Сонячні батареї своїми руками, будівельний портал

Одним з найбільш практичних джерел альтернативної енергії вважається сонячна батарея. Вона здатна накопичувати і перетворювати світло в електрику навіть в умовах хмарності. Проте, її вартість не дозволяє вітчизняному споживачеві перейти на незалежне електропостачання. Рішення - саморобна сонячна батарея.

Зміст:

Пристрій сонячної батареї

Відносно сонячної батареї, як не можна до місця, фраза все геніальне - просто. Пристрій складається з двох елементів:

• блоків перетворювачів;
• корпусу батареї.

Все інше - це контакти, мікросхеми та додаткові гаджети, які потрібні виключно для збільшення функціональних можливостей сонячної батареї.

Блок перетворювач - це кремнієва пластина, яка виготовлена ​​або монокристалічним, або полікристалічним методом. Перший варіант, більш ефективний, другий - дешевший.

Корпус батареї, як правило, виготовляють з пластика. Це звичайна плита, до якої кріпляться блоки перетворювачі.

Електрична схема сонячної батареї

Правильне підключення блоків перетворювачів - це головна запорука успішної роботи сонячної батареї. При паралельному підключенні збільшується сила струму, при послідовному - напруга. Для того, щоб обидва ці параметра були максимальними, використовують паралельно-послідовне підключення.

Від перегрівання і перегорання контактів при понад навантаженнях захищають діоди, по одному на кожну чверть фотоелемента. Якщо діодів немає, то блок перетворювач вийде з ладу після першого дощу.

Так як напруга і сила струму на сонячній батареї не відповідають параметрам побутової техніки, необхідно здійснити накопичення і перерозподіл електроенергії. Для цього підключаються два акумулятора. Перший, є накопичувальним, другий - резервним.

Наявність двох акумуляторів пояснюється тим, що в гарну сонячну погоду зарядка йде досить швидко, тому необхідно кудись дівати надлишкову енергію. За процесом стежить спеціальний контролер, зроблений за принципом реостата. При досягненні 80-90% заряду основного акумулятора, контролер переводить подачу електрики на додатковий.

Важливо: принцип роботи описаний поверхово, оскільки для створення саморобної сонячної батареї особливого значення не має.

Принцип сонячної батареї: як це працює

Блоки перетворювачі або фотоелемнти - це кремнієві пластини. Кремній або силіцій - це морський пісок, вірніше це речовина найбільш відповідає чистому силіцію за хімічним складом. Пісок, має ту ж атомну решітку, що і алмаз. Крихкість матеріалу пов'язана з більш довгим відстанню між атомами. Саме ця схожість дозволила істотно здешевити технологію виробництва сонячних батарей і запустити її на конвеєр.

У чистому вигляді, кремній є напівпровідником, тому його кристалізують. Полікристали виготовити простіше, але вони мають значно більше граней, в результаті чого електрони не можуть рухатися прямолінійно. Монокристал забезпечує прямолінійне поступальний рух частинок. Крім того, електропровідність підвищується додаванням в кристалічну решітку атомів миш'яку або фосфору.

Ще одна цікава властивість силіцію - він невидимий для інфрачервоного випромінювання. Таким чином, фотоелемнти поглинають тільки корисну частину сонячного спектра.

Перетворення світла проходить за наступним принципом:

• сонячна енергія потрапляє на кремнієві пластини;
• вони нагріваються і вивільняють електрони;
• електрони починають активний рух від пластин по провідникам;
• провідники заряджають акумулятор.

Конструкція сонячних батарей

Переходячи від теорії до практики, насамперед, необхідно виконати розрахунки та визначити кількість блоків перетворювачів. Для цього необхідно визначити потужність сонячного світла. На вході в атмосферу вона становить близько 1300 Вт / м², але біля землі, особливо в хмарну погоду, рідко перевищує 200 Вт / м², при цьому слід розуміти, що близько 40% спектра - марна інфрачервоне випромінювання, тобто реальна потужність всього 120 Вт / м². У сонячну погоду, коли сонце в зеніті, потужність зростає до 500-600 Вт / м², але закладатися на такі високі показники не варто, тому будемо вважати по мінімуму.

Інтенсивне сонячне випромінювання протягом року становить в середньому 9 годин. Отже, сонячна батарея площею 1 м² за день виробляє 120 * 9 = 1 кВт електроенергії. При цьому потрібно врахувати ще і ККД, максимальне - 25%. Таким чином, за добу з сонячної батареї площею 1 м² можна отримати близько 0,3 кВт електроенергії. Якщо на дворі стоїть сонячна погода, то близько 0,6 кВт.

Далі необхідно розрахувати кількість споживаної енергії за день. Для цього потрібно розділити попередні показання лічильника на 30. Тобто якщо в минулому місяці було витрачено 300 кВт, то витрата в день складе 10 кВт на добу. Щоб повністю забезпечити такий будинок електроенергією буде потрібно приблизно 20 м² сонячних батарей.

Важливо: для якісного та безперебійного електропостачання знадобляться дорогі акумулятори для сонячних батарей. Ця обставина пояснюється не тільки великою ємністю, але і стійкістю електроліту до постійного режиму зарядки-розрядки.

Виробництво сонячних батарей

Процедура самостійної збірки не вимагає особливих навичок і зводиться до виконання простої інструкції:

1. Виготовити основу для фотоелементів.

2. Підготувати основу до несприятливих факторів навколишнього середовища.

3. Закріпити блоки перетворювачі.

4. З'єднати блоки проводами.

5. Захистити фотоелементи за допомогою установки скляної кришки.

6. Підключити вихід до акумулятора.

Дерев'яна основа виготовляється зі звичайної фанери не менше 4 мм в товщину. Вирізається підставу, розміри якого залежать від кількості та розмірів фотоелементів. По краю підстави встановлюється захисна гарда або бортик. Такий же бортик повинен бути по периметру кожного фотоелемента. Краще, якщо він буде виготовлений з рейки або дерев'яного масиву.

В одержані квадратиках потрібно просвердлити дірки під контакти. Залежно від розмірів фотоелементів, їх число дорівнює 4, 6 або 8. Для свердління краще використовувати свердло в 6 або 8 мм, щоб отвір був досить великим і контакти не стикалися з деревом. В ідеалі кожен отвір бажано обробити рідкої гумою або бітумом. Це виключить можливість загоряння.

Далі заготовку потрібно обробити захисними антисептиками, прогрунтувати і пофарбувати. Фарба, як не складно здогадатися, повинна бути білою, щоб не розсіювати сонячну енергію. Крім того, акрілосодержащіе фарби краще не використовувати, оскільки вони схильні до руйнування під впливом прямих сонячних променів.

Блоки перетворювачі кріпляться або на клей, але в такому випадку їх повторного використання буде неможливо, або вставляються в спеціальні засувки. Якщо розмір сонячної батареї невеликий, до 1 м², допускається фіксація фотоелементів без додаткового кріплення.

Наступний крок - з'єднання всіх контактів. Робити це можна або паралельно, або послідовно. Так як змішана схема передбачає наявність додаткового дорогого обладнання і на реальне ККД впливає досить опосередковано. Для з'єднання контактів потрібен паяльник і якісний припій, краще, якщо це буде срібло.

Порада: працювати з сонячними батареями набагато зручніше за допомогою газових паяльників, оскільки вони забезпечують більше мобільності.

Коли конструкція готова, її необхідно захистити від попадання вологи і сміття. Для цього підійде ударостійке оргскло. Установка сонячних батарей передбачає мінімальну участь в процесі перетворення і накопичення електроенергії, тому на захисному коробі економити не варто. Спосіб фіксації - молекулярний клей.

Порада: подібне клейкі речовини краще купувати в вузькопрофільних, спеціалізованих магазинах, оскільки в будівельних гіпермаркетах, і тим більше, на ринку, знайти справжній молекулярний клей практично неможливо.

Акумулятор має два полюси, важливо підключити фотоелементи так, щоб полюсність була однаковою. Інакше, сонячна батарея спалить акумулятор.

Ще один принциповий момент підключення сонячних батарей - вольтаж. Напруга на виході має бути на 30-40% більше, ніж напруга на акумуляторі, інакше процес зарядки не піде. Ця обставина є головним мінусом будь сонячної батареї. Єдине рішення проблеми - установка трансформатора, який буде вирівнювати напругу від акумулятора до електромережі. При цьому не варто забувати, що близько 30% електроенергії будуть втрачені.

Система сонячних батарей

Описана інструкція має рацію по відношенню до однієї сонячної батареї, але для забезпечення будинку електрикою знадобиться кілька таких виробів. Щоб визначити, як пов'язувати між собою окремі сонячні батареї, необхідно для початку визначитися з порядком їх роботи. Варіанти є два:

• кілька малоємкі акумуляторів, які подають струм на трансформатор;
• один потужний акумулятор.

Схема підключення сонячних батарей від декількох акумуляторів, також, має свої варіації:

• кожен окремий акумулятор живить конкретний прилад;
• всі акумулятори передають електрику на трансформатор, який забезпечує електрикою будинок.

Перший варіант кращий, оскільки дозволяє зменшити навантаження на окремо взятий акумулятор. Для реалізації такої схеми сонячна батарея і прилад підключаються до джерела живлення безпосередньо. При використанні трансформатора необхідно створити стаціонарну електророзводку. Цей варіант більш актуальний для потужних акумуляторів.

Застосування на практиці

З огляду на, що вартість нових фотоелементів починається від 900 руб. за штуку, а для складання однієї батареї їх потрібно не менше 30, стає очевидним - альтернативна енергетика є дуже дорогим задоволенням. Певним виходом стане придбання б / у елементів сонячних батарей. Це знизить вартість мінімум удвічі.

Для виготовлення батареї площею 1 м², при використанні стандартних фотоелементів, знадобиться 60 шт. кремнієвих пластин. Вартість однієї батареї 60 * 900 = 54 000 руб. Тобто для повного переходу на незалежне електроживлення знадобиться вкласти понад мільйон рублів.

Через такий дорогий вартості, сонячні батареї застосовуються тільки в якості допоміжного електроживлення. Найбільш часто зустрічається освітлення на сонячних батареях. І цьому є цілком логічне пояснення.

При використанні енергозберігаючих ламп на 20 або 40 В, досить зібрати невелику батарею, ціна якої, разом з акумулятором і додатковими матеріалами, буде близько 30 000 руб. Цією батареї з лишком вистачить, щоб забезпечити освітлення не тільки всередині будинку, але і на вулиці. Замість стандартних вимикачів, встановлюють светореагірующіе тумблери, які автоматично вмикають освітлення при зниженні інтенсивності сонячного світла. У будинку краще встановити стандартні вимикачі або диммери.