Солнечная панель вместо батареек: собираем своими руками

Как сделать солнечную батарею своими руками: инструктаж по самостоятельной сборке

Солнечные батареи — источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?

Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками — затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.

В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.

Коротко об устройстве и работе

Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.

При этом световые кванты «отпускают» свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

Сборка представленной в примере батареи проводилась из 36 пластинок размером 80х150 мм. Производительность каждой пластинки по 2,1 Вт, общая мощность прибора 76 Вт

С лицевой стороны сооружаемой солнечной батареи располагаются плюсовые токоведущие жилы, формируемые путем пайки

Пластины соединяются согласно последовательной схеме. На выходе плюсовой линии устанавливается диод шоттки, исключающий разрядку аккумулятора в пасмурные погодные периоды

В роли пластин-фотоэлементов выступают элементы из кремния. Кремниевая пластина с одной стороны покрыта тончайшим слоем фосфора или бора — пассивного химического элемента.

В этом месте под действием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются фосфорной плёнкой и не разлетаются.

На поверхности пластины имеются металлические «дорожки», на которых выстраиваются свободные электроны, образуя упорядоченное движение, т.е. электрический ток.

Чем больше таких кремниевых пластин-фотоэлементов, тем больше электрического тока можно получить. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте далее.

Верхний слой пластин-фотоэлементов покрыт слоем, который не допускает отражение солнечного света от пластин, повышая их КПД

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:

• силикатные пластины-фотоэлементы;
• листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
• жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
• прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
• шурупы, саморезы;
• силиконовой герметик для наружных работ;
• электрические провода, диоды, клеммы.

Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 — 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов — 10 лет.

Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД — 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность

Гибкие батареи с аморфным кремнием — самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 — 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.

При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов

Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.

Поликристаллические кремниевые пластины привлекают доступной ценой. Недостаток их в не слишком высокой эффективности и в жесткости, требующей твердой основы для укладки

С обратной стороны пластины есть 6 контактов для припоя токоведущей линии. С внешней стороны контак проложен либо сплошной полосой, либо прерывистой линией

Монокристаллические кремниевые пластины почти в три раза мощнее поликристаллических и практически в четыре дороже

Монокристаллический вариант отличается гибкостью, может укладываться на сложные неровные поверхности, не отличающиеся стабильностью

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущей панели можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:

• Алюминий — лёгкий металл, не дающий серьёзной нагрузки на опорную конструкцию, на которую планируется установка батареи.
• При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен воздействию ржавчины.
• Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниёт.

При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение.

От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.

Минимальный коэффициент светоотражения у плексиглас или более дешёвого его варианта — оргстекла. Чуть ниже показатель преломления света у поликарбоната.

От величины второго показателя зависит, будут ли нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвергаются нагреванию, тем дольше они прослужат. ИК-излучения лучше всего поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Немного хуже — обычное стекло.

Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения оргстекло — самый оптимальный вариант для изготовления гелиобатареи

Проект системы и выбор места

Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.

Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант — батареи, которые могут менять угол наклона.

Место установки солнечных пластин может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.

Единственное условие — батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.

Для европейской части стран СНГ рекомендуемый угол стационарного наклона 50 — 60 º. Если в конструкции предусмотрено устройство для изменения угла наклона, то в зимний период лучше располагать батареи под 70 º к горизонту, в летнее время под углом 30 º

Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.

Сразу установить такую гелиосистему будет проблематично. Но даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести свой скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем также ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка аккумулятора гелиосистемы. Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Размещая батареи на наклонной крыше дома, не забывайте об угле наклона панели, идеальный вариант, когда у батареи есть устройство для сезонного изменения угла наклона

Монтаж солнечной батареи по шагам

Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все требуемые материалы и инструменты, можно начинать монтаж батареи.

При монтаже необходимо соблюдать технику безопасности, особенно осуществляя установку готовой панели на крышу дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг #1 — пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлементов. Безусловно, если у вас есть возможность, то лучше всего купить фотоэлементы сразу с проводниками, т.к. пайка — очень непростая и кропотливая работа, занимающая много времени.

Пайка осуществляется следующим образом:

1. Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса-проводник.
2. Проводники нарезаются при помощи картонной заготовки, их длина в 2 раза больше, чем размер кремниевой пластины.
3. Проводник аккуратно выкладывается на пластину. На один элемент — два проводника.
4. На место, где будет производиться спайка, необходимо нанести кислоту для работы с паяльником.
5. Произвести пайку при помощи паяльника, аккуратно присоединив проводник к пластине.

В процессе пайки нельзя давить на силикатный элемент, т.к. он очень хрупкий и может разрушиться! Если вам посчастливилось, и вы приобрели фотоэлементы с готовыми контактами, то вы избавите себя от долгой и сложной работы, переходя сразу к изготовлению каркаса для будущей батареи.

Пайка контактов для бракованных фотоэлементов группы В производится так же и в том же направлении, что и для целых пластин

Шаг #2 — изготовление каркаса для солнечной батареи

Каркас — это место, куда будут устанавливаться фотоэлементы. Для изготовления каркаса берутся алюминиевые уголки и рейки, из которых складываются рамки. Рекомендуемый размер уголка — 70-90 мм.

На внутреннюю часть металлических уголков наносится силиконовый герметик. Герметизацию уголков необходимо произвести тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.

После того, как алюминиевая рамка готова, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задний корпус представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.

Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Бортики привинчиваются при помощи саморезов и шуруповёрта.

Размеры корпуса рассчитываются с учетом необходимости оставлять зазоры между фотоэлектрическими элементами. Составлять он должен 3 – 5 мм

В бортиках и бруске, делящем корпус на два сегмента для удобства укладки, высверлены отверстия для вентиляции системы

Для того чтобы повысить точность крепления пластин и точное распределение зазоров используется подложка из ДВП

Для того чтобы защитить детали корпуса прибора, работающего на улице, детали корпуса покрыты красящим водоотталкивающим составом

Вечная батарейка для электронных часов: практический опыт реализации

Как устроена эта вечная батарейка, в общих чертах ясно из фотографии всей системы в целом.

Но, чтобы всё это заработало, пришлось хорошенько повозиться как с теоретической, так и с практической проработкой осуществления задуманной идеи.

Содержание

Ингридиенты

На идею создания вечной батарейки для часов меня вдохновил обычный калькулятор с солнечными элементами. Ведь работает же!

Но с электронными часами всё сложнее. От них требуется непрерывная работа даже тогда, когда света нет совсем.

Значит, в светлое время суток какой-то накопитель энергии должен зарядиться с большим (кратным) запасом энергии, чтобы ночью отдавать накопленную энергию.

Итак, что нам требуется, чтобы часы работали на солнечной батарейке вечно и без перерывов на тёмное время суток и тёмный сезон года (с коротким днём)?

1. Сами электронные часы. Они должны быть с жидкокристаллическим дисплеем, так как часы со стрелками содержат механические элементы, на движение которых расходуется намного больше энергии.

2. Солнечная батарея. Она должна иметь достаточно большую поверхность, чтобы даже при слабом освещении отдать достаточный ток как для текущего потребления часов, так и для создания запаса на ночную работу. Напряжение, развиваемое батареей, не должно превышать предельно-допустимое для часов.

3. Накопительный элемент. Тут были возможны два варианта: небольшой литий-ионный аккумулятор или ионистор (он же суперконденсатор). Был выбран ионистор, так как у него нет проблем перезаряда и переразряда (которые вредны для аккумуляторов всех типов).

4. Диод Шоттки. Он должен стоять между солнечной батареей и ионистором, чтобы ионистор не разряжался ночью через солнечную батарею (у них довольно значителен темновой ток). Диод Шоттки лучше “обычного” диода тем, что у него меньше прямое падение напряжения (а мы тут везде ток и напряжение экономим!).

Теперь – более-менее подробно о каждом ингридиенте.

Электронные часы

Электронные часы с ЖК индикатором бывают с питанием от пальчиковых батареек напряжением 1.5 В и от литиевых батареек напряжением 3 В.

Были выбраны часы с напряжением питания 3 В в надежде, что они имеют более широкий диапазон допустимого напряжения питания (и эти надежды оправдались). Куплены были на Алиэкспресс вот здесь; цена с учётом доставки около $5.

Часы – недорогие, простые по внешнему виду и функциям:

На дисплей часов наклеена защитная плёнка, но не очень аккуратно (заметна помятость в правом нижнем углу).

Часы показывают время, температуру воздуха и его влажность.

Все их функции, характеристики и инструкция по применению приведены на следующем изображении:

Всяких будильников, календарей и таймеров в этих часах нет.

Часы можно повесить на гвоздики или поставить на стол. Для гвоздиков есть два отверстия-петельки, а для установки на столе – откидная ножка-подставка:

Пять отверстий вблизи центра задней стороны служат для доступа воздуха к датчикам температуры и влажности.

При штатном применении часы должны питаться от литиевой батарейки CR2032 (диаметр 20 мм, толщина 3.2 мм). Батарейка входит в комплект часов, но была сэкономлена ввиду ненадобности в задуманной конструкции.

Так выглядели часы со снятой крышкой батарейного отсека:

В ходе испытания часов были проверены следующие характеристики:

– Точность измерения температуры и влажности;

– Диапазон возможного изменения напряжения питания;

– Потребление тока при различных напряжениях питания.

Сначала – самые простые пункты: точность измерения температуры и влажности.

Для проверки точности температуры у меня для сравнения нашелся хороший термометр с ценой деления 0.2 градуса. Сравнение показало, что встроенный в часы термометр занижает показания на 0.4 градуса. Это – хорошая точность для прибора такого класса.

Что касается влажности, то для проверки её точности пришлось выносить часы на балкон, и там сравнивать с информацией Гидрометцентра. Увы, отклонение оказалось существенным: часы занижали влажность на 20-25%. В общем, надо мысленно прибавлять это значение к показаниям влажности на часах.

При всём при этом надо иметь в виду, что у каждого экземпляра часов может быть своя индивидуальная величина погрешности; т.е. приведённые цифры не следует считать окончательными.

Диапазон возможного изменения питающего напряжения составил 1.28 – 4.2 В, т.е. очень широкий. Поднять напряжение выше 4.2 В я не решился, чтобы не спалить прибор.

При напряжении даже немного ниже 1.28 В различимость изображения на дисплее часов резко падала; хотя, возможно, что часы и продолжали работать.

Теперь – тест потребления часов при различных напряжениях питания.

В процессе этого теста выяснилось, что часы проводят измерения температуры и влажности не постоянно, а один раз в каждые 8 секунд; и занимает измерение ровно секунду. В течение измерения потребление часов возрастает примерно в 5 раз.

В связи с этим, для измерения среднего потребления пришлось сколхозить простую RC-цепочку с большой постоянной времени (47 секунд).

Таблица среднего потребления электронных часов в зависимости от напряжения питания

Напряжение питания, В	Потребляемый ток, мкА
1.28	7.7
1.6	8.6
2.0	9.3
2.4	11.1
3.0	12.9
4.1	16.7

Если взять за основу по потреблению ток в 10 мкА, то суточное потребление электричества составит 0.864 Кулона (вспоминаем классические школьные единицы измерения!).

Иными словами, за сутки без подзарядки ионистор ёмкостью 1 Фарада потеряет напряжение 0.864 В. Многовато будет!

В связи с этим определяем минимально-необходимую ёмкость ионистора в 5 Фарад. Но и злоупотреблять ёмкостью тоже не надо: чем больше ёмкость, тем выше токи утечки, а этого нам не надо!

Солнечная батарея

Поскольку изначально была неопределённость в диапазоне допустимого напряжения питания часов, то был закуплен целый кулёк из 10-ти штук одноэлементных солнечных панелек размером 53*18 мм, чтобы затем собрать из них батарею на нужное напряжение:

Куплен этот кулёк солнечных панелей был здесь.

Размеры активной части панели – 40*10 мм (это – та величина, от которой следует отталкиваться при выборе альтернативных панелей).

На прямом солнечном свете напряжение холостого хода составило 0.6 В, а ток короткого замыкания – 116 мА.

Формально приведённая величина тока в тысячи раз выше требуемой, но на самом деле какого-то большого излишества здесь нет. В типовом случае расположения в не самом светлом месте помещения на солнечную батарею никогда не будет падать прямой солнечный свет; а интенсивность рассеянного света в помещении в десятки и сотни раз ниже интенсивности солнечного света.

Кроме того, на северных широтах зимой вместо белых ночей приходят чёрные дни; и тогда батарея будет питаться не от дневного света, а от искусственного освещения, которое будет работать всего несколько часов в день (когда обитатели уже пришли с работы, но ещё не легли спать).

Ионистор

Итак, номинальное напряжение питания электронных часов составляет 3 В.

Причём, в зависимости от уровня освещения солнечной панели, реальное напряжение может иногда и превышать эту величину.

В то же время стандартное номинальное напряжение для ионисторов составляет 2.7 – 2.8 В.

Из этого следует, что потребуется не один ионистор, а два последовательно соединённых ионистора.

К счастью, промышленность Поднебесной выпускает сдвоенные ионисторы на напряжение 5.5 В:

Ионистор на 5 Ф 5.5 В состоит из двух последовательных ионисторов 10 Ф 2.8 В. Купить этот ионистор можно здесь.

Но можно купить и отдельно два ионистора и соединить их последовательно, кому как нравится.

Диод Шоттки

Остался самый последний и простой ингридиент – диод Шоттки. Он нашелся у меня в домашнем хозяйстве, и откуда он взялся – даже и не помню.

В принципе, желательно использовать диод с как можно меньшим прямым током, ибо у них и обратный ток тоже мал.

Тот диод, который нашелся у меня (1N5819), имел допустимый прямой ток 1 А и обратное напряжение 40 В.

Как показали испытания, такой диод вполне подходит для применения в задуманном устройстве.

Его обратный ток при напряжении 3 В составил всего 1.5 мкА.

Сборка электронных часов на вечной батарейке

С учетом верхнего предела питания часов в 4.2 В, было принято решение последовательно соединить 8 одиночных солнечных панелек. На прямом солнечном свете они дали бы даже слишком высокое напряжение (4.8 В), но, с учетом падения напряжения на диоде и пониженного освещения в помещении такое напряжение в реальной жизни устройству не грозит.

Эти панельки были спаяны последовательно с помощью кусочков толстой проволоки. Для большей надёжности можно было бы провести спайку ещё в одном-двух местах параллельно, но, если конструкцию при эксплуатации не трогать руками слишком часто, то и такой пайки достаточно:

Затем на одну из крайних солнечных панелек были напаяны ионистор и диод. Для правильной сборки схемы в двух местах пришлось вырезать изолированные “островки” из печатных проводников на солнечных панелях:

Теперь осталось припаять проводники от солнечной батареи к часам.

Это было сделано грубо, но вполне функционально:

После этого я закрыл крышку батарейного отсека часов, чтобы провода не перегибались в местах пайки (в таких местах перегибы особенно вредны).

Выбор места установки электронных часов на вечной батарейке

Изначально местом установки этой конструкции была выбрана кухня.

А на кухне было два подходящих для этого места: на боковой стене (относительно окна) и на дверце холодильника (это место расположено прямо напротив окна и освещено лучше). Кроме того, дверца холодильника ближе расположена к лампочке светильника (т.е. там освещённость всегда лучше).

Были проведены замеры напряжения холостого хода и тока короткого замыкания на выходе солнечной батареи в сборе (т.е. всех 8-ми элементов) для естественного освещения (днём) и искусственного (вечером). Для проверки при естественном освещении выбирались сильно пасмурные дни (моделирование осенне-зимнего периода).

Стена (тёмное место), естественное освещение: напряжение ХХ – 1.7 В; ток КЗ – 42 мкА.

Холодильник (светлое место), естественное освещение: напряжение ХХ – 2.3 В; ток КЗ – 95 мкА.

Стена (тёмное место), искусственное освещение: напряжение ХХ – 1.4 В; ток КЗ – 34 мкА.

Холодильник (светлое место), искусственное освещение: напряжение ХХ – 2.5 В; ток КЗ – 170 мкА.

Вот всё, что осталось от 116 мА на прямом солнечном свете!

По итогам теста можно сказать, что более освещённое место подходит для установки системы с полной гарантией работоспособности, а менее освещенное место – где-то на грани работоспособности.

Теперь – практические испытания всей системы в целом; т.е. её реальное использование при реальных погодных условиях и пользовании искусственным освещением.

При этом испытании был проведён контроль напряжения на входе электронных часов вечером сразу после захода Солнца (максимум зарядки за день) и утром после восхода (для проверки падения напряжения за ночь). Испытания проводились в течение нескольких дней до стабилизации показаний.

Типичные результаты такие.

Стена (тёмное место), напряжение утром (минимум) – 1.6 – 2.1 В.

Стена (тёмное место), напряжение вечером (максимум) – 1.8 – 2.2 В.

Холодильник (светлое место), напряжение утром (минимум) – 2.5 – 2.7 В.

Холодильник (светлое место), напряжение вечером (максимум) – 2.8 – 3.2 В.

Во всех случаях разборчивость изображения на дисплее оставалась высокой.

По итогам окончательным местом установки была выбрана стена, поскольку это место удобнее для наблюдения за показаниями прибора. Не исключено, что в тёмное время года могут возникнуть проблемы с работоспособностью; тогда всё-таки придётся перевесить на холодильник.

На окончательном месте установки (на стене) и была сделана первая фотография в обзоре:

Фиолетовая петелька, на которой повешены электронные часы, была сделана из скрепки с пластиковым покрытием.

Солнечная батарея не скреплена с часами жестко, а подвешена к ним на проволочках из витой пары.

На момент публикации обзора эта система работала без проблем уже две недели. То есть, всё получилось, как и было задумано!

Итоги и выводы

Итак, была создана система питания для электронных часов, которая избавит пользователя от заботы об их питании навсегда.

Используемые в этой системе питания компоненты (солнечные панели, ионисторы, диоды Шоттки) при малой нагрузке имеют практически неограниченный срок службы.

Да и сами электронные часы тоже имеют высокую надёжность; и шансы, что они когда-то выйдут из строя в этой жизни, крайне малы.

Остаются вопросы с эстетикой данного решения, но это дело вкуса.

В любом случае эта система будет хорошим поводом поговорить с гостями о судьбах “зелёной” энергетики и о Ваших умелых руках.

Ещё одним положительным итогом будет то, что нашлось хорошее применение ионисторам (суперконденсаторам).

Фактически у этих изделий оказалось очень мало областей применения, поскольку они “провалились” в щель между конденсаторами и аккумуляторами (т.е. оказались не в состоянии заменить ни одно, ни другое). А здесь они оказались очень к месту.

Кстати, некоторое время тому назад был даже проект использования суперконденсаторов в гибридных автомобилях (Ё-мобиль, помните?). Но проект провалился из-за ряда недостатков, в том числе и невозможности полноценно заменить аккумуляторы на суперконденсаторы.

К недостаткам часов на “вечной батарейке” надо отнести то, что они не смогут работать в совсем тёмных местах помещения, удалённых и от окон, и от источников искусственного освещения. Но в таких случаях не исключено и пространственное разделение часов и “вечной батарейки” с их соединением тонким малозаметным кабелем.

Несколько слов о том, что я сделал с оставшимися двумя панельками из комплекта в 10 штук.

Одну из них пришлось выбросить. Она оказалась бракованной: ток короткого замыкания был близок к нулю.

А вторая была применена в любительской системе для определения характеристик экранов электронных приборов и источников света (статья).

При создании и тестировании вечной батарейки использовался лабораторный блок питания Longwei K1030D (обзор) и мультиметр Aneng V8 (обзор).

Как сделать солнечную батарею своими руками?

Многие компании в интернете реализуют уже готовые собранные панели, которые напрямую подключаются к потребителю. Но, такие устройства имеют куда большую стоимость, чем отдельные элементы. В связи с особенностью климатического пояса полностью перейти на солнечную электроэнергию у вас вряд ли получится, поэтому и готовые солнечные батареи смогут окупиться только через 10 — 40 лет. Чтобы сэкономить на дорогостоящих заводских панелях, куда выгоднее приобрести фотоэлектрические модули, комплектующие к ним и заняться сборкой ячеек в единую солнечную батарею самостоятельно.

Какой вариант выбрать?

Первое, что вам нужно – приобрести фотоэлектрический преобразователь. Различные модели предлагаются как отечественными производителями, так и зарубежными. Наиболее дешевыми вариантами являются китайские кремниевые фотоэлементы. Они имеют ряд недостатков, но, в сравнении с американскими и отечественными, куда более дешевые. Все модели, в зависимости от типа, подразделяются на три вида:

• монокристаллические модули – состоят из искусственно выращенных кристаллов достаточно больших размеров. Отличаются самым высоким КПД в 13 – 26% и самым длительным сроком эксплуатации в 25 лет. Недостатком солнечных батарей на их основе является снижение максимального КПД в течении периода эксплуатации.
• поликристаллические фотоэлементы – в сравнении с предыдущими имеют куда меньший срок эксплуатации, как заявляет производитель – 10 лет. Также они могут выдать только 10 – 12% КПД, в с равнении с предыдущими, зато этот параметр остается постоянным для них в течении всего периода работы.
• аморфные батареи – это пленочные батареи, в которых на гибкую основу нанесен аморфный кремний. Такие фотоэлементы появились сравнительно недавно и могут наклеиваться на любые поверхности – окна, стены и т.д. Они характеризуются самым низким КПД – 5 – 6%.

Выбор определенного типа зависит от ваших пожеланий и поставленных задач. К примеру, если количество солнечного излучения сравнительно невелико в вашем регионе, лучше устанавливать монокристаллические преобразователи, так как у них самый высокий КПД.

Подготовка инструментов и выбор материалов

Помимо преобразователей, для сборки полноценной солнечной панели вам понадобятся такие материалы:

• Припой – для солнечной батареи необходимы легкоплавкие оловянные сплавы.
• Соединительные провода – подбираются однопроволочные медные марки. Для соединения монокристаллических и поликристаллических пластин применяются голые проводники, а для отвода электроэнергии изолированные.
• Рамка – создает основной каркас, в котором располагается вся солнечная батарея. Состоит из основания – ДСП, USB, фанеры и прочих, металлических или деревянных планок, уголков и саморезов для их соединения.
• Стекло или полимерная пластина – создают защитный слой поверх монокристаллических пластин, также, в сочетании с рамой, служат для скрытия элементов от воздействия атмосферных осадков и механических воздействий.
• Герметик – наилучшим материалом для герметизации является эпоксидный компаунд, но это достаточно дорогостоящее удовольствие, поэтому его можно заменить силиконовым герметиком.
• Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления электрической энергии в светлое время суток с целью дальнейшего использования. Экономить при выборе батареи не стоит, так как качественная модель прослужит гораздо дольше.
• Инвертор – используется для преобразования постоянного напряжения в переменное. Преобразователь напряжения необходим для подключения к солнечной батареи любых бытовых приборов.

Из инструментов вам пригодиться ножовка, дрель, шуруповерт или обычная отвертка для закручивания саморезов, мультиметр или амперметр для определения работоспособности солнечной батареи, паяльник.

Составление проекта

На этапе подготовки проекта необходимо определить наиболее подходящее место для установки солнечной батареи. Определите, с какой стороны участка находиться больше всего солнечных лучей, не падает тень от деревьев и других построек. Место установки может быть на земле, скатах крыши, стенах или отдельно стоящих конструкциях. К примеру, если вы хотите установить солнечную батарею на крыше, следует убедиться, что конструкция выдержит ее вес.

Из-за того, что максимальная производительность моно- и поликристаллических ячеек обеспечивается исключительно при перпендикулярном попадании на них солнечных лучей, желательно собрать для них регулируемую конструкцию. Которая позволит изменять угол наклона солнечной батареи, в зависимости от времени года или даже времени суток. Так как положение источника света в различные периоды года и суток значительно отличаются (рисунок 1).

Рис. 1: зависимость положения солнца от времени года

Также обратите внимание, что в стационарно установленной батарее, к примеру, вырабатывающая в идеальных условиях 7 кВт/ч, утром и вечером будет вырабатыватся только 3 кВт/ч. Соответственно, при установке только в одном положении, батарея будет выдавать номинальную мощность лишь несколько месяцев в году. Если вы решите монтировать ее в стационарном положении, панели следует располагать под углом от 50 до 60º, для регулируемых устанавливается два предела – зимний в 70º и летний в 30º, а в промежуточный период, их наклоняют как стационарные.

Чтобы определить количество пластин, необходимо подсчитать, какой электрический ток или мощность генерирует одна из них или 1 м 2 . Как правило, 1 м 2 выдает порядка 125 Вт, поэтому чтобы получить около 2,5 кВт для бытовых нужд, необходимо установить 20 м 2 панелей.

Порядок изготовления солнечной батареи

Элементы на поли- или монокристаллическом кремнии необходимо объединить в единую панель. Для этого осуществляется пайка контактов к проводникам. Порядок пайки следующий:

• Оголенные проводники нарежьте одинаковыми отрезками под лекало, такой длины, чтобы она в два раза превышала размер элемента солнечной батареи. Рисунок 2: отмерьте проводники с помощью лекала
• Выложите модули на ровную поверхность (секло, лист фанеры, стол и т.д.).
• Очистите электрические контакты и полудите оловом, накладывать большое количество припоя сюда не нужно, достаточно слегка покрыть контакт. Рисунок 3: полудите контакты
• Припаяйте заранее полуженные проводники к контактам, обратите внимание, что сильно придавливать пластины нельзя, так как они очень хрупкие. Рисунок 4: припаяйте провод к элементу
• Замерьте ток от одного элемента с проводниками, это поможет подсчитать суммарную величину для всей батареи.

Если приобретенные вами элементы для солнечных батарей уже оснащены соединительными проводниками, этот этап можно пропустить и сразу переходить к изготовлению рамки.

Изготовление рамки

Рамка солнечной батареи представляет собой короб с невысокими бортами, который накрывается прозрачным стеклом. Для изготовления рамки:

• Возьмите прямоугольный лист фанеры или ДСП такого размера, чтобы на нем могло располагаться нужное количество элементов. Просверлите в нем небольшие отверстия на расстоянии 10 см друг от друга для вентиляции. Рис. 5: просверлите отверстия для вентиляции
• Приклейте по краю листа деревянные планки высотой не более 2 см, чтобы они не отбрасывали тень на солнечные приемники. Дополнительно прикрутите планки небольшими шурупами.
• Вырежьте крышку из стекла или прозрачного полимера. Ее размеры должны соответствовать нижнему листу или быть меньше, в зависимости от того, поддается она сверлению или нет. Если крышку можно прикрутит шурупом, то размер может быть идентичен, если стекло может лопнуть при попытке сверления, сделайте его меньше на 0,5 – 1 см. Рис. 6: заготовьте крышку из стекла
• Изготовьте из алюминиевого уголка прижимной каркас для верхней прозрачной крышки солнечной батареи, но пока ничего не прижимайте.

Постарайтесь подобрать материал для прозрачной крышки без бликов, иначе часть энергии солнца будет отражаться, что значительно снизит КПД. После того, как изготовите рамку, соберите солнечную батарею.

Изготовление модулей

Данный этап требует особой осторожности и внимания, поскольку на нем вы формируете электрическую цепь солнечной батареи. Если допустите прожоги или трещины, вы можете испортить не только какой-либо конкретный элемент, но и весь модуль, который в итоге придется переделывать.

• Разместите солнечные коллекторы лицевой стороной на прозрачной крышке. Оптимально между элементами должно быть 3 – 5 мм, если этого трудно добиться с первого раза, можете сделать разметку на стекле. Рис. 8: разместите элементы
• Аккуратно спаяйте выводы от каждого элемента «+» к «+», и «–» к «–». Плюсовые контакты должны располагаться на лицевой стороне, а минусовые на внутренней. Рис. 9: спаяйте выводы элементов

Все элементы соединяются последовательно сверху вниз, чтобы не раздавить нижние, когда будете паять. Вертикальные ряды припаяйте на общую шину.

• Приклейте фотоэлементы к прозрачной крышке, для этого нанесите в центр элемента немного герметика и аккуратно придавите его. Следите, чтобы он располагался строго по разметке, рабочей поверхностью к стеклу, иначе переклеить потом будет проблематично. Рис. 10: приклейте элементы к стеклу
• Просверлите в рамке отверстия для вывода плюсовой и минусовой шины солнечной батареи. В цепь батареи включите контроллер заряда, который предотвратит разряд заряда аккумулятора на солнечную батарею в темное время суток. Для этого подберите такие характеристики диодов, которые обеспечат полную блокировку цепи от обратного тока.
• Зафиксируйте выводы солнечной батареи в отверстиях при помощи герметика и поместите в рамку. Рисунок 11: зафиксируйте провода герметиком

После того, как вы собрали батарею, проверьте ее работоспособность. Вынесите ее под солнечные лучи и замерьте величину тока на выводах.

Рис. 12: вынесите на улицу и проверьте мультиметром

Сравните это значение с ранее замеренной величиной для одного элемента солнечной батареи. Чтобы проверить правильность, умножьте количество элементов на ток от одного, если прибор показал такое значение или близкое к нему, солнечная батарея собрана правильно и ее можно герметизировать.

Для герметизации используются компаунды или силиконовые герметики, которые подходят для температуры ниже нуля. Для этого солнечную батарею можно как заливать полностью, так и нанести герметик только между модулями.

Рис. 13: залейте герметиком

Второй вариант более экономный, но первый обеспечит вам куда большую надежность и лучшую герметизацию. После герметизации сверху устанавливается умеренный пресс до полного застывания.

Рис. 14: установите умеренный пресс

До заливки вы можете установить демпфер из плотного поролона между фотоэлементами солнечной батареи и плитой из ДСП. Ширина поролона выбирается менее высоты борта, в рассматриваемом случае высота – 2 см, соответственно можно взять поролон 1,5 см в толщину. Готовые и проверенные батареи установите согласно составленного проекта и подключите к электрической сети дома через аккумулятор и инвертор.

Солнечная батарея своими руками

Солнечные лучи, как альтернативный источник энергии, приобретают все более широкую популярность среди населения. Особенно это касается жителей частного сектора, постепенно избавляющихся от энергетической зависимости. Однако подобные системы еще довольно дороги и не все могут их приобрести. В таких ситуациях наилучшим выходом становится солнечная батарея изготовленная своим руками из подручных материалов.

Выбор фотоэлементов

Любая солнечная батарея для дома сделанная своими руками, будет в любом случае стоить значительно ниже, чем заводская. У известных производителей производится тщательный отбор фотоэлементов, в процессе которого отсеиваются заготовки, имеющие пониженные или нестабильные показатели. Поверхность готовых изделий покрывается специальным стеклом, снижающим отражение света, отсутствующим в свободной продаже. В производстве применяются многие другие методы исследования пластинок, совершенно не подходящие для домашних условий.

Однако, солнечная батарея своими руками вполне может быть изготовлена, а полученные самоделки обладают хорошей работоспособностью и не столь заметно отличаются от изделий промышленного производства. Зато экономия денежных средств получается практически в два раза, и в определенных условиях делать панели не только целесообразно, но и выгодно.

Следовательно, основная цель на стадии подготовки заключается в правильном выборе наиболее подходящих фотоэлементов. По техническим причинам пленочные или аморфные изделия можно сразу же исключить и остановиться на пластинках их кремниевых кристаллов. В самых первых домашних опытах рекомендуется воспользоваться более дешевыми элементами из поликристаллов и лишь потом переходить к работе с монокристаллическими кремниевыми материалами.

Приобрести фотоэлементы для солнечной батареи возможно на известных зарубежных торговых площадках, таких как Алиэкспресс, Амазон и других. Они находятся там в свободной продаже в виде отдельных пластинок с различной производительностью и габаритными размерами, что позволяет собрать солнечную панель требуемой мощности.

Кроме того, существуют бракованные изделия, относящиеся к так называемому классу В, имеющие различные повреждения в виде небольших сколов и трещин. На производительность это почти не влияет, зато их стоимость значительно ниже, поэтому они чаще всего используются в самодельных гелиосистемах.

Выбор пластинок прежде всего осуществляется по их внешнему виду. Монокристаллические элементы имеют однотонную поверхность темно-синего цвета, на которой расположена хорошо заметная электродная сетка. В поликристаллических пластинках поверхность покрыта более светлым узором, образованным многочисленными мелкими кристалликами. Подробнее чем отличаются монокристаллические панели от поликристаллических читайте здесь https://electric-220.ru/news/monokristallicheskie_i_polikristallicheskie_solnechnye_batarei/2018-12-26-1624

Расчет и проектирование

Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.

Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент. Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный. В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.

Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.

Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.

Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности. Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде. Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.

Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м 2 .

Формула для расчета

Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.

Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.

Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью. Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов. В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.

Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.

Выбор места установки

Производительность солнечных панелей во многом зависит от места их установки. Поэтому, перед тем как сделать солнечную батарею своими руками, нужно заранее определиться, где она будет расположена.

Инструкция по самостоятельной сборке солнечной батареи из недорогих китайских панелей

Альтернативной энергетикой сейчас занимаются не только специалисты. Варианты автономных источников питания интересуют и любителей, которые дружат с электро- и радиотехникой. Применительно к солнечным батареям главная сложность в реализации проекта – их высокая цена. А если учесть, что для частного дома понадобится несколько панелей, то некоторый скепсис в плане их использования в быту становится понятен.

Хотя есть неплохое решение для тех, кто привык все делать своими руками – собрать солнечную батарею из отдельных панелей. Например, китайских, которые стоят относительно недорого.

По опыту их практического применения можно сделать вывод, что они вполне оправдывают ожидания мастера. А если ориентироваться на комплект класса B (более дешевая продукция), то экономия при самостоятельной сборке источника питания достигается значительная.

Для получения образца в 145 Вт общим напряжением 18 В придется выложить за китайские панели (36 штук) около 3 100 рублей (если приобретать через Интернет, к примеру, на площадках Alibaba, Ebay) против 6 180 (стоимость готового аналога промышленного изготовления). Получается, есть смысл потратить время и сделать такую батарею.

Рекомендация по выбору панелей

Не только китайские, а все солнечные панели делятся на моно- (более дорогие) и поликристаллические (аморфные). В чем разница? Не вдаваясь в технологию изготовления, достаточно указать, что первые характеризуются однородной структурой. Поэтому их КПД выше, чем у аморфных аналогов (примерно 25% против 18%) и стоят они дороже.

Визуально их можно отличить по форме (показано на рисунке) и оттенку синего. Монокристаллические панели несколько темнее. Ну а есть ли смысл в экономии на мощности, решать придется самостоятельно. К тому же следует учесть, что производством недорогих поликристаллических панелей в Китае занимаются в основном мелкие фирмы, экономящие буквально на всем, в том числе, и на исходных материалах. Это напрямую отражается не только на себестоимости, но и на качестве продукции.

Все фотоэлементы соединяются в единую энергетическую цепочку проводниками. В зависимости от типа панелей, они могут быть уже зафиксированы по месту или отсутствовать. Значит, припаивать их придется своими руками. Все кристаллические образцы довольно хрупкие, и обращаться с ними нужно крайне аккуратно.

Если нет должных навыков работы паяльником, то лучше приобрести панели класса A (более дорогие). Покупая дешевые аналоги (B), желательно взять хотя бы один в запас. Практика сборки солнечных батарей показывает, что повреждений точно не избежать, поэтому лишняя панель однозначно понадобится.

При определении потребного количества фотоэлементов можно ориентироваться на такие данные. 1 м² панелей дает примерно 0,12 кВт/час электроэнергии. Статистика эн/потребления показывает, что для небольшой семьи (4 человека) в месяц достаточно порядка 280 – 320 кВт.

Солнечные панели продаются в двух возможных вариантах – с восковым покрытием (для предохранения от повреждений при транспортировке) и без него. Если панели с защитным слоем, то их придется подготовить к сборке.

Что необходимо сделать?

• Распаковать товар.
• Погрузить комплект в горячую воду. Примерная температура – 90±5 0С. Главное, чтобы это не был кипяток, иначе панели частично деформируются.
• Разъединить образцы. Признаки того, что воск растаял, заметны визуально.
• Обработать каждую панель. Технология простая – поочередное погружение их в воду горячую мыльную, потом – чистую. Процедура «омовения» продолжается до тех пор, пока на поверхности не останется следов воска.
• Просушить. Раскладывать панели следует на мягкой ткани. К примеру, на махровой скатерти.

Порядок сборки

Специфика изготовление каркаса

По сути, это традиционная простейшая рама, материал для которой выбирается в зависимости от места расположения батареи. Обычно на тематических сайтах указывается алюминиевый уголок или древесина. Целесообразность использования последней (при всем уважении к авторам статей) вызывает определенные сомнения. Основная причина – в особенностях любого дерева. Она заключается в содержании влаги, независимо от степени осушки.

Сколько бы процентов ее ни было, скручивания, а то и растрескивания дерева не избежать. С учетом хрупкости панелей – не вариант, однозначно. Долго такая батарея, даже при закреплении на окне внутри строения, не прослужит.

Монтаж батареи

Размеры рамы выбираются исходя из линейных параметров панелей. Горизонтальная ориентация или вертикальная – это зависит от специфики установки батареи, и принципиального значения не имеет.

На каркас крепится лист стекла или поликарбоната (только не ячеистого, а монолитного). Он выполняет защитную функцию, предохраняя фотоэлементы от механического разрушения.

На него, с внутренней стороны каркаса, наносятся капли силиконового герметика (по центру панелей), или он намазывается тончайшим слоем. Рекомендации по использованию смолы (эпоксидной) вряд ли заслуживают внимания, так как о ремонтопригодности батареи в этом случае говорить не приходится.

В раму укладывается расчетное количество панелей (сборка делается заранее). Одна дает напряжение порядка 0,5 В (небольшое отклонение номинала не в счет). Здесь важно не перепутать, где лицевая сторона изделий, а где тыльная.

Задняя часть закрывается мягким съемным матом. Для его изготовления своими руками можно взять поролон (4 см, как минимум) и пленку п/э. Соединяются ее кромки скотчем или спаиваются (если есть специальная машинка).

На этом работа не заканчивается. Между стеклом (поликарбонатом) и панелями останутся воздушные пузырьки, которые снижают эффективность солнечной батареи. Их необходимо удалить. Для этого на мат укладывается плотный материал. Например, фрагмент, подобранный по размерам каркаса, толстой (многослойной) фанеры.

Сверху – груз, вес которого достаточный, чтобы панели слегка придавить. В таком положении батарея оставляется на полсуток, не менее. Здесь следует ориентироваться на ее габариты и равномерность распределения нагрузки.

По истечении этого времени гнет, фанера и мат демонтируются. Сразу же крепить батарею по месту установки нельзя. Понадобится еще некоторое время, чтобы герметик окончательно просох.

Вместо мата можно использовать и иную мягкую подложку. К примеру, опилки, стружку.

Завершающий этап – изготовление задней стенки и ее постановка на место. Для этого берется ДСП, ДВП, фанера, но обязательно с той же подложкой, чтобы защитить панели от деформации.

Особенности сборки схемы

Спайка пластин – процесс сложный, требующий кропотливости и внимательности. Лучше работать паяльником маломощным (24 – 36 Вт). Если используется распространенный в быту на 65, то его следует включать через ограничительное сопротивление. Простейший вариант – последовательное присоединение лампочки-«стоваттки».

Но это не все. Необходимо исключить саморазряд батареи (ночью, в ненастную погоду). Это обеспечивается включением в схему п/п диодов. В качестве проводника (для выводов) целесообразно использовать кабель акустический, который на панели также фиксируется герметиком.

Вариант пленочной солнечной батареи (есть и такой) не рассматривается. Несмотря на некоторые достоинства, у него есть ряд существенных минусов – низкий КПД и необходимость укладки на больших площадях. Для частного дома решение неприемлемое.

Солнечная панель: узнайте, как ее сделать своими руками, и подумайте, стоит ли шкурка выделки

Денис Митряев

Солнечная панель — вещь интересная и, предполагается, способная решить проблемы обеспечения частного дома электроэнергией. Хотя бы частично. Но, как показывает практика, их использование далеко не всегда приносит в итоге выгоду. Связано это с тем, что саму панель сложно назвать дешевой, а также с малым количеством солнечных дней в году на большей части территории страны. Чтобы понять, стоит ли использовать такие батареи именно в вашем хозяйстве, рекомендуем попробовать собрать тестовое устройство самостоятельно. Ничего сложного в этом нет.

Солнечная панель для дома. Выбираем комплектующие

Не будем рассказывать о принципе работы солнечных батарей, расчете их эффективности и окупаемости. Сегодня наша задача — собрать работающее устройство, которое сможет обеспечить энергией пару-тройку диодных ламп в частном доме или на даче. Итак, начнем.

Фотоэлементы

Самый простой (и недорогой) способ приобретения фотоэлементов — использование AliExpress. Конечно, можно найти их и в России, но, судя по нашему опыту, выйдет дороже, а производство все равно китайское. Так зачем переплачивать? Например, 50 штук преобразователей размерами 78×52 мм мощностью 0,66 Вт на маркетплейсе продаются за 616 рублей. В интернет-магазине с доставкой из России тот же самый товар стоит уже 40 рублей за единицу. Все же лучше подождать доставку из Поднебесной, чем отдать в три раза больше денег за эксперимент, согласитесь?

При получении фотоэлементов для солнечной панели обязательно прозвоните их. Необходимо проверить результат их работы. Модули, выдающие напряжение, значительно отличающееся от среднего, стоит отложить.

Корпус

Когда стало понятно, какое количество элементов можно использовать, необходимо подготовить корпус. Рассчитать его габариты нужно с учетом того, что между ячейками должно оставаться расстояние не менее 1 сантиметра. Делается это и для удобства последующей работы, и для того, чтобы оставить свободное пространство на расширение нагретых фотоэлементов.

Для сборки корпуса рекомендуем использовать фанеру, лист которой необходимо покрыть влагоотталкивающими средствами для пропитки дерева (например, «Аквалазурью»). Либо приобрести алюминиевые уголки, на которые далее укладывается и закрепляется оргстекло.

Пайка элементов

Следующий этап самостоятельного создания солнечных панелей — пайка фотоэлементов. Для этого нам потребуется шина. Шину также рекомендуем приобрести на AliExpress. Найти в поиске подходящий провод нам удалось по запросу «паяльная шина для солнечных батарей». Чудеса перевода с китайского на русский подарили миру и такое изобретение. По сути, подобная шина представляет собой плоский медный провод, покрытый оловом. Вариантов в продаже не так много, мы рекомендуем остановить свой выбор на проводе толщиной 1.6 мм. Но подойдет и 2 мм.

Далее нужно взять пару фотоэлементов, положить их рядом так, чтобы имитировать расположение на корпусе. Остается отмерить длину шины, которая соединит верхний и нижний модуль. Затем придется монотонно нарезать провод. На 50 элементов потребуется 100 полосок-шин.

Перед пайкой необходимо обезжирить все контакты (место припоя). Для этого обычно используется спирт.

Дальше нужно лишь взять паяльник в руки и припаять шины к фотоэлементам. Самый простой способ — сначала прикрепить шины к верхним модулям (с лицевой стороны), а когда все они будут готовы, — присоединить провод к обратной стороне нижнего модуля. Места припоя на панели видны, провод присоединяется только к ним, вся остальная поверхность не является токопроводящей.

Завершающий этап сборки

Все элементы соединяются в цепь последовательно. Поскольку разместить друг за другом 50 модулей достаточно проблематично, как правило, делается несколько блоков, которые уже затем соединяются между собой. Для этого используется такая же шина, но уже более широкая.

Самый простой способ закрепить спаянные цепочки — положить их на оргстекло или поликарбонат лицевой стороной, а с обратной заклеить пленкой ORACAL 751, которая отлично справится с любым погодным воздействием. Обратите внимание, здесь нужно производить операции практически без физического воздействия, чтобы не повредить фотоэлементы. В основном пленка должна клеиться не к ним, а к основе. Именно для этого мы и располагаем части будущей панели на расстоянии в 1 см.

Солнечная панель: купить или сделать?

Буквально 5-6 лет назад подобная батарея стоила гораздо дешевле готовых вариантов. Сегодня ее стоимость, с учетом необходимости приобретения не только фотоэлементов и шины, а еще и пленки, акрила или стекла, достигнет 1500 рублей. За эти деньги можно найти на том же AliExpress готовые солнечные панели с невысокой мощностью, которой будет достаточно все же, чтобы понять, устраивает ли вас работоспособность такого источника энергии.

Как показывают тесты, по описанному нами проекту можно получить прибор, выдающий в хорошую погоду до 25 Вт, ток короткого замыкания — до 4 А. Стоимость, в целом, сопоставима с готовыми вариантами. Однако здесь важен фактор самостоятельной сборки — процесс подготовки «конструктора» тоже интересен.

Приобретать сразу дорогие модели, способные обеспечивать электроснабжением домохозяйство, мы бы не рекомендовали без предварительных расчетов. Стоимость этих устройств сегодня достаточно велика, а, по нашим оценкам, в средней полосе России (и тем более на севере страны) такие решения просто не способны удовлетворить потребности человека и срок их окупаемости практически сопоставим со средним сроком службы.

Например, на фото ниже можно увидеть готовый комплект солнечных панелей ЛИДЕР APS 2000 24/220 мощностью до 2000 Вт с инвертором, преобразующим постоянный ток в переменный с напряжением 220 В. Стоимость его составляет 130 тысяч рублей.

А вы рассматривали солнечную панель как источник энергии для дома? Если да, то расскажите, каких результатов уже удалось добиться!