Как сделать солнечную батарею своими руками

Как сделать солнечные батареи в домашних условиях

Солнечную батарею в качестве источника питания для бытовых нужд может сделать практически каждый. Для этого нужно сделать расчет требуемой мощности (производительности) батареи, подготовить нужные материалы и инструменты, выбрать подходящее место для установки, собрать свою «мини-электростанцию» и установить ее.

Материалы и инструменты для работы

В процессе изготовления потребуются:

ячейки из фотоэлементов (лучше, если сразу припаяны проводники);
алюминиевый уголок (80 мм) или профиль;
диоды Шоттки;
силиконовый герметик;
проводники;
шурупы;
поликарбонат или оргстекло (лучше всего подойдет прозрачное антибликовое стекло);
ДСП или влагостойкая фанера;
паяльник;
амперметр (тестер);
ножовка.

Для определения их количества, нужно рассчитать мощность будущей панели, для чего учесть потребность энергии в сутки, уточнить среднюю продолжительность светового дня на местности.

Затем следует посчитать вес и размеры будущей панели (чтобы выдержала крыша).

Место для установки солнечной панели нужно выбрать без затенения, перпендикулярно падающим солнечным лучам. Лучший вариант, чтобы панель могла изменять свое положение в зависимости от перемещения солнца и изменения угла падающих лучей.

Пошаговая инструкция по монтажу солнечной батареи

Изготовление корпуса-каркаса. Из алюминиевых уголков собрать и склеить герметиком рамку. Снизу закрепить фанеру или ДСП с подготовленными бортами (высота бортика примерно 2 см) и просверленными отверстиями (расстояние между которыми примерно 10 см). Сделать вывод для проводов.
Сборка ячеек. При сборке к фотоэлементам нужно относиться крайне бережно, они очень хрупкие! На прозрачную основу выкладываются ячейки синей стороной вниз на расстоянии около 0,5 см друг от друга (на случай расширения от температуры) и наносится разметка. Закрепить преобразователи последовательно – если нужно большее напряжение, или параллельно – если нужен больший ток. К плюсовому проводнику подключить диод Шоттки, чтобы аккумулятор не разрядился ночью (без солнечного света). Аккуратно спаять все элементы цепи между собой. Протестировать.
На заднюю часть спаянных фотоэлементов (не на синюю!) нанести герметик и аккуратно приклеить синей стороной вверх всю цепь по разметке. Протестировать.
Произвести герметизацию фотоэлементов либо способом полной заливки, либо только между фотоэлементами.
Закрепить конструкцию саморезами в корпусе.
На конструкцию аккуратно поставить груз, чтобы вышел лишний воздух.
Установить изделие на выбранное и подготовленное место.

На какую мощность можно рассчитывать

Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое батарея способна выдать в единицу времени. Теоретически возможная мощность характеризуется солнечной постоянной – 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена на экваторе при 250 °С и обозначает количество энергии, прошедшее через земную атмосферу и падающее вертикально на земную поверхность в солнечный день. КПД солнечного элемента 16%. Это значит, что с одного квадратного метра можно получить в лучшем случае около 160 Ватт электричества. На практике достичь такой величины мощности невозможно.

Расчёт солнечной электростанции должен учитывать поправки на сезонные условия, длительность дня в данной точке планеты и другие природные факторы.

ФОТО: avatars.mds.yandex.netСолнечная панель, собранная из фотоэлементов

Дополнительное оборудование тоже потребляет электрическую энергию. Корректный расчёт требуемого количества солнечных панелей можно сделать и по формулам, и по онлайн-калькулятору. А ещё можно изучить опыт соседей, которые уже смонтировали солнечную электростанцию.

Сборка представленной на рис. 3 батареи проводилась из 36 пластинок размером 80 х 150 мм. Производительность каждой пластинки по 2,1 Вт, общая мощность прибора 76 Вт.

Солнечная батарея – что это такое?

Устройство солнечной батареи основано на способности фотоэлементов преобразовывать солнечную энергию в электричество. Соединенные в общую систему, эти преобразователи создают многоячеистое поле, каждая ячейка которого под воздействием солнечной энергии становится источником электрического тока, который затем аккумулируется в специальных устройствах – аккумуляторах. Разумеется, что мощность такого устройства тем выше, чем больше данное поле. То есть чем больше в нем фотоэлементов, тем большее количество электроэнергии оно способно произвести.

Но это не значит, что только огромные площади, на которых возможна установка солнечных батарей, могут обеспечить необходимой электроэнергией. Существует множество гаджетов, которые имеют возможность работать не только от привычных всем автономных источников питания – батареек, аккумуляторов – но и использовать энергию солнца. В конструкции таких приборов вмонтированы портативные солнечные батареи, дающие возможность как подзаряжать устройство, так и работать автономно. Например, обычный карманный калькулятор: в солнечную погоду, положив его на стол, можно обеспечить подзарядку батареи, что продлевает срок ее службы на долгие годы. Существует масса различных устройств, где такие батареи используются: это и ручки-фонарики, и фонарики-брелоки и т. д.

На дачных и загородных участках в последнее время стало модным использовать для освещения фонарики на солнечных батареях. Экономичное и несложное устройство обеспечивает освещение вдоль садовых дорожек, на террасах и во всех необходимых местах, используя электроэнергию, накопленную в светлое время суток, когда светит солнце. Экономные лампы освещения способны расходовать эту энергию достаточно долгое время, что и обеспечивает большой интерес к таким устройствам. Освещение на солнечных батареях используется и в домах, коттеджах, а также подсобных помещениях.

Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти

Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.

Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний

Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.

Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.

Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках

Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.

Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим

Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.

Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов

Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.

Расчеты и проект

Устройство солнечной панели своими руками — несложная задача, главное, подойти к ее выполнению ответственно. Чтобы изготовить солнечную панель своими руками, следует подсчитать дневное потребление электроэнергии, затем узнать среднесуточное солнечное время в вашей местности и рассчитать нужную мощность. Таким образом, станет понятно, сколько ячеек и какого размера нужно приобрести. Ведь как было сказано выше, генерируемый ячейкой ток зависит от ее габаритов.

Зная необходимый размер ячеек и их количество, нужно рассчитать габариты и вес панели, после чего необходимо выяснить выдержит ли кровля или другое место, куда планируется установка солнечной батареи, задумываемую конструкцию.

Устанавливая панель, следует не только выбрать самое солнечное место, но и постараться закрепить ее под прямым углом к солнечным лучам.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

2 «крокодильчика»;
медная фольга;
мультиметр;
соль;
пустая пластиковая бутылка без горлышка;
электрическая печь;
дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки

Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Классификация фотоэлектрических модулей

Сегодня производство солнечных батарей идёт двумя параллельными путями. С одной стороны на рынке присутствуют фотоэлектрические модули, созданные на основе кремния, а с другой — плёночные, созданные с использованием редкоземельных элементов, современных полимеров и органических полупроводников.

Популярные сегодня кремниевые фотоэлементы подразделяются на несколько типов:

монокристаллические;
поликристаллические;
аморфные.

Для использования в самодельных солнечных батареях лучше всего использовать модули из поликристаллического кремния. Хоть КПД последних и ниже, чем у монокристаллических элементов, но зато на их работоспособность не так сильно влияет загрязнённость поверхности, низкая облачность или угол падения солнечных лучей.

Что же касается батарей из аморфного кремния, то они ещё менее зависимы от погодных условий и за счёт своей гибкости практически не подвержены риску повреждений при сборке. Тем не менее использование их в собственных целях ограничивается как достаточно низкой удельной мощностью на 1 квадратный метр поверхности, так и по причине высокой стоимости.

Кремниевые солнечные элементы представляют собой самый распространённый класс электрических фотопластин, поэтому они чаще всего используются для изготовления самодельных устройств

Появление плёночных фотоэлектрических модулей обусловлено как необходимостью в снижении стоимости солнечных батарей, так и потребностью получить более производительные и долговечные системы. Сегодня промышленность осваивает выпуск тонких гелиоэлектрических модулей на основе:

теллурида кадмия с КПД до 12% и стоимостью 1 Вт на 20–30% ниже, чем у монокристаллов;
селенида меди и индия — КПД 15–20%;
полимерных соединений — толщина до 100 нм, с КПД — до 6%.

О возможности использования плёночных модулей для постройки электрической солнечной станции своими руками говорить пока ещё рано. Несмотря на доступную стоимость, изготовлением теллуридо-кадмиевых, полимерных и меде-индиевых фотоэлементов занимаются лишь отдельные компании.

Такие достоинства плёночных фотоэлементов, как высокий КПД и механическая прочность позволяют с полной уверенностью говорить, что за ними — будущее солнечной энергетики

Хоть в продаже и можно найти батареи, созданные по плёночной технологии, в большинстве своём они представлены в виде готовых изделий. Нам же интересны отдельные модули, из которых можно построить недорогую самодельную солнечную панель — на рынке они пока ещё в дефиците.

Сводные данные по КПД солнечных элементов, которые выпускаются промышленностью, представлены в таблице.

Таблица: КПД современных солнечных батарей

Тип фотоэлемента	Коэффициент полезного действия, %
Монокристаллический кремний	от 17 до 22
Поликристаллический кремний	от 12 до 18
Аморфный кремний	от 5 до 6
Теллуридо-кадмиевые	от 10 до 12
На основе селенида меди-индия	от 15 до 20
Полимерный	от 5 до 6

Самодельная солнечная батарея своими руками – пошаговая инструкция

Последовательность действий при создании модуля следующая.

1. Спайка контактов.

Для того, чтобы панель работала как единое целое, на все кремниевые элементы необходимо припаять контакты:

Для каждой фотоэлектрической пластинки готовим два металлических проводника

Нарезаются они из полос, используя шаблон из картона, длина которого примерно вдвое больше, чем размер ячейки.
Предварительно место пайки обрабатывается кислотой с целью обезжиривания.
Припаивание нужно осуществлять предельно осторожно и аккуратно из-за хрупкости тонких полупроводниковых пластинок.
Желательно использовать припой уже с канифолью, помещенной внутрь пустотелой трубочки.

2. Рамка.

Самодельная солнечная батарея помещается в прямоугольный каркас из деревянных реек или алюминиевого профиля.

Высота будущих бортов должна составлять от 7 до 9 см.
Скрепляются все четыре элемента саморезами.
Углы должны равняться строго 90 градусам.
На внутреннюю часть рамки равномерным слоем наносится герметик – особенно тщательно в области углов.

3. Основание.

Выполняется из ровной плиты – обычно ДСП.

Вдоль краев по периметру саморезами крепятся рейки высотой около 2 см – будущий «бортик».
Через каждый 10 см в плите просверливаются ряды отверстий для вентиляции.
Размер основания подбирается так, чтобы в полученный ящик точно легла рамка.

4. Сборка каркаса.

Производится последовательное укладывание слоев.

В рамку вкладывается прозрачный лист из стекла или полимера.
Фиксируем его метизами – 4 по углам, по 2 на длинных сторонах и по 1 на коротких.
Крепим метизы саморезами.

5.Сборка и проверка модуля на работоспособность.

Самодельная солнечная батарея своими руками на завершающем этапе формируется так:

Прозрачная основа размечается карандашом в виде «сетки» под места укладки элементов, тщательно протирается и обезжиривается с помощью спирта.
На подготовленное основание строго по разметке раскладываются элементы с припаянными контактами рабочей (синей или черной) стороной вниз. Примерное расстояние между ячейками со всех сторон должно составлять 3 мм.
Начинаем соединять между собой ячейки. Для этого очень аккуратно спаиваем вместе правый, отрицательный контакт одной пластинки с левым, положительным.

Работа выполняется слева направо, рядами сверху вниз.
Когда все элементы окажутся соединенными вместе, в центр каждого наносим немного герметика.
Переворачиваем первый ряд рабочей стороной вверх и предельно аккуратно прижимаем к основанию по разметке.
Крайние элементы припаиваем на шину – широкую серебряную полосу – «плюс» к «минусу».

Тестируем цепочку на работоспособность с помощью амперметра. Осуществляется тестирование под ярким солнцем в середине дня, при размещении рабочих поверхностей перпендикулярно направлению солнечных лучей. Такое оптимальное положение должно соответствовать току порядка 5-10 ампер. У фабричных модулей данный показатель на 15-20% выше.
Последовательно повторяем операции соединения и проверки со следующими рядами.
Присоединяем к почти готовой панели блокирующий диод, который гарантирует недопущение самопроизвольного разряда АКБ при неработающем в темное время суток модуле.
В днище проделываем отверстия под провода. Во избежание провисания крепим их на силиконовый герметик.

6. Окончательная герметизация самодельной солнечной батареи, собранной своими руками.

Осуществляется не ранее, чем собранный модуль полностью проверен на работоспособность.

Рекомендуется более надежная полная герметизация эпоксидным компаундом.

Снизу, между основанием и рядами ячеек укладывается поролон.
На верхнюю часть рабочих элементов наносится герметик.
К нему аккуратно и плотно прижимается прозрачный защитный лист из полимера или оргстекла.
Поверх защиты временно кладется груз, задача которого – полностью выдавить из полужидкого герметика пузырьки воздуха.
Последний этап – повторный тест работоспособности и вольтамперных характеристик панели.

Если проверка.прошла нормально, модуль полностью готов к эксплуатации. Остается лишь приобрести и установить периферийное оборудование (инвертор, контроллер, АКБ), соединить все в единую цепь, провести пуско-наладку и можно запускать солнечную электростанцию собранную самостоятельно.