенные параллельно) и мощностью 75 Вт, то получим источник питания на 15 В и 150 Вт.

При параллельном соединении нужно использовать диоды. Они нужны для того, чтобы электрическая энергия из модуля с большим напряжением не перетекала в батарею с меньшей разностью потенциалов. Кроме того, они не дают току от аккумулятора течь через ячейки в темное время суток. Диоды подключаем анодом к плюсу батареи, как показано на схеме.

Последовательное соединение используется для того, чтобы повысить напряжение источника питания. Сила тока при этом остается такой же. Если соединить последовательно те же элементы, что и в прошлом примере, то получим источник питания на 30В мощностью 150 Вт.

С помощью смешанного соединения можно повысить как напряжение, так и ток, выдаваемые солнечной батареей.

Кроме того, рекомендуется также использовать обходные (байпасные) диоды. Они подключаются параллельно светочувствительным ячейкам и нужны для подстраховки. Если один из фотоэлементов выйдет из строя, то ток пойдет через обходной диод и батарея продолжит работу. В качестве обходных диодов лучше использовать диоды Шотки, так как падение напряжения на них меньше.

Шаг 4: Как и чем их соединять

Монтаж солнечной батареи начинается с пайки соединительных проводов к светочувствительным элементам. Так как фотоэлементы очень хрупкие и их легко повредить, лучше приобрести их вместе с проводами.

Для пайки нам потребуются: паяльник мощностью 40 Вт или больше, спиртовой раствор канифоли и шины для солнечной батареи. В качестве провода можно также использовать медный интернет провод витая пара, который следует предварительно зачистить от изоляции.

Чтобы припаять элементы, нужно выполнить следующие действия:

Важно! При пайке нужно быть очень аккуратным. Нельзя давить на фотоэлемент, так как он хрупкий и легко трескается.

После того как провода к верхней стороне припаяны, можно клеить элементы на стекло. Алгоритм действий:

Теперь можно провести окончательную проверку работоспособности конструкции. Для этого замеряем напряжение на каждом элементе, оно должно быть 0,5 В. Если напряжение меньше 0,3 В, значит, элемент негодный.

Шаг 5: Защита и герметизация сборки

Для герметизации лучше использовать эпоксидный клей, но можно использовать и силиконовый герметик. При этом он должен выдерживать отрицательные температуры. Чтобы выполнить герметизацию, нужно залить все фотоэлементы, начиная с первого и заканчивая последним.

Полезно! Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее происходит затвердевание герметика.

Шаг 6: Устанавливаем элементы в каркас

После того как герметик или эпоксидная смола застынут, можно устанавливать фотоэлементы в корпус. Для защиты конструкции от механических повреждений между задней стенкой и каркасом рекомендуется установить поролоновую прокладку. Однако делать это необязательно, но желательно, учитывая хрупкость кремниевых пластин. Затем алюминиевая рама помещается в деревянный каркас, а на место соединения наносится герметик.

Шаг 7: Подключаем к контроллеру и аккумулятору

Кроме солнечной батареи, для обеспечения электроэнергией всего дома понадобятся аккумулятор, контроллер и инвертор. Контроллер заряда подключается между солнечными источниками тока и аккумулятором. Он контролирует заряд АКБ и защищает аккумулятор от полного разряда и перезаряда.

Для преобразования постоянного тока, вырабатываемого батареей, в переменный напряжением 220 В, от которого питаются большинство электрических приборов, нужен инвертор. Они отличаются по форме выходного сигнала. Приборы, выдающие чистую синусоиду, стоят дороже.

Идеи для изготовления из фольги, диодов транзисторов и других подручных средств

Рассмотрим несколько идей, как можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных средств.

Один из вариантов – это солнечная батарея из фольги . Чтобы сделать данное устройство, нужно выполнить такие действия:

отрезаем кусок медной фольги и удаляем с его поверхности жир;
обрабатываем медный лист наждаком, чтобы удалить с поверхности оксидную пленку;
нагреваем фольгу на электрической печке в течение 30 минут;
охлаждаем лист на воздухе;
при помощи воды аккуратно удаляем с поверхности пленку оксида меди;
вырезаем еще один лист такого же размера, что и первый;
срезаем горлышко с пластиковой бутылки и помещаем в нее куски медной фольги;
к каждому листу подключаем провода (минусовой вывод – к обработанному листу, плюсовой – к необработанному);
в банку наливаем солевой раствор.

Также можно сделать солнечный фотоэлемент из транзисторов. Для этого можно использовать старые, морально устаревшие транзисторы.

Чтобы получить такой фотоэлемент, нужно срезать с транзистора крышку, зажав его в тиски.

Под крышкой находится пластина. Один кремниевый транзистор в среднем может выдать напряжение равное 0,35 В. Сила тока зависит от типа транзистора.

Чтобы соединить несколько транзисторов в одну батарею, нужно подключить базу одного транзистора к коллектору следующего, как показано на рисунке.

От такой батареи можно запитать часы или маленький радиоприемник.

Еще можно сделать солнечный источник электрической энергии из диодов. Для этого можно взять диоды Д223Б. На солнце он может генерировать напряжение 350 мВ. Чтобы сделать такую батарею, нужно сделать следующее:

Важно! Диоды нужно впаивать вертикально, положительным выводом вверх. Именно при таком положении генерация энергии будет максимальна.

При изготовлении таких источников тока следует помнить, что любая батарея своими руками из подручных материалов выдает очень небольшую мощность.

В получении электроэнергии альтернативными методами в последнее время прослеживается тенденция к активному развитию. И это несмотря на то что подобный подход пока еще остается весьма затратным, если планируется приобрести готовое оборудование. Ждать быстрой окупаемости сделанных вложений не приходится.

Солнечная батарея своими руками

Тем не менее, многие рачительные хозяева домов и даже квартир все пристальнее рассматривают такие возможности. А некоторые из них идут по пути самостоятельного создания необходимого оборудования, хотя бы в качестве стартового эксперимента. Так, например, солнечная батарея своими руками вполне может быть создана в домашних условиях, так как сегодня для ее сборки можно приобрести все необходимое. Тем более что существует несколько способов сборки солнечных панелей из разных комплектующих.

Тем, кто хочет попробовать самостоятельно собрать такой источник электроэнергии, и переназначена настоящая публикация.

Что такое солнечная батарея, и как она работает?

Общие понятия о принципе получения электричества от солнечной энергии

У людей, решивших собрать солнечную батарею, возникает немало вопросов, а для многих эта задача видится и вовсе не выполнимой из-за кажущейся сложности ее конструкции. Однако, на самом деле особых трудностей в ее сборке нет. И в этом можно убедиться, изучив схему и рассмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не один подобный прибор.

Солнечная батарея представляет собой совокупность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Солнечная батарея – это множество правильно соединенных между собой фотоэлементов. Каждый из них обладает невысокими генерирующими способностями, но в совокупности получаются весьма приличные показатели выработанной мощности.

Отдельные фотоэлементы соединены в единую панель и защищены с двух сторон материалами, стойкими к ультрафиолету, влаге и другим атмосферным явлениям. Это важно, так как батареи чаще всего эксплуатируются на открытом незащищенном пространстве — это может быть крыша здания, балконное ограждение или же поляна около дома.

Общая конструкция системы получения электрической энергии от солнечной представляет собой целый ряд приборов и устройств, соединенных в единую цепь:

Пластины-преобразователи — это полупроводниковые фотоэлементы, обладающие способностью генерировать постоянный ток под воздействием света. Пластины соединяются между собой по определенной схеме специальными шинами (плоскими проводниками), и собираются в батарею в общем корпусе.
Панели-батареи, собранные из фотоэлементов, подключаются к прибору-контролеру с подобранными параметрами тока и напряжения, необходимыми для зарядки аккумулятора.
Аккумулятор или целая батарея таких аккумуляторов накапливает заряд.
Специальный инвертор преобразует постоянный ток в переменный с напряжением в 220 В (если этот необходимо).

Такая череда приборов используются в схеме в том случае, когда планируется отдельные постоянные точки потребления или даже полностью весь дом запитать от солнечной энергии. Накопленная в аккумуляторе за день энергия может быть использована в пасмурные дни или в темное время суток. Применяются и более простые схемы, когда солнечные батареи выступают лишь вспомогательным источником питания, и накопление энергии не требуется. Панель в таком случае может быть непосредственно подключена к прибору-потребителю. Однако, этот вариант менее надежен, так как стабильность питания будет полностью зависеть от наличия солнца в данный момент.

Три основных разновидности фотоэлектрических модулей

Модули солнечных батарей, из которых собирается панель, подразделяются на три типа:

— монокристаллический;

От особенностей структурного строения пластин напрямую зависит эффективность конструкции, а также ее общая стоимость.

Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи

Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского. Они отличаются высоким качеством и обладают неплохим (по меркам фотоэлементов) КПД, равным примерно 20÷22%. Из-за этого и стоимость их достаточно высока.

Солнечные лучи, попадая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с двух сторон подсоединены к шинам, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокий КПД этого типа пластин объясняется тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются по поверхности кристалла.

Поликристаллические фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батареи считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие — и целых батарей получается ниже по сравнению с монокристаллическими приборами. Это обуславливается особенностями производства фотоэлементов, так как при их изготовлении применяются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.

Если сравнивать два этих типа изделий, то можно выделить следующие различия, выявленные тестированием независимых компаний:

Поликристаллические пластины отличаются по внешнему виду от монокристаллов, так как имеют неоднородный по цвету окрас поверхностей, с перемежением темных и светлых участков.

В процессе эксплуатации у всех фотоэлементов происходит постепенное снижение мощности. Так, после года работы у монокристаллов она снижается на 3%, а у поликристаллических элементов — на 2%.
Суммарное количество электроэнергии, выработанное монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем у поликристаллических элементов, при их одинаковой площади.
Стоимость поликристаллов на 10÷15 % ниже монокристаллических батарей.

Аморфные солнечные модули

Этот тип элементов представляет собой плотную гибкую пленку, значительно упрощающую процесс монтажа батарей.

На современном рынке представлены три поколения подобных фотоэлементов:

Элементы первого поколения являются однопереходными. Они имеют низкий КПД — всего 5% и относительно небольшой срок эксплуатации — не более 10 лет.
Пленка второго поколения тоже однопереходного типа, но уровень КПД у нее повышен до 8%, увеличен и срок эксплуатации.
Тонкопленочные батареи третьего поколения обладают КПД до 12%, и обладают длительным сроком службы, составляя конкуренцию кристаллическим вариантам.

Несмотря на не выдающиеся характеристики, самыми популярными остаются однопереходные тонкопленочные модули второго поколения. Они доступны по цене и обладают приличной мощностью, которая вполне может конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, в частности, на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен произвести большее количество энергии по сравнению с кристаллическими аналогами — те при нагреве способны потерять до 20% мощности.
Пленочные батареи продолжают выработку энергии даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллов, которые не генерируют энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна вырабатывать до 20% энергии от своих номинальных показатели. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
Стоимость кристаллических панелей гораздо выше, чем пленочных. Причем цена на последние продолжает снижаться из-за активного наращивания объемов их производства.
Пленочные солнечные батареи имеют меньшее количество дефектов и уязвимых мест. Дело в том, что жёсткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции в целом виде.

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Параметры	Кристаллические панели	Аморфные тонкопленочные батареи
КПД изделий	9÷20%	6÷12%
Выходное напряжение одного фотоэлемента	Около 0,5 В	Около 1,7 В
Световой спектр максимальной чувствительности	Ближе к красному цвету, то есть для эффективной работы необходимо яркое солнце.	Ближе к ультрафиолету, то есть восприимчивы и к рассеянному освещению.
Гибкость	Хрупкие и ломкие, требуют обязательной жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Гибкие, легко гнутся, не заламываются.
Надежность при эксплуатации в экстремальных условиях	Требуют жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Более устойчивы к механическим воздействиям, хотя тоже требуют защиты.
Долговечность	При должной защите, эксплуатируются длительное время, но с годами постепенно снижается эффективность работы изделий.	Качественные изделия, выполненные с соблюдением технологии, выгорают на солнце на 4% за первые 4÷5 лет эксплуатации. Дешевые китайские аналоги могут подвести через 2÷3 года.
Вес	Тяжелые.	Легкие.

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи работают с разной эффективностью в различные периоды, необходимо выделить факторы, которые влияют на КПД системы. Причем названные ниже моменты действуют на солнечные батареи всех типов, но с различной интенсивностью.

При повышении температуры производительность любых фотоэлементов панелей снижается.
При частичном затемнении, например, если солнце попадает только на часть панели, а какое-то количество элементов остается неосвещенным, выходное напряжение падает за счет потерь неосвещенных пластин.
Панели, оснащенные линзами для концентрирования излучения, становятся совершенно неэффективными в облачную погоду, так как пропадает эффект фокусирования потока света.
Для достижения высокой эффективности работы солнечной батареи необходим правильный подбор сопротивления нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к приборам или аккумулятору, а через управляющий системой контролер, который обеспечит оптимальный режим функционирования батареи.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей существует ряд недостатков, узнав о которых многие хозяева жилья сразу отказываются от затеи их приобретения и установки.

Для получения достаточного количества энергии необходимо установить весьма большое количество батарей довольно больших размеров. Понятно, что для их размещения потребуются большие площади. Многие собственники частных домов используют для их монтажа солнечную сторону крыши.

Нельзя забывать, что батарея будет работать эффективно, только если ее лицевая сторона будет подвергаться периодической очистке от насевшей пыли, грязи, разводов высохшей дождевой воды. А это значит, что к поверхности необходимо обеспечить удобный и легкий доступ.
Солнечные батареи недостаточно эффективно функционируют в сумерках и совершенно не работают в ночные часы. Чтобы использовать энергию от них в любое время суток необходимо подключение к нескольким аккумуляторам, которые за солнечный период накапливают энергию.
Для большого количества аккумуляторов, если система планируется в качестве основного источника энергии, может потребоваться отдельное помещение.

Солнечная энергия считается экологически чистой, однако сами пластины фотоэлементов содержат в себе такие токсичные вещества, как кадмий, свинец, мышьяк, галлий и т.п. При нагревании конструкции данные вещества могут выделяться не только в окружающую среду, но и проникать в помещения дома, если батареи установлены на крыше или балконе дома. Оптимальным вариантом будет установить систему в отдалении от жилых строений.

При установке батарей на открытой площадке, для более высокой эффективности их работы, систему часто снабжают специальным фотоэлементом, реагирующим на положение Солнца, и поворотным механизмом, который будет поворачивать их вслед за движением светила. Эффективность повышается, но зато возрастает сложность системы и стоимость реализации проекта.
Пока что не приходится говорить о высокой эффективности работы подобных систем. Их КПД составляет в самом лучшем случае 20%, остальные 80% воспринятой поверхностью солнечной энергии уходят на нагрев самой батареи, средняя температура которой может достигать 55÷60 градусов. Как уже говорилось выше, при нагреве фотоэлементов, эффективность их работы падает.
Чтобы предотвратить перегревание батарей, применяют те или иные системы принудительного охлаждения. Например, устанавливаются вентиляторы или насосы, перекачивающие хладагент. Понятно, что такие приборы также требуют электроэнергии, а также периодического обслуживания. Кроме того, они могут значительно снизить надежность работы всей конструкции. Ну а проблема эффективного пассивного охлаждения батарей пока не решается.

Как собрать солнечную батарею в домашних условиях?

Если после изучения представленной выше информации желание заняться изготовлением солнечной батареи не пропало, можно поэкспериментировать, создав и проверив собственное творение. Далее будет подробно рассмотрена сборка панели из монокристаллических пластин.

Монокристаллическая пластина 78×156 мм с двумя токосъемными дорожками на лицевой стороне. Симметрично им, на тыльной стороне пластины линии припаивания шин обозначены фигурными контактными окошками.

В показанном примере домашний мастер собирает панель габаритами 750×960 мм, состоящую из 36 жёстких монокристаллических пластин размером мм. Пластины устанавливаются в четыре ряда, по 9 фотоэлементов в каждом. Между фотоэлементами выдерживается зазор порядка 10÷12 миллиметров.

Солнечные батареи, установлены на балконном ограждении, а также закреплены к его остеклению. Такой монтаж будет актуален, если балкон находится на солнечной стороне дома. Красной рамкой выделена панель, монтаж которой будет показан.

Многие мастера, кроме стекла и пленки, используют еще и обрамление батареи, одевая ее в жесткую раму. Это придает конструкции необходимую прочность и повышает ее надежность.

Если планируется собрать и использовать несколько солнечных батарей, то их соединяют или последовательно — для увеличения напряжения на выходе, или параллельно – так можно добиться более высоких показателей тока и суммарной мощности

Комплекс панелей через контроллер подключается к аккумулятору — накопителю энергии, а уже от него идет распределение на точки потребления, напрямую или через инвертор.

Итак, как можно видеть из представленной информации, батарею вполне можно собрать своими руками. Потребуется наличие некоторых знаний электротехники и монтажа, усидчивость и внимательность.

Возможно, некоторые вопросы по этому поводу снимет размещенный ниже видеосюжет:

Солнечные лучи, как альтернативный источник энергии, приобретают все более широкую популярность среди населения. Особенно это касается жителей частного сектора, постепенно избавляющихся от энергетической зависимости. Однако подобные системы еще довольно дороги и не все могут их приобрести. В таких ситуациях наилучшим выходом становится солнечная батарея изготовленная своим руками из подручных материалов.

Выбор фотоэлементов

Любая солнечная батарея для дома сделанная своими руками, будет в любом случае стоить значительно ниже, чем заводская. У известных производителей производится тщательный отбор фотоэлементов, в процессе которого отсеиваются заготовки, имеющие пониженные или нестабильные показатели. Поверхность готовых изделий покрывается специальным стеклом, снижающим отражение света, отсутствующим в свободной продаже. В производстве применяются многие другие методы исследования пластинок, совершенно не подходящие для домашних условий.

Однако, солнечная батарея своими руками вполне может быть изготовлена, а полученные самоделки обладают хорошей работоспособностью и не столь заметно отличаются от изделий промышленного производства. Зато экономия денежных средств получается практически в два раза, и в определенных условиях делать панели не только целесообразно, но и выгодно.

Следовательно, основная цель на стадии подготовки заключается в правильном выборе наиболее подходящих фотоэлементов. По техническим причинам пленочные или аморфные изделия можно сразу же исключить и остановиться на пластинках их кремниевых кристаллов. В самых первых домашних опытах рекомендуется воспользоваться более дешевыми элементами из поликристаллов и лишь потом переходить к работе с монокристаллическими кремниевыми материалами.

Приобрести фотоэлементы для солнечной батареи возможно на известных зарубежных торговых площадках, таких как Алиэкспресс, Амазон и других. Они находятся там в свободной продаже в виде отдельных пластинок с различной производительностью и габаритными размерами, что позволяет собрать солнечную панель требуемой мощности.

Кроме того, существуют бракованные изделия, относящиеся к так называемому классу В, имеющие различные повреждения в виде небольших сколов и трещин. На производительность это почти не влияет, зато их стоимость значительно ниже, поэтому они чаще всего используются в самодельных гелиосистемах.

Расчет и проектирование

Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.

Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент. Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный. В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.

Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.

Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.

Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности. Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде. Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.

Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м 2 .

Формула для расчета

Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.

Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.

Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью. Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов. В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.

Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.

Выбор места установки

Производительность солнечных панелей во многом зависит от места их установки. Поэтому, перед тем как сделать солнечную батарею своими руками, нужно заранее определиться, где она будет расположена.

Читайте также: