Это более серьезный вариант, чем первые два. Это также чрезвычайно дешевый и эффективный способ получения энергии. Единственное – выходная мощность будет гораздо выше, чем у диодного и транзисторного вариантов, и будет не электрической, а тепловой. Все, что вам нужно, это большое количество алюминиевых банок и корпус. Хорошо подойдет корпус из дерева. В корпусе передняя часть должна быть закрыта оргстеклом. Без этого батарея будет работать неэффективно.
Принцип работы
Стоит согласиться, что получить электричество бесплатно – это не просто мечта, а реальность. Мечта об электрификации собственного дома с помощью альтернативного источника энергии может быть легко осуществима. Для этого достаточно выполнить несколько шагов, стоимость которых не превысит недельного дохода вашей семьи.
Но прежде чем приступить к установке, стоит выяснить, как работает самодельная солнечная батарея, сделанная из подручных материалов. Каковы основные компоненты, как они взаимодействуют и для чего используются. По сути, устройство состоит всего из трех основных компонентов:
- Солнечный коллектор.
Конструкция, состоящая из небольших, относительно незначительных компонентов. Задача солнечного элемента – преобразовать световое воздействие в поток положительно и отрицательно заряженных электронов. Типичные элементы не способны вырабатывать электричество высокого напряжения.
Нормальное напряжение, вырабатываемое одним элементом, составляет 0,5 В. Задача солнечного коллектора – генерировать электрический ток напряжением 18В. Этого достаточно для зарядки аккумулятора напряжением 12 В. Поэтому нет необходимости говорить о генерации 220 В. Типичная электростанция занимает огромную площадь.
Эти компоненты используются в конструкции для обеспечения необходимого количества электроэнергии для частного дома или дачи. Одной батареи надолго не хватит. Но все зависит от емкости и количества подключенных источников потребления электроэнергии.
Расчеты и подготовка
Перед тем как сделать солнечные батареи своими руками, стоит определить необходимые параметры. Желательно определить величину нагрузки, рассчитанную по источникам будущего энергопотребления. Часто известны два параметра:
- Какое значение напряжения требуется для потребителя энергии,
- Значение тока, который необходимо подавать.
Произведение этих двух известных параметров и есть потребляемая мощность нагрузки.
Для начала рекомендуется использовать в схеме батарею, питающуюся от солнечной энергии. Заряженная батарея затем используется для подачи энергии потребителю.
Домашняя солнечная батарея изготавливается из специальных элементов, которые заряжаются от света. Типичные элементы установлены во многих калькуляторах. Можно купить новые солнечные элементы отдельно, но они будут стоить столько же, сколько и комплектная батарея. На многих аукционах можно найти исправные, бывшие в употреблении солнечные батареи в сборе "с полки".
Солнечные элементы соединяются между собой проводами следующим образом:
- элементы укладываются на ровную поверхность,
- кабель аккуратно укладывается на ячейки,
- припой и паяльная кислота наносятся на место соединения проводника и ячейки,
- Затем провод аккуратно припаивается без какого-либо давления.
Корпус паяных фотоэлементов с проводниками для частного использования может быть изготовлен из стекла (оргстекла) в каркасе из фанеры, деревянных брусков и ДВП:
- Дно вырезается из предварительно размеченной фанеры и обрамляется по периметру брусками толщиной до 25 мм. Чтобы обеспечить естественную вентиляцию и избежать перегрева фотоэлементов во время работы, в стержнях просверлены отверстия диаметром d-10 мм (с шагом до 20 см).
- Подложка из ДВП для фотоэлементов также снабжена вентиляционными отверстиями.
- Крышка вырезается из оргстекла и крепится к поверхности саморезами.
Солнечная панель: что это такое и как она работает?
Солнечная панель – это устройство, состоящее из определенного набора солнечных элементов, которые преобразуют солнечную энергию в электричество. Панели большинства солнечных батарей изготовлены из кремния, поскольку этот материал обладает хорошей способностью "перерабатывать" поступающий солнечный свет.
Солнечные панели работают следующим образом:
Кремниевые фотоэлектрические элементы, помещенные в общую рамку, принимают солнечный свет. Они нагреваются и частично поглощают поступающую энергию. Эта энергия немедленно высвобождает электроны внутри кремния, которые по специализированным каналам поступают в специальный конденсатор, где электричество накапливается, преобразуется из постоянного тока в переменный и подается на электроприборы в квартире/доме.
Преимущества и недостатки данного вида энергии
К преимуществам можно отнести следующее:
- Солнце – экологически чистый источник энергии, который не способствует загрязнению окружающей среды. Солнечные панели не выбрасывают в окружающую среду различные опасные отходы.
- Солнечная энергия неисчерпаема (конечно, до тех пор, пока живо солнце, но это еще миллиарды лет). Из этого следует, что солнечной энергии вам хватит на всю жизнь.
- После того, как ваши солнечные панели будут правильно установлены, вам не придется часто обслуживать их в будущем. Достаточно проводить профилактическое обслуживание один или два раза в год.
- Срок службы солнечных панелей впечатляет. Срок службы солнечных панелей начинается с 25 лет. Стоит также отметить, что они не теряют своих характеристик даже по истечении этого срока.
- Установка солнечных панелей может субсидироваться государством. Например, так обстоит дело в Австралии, Франции и Израиле. Во Франции компенсируется 60% стоимости солнечных панелей.
Можно выделить следующие недостатки:
- Пока что солнечные панели не выдерживают конкуренции, например, когда необходимо вырабатывать большое количество электроэнергии. С этим лучше справляются нефтяная и атомная промышленность.
- Производство электроэнергии напрямую зависит от погодных условий. Естественно, когда на улице солнечно, солнечные панели будут работать со 100% эффективностью. Когда день пасмурный, эффективность падает в разы.
- Для производства большого количества энергии солнечные панели требуют большой площади.
Как видите, преимуществ у этого источника энергии больше, чем недостатков, и недостатки не так страшны, как вам кажется.
Планирование проекта
На этапе проектирования определите наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определите, какая сторона участка получает больше всего солнечного света и где нет тени от деревьев и других зданий. Место установки может быть на земле, скатах крыши, стенах или отдельно стоящих конструкциях. Например, если вы хотите установить солнечную панель на крыше, необходимо убедиться, что конструкция может выдержать ее вес.
Поскольку максимальная эффективность моно- и поликристаллических элементов обеспечивается только тогда, когда они расположены перпендикулярно солнечным лучам, желательно установить для них регулируемую конструкцию. Это позволит изменять угол наклона солнечной батареи в зависимости от сезона и даже времени суток. Это связано с тем, что положение источника света значительно меняется в разное время года и суток (рис. 1).
Следует также помнить, что, например, стационарно установленная батарея, вырабатывающая 7 кВт/ч в идеальных условиях, будет вырабатывать только 3 кВт/ч утром и вечером. Поэтому, если батарея установлена только в одном месте, она будет выдавать номинальную мощность только в течение нескольких месяцев в году. Если вы решили установить ее в фиксированном положении, панели должны быть наклонены под углом от 50º до 60º, для регулируемых есть два ограничения – зимой под углом 70º и летом под углом 30º, а в промежуточный период они наклонены как стационарные.
Чтобы определить количество панелей, подсчитайте, сколько электроэнергии или мощности вырабатывает одна панель или 1 м 2. Вообще говоря, 1 м 2 вырабатывает около 125 Вт, поэтому, чтобы получить около 2,5 кВт для бытового использования, необходимо установить 20 м 2 панелей.
Процедура изготовления солнечной панели
Компоненты из поли- или монокристаллического кремния необходимо объединить в единую панель. Это делается путем припаивания контактов к проводам. Процедура пайки заключается в следующем:
- Обрежьте оголенные проводники на одинаковые отрезки под полоску так, чтобы она была в два раза больше размера солнечного элемента.
- Положите модули на ровную поверхность (пол, лист фанеры, стол и т.д.).
- Очистите электрические контакты и залудите их, нет необходимости наносить много припоя, достаточно легкого покрытия контакта.
- Припаяйте предварительно припаянные выводы к контактам, помните, что платы нельзя сильно прижимать, так как они очень хрупкие.
- Измерьте ток от одного элемента с проводами, это поможет вам рассчитать общий для всей батареи.
Если ваши солнечные элементы уже имеют соединительные провода, вы можете пропустить этот шаг и сразу перейти к созданию каркаса.
Создание каркаса
Каркас солнечной батареи представляет собой коробку с низкими бортами, закрытую прозрачным стеклом. Чтобы изготовить каркас:
- Возьмите прямоугольный лист фанеры или ДСП такого размера, чтобы в нем поместилось необходимое количество элементов. Просверлите в нем небольшие отверстия на расстоянии 10 см друг от друга, чтобы обеспечить вентиляцию.
- По краям листа приклейте деревянные рейки высотой не более 2 см, чтобы они не отбрасывали тени на солнечные приемники. Дополнительно прикрутите рейки на место маленькими шурупами.
- Вырежьте крышку из стекла или прозрачного полимера. Ее размеры должны соответствовать нижнему листу или быть меньше, в зависимости от того, можно ли в ней просверлить отверстия. Если крышку можно прикрутить, размер может быть таким же, если стекло может разбиться при попытке просверлить, сделайте ее на 0,5-1 см меньше.
- Сделайте зажимную раму для верхнего прозрачного солнцезащитного козырька из алюминиевого углового железа, но пока ничего не зажимайте.
Разновидности
Солнечные панели делятся на следующие типы.
Кремниевые
Кремний – самый популярный материал для батарей.
Кремниевые батареи также делятся на:
- Монокристаллические: Для производства этих батарей используется очень чистый кремний.
- Поликристаллические (дешевле монокристаллических): Поликристаллы получают путем постепенного охлаждения кремния.
Пленочные батареи.
Эти батареи делятся на следующие типы:
- На основе теллурида кадмия (эффективность 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом поглощения света, что позволяет использовать его в производстве батарей.
- На основе селенида меди-индия: имеет более высокий КПД, чем предыдущие типы.
- Полимерные.
Солнечные элементы из полимеров стали производиться относительно недавно, обычно с использованием фурелленов, полифениленов и т.д. Полимерные пленки очень тонкие, порядка 100 нм. Несмотря на эффективность в 5%, полимерные батареи имеют следующие преимущества: низкая стоимость материала, экологичность, гибкость.
Аморфные
Эффективность аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремниевого водорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести как к кремниевым, так и к пленочным батареям. Аморфные батареи гибкие, вырабатывают электричество даже в плохую погоду и лучше поглощают свет, чем другие панели.
Материалы
Чтобы сделать солнечную батарею, вам понадобятся следующие материалы:
- фотоэлектрические элементы;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шоттки;
- силиконовый герметик;
- провода;
- монтажные винты и фитинги;
- поликарбонатный лист/стекло;
- паяльное оборудование.
Эти материалы необходимы для изготовления собственной солнечной батареи.
Выбор фотоэлектрических элементов
Для того чтобы сделать собственную солнечную батарею для дома, необходимо правильно выбрать фотоэлектрические элементы. Последние делятся на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.
КПД первых составляет 13%, но такие фотоэлементы неэффективны в плохую погоду, выглядят как ярко-синие квадраты. Поликристаллические ячейки способны вырабатывать электричество даже в плохую погоду, хотя их КПД составляет всего 9%, они выглядят темнее монокристаллических и обрезаны по краям. Аморфные фотоэлектрические элементы изготавливаются из гибкого кремния, их эффективность составляет 10%, их работа не зависит от погодных условий, но производство таких элементов слишком дорого, поэтому они редко используются.
Если вы планируете использовать электроэнергию, вырабатываемую фотоэлементами на даче, советуем вам собрать солнечную батарею своими руками из поликристаллических элементов, так как их производительность достаточна для ваших целей.
Обязательно покупайте фотоэлементы одной марки, так как фотоэлементы нескольких марок могут значительно отличаться друг от друга – это может вызвать проблемы с установкой и эксплуатацией батареи. Помните, что количество энергии, вырабатываемой фотоэлементом, прямо пропорционально его размеру, т.е. чем больше фотоэлемент, тем больше электроэнергии он вырабатывает; напряжение фотоэлемента зависит от его типа, а не от размера.
Использование диодов
Второй популярный материал для создания собственного источника энергии – диод. Диоды D223B действительно могут стать альтернативным источником электроэнергии. Они обладают самым высоким напряжением и заключены в стеклянный корпус. Один диод может генерировать 350 мВ при солнечном свете, поэтому выходное напряжение готового изделия также может быть определено на этой основе.
После проведения расчетов выбирается необходимое количество диодов. Поместите их в контейнер и залейте ацетоном. Также можно использовать другой растворитель. Необходимо удалить краску со стекла.
Возьмите пластину из неметаллического материала и отметьте на ней места, куда будут припаяны компоненты источника питания. Через несколько часов краска станет мягкой и ее можно будет легко соскоблить.
Солнечная панель с диодами
Далее определите положительный контакт – для этого используйте мультиметр. Определите контакт под лампочкой или при солнечном свете. Припаяйте диоды параллельно, так как в этом случае кристалл будет лучше всего генерировать энергию солнца. Это приведет к максимальному напряжению на выходе.
Важно: для самостоятельной сборки можно выбрать диоды Д223Б. Они лучше всего подходят для этого, поскольку имеют стеклянный и небольшой корпус и могут быть установлены достаточно плотно. Кроме того, их напряжение – одно из самых высоких (целых 350 мВ под солнцем).
Как использовать фольгу
Фольгу также можно использовать для создания источника питания, но она не обеспечит большой мощности. Для этого подойдет обычная фольга размером 45 квадратных сантиметров. Ее следует промыть в мыльной воде, чтобы удалить жир. Вот пошаговая инструкция:
- Используйте наждачную бумагу, чтобы удалить любую коррозию.
- Поместите лист фольги на электрическую плиту мощностью 1,1 кВт или более и нагревайте до появления оранжево-красных пятен. При дальнейшем нагревании пятна станут черными, что указывает на образование оксида меди.
- Продолжайте нагрев еще 30 минут, пока слой оксида не достигнет желаемой толщины. Выключите горелку и дайте листу остыть. Медленно остывающий оксид начнет отходить. Под проточной водой удалите остатки оксида, не сгибая и не повреждая лист и тонкий слой оксида.
- Снова отрежьте тот же кусок фольги – до первого размера.
- Возьмите пластиковую бутылку, отрежьте горлышко и поместите в нее оба куска, закрепив их зажимами. Они должны быть расположены так, чтобы не соединяться. Подключите минусовую клемму к тому куску, который вы нагрели, а плюсовую – к другому.
Налейте в бутылку солевой раствор так, чтобы до края электродов оставалось около 2,5 см.
Схема солнечной батареи из фольги
Солнечная батарея для дачи готова.
Конечно, такого самодельного устройства недостаточно для питания дома, но его можно использовать для зарядки небольших электроприборов или в качестве источника питания для радиоприемника.
Автор: Киселевская Юлия.