Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

0 Получение «солнечного» кремния.
В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского.
0 Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель, где раскаляются и плавятся при t 1500 С. В расплав опускается затравка – так сказать, образец будущего кристалла. Атомы, располагаются в четкую структуру, нарастают на затравку слой за слоем. Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл.

0
0 Обработка.
Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы. Поэтому ему придается псевдо квадратная форма. Далее обработанный монокристалл стальными нитями в карбид - кремниевой суспензии или алмазно - импрегнированной проволокой режется на пластинки толщиной 250-300 мкм. Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.
Создание фотоэлектрического элемента.
Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.

Источник:

Сборка модулей.
Пластинки соединяются сначала в цепочки, потом в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение дает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока. Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединенные элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнюю проверку – измерение вольт - амперных характеристик. Все, можно использовать.
Соединение самих солнечных батарей тоже может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для получения требуемых силы тока и напряжения.

0 Производство поликристаллических батарей отличается только выращиванием кристалла. Есть несколько способов производства, но самый популярный сейчас и занимающий 75% всего производства это Сименс - процесс. Суть метода заключается в восстановлении силана и осаждении свободного кремния в результате взаимодействия парогазовой смеси из водорода и силана с поверхностью кремниевых слитков, разогретой до 650-1300°C. Освободившиеся атомы кремния, образовывают кристалл с древовидной (дендритной) структурой.

0

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.

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.

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

Разновидность солнечных батарей

0 Условно виды солнечных батарей определяются по полупроводнику, используемому для их изготовления. Чаще всего им является кремний, но сегодня активно разрабатываются и другие элементы. Цель таких изысканий – удешевление производства, уменьшение размеров и повышение эффективности продукции.
Монокристаллические и поликристаллические. Создаются на базе кристаллического кремния. Представляют собой прямоугольный каркас из алюминия с объединенными ячейками (чаще всего их 36, 60 или 72) размерами 125 на 125 или 156 на 156 мм, защищенными специальным каленым стеклом. Оно отлично пропускает лучи света, в том числе рассеянные, обеспечивает герметизацию и защиту полупроводников от механических повреждений и воздействия окружающей среды. В настоящее время появились и гибкие модели, без жесткого каркаса и стекла, с использованием моно и поли ячеек.
0 Монокристалл. Производится на основе монокристаллического кремния, конечное изделие обладает квадратной формой, обычно со скошенными краями, однородного черного или темно-синего цвета. Отдача при прямом излучении: 17-22%. Мощность снижается постепенно: каждые 25 лет приблизительно на 20%. Минимальный срок службы – 30 лет.
Поликристалл. Изготавливаются из поликристаллического кремния. Это такие же прямоугольники, только вместо однородных ячеек синяя или ярко - синяя неоднородная поверхность. По эффективности немного проигрывают mono, эффективность составляет – 12-18%, среднегодовая выработка соответственно будет меньше, но зато выигрывают по стоимости – создание таких фотоэлементов обходится дешевле.
0 Аморфные. Производятся по тонкопленочной технологии. Могут быть, как в жестком исполнении, так и гибкими, если в качестве подложки используется лента из металла или полимеров. Внешне имеют однородный блекло серый цвет. КПД 5 - 6%, прекрасно работает в условиях слабой освещенности и запыленности. Мощность снижается быстро – уже в первый год эксплуатации до 20%. Средний срок эксплуатации – 10 лет.

0

0 Арсенид - галлиевые. Самые производительные панели, вследствие соединения галлия и мышьяка, но дорогие. Объясняется это дефицитом галлия и со спецификой материала – так как арсенид - галлия хрупок, его использование в качестве подложки затруднено. В связи с этими сложностями, целесообразность использования оправдывается в системах, где стоимость не важна, а необходима максимальная отдача на ограниченной площади и небольшой вес. Как правило, используются только в космических аппаратах. КПД не рекордные 25-30%, но благодаря устойчивости к высоким температурам, возможно применение концентраторов для достижения коэффициента полезного действия до 40%, а в случаях отбора тепла и поддержания температуры до 150⁰С они «разгоняются» до рекордных КПД 60%.

0

Источник:

Целесообразность самодельной солнечной панели

Понимание этих физических свойств кремния поможет в том, чтобы была собрана солнечная панель своими руками. Для начала работ необходимо подготовиться.

В любом случае запасной источник электроэнергии всегда востребован. Да еще и себестоимость солнечного киловатта существенно ниже традиционного электричества. Конечно, многие хотят приобрести и установить заводские солнечные панели. Отпугивает цена на весь комплект оборудования для домашней электростанции. Поэтому очень актуален вопрос — как собрать солнечную батарею самому?

Более грамотный подход — рассчитать количество вырабатываемой энергии одним модулем:

W = k*Pw*E/1000

Где:

• Е — количество солнечной инсоляции за известный период времени;
• k — коэффициент, формирующий летом — 0,5, в зимний период — 0,7;
• Pw — мощность одного устройства.

Исходя из планируемой полной мощности энергопотребления и расчётных данных, высчитывается общая мощность потребления электроэнергии.

Теперь если итог разделить на предполагаемую производительность одного фотоэлемента в финале получим необходимое количество модулей.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях

Несмотря на то, что мы живём в современном и быстроразвивающимся мире – покупка и монтаж солнечных батарей остаётся уделом обеспеченных людей. Стоимость одной панели, которая будет вырабатывать всего лишь 100 Ватт варьируется от 6 до 8 тысяч рублей. Это не считая ещё то, что отдельно надо будет покупать конденсаторы, аккумуляторы, контроллер заряда, сетевой инвертор, преобразователь и другие вещи. Но если у вас нет большого количества средств, а хочется перейти на экологически чистый источник энергии то у нас для вас есть хорошие новости – солнечную батарею можно собрать в домашних условиях. И если следовать всем рекомендациям, КПД у неё будет не хуже, чем у собранного в промышленных масштабах варианта. В данной части мы рассмотрим пошаговую сборку. Также уделим внимание материалам, из которых можно собрать солнечные панели.

Из диодов

Это один из самых бюджетных материалов. Если вы собрались делать солнечную батарею для дома из диодов, то помните, что с помощью данных компонентов собираются лишь небольшие солнечные батареи, способные запитать какие-либо незначительные гаджеты. Лучше всего подойдут диоды Д223Б. Это диоды советского образца, которые хороши тем, что имеют стеклянный корпус, из-за размера обладают высокой плотностью монтажа и имеют приятную цену.

После покупки диодов очистите их от краски – для этого достаточно поместить их в ацетон на пару часов. По прошествии данного времени она легко с них снимется.

Затем подготовим поверхность для будущего размещения диодов. Это может быть деревянная дощечка или любая другая поверхность. В ней требуется проделать отверстия на протяжении всей её площади Между отверстиями надо будет соблюдать расстояние от 2 до 4 мм.

После берём наши диоды и вставляем алюминиевыми хвостиками в данные отверстия. После этого хвостики требуется загнуть в отношении друг к другу и спаять для того, чтобы при получении солнечной энергии они распределяли электричество в одну “систему”.

Наша примитивная солнечная батарея из стеклянных диодов готова. На выходе она может давать энергию в пару вольт, что является неплохим показателем для кустарной сборки.

Из транзисторов

Этот вариант уже будет более серьёзный, чем диодный, но всё равно является образцом суровой ручной сборки.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею из транзисторов вам понадобятся для начала сами транзисторы. Благо их можно купить практически на любом рынке или в магазинах электронной техники.

После покупки вам потребуется срезать крышку у транзистора. Под крышкой прячется самый главный и нужный нам элемент – полупроводниковый кристалл.

Далее подготавливаем каркас нашей солнечной батареи. Можно использовать как дерево так и пластик. Пластик, конечно, будет лучше. В нём сверлим отверстия для выводов транзисторов.

Затем вставляем их в каркас и спаиваем их между друг другом соблюдая нормы “ввода-вывода”.

На выходе такая батарея может давать мощность, которой хватит на осуществление работы, к примеру, калькулятора или маленькой диодной лампочки. Опять же такая солнечная батарея собирается чисто ради забавы и не представляет собой серьёзный “электропитательный” элемент.

Из алюминиевых банок

Данный вариант уже является более серьёзным в отличие от первых двух. Это тоже невероятно дешёвый и эффективный способ получить энергию. Единственное, на выходе её будет гораздо больше, чем в вариантах из диодов и транзисторов и она будет не электрическая, а тепловая. Всё что вам надо – большое количество алюминиевых банок и корпус. Хорошо подходит корпус из дерева. В корпусе лицевая часть должна быть закрыта оргстеклом. Без него батарея не будет эффективно работать.

Перед началом сборки надо покрасить алюминиевые банки чёрной краской. Это позволит им хорошо притягивать солнечный свет.

Затем с помощью инструментов на дне каждой банки пробиваются три отверстия. Наверху в свою очередь делается звездообразный вырез. Свободные концы загибаются наружу, что необходимо для того, чтобы происходила улучшенная турбулентность нагретого воздуха.

После данных манипуляций банки складываются в продольные линии (трубы) в корпус нашей батареи.

Затем между трубами и стенками/задней стенкой прокладывается слой изоляции (минеральная вата). Затем коллектор закрывается прозрачным сотовым поликарбонатом.

На этом процесс сборки завершён. Последним шагом является установка воздушного вентилятора в качестве двигателя для энергоносителя. Такая батарея хоть и не вырабатывает электричество, зато может эффективно прогреть жилое помещение. Конечно, это будет не полноценный радиатор, но прогрев небольшого помещения такой батарее под силу — например, для дачи отличный вариант. Про полноценные биметаллические радиаторы отопления мы говорили в статье — биметаллические радиаторы отопления какие лучше и прочнее, в которой мы рассматривали подробно строение подобных батарей отопления, их технические характеристики и сравнивали производителей. Советую ознакомиться.

Пошаговая фотоинструкция

Максимально подробно рассказано, как своими руками собрать солнечную батарею из фотоэлементов на алюминиевом каркасе.

Сточить напильником углы на одной грани с каждой стороны алюминиевого угла под 45 градусов.

Обрезать уголки ножовкой по металлу под 45 градусов. Для удобства можно воспользоваться стуслом:

С каждой стороны уголка должна получиться вот такая конструкция:

Обрезанный алюминиевый уголок

Делаем скобы для соединения уголков:

Прикладываем уголки срезанными углами друг к другу
Перпендикулярно ставим уголок и на нем намечаем линию отреза
Должно получиться 4 соединительных уголка

На сторонах каждой полученной скобы находим центр и сверлим отверстие, диаметром 6 мм:

Находим центр каждой стороны скобы
Отверстие в скобе

Делаем разметку через отверстие в каждой скобе на уголке. Чтобы потом не перепутать, помечаем каждый угол и каждую скобу цифрой:

Разметка отверстий «по месту»
Ставим цифры, чтобы потом не перепутать

Сверлим отверстия в уголке сверлом 5 мм, должно получиться так:

Отверстия в уголке

Собираем рамку с помощью болтов и гаек:

Соединение рамки болтами и гайками

Вклеиваем с помощью герметика стекло в собранную рамку:

Силиконом следует обработать стыки снаружи и внутри

Обезжирить поверхность стекла изнутри и разложить фотоэлементы лицевой стороной вниз таким образом, чтобы контактные шины были параллельны:

Соедините между собой фотоэлементы скотчем, так они не распадутся при дальнейших операциях.

Соединить между собой элементы по схеме:

Схема соединения фотоэлементов в батарее

Собираем уплотняющую конструкцию:

1. Из листа пенополиуретана вырезаем прямоугольник, меньше внутренней части рамки на 1 см с каждой стороны;
2. Запаиваем получившийся прямоугольник в полиэтиленовую пленку с помощью скотча или паяльника

Конструкция укладывается внутрь рамки:

Поролон укладывается внутрь рамки

Рамка вместе с поролоном переворачивается и снимается. Остаются только уложенные и скрепленные между собой скотчем фотоэлементы:

Снять алюминиевую рамку
Фотоэлементы на поролоне

На всю поверхность фотоэлементов кистью наносится герметик Sylgard 184 и накрывается сверху рамкой со стеклом:

Герметик на фотоэлементах
Накрыть фотоэлементы рамкой со стеклом

Ставим груз на стекло на несколько часов, за это время должны удалиться пузыри воздуха:

Пузыри уходят за 2-3 часа

Через 12 часов снимаем груз и отрываем поролон. Батарея готова к подключению!

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.

Редкоземельные материалы

0 Существует несколько типов солнечных панелей из редких металлов, и не все они имеют КПД выше, чем у монокристаллических кремниевых модулей. Однако способность работать в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.
Панели из теллурида кадмия активно используются при облицовке зданий в экваториальных и аравийских странах, где их поверхность нагревается днем до 70-80 градусов Основными сплавами, применяемыми для изготовления фотоэлектрических элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия- меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).
Кадмий – токсический металл, а индий, галлий и теллур являются довольно редкими и дорогостоящими, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно. КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%.
Ранее их применяли в основном в космической отрасли, а сейчас появилось новое перспективное направление. Из-за стабильной работы фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°C их используют в солнечных тепловых электростанциях. При этом лучи солнца от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно генерирует электроэнергию и обеспечивает передачу тепловой энергии водяному теплообменнику.
В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет вращаться турбину и генерировать электроэнергию. Таким образом солнечная энергия преобразуется в электрическую одновременно двумя путями с максимальной эффективностью.

0 Полимерные и органические аналоги.
Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнем десятилетии, но исследователи уже добились значительных успехов.
Наибольший прогресс демонстрирует европейская компания Heliatek, которая уже оснастила органическими солнечными панелями несколько высотных зданий. Толщина её рулонной пленочной конструкции типа HeliaFilm составляет всего 1 мм. При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких фотоэлементов уже достигает 14-15%, а стоимость производства в разы меньше, чем кристаллических солнечных панелей.
Остро стоит вопрос срока деградации органического рабочего слоя. Пока что достоверно подтвердить уровень его КПД через несколько лет эксплуатации не представляется возможным. Преимуществами органических солнечных панелей являются: возможность экологически безопасной утилизации; дешевизна производства; гибкая конструкция.
К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации о сроках стабильной работы панелей. Возможно, что через 5-10 лет все минусы органических солнечных фотоэлементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами для кремниевых пластин.

Пошаговая инструкция по сборке панели из готовых элементов

Изготовление солнечной панели начинается с подбора инструментов и приобретения фотоэлементов. После этого делаем каркас, соединяем элементы в батарею, устанавливаем их в корпус, герметизируем конструкцию и подключаем ее к контроллеру и аккумулятору. Рассмотрим по шагам, как самому сделать солнечную батарею.

Нам понадобятся такие материалы и инструменты

Прежде чем начать собирать солнечную батарею, нам потребуются такие материалы:

• фотоэлементы;
• ДСП или фанера;
• деревянные рейки;
• алюминиевый уголок;
• стекло;
• герметик;
• диоды Шотки;
• провода;
• крепежные болты, винты, гайки, саморезы;
• стекло или прозрачный полимер.

Также потребуются аккумулятор, контроллер и инвертор. Кроме материалов, нужны также следующие инструменты:

• набор отверток;
• электродрель;
• шуруповерт;
• паяльник;
• мультиметр.

Шаг 1: Выбор элементов

Покупать лучше всего кремниевые монокристаллические фотоэлементы. Они имеют лучший КПД и более долговечны по сравнению с остальными моделями элементов.

Чтобы рассчитать, сколько элементов потребуется, нужно определить суммарную площадь пластин. При ее определении следует учитывать, что с 1 м. кв. можно получить 120 Вт. Таким образом, чтобы получить 3 кВт энергии, нужна солнечная батарея площадью 3 000 Вт / 120 Вт = 25 м. кв. Приведенные выше расчеты являются приблизительными и не учитывают особенностей местности, в которой будет установлен источник тока. Кроме того, мощность, выдаваемая таким источником питания, зависит от погодных условий.

Важно! Сила тока и мощность, выдаваемые фотоэлементом, зависит от его размера, а напряжение – от материала и типа ячейки.

Часто в магазине продаются фотоэлементы со светочувствительным покрытием для защиты от механических повреждений. Чтобы его удалить, нужно:

• распаковать панели и поместить их в горячую воду (температура воды до 90 градусов);
• когда воск растает, а вода немного остынет, нужно разъединить элементы;
• удалить со всех панелей остатки воска;
• вынуть элементы из воды и просушить.

Шаг 2: Делаем каркас

Размер каркаса самодельных солнечных батарей зависит от габаритов фотоэлементов. При расчете габаритов следует также учитывать расстояние между элементами.

Чтобы сделать каркас из алюминиевых уголков, нужно:

• разметить алюминиевые уголки;
• разрезать их ножовкой по металлу под углом 45 градусов;

• приложить алюминиевые уголки друг к другу, как показано на рисунке;

• перпендикулярно сверху поставить уголок и нанести на нем линию среза;

• отрезать 4 уголка;

• определить центр скобы и просверлить отверстие диаметром 6 мм;

• разметить отверстия в раме и отметить цифрой угол и соответствующую ему скобу;

• просверлить в раме отверстия диаметром 5 мм;

• собрать конструкцию при помощи заготовленных заранее болтов и гаек;

• приклеить герметиком стекло к алюминиевой раме и обработать силиконом стыки снаружи и внутри.

После того этого можно приступать к изготовлению задней части каркаса. Она состоит из стенки, сделанной из фанеры, и бортиков, изготовленных из деревянных реек. Их высота не должна быть больше 2 см, чтобы не затенять светочувствительные элементы. Чтобы сделать деревянную часть корпуса, нужно:

• привинтить деревянные рейки к задней стенке при помощи саморезов;

• высверлить в бортиках отверстия для вентиляции (диаметр сверла – 10 мм);

• в стенке также требуется высверлить отверстия по всей площади листа с шагом 100 мм.

Шаг 3: Схемы соединения элементов в батарею

Давайте разберемся, как собрать солнечную панель. Существует три схемы соединения солнечных элементов: параллельная, последовательная и смешанная.

При параллельном соединении напряжение остается таким же, как и у каждого модуля, а сила тока увеличивается во столько раз, сколько источников тока соединено последовательно. Например, если соединить таким образом две батареи напряжением 15 В (30 элементов по 0,5 В, соединенные параллельно) и мощностью 75 Вт, то получим источник питания на 15 В и 150 Вт.

При параллельном соединении нужно использовать диоды. Они нужны для того, чтобы электрическая энергия из модуля с большим напряжением не перетекала в батарею с меньшей разностью потенциалов. Кроме того, они не дают току от аккумулятора течь через ячейки в темное время суток. Диоды подключаем анодом к плюсу батареи, как показано на схеме.

Последовательное соединение используется для того, чтобы повысить напряжение источника питания. Сила тока при этом остается такой же. Если соединить последовательно те же элементы, что и в прошлом примере, то получим источник питания на 30В мощностью 150 Вт.

С помощью смешанного соединения можно повысить как напряжение, так и ток, выдаваемые солнечной батареей.

Кроме того, рекомендуется также использовать обходные (байпасные) диоды. Они подключаются параллельно светочувствительным ячейкам и нужны для подстраховки. Если один из фотоэлементов выйдет из строя, то ток пойдет через обходной диод и батарея продолжит работу. В качестве обходных диодов лучше использовать диоды Шотки, так как падение напряжения на них меньше.

Шаг 4: Как и чем их соединять

Монтаж солнечной батареи начинается с пайки соединительных проводов к светочувствительным элементам. Так как фотоэлементы очень хрупкие и их легко повредить, лучше приобрести их вместе с проводами.

Для пайки нам потребуются: паяльник мощностью 40 Вт или больше, спиртовой раствор канифоли и шины для солнечной батареи. В качестве провода можно также использовать медный интернет провод витая пара, который следует предварительно зачистить от изоляции.

Чтобы припаять элементы, нужно выполнить следующие действия:

• режем провода на части при помощи картонного трафарета, при этом длина каждого участка должна быть в 2 раза больше длины фотоэлемента;

Режем провода

• покрываем место пайки на элементе спиртовым раствором канифоли;

• залуживаем провода и место пайки на фотоэлементе;

• подпаиваем провода.

Важно! При пайке нужно быть очень аккуратным. Нельзя давить на фотоэлемент, так как он хрупкий и легко трескается.

После того как провода к верхней стороне припаяны, можно клеить элементы на стекло. Алгоритм действий:

• раскладываем элементы на стекле, при этом важно обеспечить расстояние между ними в 3 … 5 мм. (можно использовать крестики, применяемые при укладке кафеля);

• клеим фотоэлементы строительным силиконом;

• подпаиваем элементы с другой стороны;

• закрепляем и выводим положительный и отрицательный провода.

Теперь можно провести окончательную проверку работоспособности конструкции. Для этого замеряем напряжение на каждом элементе, оно должно быть 0,5 В. Если напряжение меньше 0,3 В, значит, элемент негодный.

Проверка фотоэлементов

Шаг 5: Защита и герметизация сборки

Для герметизации лучше использовать эпоксидный клей, но можно использовать и силиконовый герметик. При этом он должен выдерживать отрицательные температуры. Чтобы выполнить герметизацию, нужно залить все фотоэлементы, начиная с первого и заканчивая последним.

Полезно! Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее происходит затвердевание герметика.

Шаг 6: Устанавливаем элементы в каркас

После того как герметик или эпоксидная смола застынут, можно устанавливать фотоэлементы в корпус. Для защиты конструкции от механических повреждений между задней стенкой и каркасом рекомендуется установить поролоновую прокладку. Однако делать это необязательно, но желательно, учитывая хрупкость кремниевых пластин. Затем алюминиевая рама помещается в деревянный каркас, а на место соединения наносится герметик.

Шаг 7: Подключаем к контроллеру и аккумулятору

Кроме солнечной батареи, для обеспечения электроэнергией всего дома понадобятся аккумулятор, контроллер и инвертор. Контроллер заряда подключается между солнечными источниками тока и аккумулятором. Он контролирует заряд АКБ и защищает аккумулятор от полного разряда и перезаряда.

Для преобразования постоянного тока, вырабатываемого батареей, в переменный напряжением 220 В, от которого питаются большинство электрических приборов, нужен инвертор. Они отличаются по форме выходного сигнала. Приборы, выдающие чистую синусоиду, стоят дороже.

Виды элементов для модулей

Существует три основных типа гелиопанелей: поликристаллические, монокристаллические и тонкоплёночные. Чаще всего все три типа производятся из кремния с различными добавками. Используются также теллурид кадмия и селенид меди-кадмия, особенно для производства плёночных панелей. Эти добавки способствуют увеличению эффективности ячеек на 5—10 %.

Кристаллические

Самые популярные — монокристаллические. Они изготавливаются из монокристаллов, имеют равномерную структуру. Такие пластины имеют форму многоугольника или прямоугольника со срезанными углами.

Монокристаллическая ячейка имеет форму прямоугольника со скошеными углами

Батарея, собранная из монокристаллических элементов, имеет большую по сравнению с другими видами производительность, её КПД 13 %. Она легка и компактна, не боится небольшого изгиба, может быть установлена на неровную поверхность, срок службы 30 лет.

К недостаткам можно отнести значительное снижение мощности при облачности, вплоть до полного прекращения выработки энергии. Это же происходит и при затемнении, ночью батарея работать не будет.

Поликристаллическая ячейка имеет форму прямоугольника, что позволяет собрать панель без пропусков

Поликристаллические производятся методом литья, имеют прямоугольную или квадратную форму и неоднородную структуру. Эффективность их ниже монокристаллических, КПД всего 7—9 %, но падение выработки при облачности, запылении или в сумерках несущественно.

Поэтому их применяют при устройстве уличного освещения, их же чаще используют самоделкины. Стоимость таких пластин ниже монокристаллов, срок эксплуатации 20 лет.

Плёночные

Токкоплёночные или гибкие элементы изготавливаются из аморфной формы кремния. Гибкость панелей делает их мобильными, свернув рулоном их можно взять с собой в путешествия и иметь независимый источник энергии в любом месте. Это же свойство позволяет монтировать их на криволинейных поверхностях.

Плёночная батарея изготавливается из аморфного кремния

По эффективности плёночные панели уступают кристаллическим в два раза, для производства одинакового количества необходима двойная площадь батареи. Да и долговечностью плёнка не отличается — в первые 2 года их эффективность падает на 20—40 %.

Но при облачности или затемнении выработка энергии сокращается всего на 10—15 %. Несомненным достоинством можно считать их относительную дешевизну.

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.

Галерея изображений

Фото из

Поликристаллическая фотоэлектрическая пластина

Лицевая и тыльная стороны кремниевой пластины

Монокристаллическая фотоэлектрическая пластина

Обратная сторона монокристаллической пластины

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

Сборка конструкции

Солнечная панель своими руками собирается в несколько этапов. Лучше всего делать работу по порядку, чтобы ничего не упустить и добиться хорошего результата.

Изготовление каркаса

Алюминиевый каркас – идеальное решение.

Основа под будущие фотоэлементы должна быть прочной и долговечной, ее можно делать из разных материалов. Можно использовать влагостойкую фанеру или плиты ОСП, работа в этом случае проводится так:

1. Вырезаются куски подходящего размера, по периметру делается обрамление из деревянного бруска, важно точно подогнать все части друг к другу, чтобы не было щелей, а стыки и соединения промазать атмосферостойким герметиком. Затем поверхность покрывается защитным составом или краской и оставляется до полного высыхания. Лучше нанести покрытие в несколько слоев.
2. Используйте алюминиевый каркас, так как он намного прочнее и долговечнее, чем деревянный. В этом случае подбираются уголки и соединяются, чтобы получилась прочная рама. В нее ставится оргстекло или другой прозрачный материал, все стыки надо обработать герметиком, чтобы не было щелей. Продолжать работу можно после того, как состав полностью высохнет, излишки можно срезать строительным ножом.
   
   
   Герметизация изделия обязательна.

Кстати! Размеры каркаса подбираются под параметры приобретенных фотоэлементов. Пока их нет, рамы лучше не делать.

Пайка проводов и соединение фотоэлементов

На всех модулях есть контакты, имеющие разную полярность, перед началом работы они протираются спиртом, после чего к ним припаиваются проводники. Только потом их можно объединить между собой, чтобы собрать систему. Если проводники уже припаяны, обязательно проверяются все соединения, нередко там есть брак, который надо исправить перед монтажом. Если используются специальные шины, то инструкция по проведению работы такая:

1. Шины нужно нарезать на полоски подходящего размера, если они идут в одном листе. Контакты на пластинах обязательно протираются спиртом для обезжиривания, после чего на них аккуратно наносится небольшой слой флюса.
2. Шину следует приложить к контакту по всей длине, после чего разогретым паяльником нужно провести по поверхности без нажима, чтобы не испортить панель. После остывания элемент переворачивается и работа повторяется на контакте со второй стороны в том же порядке.
   
   
   Паять нужно очень аккуратно.
3. Чтобы правильно разместить соединения и подобрать подходящую длину, предварительно разложите модули на подготовленном основании и разметьте их положение.
4. Подготовить солнечный элемент своими руками не так сложно. После того, как контакты прикреплены, модули ставятся на место и соединяются между собой. Главное – следить за соблюдением полярности.

Если на соединении шины с контактом есть неровности, надо провести по поверхности паяльником еще раз.

Нанесение герметика

В домашних условиях проще всего использовать строительные атмосферостойкие составы, которые продают во всех магазинах. Работа проводится так:

1. Вначале надо нанести капли состава по краям фотоэлементов через небольшое расстояние. После этого они размещаются на прозрачном основании по меткам, нанесенным ранее. Важно ровно выставить модули и прижать их как можно плотнее к поверхности.
2. Для фиксации в подходящем положении на места нанесения герметика ставятся любые грузы. Их можно снять после высыхания состава.
3. Далее необходимо покрыть герметиком все края, а также стыки между элементами, чтобы полностью герметизировать их. При этом важно не попадать на рабочие части.

Сборка панели

Когда герметик высох, можно проводить окончательную сборку. Тут могут быть свои особенности в зависимости от системы, но чаще всего процесс выглядит так:

1. В первую очередь в боковой части корпуса крепится разъем для подключения, к которому надо присоединить диоды Шоттки.
2. На наружную сторону вырезается экран из прозрачного материала, который лучше всего закрепить на герметике, чтобы обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание влаги внутрь.
3. Готовый элемент проверяется на работоспособность. Если все нормально, можно ставить на каркас крепления, чтобы установить батарею в подготовленном месте.

Читайте также


Виды и способы установки солнечных панелей