Солнечная батарея представляет собой источник дешевой и экологичной электроэнергии, в России она используются в основном для нужд ГВС и отопления и в качестве вспомогательного источника энергии. В принципе ничто не мешает фотопреобразователям полностью заменить потребность электросети, особенно при наличии свободного пространства для солнечных панелей.
К ограничениям для достижения такой цели относят площадь, вес батарей и их стоимость, последний фактор решающий — готовые панели стоят дорого. Самому сделать солнечную батарею дешевле, особенно из бывших в употреблении элементов. Но самодельные солнечные батареи имеют свои плюсы и минусы, прежде чем начать трудоемкий процесс пайки и монтажа следует все просчитать с учетом инсоляции данной местности, объема потребления электроэнергии, окупаемости вложенных затрат.
Проект солнечной энергосистемы для дома и дачи
В начале проводится расчет мощности солнечных батарей: просчитывается нагрузка задействованных приборов, подсчитывается число соединяемых фотопреобразователей и площадь, занимаемая готовыми панелями. Средняя мощность отдельного элемента размером 6×6 (15,24×15,24 см) составляет 4Вт, напряжение ‒ 0,5В. То есть для получение хотя бы 18 В потребуется 36 элементов. С учетом небольшого промежутка между ФЭП размер самодельной панели будет не менее 95×95 см, а учетом потерь при передаче и аккумулировании энергии она будет выдавать не более 0,12 Квт в день.
Далее отталкиваются от потребности в электричестве. Средняя величина потребления для загородного дома в день составляет 7,5 кВт, то есть для полного обеспечения потребуется не менее 62 панелей (и примерно столько же занятых м2 на крыше). Помимо площади возникает проблема веса: покупная панель мощностью 260 Вт с легкой алюминиевой рамой размером около 160×100 см весит не менее 20 кг. Собранная батарея своими руками весит еще больше (трудно найти легкое и прочное основание). Поэтому перед размещением панелей следует проверить состояние кровли, и не важно: будут ли это собранные солнечные батареи своими руками или покупные.
По понятным причинам отдача фотопреобразователей выше в ясные дни, панель размещается на южной стороне крыши и, в идеале, отслеживает движение солнца. Причем крышу не должны окружать высокие деревья или другие объекты, дающие тень. Большинство продаваемых панелей уже имеют поворотные механизмы, при самостоятельной сборке этот вопрос требует проработки. Это усложняет подключение солнечных панелей, но только при соблюдении этих условий достигается эффективность фотопреобразования в пасмурные и зимние дни.
Варианты модулей для самостоятельного изготовления
Эффективность работы солнечной батареи зависит от коэффициента фотопреобразования отдельного элемента. Создать солнечный элемент своими руками с эффективностью от 10 % и выше невозможно, рекомендуется купить новые или б/пластины. Самые долговечные солнечные батареи для дома своими руками собираются из моно- или поликристаллических ФЭП, аморфные снижают вырабатываемую мощность на 40% за 2 года после установки, а после 5 ‒ требуют полной замены.
При отсутствии опыта проще сделать солнечную батарею из элементов с уже припаянными проводниками, но они стоят дороже. В продаже представлены готовые наборы, в состав которых входят: кремниевые элементы, диод шоттки для солнечной батареи (до 3 шт), кислотный карандаш и проводники и шины для пайки. С учетом хрупкости этих элементов лучше заказать запасные: проблемы возникают как при транспортировке, так и при пайке. Допускается использование б/у, надколотых или слегка поврежденных пластин, их функциональность не ухудшается. Главное, чтобы 85% поверхности было чистым, а напыление — неповрежденным.
В качестве ФЭП подходят и подручные материалы, можно сделать солнечную батарею из фольги, диодов или транзисторов. Но в первом случае целесообразнее преобразовать солнечную энергию в тепловую, а не электрическую. Простейший пример — рама с фольгой, шлангом и двумя трубками. А вот в качестве подложки фольга возражений не имеет. Солнечная батарея из диодов работает за счет возникновения напряжения под прямыми солнечными лучами. Теоретически пиковое напряжение светодиода составляет 2,5В (при хорошей светопропуской способности), но при изменении направления солнечных лучей эта характеристика быстро падает, диоды начинают потреблять энергию, а не вырабатывать . Можно смело заявить, что солнечная батарея своими руками из диодов неэффективна.
Другое дело собранная солнечная батарея из транзисторов. В данном случае принцип «чем больше элементов, тем выше мощность» соблюдается. Верхняя часть транзистора спиливается, высыпается порошок, контактами служат вывода (паять эти элементы не рекомендуется). Собранная солнечная батарея своими руками из транзисторов подходит для питания зарядки телефона (блок из четырех элементов обеспечивает 10-15 А). Но для серьезных целей подручные средства не подходят. Оптимальный вариант — покупка и самостоятельная пайка б/у кремниевых поликристаллов, цена солнечной батареи снизится в 3-4 раза в сравнении с заводскими панелями той же мощности.
- Выбор типа фотопреобразователей и их приобретение.
- Создание корпуса и креплений.
- Пайка и размещение пластин.
- Герметизация (после обязательной проверки работоспособности).
- Установка солнечных батарей на крыше.
- Подсоединение (на сетевой инвертор или контроллер для солнечных батарей).
Генерируемая мощность напрямую зависит от общей площади солнечных панелей. Но этот ресурс трудно наращивать: каждый дополнительный элемент увеличивает вес конструкции, и затрудняет установку. Крайне важно использовать фотопреобразователи с одинаковыми параметрами, ток эквивалентен показателям самого меленького элемента. Электричество от солнечных батарей получается постоянное, для преобразования его в переменный ток проводится подключение к инвертору.
Сборка модульного каркаса из подручных средств в домашних условиях: установка панелей для освещения и других потребностей
Идеальный вариант для каркаса — алюминиевая рама, но она стоит дорого, поэтому большинство самоделок имеют основание из фанеры. Размер рамы зависит от числа и площади преобразователей, между отдельными элементами предусматривается промежуток не менее 0,5 см. По краям листа с помощью саморезов крепятся рейки с высотой не более 2 см, углы усиливаются металлическими уголками. Наличие вентиляции обязательно: небольшие просверленные отверстия по основанию или по бортам, но ни в коем случае не на крышке. Также предусматриваются отверстия для вывода проводов.
Панели укладываются на листы ДСП или другой материал, не проводящий ток, все деревянные поверхности проходят обработку от влаги (пропиткой или краской под цвет кровли). Критерием выбора материала для крышки является показатель преломления света. Оптимальный в этом и ценовом плане вариант для самоделки ‒ оргстекло или поликарбонат, заводские панели закрыты стеклами с оксидно-металлическим налетом. Некоторые специалисты советуют делать из оргстекла и днище, но такая солнечная панель своими руками слегка уступает в герметичности и долговечности (с прилагаемой к кровле стороне будут поступать влага).
Пайка солнечных модулей: зарядное устройство для телефона, садовый светильник, контроллер, фонарь, инвертор, лодка, Powerbank, прожектор и прочие варианты
Вначале к каждому ФЭП присоединяются контакты нарезанных заранее проводников одинаковой длины (используется обычный картонный прямоугольник). Проводок осторожно укладывается на пластину, на место припоя наносится кислота, паяльником надавливать на кристаллы нельзя. Каждый модуль размещается на подложке с разметкой (или стекле) обратной стороной вверх («минусовой»), все элементы соединяются по типу «змейки».
Последовательное соединение батареек рекомендуется проверить: все проводники соседних модулей должны пересекаться на участках пайки.
Крайние контакты припаиваются к шине (более широкий проводник из серебра). Рекомендуется установка «средней точки» — шунтирующих диодов, это позволит батареям не терять заряд при затемнении определенного участка или снижении качества освещения. Выводные клеммы предусматриваются с внешней стороны каркаса, для токовыводящих проводов потребуется изоляция. После спайки всех элементов они смазываются силиконовым клеем для закрепления на панели. Рекомендуется наносить клей по центру каждого модуля, а не по краям, в этом случае снижается риск их растрескивания при деформации фанеры.
Далее соединенные модули проверяются на функциональность и только потом ‒переворачиваются. Этот этап трудно провести в одиночку из-за хрупкости пластин. После фиксации на панели еще раз проверятся выдаваемая батареей нагрузка (этот процесс рекомендуется проводить на всех этапах создания самоделки). Все соединяющие и выводные провода смазываются силикатным клеем и фиксируются. Оргстекло или другой пропускающий свет материал закрепляются после окончательного высыхания герметика, в противном случае образуются испарения.
Остается подключить солнечную батарею к аккумулятору и/или инвертору. Рекомендуемая схема подключения солнечных батарей загородного дома включает контроллер заряда солнечной батареи. При перезаряженных аккумуляторах (наблюдаемых в дневное время) это устройство отключает процесс зарядки, ночью ‒ отключает систему.
Совет: для предотвращения короткого замыкания между отдельными элементами и нагрузкой устанавливаются предохранители.
Фотоэлектрические системы частного дома из транзисторов, диодов, пивных банок
Системы с задействованными солнечными батареями классифицируют как фотоэлектрические. Для частных домов подходят три разновидности:
- автономная;
- смешанного типа: батарейно-сетевая;
- безаккумуляторная (с подключением к питающей сети).
Первый вариант считается дорогими и используется при отсутствии централизованного электроснабжения: устанавливается мощные солнечные электростанции с надежными аккумуляторами, для аварийных ситуаций предусматривается подключение к дизельному генератору. Батарейно-сетевая система предусматривает использование аккумулированной энергии, при угрозе разрядки срабатывает подключение к стандартной электросети. Несмотря на затраты на автоматику и оборудование, этот вариант является самым окупаемым. Безаккумуляторная фотоэлектрическая система не требует значительных вложений (именно для нее проще всего собрать солнечную батарею своими руками). Но в таком случае энергия просто преобразуется в сетевом инверторе и потребляется, она никоим образом не используется как резервная.
Рекомендуется использовать солнечные батареи не только для получения электричества, но и для преобразования в тепловую (установить солнечный коллектор). Приветствуются альтернативы: можно сделать солнечную панель с возможностью изменения местоположения (для заряда телефонов или малопотребляющих приборов) или установить солнечный водонагреватель для дачи своими руками (для нагрева воды на душ или полив) на открытом участке. Предлагается интересное решение для скатных крыш — кремниевая кровельная пленка, мощность одной гибкой панели размером 2×1 м достигает 200 Вт. Солнечная батарея своими руками — отличный вариант получения альтернативной энергии.