Сонячні батареї своїми руками: принцип роботи пристрою

Сьогодні багато власників заміських будинків зайняті пошуком альтернативних джерел електроенергії. Установка сонячних панелей поступово набирає свою популярність. Однак далеко не всі можуть дозволити придбати дороге устаткування. Тому багато хто задається питанням: як виготовити сонячні батареї своїми руками? Правильна відповідь буде розкритий в даній статті.

Сонячна батарея – пристрій, що перетворює сонячну енергію в постійний електричний струм

Що таке сонячна батарея?

Сонячна батарея – це напівпровідниковий пристрій, що перетворює сонячне випромінювання в електричну енергію. Головним завданням такої системи є надійне, економне і безперебійне електропостачання будинку. Такі пристрої доцільно встановлювати в районах, де існують перебої з подачею від основного джерела електроенергії.

Сонячна електростанція неефективне працює вночі і в похмурі дні, в той час як пік електроспоживання припадає саме на вечірні години

Головними перевагами сонячної батареї є:

проста установка пристрою, яка не вимагає прокладання кабелів до опор;
система не вимагає великих витрат часу на своє обслуговування;
вироблення електроенергії не робить згубного впливу на навколишнє середовище;
конструкція не має рухомих частин;
безшумний режим роботи;
поставка електроенергії не залежить від розподільчої мережі;
тривалий період експлуатації системи при мінімальних витратах.

Недоліки сонячної батареї:

процес виготовлення системи досить трудомісткий;
сонячна панель займає багато місця;
пристрій дуже чутливо до забруднення;
вночі батарея не працює;
ефективність роботи пристрою безпосередньо залежить від погодних умов, а саме від сонячних і похмурих днів.

У зимовий час варто подбати про можливість очищення сонячних панелей від паморозі та снігу

Принцип роботи сонячної батареї

Система працює за допомогою фотоелектричних перетворювачів, які з’єднуються в певній послідовності. Кожен фотоперетворювач складається з двох кремнієвих пластин, які відрізняються типом провідності. Одна покрита фосфором, в результаті чого тут відбувається утворення надлишку негативно заряджених електронів. Інша пластина покрита лісом, що призводить до утворення, відсутніх в шарі негативних зарядів, частинок, так званих «дірок».

Принцип роботи невичерпного джерела альтернативної енергії полягає в наступному: сонячне світло потрапляє на негативно заряджену панель, що призводить до активному утворенню додаткових «дірок» і електронів. На панелі, покритій фосфором, присутній електричне поле, завдяки якому з’являється різниця потенціалів. Позитивно заряджені частинки спрямовуються в верхній шар, а негативно заряджені направляються в нижній. Створюється постійна напруга. Виходить, що один перетворювач працює як батарейка. У ланцюзі виникає постійний струм, коли до нього приєднується навантаження. Кожна батарея покрита тонкими мідними жилками, що відводять струм і направляючими його за призначенням.

Сила струму залежить від певних параметрів:

розміру фотоперетворювача;
рівня інсоляції;
типу фотоелемента;
загального опору приладів, які підключені до сонячної панелі.

Схема підключення та роботи сонячної станції

Різновиди сонячних батарей

Всі сонячні панелі можуть бути кремнієвими або плівковими. Панелі, основою для яких служить кремній, поділяються на типи:

полікристалічні;
монокристаллические;
аморфні.

Полікристалічна сонячна батарея являє собою квадратне пристрій темно-синього кольору. Її поверхня має вкраплення неоднорідних кристалів кремнію. Незважаючи на низький ККД 18%, даний пристрій має можливість виробляти струм під час похмурої погоди, що робить їх незамінними в місцевостях, де переважає розсіяне сонячне світло.

Монокристалічні перетворювачі сонячної енергії представлені чорними панелями зі скошеними кутами, для яких використовується чистий кремній. Всі осередки пристрої направлені в одну сторону, що дозволяє отримати максимальний ККД 25%. Недоліком таких батарей є те, що їх лицьова сторона завжди повинна бути звернена до сонця. Якщо воно не встигло зійти, сховалося за хмарами і опустилося за обрій, сонячні панелі будуть виробляти струм слабкої потужності. Це найдорожчий, але і забезпечує максимальну продуктивність, тип пристрою.

Гнучка сонячна панель зручна в роботі – її легко можна прикріпити на нерівні ділянки даху

Кожна аморфна батарея складається з безлічі найтонших шарів кремнію, які виходять шляхом напилення найдрібніших частинок матеріалу на скло, пластмасу або фольгу. Такі шари досить швидко вигорають, що вже через півроку призводить до падіння ефективності роботи пристрою на 15-20%. ККД таких перетворювачів становить всього 6%. Вони є найдешевшими і здатні працювати навіть в похмуру погоду. Однак максимальний термін їх служби складає 2 роки.

В основі плівкових батарей лежить не тверда підкладка з металу або скла, а полімерна плівка. Тому вони випускаються в рулонах, що дозволяє розстелити батареї на великих площах. Завдяки своїй конструкції, їх можна розрізати на різні за формою і розміром частини, розмістити сонячні батареї на дах будинку з плавними вигинами. Вони компактні і легкі. Рулонний панель обійдеться значно дешевше, ніж кремнієва, для виготовлення якої використовується дорогий матеріал. Однак такі моделі менш потужні. Придбати їх сьогодні досить непросто, оскільки виробництво тільки розвивається.

Всі сонячні батареї, незалежно від типу пристрою, оснащуються контролерами, які стежать за ступенем заряду панелі. Вони перерозподіляють отриману енергію, спрямовуючи її до джерела споживання безпосередньо або зберігаючи в акумуляторі.

Встановлювати стаціонарні сонячні панелі варто тільки з сонячної сторони будинку

Сонячні батареї для приватного будинку

Така альтернатива традиційному електропостачання досить практична. До того ж ціна пристрою істотно відрізняється від вартості електроенергії. Виготовивши сонячну батарею для будинку своїми руками, господар зможе оптимізувати електроспоживання і тим самим знизити власні грошові витрати. Багато хто хоче заздалегідь розуміти, у скільки обійдеться установка сонячних батарей для приватного будинку. Для цього необхідно провести попередні розрахунки, де визначається необхідна потужність обладнання і умови його функціонування.

Починати слід з розрахунку кількості споживаної енергії, яка необхідна для забезпечення житла. Створюючи повноцінну станцію, варто орієнтуватися на батареї в 150-250 Вт, для дачного будиночка достатньо буде панелей в 50 Вт.

Тепер слід підрахувати загальну потужність всіх електроприладів з урахуванням часу роботи на добу. Отримана величина є мінімальною потребою в електроенергії для даного домоволодіння.

Сонячні панелі – це альтернативний спосіб отримання електроенергії, який дозволить відмовитися від послуг комунальної електростанції

Дана величина є основою для подальшого визначення кількості сонячних панелей і числа допоміжного обладнання, до якого відносяться акумулятори, інвертори та контролери.

Корисна порада! До загальної потреби в електроенергії варто додати ще 20%, що витрачається в самих акумуляторах.

Важливим аспектом є інсоляція, т. Е. Кількість сонячної енергії, яке потрапляє на окрему одиницю площі панелей. Ця величина є індивідуальною для кожного конкретного регіону. Отримати її можна в спеціальній літературі або на спеціалізованих метеорологічних сайтах.

Енергетична норма ділиться на значення інсоляції. Отриману цифру необхідно розділити на загальну потужність сонячної установки. Отримане значення є кількістю необхідних батарей. Тут важливо отримати максимальне число панелей. Адже в різні місяці кількість сонячного світла буде різним.

Перед установкою сонячної станції варто переконатися, що вона зможе покрити потреби всіх приладів в будинку

Корисна порада! Оскільки інсоляція постійно змінюється, розрахунки слід проводити щомісяця.

Наприклад, якщо необхідно дізнатися, скільки потрібно сонячних батарей для дому 100 кв.м., де станція буде живити лампочки освітлення, ноутбук, телевізор, супутникову антену, мікрохвильову піч та електроплиту, слід виконати всі вищевказані розрахунки. В результаті потужність сонячної станції буде приблизно дорівнює 1000 Вт, що передбачає використання 4 сонячних панелей потужністю по 250 Вт.

Панель необхідно розташовувати на південній частині даху, яка повинна бути в ідеальному стані і здатна витримати грунтовний вантаж. Тут поблизу не повинно бути дерев чи інших об’єктів, які створюють тінь.

Така система може бути використана не тільки для електропостачання. Більшої популярності набуває опалення сонячними батареями приватного будинку. Це дозволяє уникнути дорогої послуги, пов’язаної з централізованим газопостачанням, позбутися залежності від комунальних підприємств, і отримувати цілорічне тепло протягом тривалого терміну служби сонячної електростанції.

Принцип дії сонячної станції, з’єднаної з опалювальним елементом в будинку

Установка такої системи доцільна лише для тих регіонів, де сонце світить не менше 20 днів на місяць. Якщо сонця недостатньо, щоб система забезпечила повне опалення будинку, її можна використовувати як додатковий безкоштовний джерело. Правильно підібрана система з сонячних батарей для опалення будинку окупить себе через 3-4 роки.

Сонячні батареї для дому: відгуки споживачів

Завдяки численним позитивним відгуками про альтернативне джерело електроенергії вдається розвіяти міфи, які турбують потенційних бажаючих встановити сонячні батареї.

Багато людей думають, що таке дороге устаткування себе не окупить протягом усього періоду служби установки. Однак, як показує практика, при правильній установці сонячних панелей з дотриманням всіх правил можна забезпечити приватний будинок електроенергією як мінімум на 25 років. А вартість обладнання окупиться вже через 3-4 роки.

Варто зазначити, що відгуки споживачів сонячної електроенергії в більшій мірі позитивні

Наступний міф має на увазі неефективну роботу сонячних батарей в похмуру погоду або в зимовий період часу. Однак думки споживачів сходяться воєдино в тому, що максимальну активність геліоколектори здатні проявити під час перебування сонця в зеніті в безхмарну погоду. Але, коли сонце ховається за хмари, робота панелей буде відбуватися, але не в повному обсязі. Установка повністю перестає працювати вночі, коли сонячне світло відсутня повністю.

Противники сонячних батарей стверджують, що геліоколектори досить крихкі і не здатні витримати різні навантаження, створювані природою. Однак відгуки споживачів доводять зворотне: сонячна панель здатна витримати навіть великий град.

Стаття по темі:

Сонячні батареї для дому: вартість комплекту і доцільність встановлення

Пред’являються технічні вимоги для встановлення сонячних батарей. Особливості вибору і установки. Огляд виробників.

Наступний міф стосується снігу, який може перекрити доступ світла до системи. Однак тут небезпеку несе паморозь, за яку буде чіплятися сніг і створювати перешкоди. Щоб цього уникнути, можна розташувати батареї на будинку вертикально, тоді можна уникнути великої кількості змінного світла.

І останній міф стосується китайського виробництва сонячних батарей. Незважаючи на досить солідний асортимент продукції, що випускається, фабрики в Китаї часто виробляють високоякісний товар. Особливо це стосується виготовлення геліоколекторів і теплових трубок, виробництво яких на 90% зосереджено саме в Китаї. Ця продукція має високі технічні характеристики і сертифікована не тільки в своїй країні, але і в Німеччині.

Численні позитивні відгуки в мережі Інтернет доводять, що альтернативне джерело електроенергії хороший не тільки для приватного будинку. Багато успішно використовують сонячні батареї для квартири, які встановлюють на балкон. Їх можна закріплювати безпосередньо на склі або в рамі скління, яка буде виконувати роль тонування.

Деякі користувачі стверджують, що сонячна станція може покрити повністю всі витрати електроенергії – починаючи від дрібних побутових приладів і закінчуючи системою опалення та нагріву води

Комплекти сонячних батарей 3 кВт на дачу від 60000 рублів

На дачі, як правило, знаходяться електричні прилади невеликої потужності, де потрібно обмежена кількість батарей і мала періодичність їх використання. Якщо на дачі відсутнє централізоване електропостачання, тоді доцільно встановити комплект сонячних батарей, який буде безкоштовно генерувати електроенергію. Однак щоб отримати таке безоплатне задоволення спочатку доведеться витратитися на покупку необхідних матеріалів, вартість яких окупитися тільки через кілька років.

Для виробництва 1 кВт електроенергії необхідний комплект продуктивністю понад 200 Вт. Згідно з численними відгуками сонячні електростанції для будинку на дачі продуктивністю 800 Вт здатні забезпечити повне автономне електропостачання об’єкта. Вартість такої системи обійдеться від 80000 руб.

Стандартний комплект сонячної електростанції для дачі складається з панелей на 200 Вт, контролера заряду 40 А, інвертора потужністю 3 кВт, двох акумуляторів на 200 А і інших допоміжних деталей. Ціна такого комплекту починається від 60000 руб., А приблизний термін окупності становить 3-5 років. Однак це найвигідніший спосіб отримання електроенергії для об’єктів без централізованого електропостачання. Він менш витратний, ніж використання дизельного генератора.

Складові сонячної станції

Згідно відгуками власників, сонячні батареї для дому на дачній ділянці краще укомплектовувати двома або чотирма модулями потужністю 200 В кожен. Це залежить від кількості споживачів енергії, тривалості та періодичності їх використання. Якщо потужності недостатньо, її можна наростити, додаючи сонячні панелі.

Багато набувають такий комплект для приватного сектора, де є централізоване електропостачання, як додаткове джерело енергії. Численні відгуки про сонячних батареях для дому свідчать, що в цьому випадку можна істотно заощадити на оплаті рахунків за електроенергію.

Як виготовити сонячні батареї своїми руками

Коли немає можливості придбати готову сонячну станцію, можна створити її своїми руками. Тут існує два варіанти: придбати готові модулі і підключити їх до акумулятора з інвертором або спаяти панель самостійно. Перший спосіб збирання швидкий, проте дорожчий. Другий варіант вимагає певної майстерності збирача, який повинен бути гранично обережний з крихкими фотоелементами.

Чотири сонячні пластини виробляють в цілому 2 В електроенергії

Для створення сонячної батареї для дому своїми руками необхідно підготувати певні матеріали.

Першим головним складовим для створення сонячних батарей є набір якісних фотоелементів. Сьогодні можна придбати елементи з полікристалічного або монокристалічного кремнію. Більш популярними є останні фотоелементи, які ідеально підходять для домашнього енергопостачання.

Корисна порада! Всі необхідні для складання елементи варто купувати в одного виробника. Оскільки матеріали різних торгових марок істотно відрізняються, що ускладнить процес побудови тієї конструкції.

Для з’єднання фотоелементів потрібно комплект спеціальних провідників. Для виготовлення корпусу майбутньої батареї підійдуть алюмінієві куточки, стійкі до атмосферних впливів. Розмір корпусу залежить від кількості фотоячеек. В якості зовнішнього покриття фотоелементів краще використовувати прозорий полікарбонат або оргскло, які перешкоджають проникненню інфрачервоних променів. В якості додаткових матеріалів знадобляться кріпильні металовироби, мідні дроти, діоди Шотткі, силіконові вакуумні підставки і комплект гвинтів для кріплення.

Сонячну батарею можна зібрати з підручних матеріалів, але ефективність такої батареї буде не висока

Крім ФЕП, необхідно купити інвертор 12 В на 200 В для будинку, який перетворює постійний струм в змінний. Для накопичення і повільного витрачання електроенергії необхідна пара гелевих або AGM акумуляторів. Не менш важливим елементом є контролер, необхідний для відключення батареї від акумулятора під час його повного заряду і її включення для отримання нової порції електрики.

Можна також зібрати сонячну батарею своїми руками з підручних засобів. Для цього підійдуть діоди, фольга або транзистори. Робота сонячної батареї з діодів відбувається в результаті виникнення під прямими сонячними променями напруги близько 2,5 В. Однак, коли сонця недостатньо цей показник починає стрімко падати, і діоди вже самі починають споживати енергію. Використання такої батареї малоефективно.

Пристрій з фольги більше підходить для виробництва теплової енергії. Також, фольга є ідеальним матеріалом для підкладки ФЕП. Найефективнішою є сонячна батарея, зібрана з транзисторів. Чим більше їх кількість, тим вище потужність пристрою. Верхню частину кожного транзистора необхідно зрізати, висипати порошок. Висновком пристрої служать контакти. Така батарея розрахована на харчування зарядки телефону. Для більш серйозних заходів її потужності недостатньо.

Сонячну станцію можна вважати довгостроковим вкладенням коштів, яке окупиться і в майбутньому буде приносити прибуток

Сонячні батареї для дому своїми руками: покрокова інструкція для виготовлення

Після того, як всі необхідні елементи приготовлені, можна приступати до збірки конструкції, яка складається з наступних етапів:

Створення каркаса з алюмінієвих куточків з невисокими бортиками і металовиробів, розмір яких залежить від кількості перетворювачів і їх площі. Тут слід врахувати відстань між ФЕП не менше 5 мм.
На внутрішні межі рейок слід нанести герметик.
Укласти на каркас лист з прозорого матеріалу, щільно прижилися його до клейовому контуру.
Після повного висихання герметика за допомогою метизів скріпити раму і прозору поверхню.
Помістіть на плоску поверхню все фотоелементи батареї «мінусовій» стороною вгору.
За допомогою паяльного інструменту до кожного ФЕП приєднуються провідники однакової довжини. Це зручніше за все робити, коли модуль розташовується на склі.
Всі елементи послідовно з’єднуються між собою у вигляді “змійки”.
Крайні контакти необхідно припаяти до шини (сріблення широкому провіднику).
Для запобігання зниженню якості освітлення в темний час доби необхідно створити «середні точки» за допомогою шунтуючих діодів, які встановлюються на плюсової клеми. Для цього підійдуть діоди Шотткі.
Укласти на прозору площину фотоелементи з провідниками.
Змастити всі ФЕП, що виводяться і з’єднують дроти силіконовим клеєм.
Закрити конструкцію задньою панеллю.
Підключити сонячну панель до акумулятора, контролера заряду сонячної батареї і инвертору.

Проста схема підключення сонячної панелі

Корисна порада! Щоб між навантаженням і окремими елементами батареї не виникало короткого замикання необхідно встановити запобіжники.

Практично кожен домовласник прагне отримати безкоштовну електроенергію. Установка сонячних батарей є найбільш прийнятним варіантом. За допомогою цього пристрою можна створити основний (без централізованого електропостачання) і додаткове джерело отримання електричної енергії. Система є екологічно чистою і надійної в використанні. Головний мінус – дороге устаткування. Однак його вартість окупиться вже через 3-5 років.