Выбор фотоэлементов для солнечной батареи
- Поликристалл или монокристалл. Однозначного ответа нет, поликристаллические модули дешевле, но у них ниже энергоэффективность. Большинство промышленных производителей отдают предпочтение поликристаллическим фотоэлементам. В России ни те ни другие не производятся, следовательно делаем покупки на com или aliexpress.com.
- Размерность. Есть размеры 6х6(156 х 156 мм), 5х5 (127 127 мм), 6х2 (156 х 52 мм) дюйма. Следует брать последние. Дело в том, что все фотоэлементы очень тонкие и хрупкие, легко ломаются при монтаже, поэтому выгоднее сломать маленький фотоэлемент. Также, чем меньше размер одного элемента, тем легче заполнить площадь батареи.
- Припаянные контакты. Каждая пластина будет соединяться последовательно с другими, следовательно работать с паяльником придется много. Значительно облегчают эту работу припаянные контакты к панелям. Подключить такие контакты к общей шине будет гораздо проще. Если таких контактов нет, вам придется паять их самостоятельно.
Фотоэлементы и их замена
Кустарное изготовление солнечной батареи неизбежно будет уступать изделиям промышленных компаний. Даже если использовать самые лучшие материалы. Дело в том, что у производителей налажен скрупулезный отбор фотоэлементов, с выбраковыванием всех, с малейшим занижением параметров.
А для защиты модульных ячеек используется специальное стекло. Оно имеет максимальную способность к пропусканию света. А вот отражающая составляющая в нем снижена. Такой материал в торговые сети просто не поступает.
Тестирование солнечных батарейИсточник hdnux.com
Но самая важная составляющая – это наличие лаборатории. Прежде, чем запустить образец в массовое производство, его обкатывают на различных математических моделях. Улучшая систему отвода тепла, снижая зависимость производительности от нагрева. А также происходит поиск оптимального сечения соединительных шин и способа снижения деградации у фотоэлемента.
Но между тем, самостоятельно сделанные солнечные панели имеют право на жизнь
Если не принимать во внимание слишком узкие моменты, то кустарная батарея показывает не такие уж плохие результаты по производительности. А выигрыш в цене получается более, чем в два раза
Главное найти самые подходящие фотоэлементы.
Пленочные для самоделки отпадают даже для тех, кто не ограничен в затратах. Их просто нет в продаже. На аморфные и смотреть не стоит. Слишком низкое КПД и быстрая деградация не оправдает даже низких расходов. Поэтому ориентироваться нужно на кристаллический кремний. И начинать нужно с более дешевых поликристаллов. Кроме оправданной экономии, существует и другая причина для этого выбора. Чтобы работать с монокристаллом, необходим хороший навык.
Монокристаллическая солнечная панельИсточник mywatt.ru
На сегодняшний день рынок уже широко предлагает продукцию из кристаллического кремния. Кроме основных производителей, существует немало мелких компаний, причем на наших отечественных просторах, которые торгуют, как готовыми изделиями, так и их комплектующими. Другое дело, что товар попадается не всегда качественный, а его цена все равно завышена.
Поэтому нужно смотреть в сторону зарубежных торговых площадок. На Taobao, Ebay, Aliexpress и Amazon всегда предложат недорогой товар в широком ассортименте. Причем можно купить не только нужное количество фотоэлементов по отдельности, но и полуготовое изделие. Многие продавцы предлагают удобные наборы для самостоятельной сборки солнечной панели. Можно даже подобрать нужную мощность.
Порой очень выгодно приобретать товар класса «В». Продавец предлагает элемент солнечной батареи с механическими дефектами. Нужно сказать, что небольшие сколы и даже трещины существенно не влияют на производительность фотоэлементов. Зато их стоимость получается гораздо меньше.
Аморфная солнечная панельИсточник pechiexpert.ru
А между тем опытные радиолюбители знают, что сырье для солнечной батареи можно найти буквально под ногами. И даже неплохого качества. Речь идет о старых радиодеталях. Оказывается, что кристаллический кремень можно выпаять из диодов и транзисторов. Но если рассуждать здраво, такой способ заслуживает мало внимания.
Даже самый мощный германиевый транзистор обладает кремнием, который на самом ярком солнце даст силу тока всего в несколько микроампер. Придется изрядно попотеть, чтобы собрать сеть из нескольких сотен полупроводников. И на практике получится изготовить солнечный элемент, разве что для зарядки мобильного телефона. Но если есть желание, в виде эксперимента и для приобретения навыков можно попробовать.
Стоит ли делать?
Во многих случаях солнечная батарея окажется очень полезной: например, владелец частного дома или дачи, расположенного вдалеке от электросети, сможет даже от компактной панели поддержать свой телефон заряженным, подключить маломощные потребители наподобие автомобильных холодильников.
С этой целью выпускаются и продаются готовые компактные панели, выполненные в виде быстро сворачиваемых сборок на основе из синтетической ткани. В средней полосе России такая панель размером около 30х40 см сможет обеспечить мощность в пределах 5 Вт при напряжении 12 В.
Более крупная батарея сможет обеспечить до 100 Вт электрической мощности. Казалось бы, это не так много, но стоит вспомнить принцип работы небольших ветряных электростанций: в них вся нагрузка запитывается через импульсный преобразователь от батареи аккумуляторов, которые заряжаются от маломощного ветряка. Таким образом становится возможным использование более мощных потребителей.
Использование аналогичного принципа при постройке домашней солнечной электростанции делает ее более выгодной по сравнению с ветряком: летом солнце светит большую часть дня, в отличие от непостоянного и часто отсутствующего ветра. По этой причине аккумуляторы смогут набирать заряд днем гораздо быстрее, а сама солнечная панель гораздо проще в установке, чем требующий высокой мачты ветряной генератор.
Есть свой смысл и в использовании солнечной батареи исключительно как источника аварийного питания. Например, если в частном доме установлен газовый котел отопления с циркуляционными насосами, при отключении электропитания можно через импульсный преобразователь (инвертор) запитать их от аккумуляторов, которые поддерживаются заряженными от солнечной батареи, сохраняя систему отопления работоспособной.
Телевизионный сюжет на эту тему
Солнечная панель своими руками: особенности
Умельцы, которым удалось собрать солнечные батареи, зачастую расхваливают свои творения за характеристики, якобы не уступающие заводским. А цена вопроса, в этом случае, приятно радует. Основную проблему при конструировании составляет герметизация батареи с обратной стороны. Большинство специалистов фиксируют солнечные элементы между двумя стёклами.
Очередным этапом на пути получения солнечной батареи, будет самостоятельная припайка токопроводящих дорожек к лицевой стороне элемента, имеющую синюю, либо чёрную расцветку. Именно этой стороной батарея будет поглощать солнечные лучи. Обратная сторона элемента – плюс, а лицевая – минус.
Вначале рекомендуется пропайка всей длины дорожки элемента. Не забывая о сохранении концов, длиною в 6 сантиметров. Почему именно 6 см? Всё просто. Изготавливая самодельные солнечные батареи, нужно учесть, что наиболее оптимальна именно эта длина: ширина зазора между элементами (2-3 мм) и тыльной стороной элементов контактной площадки.
Не забывайте, что данный элемент чрезвычайно хрупок. Сборка не особо сложна. В первую очередь, Вам необходимо подготовить токопроводящие дорожки, предварительно их нарезав. Далее, каждая дорожка припаивается к элементу. Не забудьте, смочить контакт флюсом, а уже потом займитесь паянием. Для этого подойдёт обычный припай (40% свинца)
Оконные рамы и герметизация
Параллельно с заказом элементов, Вам потребуется самому произвести заказ и на оконной фабрике. Самоделки на солнечных батареях, в основном, крепятся на стекло, поэтому позаботьтесь о его заказе. Прикупите алюминиевые рамы и не калённые стёкла (5 мм) нужного размера, исходя из количества элементов будущей батареи. В среднем, данный заказ «отнимает» у кошелька 100-120 долларов.
Положив стекло на табуреты, следует позаботиться о герметизации солнечной батареи. Для этого подойдёт силиконовый герметик, предназначенный для строительства. Между резинкой (штапиком) и стеклом делаем дорожки при помощи герметика. Выливая по краям, приподнимаем по очереди четыре края стекла. Обезжириваем стекло спиртом и наносим состав повышающий адгезию используемого компаунда. О том, стоит ли использовать компаунд и как выбрать нужный вариант, мы поговорим далее.
Самодельная батарея без герметизации – дело провальное! После спайки элементов, важно ограничить количество находящегося внутри воздуха, который в дальнейшем повлияет на производительность батареи
Ламинирующая плёнка, эпоксидная смола или резиновый компаунд: что лучше?
Некоторые умельцы герметизируют ламинирующей плёнкой. Это ошибочный способ, поскольку данная плёнка легко отслаивается и ломает не только элементы, но и самодельные солнечные батареи в целом.
Недорогой альтернативой плёнке, является белый компаунд «Пентэласт-711». В комплекте к этому резиновому герметику идёт средство, которое повышает адгезию и служит отличным дополнением к компаунду. Учтите, что герметик очень быстро застывает после смешивания (10-20 минут). Размешивайте его маленькими порциями и тут же наносите на поверхность солнечной батареи. В первую очередь, смажьте свободное пространство между элементами.
Герметик легко разрезается и поддаётся физической обработке. Такая сборка выдерживает сильные морозы (до-40) и неимоверную жару. Единственный серьёзный минут герметика — подтекание под солнечные элементы. Протекая, «Пентэласт-711» оставляет кое-где воздух между элементами и стеклянной поверхностью. В этой среде наблюдается преломление солнечных лучей, частично влекущее потерю энергии, от чего и страдают самоделки на солнечных батареях.
Альтернативой вышеописанному герметику, может послужить эпоксидная смола с соответствующим отвердителем. Идеальным вариантом послужит «Эм-См-Про 7/50». Имея высокую пластичность, смола не претерпевает существенных изменений во время перепадов температур. При использовании отвердителя «921с», эпоксидная смола превосходит всех конкурентов. По своей консистенции, она напоминает воду. Самостоятельная заливка почти не оставит пузырьков. Собрать самому, используя смолу – сохранить себе и время и деньги.
Единственный ощутимый минут эпоксидной смолы — долгий период застывания (2-4 суток). При её покупке, не забудьте приобрести и адгезирующее вещество. Стоимость эпоксидной смолы и отвердителя весьма демократична. При покупке 1 кг «921с» и 2 кг смолы, вы отдадите максимум 50 долларов.
Как работает солнечная панель?
В зависимости от того, чем представлен энергоноситель, можно получать тепловую энергию или электричество. Для первого требуется наличие жидкости-теплоносителя внутри прибора, когда для второй необходимы аккумуляторы.
Сама по себе батарея является генерирующим устройством, принцип работы которого основан на фотоэлектрическом эффекте.
- Чтобы солнечные лучи могли преобразовываться в нужный тип энергии, они должны попадать на специальные пластины внутри батареи.
- Благодаря тому что крайние электроны покидают положенные им орбиты, они преобразовываются в ток, проходящий через контролер.
- После, ток накапливается в аккумуляторе. Затем идет поступление в потребители. Пластины фотоэлементов изготавливают из кремния.
- С одной стороны пластину покрывают фосфором, который удерживает на своей поверхности большое количество электронов, высвобождаемых во время взаимодействия пластины с солнечными лучами.
Таким образом обеспечивается беспрерывное движение электрического тока. Действует условие: чем больше пластин, тем больше тока.
Солнечная батарея: что это и как работает
Солнечная батарея – это набор панелей, преобразующих энергию света, соединенных в конкретную схему, для достижения нужных электрических характеристик: напряжения, тока и мощности. Каждая панель – это кремниевая пластина с металлизированными дорожками для подключения к цепи. В готовых решениях они соединены на заводе, а монтажнику нужно собрать схему из нескольких, чтобы обеспечить электроснабжение объекта в необходимом объеме.
Принцип действия основан на фотоэффекте. Посветив на кремний, вы ничего не добьетесь, поэтому в структуру пластины вносят примести – легируют. В результате появляется избыток положительных или отрицательных носителей заряда, что зависит от типа примеси, формируются P и N области и pn-переход – по типу простейшего полупроводникового диода. Когда на него попадает свет, на выводах формируется фото-ЭДС. Однако величина напряжения диода достаточно мала – порядка половины вольта. Поэтому в одном солнечном модуле находится множество таких ячеек, а выходное напряжение батареи в целом доходит до 12–24 В.
Так как солнечный свет не доходит до нас круглыми сутками – энергия будет вырабатываться только днем, чтобы пользоваться электричеством ночью, нужно ее накопить. Для этого потребуются аккумуляторы и контроллер для их заряда. Если вы собираетесь пользоваться не только 12-вольтовым оборудованием, но и привычными 220 В бытовыми приборами, нужен еще и инвертор.
Контроллеры заряда бывают разных типов:
- On-Off.
- PWM.
- MPPT.
Инвертор необходим для преобразования постоянного напряжения величиной 12 В, в переменное 110, 220, 380 и прочее. Обычно он рассчитан под одно выходное напряжение.
Транзисторы – генераторы электричества
Первое с чего нужно начать, это аккуратно спилить верхнюю часть элемента, чтобы солнечный свет беспрепятственно попадал на p-n переходы. Если Вы используете транзисторы типа П, необходимо высыпать порошок из его внутренней части. После этих приготовлений переходим непосредственно к процессу сборки. Последовательное соединение элементов используется для повышения напряжения, а параллельное – силы тока. В качестве подложки рекомендуется использовать текстолит или органическое стекло. Чтобы не повредить кристалл транзистора, паять выводы, подходящие к нему, лучше не стоит. Один транзистор обеспечивает силу тока от 0,1 до 3 мА, а блок, состоящий из 4-х транзисторов, – от 10 до 15 мА.
