Как своими руками изготовить солнечную батарею?

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.

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

Ниже перечислены основные материалы:

• 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.).

Теперь непосредственно о самом процессе.

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.

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.

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.

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

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.

Что касается подложки, то лучше, конечно, использовать стекло. Также подходят плексиглас, оргстекло. Разнообразные пластики выигрывают в весе, прочности и удобстве. Однако их легко может «повести» при постоянной работе на солнце. Солнечная батарея существенно разогревается, что и приводит к короблению пластика. А это неизбежно приведёт к порче фотоэлементов.

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.

Автономные системы электроснабжения загородных объектов позволяют жить в комфорте даже вдалеке от централизованных коммуникаций. Нередко наряду с традиционными схемами используют альтернативные, основанные на использовании энергии солнца.

Чтобы гелиосистема функционировала правильно, необходима грамотно составленная схема подключения солнечных батарей. Потребуется комплект качественного оборудования, способный справляться с возложенными обязанностями.

Мы расскажем, как грамотно спланировать размещение компонентов мини-электростанции. Вы узнаете, как выбрать технические устройства для сборки системы и как их правильно подключить. С учетом наших советов вы сможете соорудить эффективно действующую установку.

Рассмотрим, как устроена и работает гелиосистема для загородного дома. Главное ее назначение – преобразовать энергию солнца в электричество 220 В, которое является основным источником питания для домашних электроприборов.

Основные части, из которых состоит СЭС:

1. Батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения.
2. Контроллер, регулирующий заряд АКБ.
3. Блок аккумуляторных батарей.
4. Инвертор, преобразующий напряжение АКБ в 220 В.

Конструкция батареи продумана таким образом, что позволяет оборудованию функционировать в различных погодных условиях, при температуре от -35ºС до +80ºС.

Выходит, что правильно установленные будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии – в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. В пасмурную эффективность работы резко снижается.

Эффективность СЭС в средних широтах велика, но не настолько, чтобы полностью обеспечивать электричеством большие дома. Чаще гелиосистема рассматривается как дополнительный или резервный источник электроэнергии

Вес одной батареи на 300 Вт равен 20 кг. Чаще всего панели монтируют на крышу, фасад или специальные стойки, установленные рядом с домом. Необходимые условия: разворот плоскости в сторону солнца и оптимальный наклон (в среднем 45° к поверхности земли), обеспечивающий перпендикулярное падение солнечных лучей.

При возможности устанавливают трекер, отслеживающий движение солнца и регулирующий положение панелей.

Верхняя плоскость батарей защищена закаленным противоударным стеклом, которое легко выдерживает удары града или тяжелые снежные наносы. Однако необходимо следить за целостностью покрытия, иначе поврежденные кремниевые пластины (фотоэлементы) перестанут работать

Контроллер выполняет насколько функций. Кроме основной – автоматической регулировки заряда АКБ, регулирует подачу энергии от солнечных батарей, предохраняя тем самым аккумулятор от полной разрядки.

При полном заряде контроллер автоматически отключает АКБ от системы. Современные устройства оборудованы панелью управления с дисплеем, показывающим напряжение батарей.

Для самодельных гелиосистем лучшим выбором являются гелевые аккумуляторы, отличающиеся сроком бесперебойного функционирования 10-12 лет. После 10-летней работы их емкость уменьшается примерно на 15-25 %. Это необслуживаемые и абсолютно безопасные устройства, не выделяющие вредных веществ.

Зимой или в пасмурную погоду панели также продолжают работать (если их регулярно очищать от снега), но выработка энергии снижается в 5-10 раз

Стоит знать, что бытовые электростанции способны обслуживать постоянно работающий холодильник, периодически запускаемый погружной насос, телевизор, систему освещения. Чтобы обеспечить энергией функционирование котла или даже микроволновки, потребуется более мощное и очень дорогое оборудование.

Простейшая схема солнечной электростанции, включающая главные составные элементы. Каждый из них выполняет свою функцию, без которой работа СЭС невозможна

Существуют и другие, более сложные , однако данное решение является универсальным и наиболее востребованным в быту.

Шаги подключения батарей к оборудованию СЭС

Подключение происходит поэтапно, обычно в следующем порядке: сначала соединяют контроллер с аккумулятором, затем контроллер с солнечными панелями, затем аккумулятор с инвертором, и уже в последнюю очередь делают разводку по потребителям.

Этап #1: подключение к аккумулятору

Аккумуляторы занимают в сети четко определенное место. Они подключены к солнечным панелям не напрямую, а через контроллер, который регулирует их загрузку/разгрузку. С другой стороны аккумуляторный блок подсоединяют к инвертору, преобразующему ток.

Таким образом, схема подключения к аккумулятору выглядит так:

• производим соединение аккумулятор/контроллер (затем контроллер/солнечные батареи);
• соединяем аккумулятор и инвертор.

Возможны и другие варианты подключения, но данный является оптимальным, так как сохраняет незатраченную энергию, а при необходимости отдает ее потребителям.

Существует два варианта приобретения аккумуляторов: в составе полностью готовой к установке солнечной электростанции или отдельно, по заданным параметрам. Недорогой китайский комплект стоит не более 2000 рублей

Если одного аккумулятора недостаточно, приобретают несколько батарей с одинаковыми характеристиками. Их устанавливают в одном месте и подключают последовательно.

Для удобства использования и обслуживания блоки устанавливают на металлическом стеллаже с полимерным покрытием.

Рассмотрим, как аккумулятор подключается к контроллеру и инвертору.

Галерея изображений

Следующий шаг – подключение контроллера к солнечным панелям, а аккумуляторного блока – к инвертору.

Этап #2: подключение к контроллеру

Рассмотрим вариант, который часто используют на практике владельцы загородных домов. Они заказывают недорогое оборудование производства КНР на одной из интернет-площадок.

Бюджетный контроллер с минимальным количеством настроек, оснащенный тремя парами клемм, способный обслужить блок солнечных батарей мощностью 150 Вт. Стоимость – 1300 рублей

Подключение происходит в следующем порядке:

• Сначала к контроллеру подключают блок аккумуляторных батарей. Это производится намеренно, чтобы проверить, как прибор выявит номинальное напряжение сети (стандартные значения – 12 В, 24 В). При соединении с АКБ используют первую пару клемм.
• Затем присоединяют непосредственно солнечные панели , используя прилагающиеся к ним провода, а у контроллера – вторую пару клемм.
• В последнюю очередь устанавливают оборудование для ночного освещени я – именно для этого и предназначена третья пара клемм. Кроме низковольтного освещения, которое действует исключительно после наступления темноты и запитывается от АКБ, другое оборудование использовать нельзя.

При любом виде подключения необходимо следить за полярностью.

Несоблюдение полярности приводит к мгновенной поломке контроллера, а также выходу из строя деталей солнечных панелей.

Подключение солнечных панелей. Схема подключения солнечных батарей.

Солнечные батареи могут обеспечить электроэнергией в условиях, когда нет возможности подключения с сети электропитания.

В этой статье мы рассмотрим, как правильно подключить солнечную панель для питания бытовых электроприборов.

Какая панель лучше?

Поликристалл однозначно лучше, так как он работает эффективнее при пасмурной погоде и слабом солнечном свете. Монокристаллические панели имеют меньшую площадь при одинаковых мощностях с поликристаллической панелью, поэтому в пасмурную погоду монокристаллические панели работают менее эффективно.

Наиболее чаще применяются 12 вольтовые панели, которые удобней адаптировать с 12 вольтовыми аккумуляторами. Обычно под значением 12V панель подразумевается 17V — 18V, это нужно для того чтобы когда панель в пасмурную погоду производит меньшее энергии она смогла компенсировать падение напряжения.

Солнечные панели при изготовлении уже имеют подключённые диоды Шоттки, которые защищают солнечные элементы от выхода из строя в момент, когда панель перестаёт генерировать электроэнергию и становится сама потребителем электроэнергии от аккумулятора. Именно диод препятствует обратному протеканию электрического тока.

Контроллер заряда.

Контроллер заряда аккумулятора управляет процессом заряда и препятствует чрезмерному заряду и разряду аккумуляторной батареи.

Принцип работы контролера следующий. Когда панель генерирует электрический ток, аккумулятор заряжается. Когда напряжение на клеммах 12 V аккумулятора достигнет предельного значения 14 V, контроллер отключает зарядку.

Когда солнечная батарея не работает в ночное время, система работает от аккумулятора. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигнет нижней границы 11V, контроллер отключит его от системы, тем самым предотвратит его полный разряд. К контроллеру можно подключить потребителей постоянного тока 12V через соответствующие клеммы (обозначены рисунком лампочкой), например светодиоды для освещения помещения.

Аккумуляторная батарея.

В системе аккумуляторная батарея выполняет функцию аккумулятора электроэнергии, который подзаряжает солнечная панель. Для подключения в систему можно использовать любые свинцово-кислотные аккумуляторы, а также гелевые. В жилом помещении лучше использовать аккумуляторы закрытого типа. Обычно используются 12V автомобильные аккумуляторы.

Инвертор.

Инвертор — он же преобразователь напряжения, подключается к аккумулятору и получает на входе постоянное напряжение, обычно 12V, на выходе из инвертора мы уже получаем переменное напряжение синус 50гц, 220V, к которому можно подключать бытовые приборы, работающие от сети переменного тока 220V.

Кабель.

При монтаже стационарных солнечных панелей производители рекомендуют использовать специальный кабель, для подключения солнечных батарей, который имеет повышенную защиту изоляции от ультрафиолетовых лучей. Можно использовать обычный медный кабель с дополнительной защитой из гофры. Это касается только кабеля который идёт от панели к контроллеру, на всех остальных участках используется обычный медный кабель.

Схема подключения солнечных батарей.

Все комплектующие нужно подключать в строгой последовательности.

Сначала нужно с помощью медного кабеля подключить аккумулятор к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контроллере есть нарисованный значок аккумулятора.

Затем подключаем солнечную батарею к контроллеру плюс – плюс, минус – минус. На контролере также нарисован значок солнечной батареи возле соответствующих контактов для подключения. Если нужно установить несколько панелей, то их подключают параллельно.

Следующий шаг – подключение инвертора к аккумулятору плюс – плюс, минус – минус.

При несоблюдении полярности при подключении контроллер может выйти из строя.

Схема работы солнечной батареи.

Солнечные панели монтируются на открытых не затенённых участках с направлением на юг, под углом 45° к горизонту. Можно установить панель на автоматическое поворотное устройство, которое постепенно поворачивается по направлению к солнцу в течение дня.

Солнечная батарея под воздействием солнечных лучей, вырабатывает напряжение, которое поступает на контроллер. В свою очередь контроллер даёт зарядку на аккумулятор, который подключён к инвертору.

На инвертор поступает постоянный ток, например 12V, на выходе инвертора мы получаем переменный ток 220V, на выход инвертора подключаются потребители электроэнергии – ноутбук, телевизор и пр.

Даже небольшая солнечная электростанция может обеспечить работу таких бытовых приборов как ноутбук, телевизор, зарядные устройства для телефонов, осветительных ламп, и прочих бытовых приборов с низкой мощностью.

Солнечные батареи – очень выгодный способ стать независимым от плохой работы общей электросети. Кроме этого, созданная ими электрическая энергия является абсолютно бесплатной.

Особенности подключения

1. Солнечная панель.
2. Устройство, которое контролирует заряд.
3. Аккумулятор.
4. Инвертор.
5. Электрическая сеть дома.

Обязательно в эту схему входят предохранители от короткого замыкания и лампочка , которая показывает уровень нагрузки. Предохранители устанавливаются на провода с положительным зарядом перед аккумулятором, лампочкой, инвертором.

Лампочку и аккумуляторы подключают к контроллеру заряда.

Эта схема предусматривает наличие одной солнечной панели или нескольких, работающих с одинаковой нагрузкой.

Несколько батарей соединены одним проводом, площадь поперечного сечения которого всегда больше 4 мм². Если планируется установить на крыше дома несколько солнечных панелей, и часть из них будет наклонена под другим углом, то схема подключения предусматривает наличие контроллера для каждой панели.

Практика показала:

• Монокристаллические способны генерировать ток в течение 3 десятков лет и даже больше.
• Более дешевые поликристаллические будут работать на протяжении 20 лет.
• Гибкие панели имеют срок службы 7-20 лет. Наиболее короткую «жизнь» имеют изделия первого поколения, наиболее длинную – изделия второго поколения. Главным минусом является быстрая деградация. В течение первых 24 месяцев работы их мощность падает на 10-40%.

Используемые на больших солнечных станциях модули смогли работать с одинаковой мощностью в течение 25 лет. Заявленные в описании характеристики выполнялись на 100%. Это говорит об отсутствии деградации. Некоторые из панелей уменьшили выработку на 10%. Производители гарантировали уменьшение выработки на 20%.

Независимо от срока использования светочувствительные элементы никогда не теряют своей производительности. То есть может пройти 50 лет, и они могут производить такое же количество электроэнергии. На ухудшение выработки влияет разрушения защитных пленок, которые позволяют влаге проникать внутрь панели и вызывать коррозию всех соединений. Этот минус приводит к увеличению сопротивления, чрезмерному нагреву, разрушению соединений. Аккумуляторы могут работать 2-15 лет, силовая электроника – 5-20 лет.

Принципиальные схемы солнечных батарей и вариантов их присоединения к управляющим и преобразующим устройствам не является большой сложностью. Практическая сложность общей схемы, с конкретными значениями характеристик всех элементов, заключается в правильном расчете нагрузки, настройке контроллера зарядки и контроллера отбора энергии от других источников.

На примере рисунка рассмотрим некоторые нюансы, связанные с разнонаправленностью панелей, что приводит к различной освещенности панелей. Кроме этого, рассмотрим типы контроллеров зарядки АБК.

Размещение нескольких панелей в одной плоскости не вызывает особых проблем в схемотехнике и практическом подключении. Панели, размещенные в разных плоскостях, пусть близких, работают по-другому. Более освещенная панель (более близкая к точке максимальной мощности) генерирует электричество, часть которого идет на нагрев другой панели, т.к. ток течет по пути наименьшего сопротивления.

И есть два способа избежать этих потерь:

• Установить на каждую панель свой контроллер. Имеет смысл, если это мощные панели (более 1 кВт) или панели разнесены на большое расстояние.
• Установить отсекающие (запирающие) диоды. Некоторые производители комплектуют диодами свои панели и предусматривают их место в распределительной коробке. Кстати, внутри панели (схема панели) предусматривается наличие диодов между модулями (пластинами), что позволяет получать максимальную мощность и не "греть" пластину с более низкими показателями.

Другая мелочь, на которую мало обращают внимание - это падение напряжения в проводах низковольтной части системы и потери в соединениях. Например, при длине кабеля 1 м сечением 4 кв. мм при прохождении тока в 80 А с напряжением 12 В падение напряжения составит 0,383 В (3,19 %) или 30,6 Вт. В "скрутках" падение составляет 0,1-0,3 В.

Красным цветом указано несоответствие передаваемой мощности сечению провода, при котором происходит сильный пожароопасный нагрев.

Контроллер зарядки АКБ

Контроллер зарядки батареи предназначен для перераспределения генерируемой электроэнергии. Приоритетом является поддержание АБК в заряженном состоянии, а при полной зарядке - направление энергии на инвертор.

Различают два способа организации контроля зарядки:

• PWM (ШИМ) контроллер - устройство, генерирующее собственные измерительные импульсы с частотой (около 1 Гц) для контроля состояния батареи в широком диапазоне характеристик (широко-импульсный). Схема с простой релейной логикой, т.е. выше напряжения на АКБ (кислотные АКБ - 16,2 В) - выключил зарядку, ниже - снова включил.
• MPPT-контроллер с процессором постоянно отслеживает положение точки максимальной мощности (ТММ) солнечной батареи по току и напряжению. Другое плечо контроллера отслеживает состояние АКБ. Процессор сопоставляет данные и определяет значения тока и напряжения, направляемые на АКБ в зависимости от уровня зарядки.

Оба типа контроллеров обеспечивают комфортный режим работы батареи и не имеют решающих преимуществ друг перед другом. Преимуществом МРРТ можно назвать наглядность процесса его работы и возможность накопления информации.

Схема солнечной батареи с дополнительными источниками тока

Надежность электроснабжения с применением солнечной батареи значительно повышается, когда она работает в комплексе с другими источниками или, как дополнительный источник к системе централизованного энергоснабжения. В любом случае общая схема усложняется появлением дополнительных устройств контроля и управления.

Солнечная батарея и ветрогенератор

Схемы, в которых соседствуют различные источники энергии, должны строиться на общей характеристике - одинаковое напряжение источников, т.к. иначе потребуются разные контроллеры зарядки и, возможно, инверторы (если разброс по мощности источников большой), а схема блока АКБ позволяет подстраиваться под напряжение источников.

Подключение источника с генератором переменного тока с параметрами сети несколько изменяет схему подключения. На рисунке представлен самый общий вариант без блока подзарядки АКБ (контроллер и трансформатор с выпрямителем, которые отбирают энергию от внешнего источника переменного тока).

Схема подключения усложняется в случае, если автономная система подключена к централизованной сети. В России не отрегулированы ситуации, когда частный потребитель может отдавать излишки энергии в сеть. Кроме этого, переключение не бывает "гладким", т.е. происходит перепад напряжения длительностью 0,3-1 секунды в зависимости от сложности переключателя.

Сложность схемы подключения возрастает с подключением других источников. Вот некоторые вопросы, которые приходится рассматривать при сложной комплектации:

• Согласование характеристик источников, устройств управления и преобразования энергии,
• Надежность системы, в сочетании с проблемами утилизации избыточной энергии.

В целом ряде ситуаций могут оказать помощь наши специалисты. Для этого можно использовать сервисы сайта: онлайн-консультант и форму обратной связи.