Солнечные батареи своими руками. Доступный источник питания

Cегодня многие владельцы загородных домов заняты поиском альтернативных источников электроэнергии. Установка солнечных панелей постепенно набирает свою популярность. Однако далеко не все могут позволить приобрести дорогостоящее оборудование. Поэтому многие задаются вопросом: как изготовить солнечные батареи своими руками? Правильный ответ будет раскрыт в данной статье.

Солнечная батарея — устройство, преобразующее солнечную энергию в постоянный электрический ток

Что такое солнечная батарея?

Солнечная батарея – это полупроводниковое устройство, которое преобразовывает солнечное излучение в электрическую энергию. Главной задачей такой системы является надежное, экономное и бесперебойное электроснабжение дома. Такие устройства целесообразно устанавливать в районах, где существуют перебои с подачей от основного источника электроэнергии.

Солнечная электростанция не эффективно работает ночью и в пасмурные дня, в то время как пик электропотребления приходится именно на вечерние часы

Главными преимуществами солнечной батареи являются:

• простая установка устройства, которая не требует прокладывания кабелей к опорам;
• система не требует больших временных затрат на свое обслуживание;
• выработка электроэнергии не оказывает пагубного влияния на окружающую среду;
• конструкция не имеет подвижных частей;
• бесшумный режим работы;
• поставка электроэнергии не зависит от распределительной сети;
• длительный период эксплуатации системы при минимальных затратах.

Недостатки солнечной батареи:

• процесс изготовления системы весьма трудоемкий;
• солнечная панель занимает много места;
• устройство очень чувствительно к загрязнению;
• ночью батарея не работает;
• эффективность работы устройства напрямую зависит от погодных условий, а именно от солнечных и пасмурных дней.

В зимнее время стоит позаботиться о возможности очистки солнечных панелей от изморози и снега

Принцип работы солнечной батареи

Система работает посредством фотоэлектрических преобразователей, которые соединяются в определенной последовательности. Каждый фотопреобразователь состоит из двух кремниевых пластин, которые отличаются типом проводности. Одна покрыта фосфором, в результате чего здесь происходит образование избытка отрицательно заряженных электронов. Другая пластина покрыта бором, что приводит к образованию, отсутствующих в слое отрицательных зарядов, частиц, так называемых «дырок».

Принцип работы неисчерпаемого источника альтернативной энергии заключается в следующем: солнечный свет попадает на отрицательно заряженную панель, что приводит к активному образованию дополнительных «дырок» и электронов. На панели, покрытой фосфором, присутствует электрическое поле, благодаря которому появляется разность потенциалов. Положительно заряженные частицы устремляются в верхний слой, а отрицательно заряженные направляются в нижний. Создается постоянное напряжение. Получается, что один преобразователь работает как батарейка. В цепи возникает постоянный ток, когда к нему присоединяется нагрузка. Каждая батарея покрыта тонкими медными жилками, отводящими ток и направляющими его по назначению.

Сила тока зависит от определенных параметров:

• размера фотопреобразователя;
• уровня инсоляции;
• типа фотоэлемента;
• общего сопротивления приборов, которые подключены к солнечной панели.

Схема подключения и работы солнечной станции

Разновидности солнечных батарей

Все солнечные панели могут быть кремниевыми или пленочными. Панели, основой для которых служит кремний, разделяются на типы:

• поликристаллические;
• монокристаллические;
• аморфные.

Поликристаллическая солнечна батарея представляет собой квадратное устройство темно-синего цвета. Ее поверхность имеет вкрапления неоднородных кристаллов кремния. Несмотря на низкий КПД 18%, данное устройство обладает возможностью вырабатывать ток во время пасмурной погоды, что делает их незаменимыми в местностях, где преобладает рассеянный солнечный свет.

Монокристаллические преобразователи солнечной энергии представлены черными панелями со скошенными углами, для которых используется чистый кремний. Все ячейки устройства направлены в одну сторону, что позволяет получить максимальный КПД 25%. Недостатком таких батарей является то, что их лицевая сторона всегда должна быть обращена к солнцу. Если оно не успело взойти, спряталось за тучами и опустилось за горизонт, солнечные панели будут производить ток слабой мощности. Это самый дорогостоящий, но и обеспечивающий максимальную производительность, тип устройства.

Гибкая солнечная панель удобна в работе — ее легко можно прикрепить на неровные участки крыши

Каждая аморфная батарея состоит из множества тончайших слоев кремния, которые получаются путем напыления мельчайших частиц материала на стекло, пластмассу или фольгу. Такие слои достаточно быстро выгорают, что уже через полгода приводит к падению эффективности работы устройства на 15-20%. КПД таких преобразователей составляет всего 6%. Они являются самыми дешевыми и способны работать даже в пасмурную погоду. Однако максимальный срок их службы составляет 2 года.

В основе пленочных батарей лежит не твердая подложка из металла или стекла, а полимерная пленка. Поэтому они выпускаются в рулонах, что позволяет расстелить батареи на больших площадях. Благодаря своей конструкции, их можно разрезать на различные по форме и размеру части, разместить солнечные батареи на крышу дома с плавными изгибами. Они компактные и легкие. Рулонная панель обойдется значительно дешевле, чем кремниевая, для изготовления которой используется дорогостоящий материал. Однако такие модели менее мощные. Приобрести их сегодня достаточно непросто, поскольку производство только развивается.

Все солнечные батареи, независимо от типа устройства, оснащаются контроллерами, которые следят за степенью заряда панели. Они перераспределяют полученную энергию, направляя ее к источнику потребления напрямую или сохраняя в аккумуляторе.

Устанавливать стационарные солнечные панели стоит только с солнечной стороны дома

Солнечные батареи для частного дома

Такая альтернатива традиционному электроснабжению весьма практична. К тому же цена устройства существенно отличается от стоимости электроэнергии. Изготовив солнечную батарею для дома своими руками, хозяин сможет оптимизировать электропотребление и тем самым снизить собственные денежные затраты. Многие хотят заранее понимать, во сколько обойдется установка солнечных батарей для частного дома. Для этого необходимо провести предварительные расчеты, где определяется необходимая мощность оборудования и условия его функционирования.

Начинать следует с расчета количества потребляемой энергии, которая необходима для обеспечения жилья. Создавая полноценную станцию, стоит ориентироваться на батареи в 150-250 Вт, для дачного домика достаточно будет панелей в 50 Вт.

Теперь следует подсчитать общую мощность всех электроприборов с учетом времени работы в сутки. Полученная величина является минимальной потребностью в электроэнергии для данного домовладения.

Солнечные панели — это альтернативный способ получения электроэнергии, который позволит отказаться от услуг коммунальной электростанции

Данная величина является основой для последующего определения количества солнечных панелей и числа вспомогательного оборудования, к которому относятся аккумуляторы, инверторы и контролеры.

Совет! К общей потребности в электроэнергии стоит прибавить еще 20%, что затрачивается в самих аккумуляторах.

Немаловажным аспектом является инсоляция, т. е. количество солнечной энергии, которое попадает на отдельную единицу площади панелей. Эта величина является индивидуальной для каждого конкретного региона. Получить ее можно в специальной литературе или на специализированных метеорологических сайтах.

Энергетическая норма делится на значение инсоляции. Полученную цифру необходимо разделить на общую мощность солнечной установки. Полученное значение является количеством необходимых батарей. Здесь важно получить максимальное число панелей. Ведь в разные месяцы количество солнечного света будет разным.

Перед установкой солнечной станции стоит убедиться, что она сможет покрыть потребности всех приборов в доме

Совет! Поскольку инсоляция постоянно меняется, расчеты следует проводить ежемесячно.

Например, если необходимо узнать, сколько нужно солнечных батарей для дома 100 кв.м., где станция будет питать лампочки освещения, ноутбук, телевизор, спутниковую антенну, микроволновую печь и электроплиту, следует выполнить все вышеуказанные расчеты. В результате мощность солнечной станции будет примерно равна 1000 Вт, что предполагает использование 4 солнечных панелей мощностью по 250 Вт.

Панель необходимо располагать на южной части крыши, которая должна быть в идеальном состоянии и способна выдержать основательный груз. Здесь поблизости не должно быть деревьев или других объектов, которые создают тень.

Такая система может быть использована не только для электроснабжения. Большую популярность приобретает отопление солнечными батареями частного дома. Это позволяет уйти от дорогостоящей услуги, связанной с централизованным газоснабжением, избавиться от зависимости от коммунальных предприятий, и получать круглогодичное тепло на протяжении длительного срока службы солнечной электростанции.

В безопасной установки и эксплуатации солнечных батарей, а также других вопросов, связанных с энергоснабжением, поможет мастер-электрик, посещение которого можно заказать непосредственно из приложения Varpet. 

Принцип действия солнечной станции, соединенной с отопительным элементом в доме

Установка такой системы целесообразна лишь для тех регионов, где солнце светит не менее 20 дней в месяц. Если солнца недостаточно, чтобы система обеспечила полное отопление дома, ее можно использовать как дополнительный бесплатный источник. Правильно подобранная система из солнечных батарей для отопления дома окупит себя через 3-4 года.

Солнечные батареи для дома: отзывы потребителей

Благодаря многочисленным положительным отзывам об альтернативном источнике электроэнергии удается развеять мифы, которые беспокоят потенциальных желающих установить солнечные батареи.

Многие люди думают, что такое дорогостоящее оборудование себя не окупит на протяжении всего периода службы установки. Однако, как показывает практика, при правильной установке солнечных панелей с соблюдением всех правил можно обеспечить частный дом электроэнергией как минимум на 25 лет. А стоимость оборудования окупится уже через 3-4 года.

Стоит отметить, что отзывы потребителей солнечной электроэнергии в большей степени положительные

Следующий миф подразумевает неэффективную работу солнечных батарей в пасмурную погоду или в зимний период времени. Однако мнения потребителей сходятся воедино в том, что максимальную активность гелиоколлекторы способны проявить во время пребывания солнца в зените в безоблачную погоду. Но, когда солнце прячется за облака, работа панелей будет происходить, но не в полном объеме. Установка полностью перестает работать ночью, когда солнечный свет отсутствует полностью.

Противники солнечных батарей утверждают, что гелиоколлекторы довольно хрупкие и не способны выдержать различные нагрузки, создаваемые природой. Однако отзывы потребителей доказывают обратное: солнечная панель способна выдержать даже крупный град.

Следующий миф касается снега, который может перекрыть доступ света к системе. Однако здесь опасность несет изморозь, за которую будет цепляться снег и создавать преграды. Чтобы этого избежать, можно расположить батареи на доме вертикально, тогда можно избежать большого количества скользящего света.

И последний миф касается китайского производства солнечных батарей. Несмотря на весьма солидный ассортимент выпускаемой продукции, фабрики в Китае часто производят высококачественный товар. Особенно это касается изготовления гелиоколлекторов и тепловых трубок, производство которых на 90% сосредоточено именно в Китае. Эта продукция обладает высокими техническими характеристиками и сертифицирована не только в своей стране, но и в Германии.

Многочисленные положительные отзывы в сети Интернет доказывают, что альтернативный источник электроэнергии хорош не только для частного дома. Многие успешно используют солнечные батареи для квартиры, которые устанавливают на балкон. Их можно закреплять непосредственно на стекле или в раме остекления, которая будет исполнять роль тонировки.

Некоторые пользователи утверждают, что солнечная станция может покрыть полностью все расходы электроэнергии — начиная от мелких бытовых приборов и заканчивая системой отопления и нагрева воды

Комплекты солнечных батарей 3 кВт на дачу от 447000 драмов

На даче, как правило, находятся электрические приборы небольшой мощности, где требуется ограниченное количество батарей и малая периодичность их использования. Если на даче отсутствует централизованное электроснабжение, тогда целесообразно установить комплект солнечных батарей, который будет бесплатно генерировать электроэнергию. Однако чтобы получить такое безвозмездное удовольствие первоначально придется потратиться на покупку необходимых материалов, стоимость которых окупиться только через несколько лет.

Для производства 1 кВт электроэнергии необходим комплект производительностью более 200 Вт. Согласно многочисленным отзывам солнечные электростанции для дома на даче производительностью 800 Вт способны обеспечить полное автономное электроснабжение объекта. Стоимость такой системы обойдется от 600000 драм.

Стандартный комплект солнечной электростанции для дачи состоит из панелей на 200 Вт, контроллера заряда 40 А, инвертора мощностью 3 кВт, двух аккумуляторов на 200 А и других вспомогательных деталей. Цена такого комплекта начинается от 447000 драмов., а примерный срок окупаемости составляет 3-5 лет. Однако это самый выгодный способ получения электроэнергии для объектов без централизованного электроснабжения. Он менее затратный, чем использование дизельного генератора.

Составляющие солнечной станции

Согласно отзывам владельцев, солнечные батареи для дома на дачном участке лучше укомплектовывать двумя или четырьмя модулями мощностью 200 В каждый. Это зависит от количества потребителей энергии, продолжительности и периодичности их использования. Если мощности недостаточно, ее можно нарастить, добавляя солнечные панели.

Многие приобретают такой комплект для частного сектора, где есть централизованное электроснабжение, как дополнительный источник энергии. Многочисленные отзывы о солнечных батареях для дома свидетельствуют, что в этом случае можно существенно сэкономить на оплате счетов за электроэнергию.

Как изготовить солнечные батареи своими руками

Когда нет возможности приобрести готовую солнечную станцию, можно создать ее своими руками. Здесь существует два варианта: приобрести готовые модули и подключить их к аккумулятору с инвертором или спаять панель самостоятельно. Первый способ сборки быстрый, однако более дорогостоящий. Второй вариант требует определенного мастерства сборщика, который должен быть предельно осторожен с хрупкими фотоэлементами.

Четыре солнечные пластины вырабатывают в общей сложности 2 В электроэнергии

Для создания солнечной батареи для дома своими руками необходимо подготовить определенные материалы.

Первым главным составляющим для создания солнечных батарей является набор качественных фотоэлементов. Сегодня можно приобрести элементы из поликристаллического или монокристаллического кремния. Более популярными являются последние фотоэлементы, которые идеально подходят для домашнего энергоснабжения.

Совет! Все необходимые для сборки элементы стоит приобретать у одного производителя. Поскольку материалы различных торговых марок существенно отличаются, что усложнит сборку всей конструкции.

Для соединения фотоэлементов потребуется комплект специальных проводников. Для изготовления корпуса будущей батареи подойдут алюминиевые уголки, стойкие к атмосферным воздействиям. Размер корпуса зависит от количества фотоячеек. В качестве внешнего покрытия фотоэлементов лучше использовать прозрачный поликарбонат или оргстекло, которые препятствуют проникновению инфракрасных лучей. В качестве дополнительных материалов понадобятся крепежные метизы, медные электропровода, диоды Шоттки, силиконовые вакуумные подставки и комплект винтов для крепежа.

Солнечную батарею можно собрать из подручных материалов, но эффективность такой батареи будет не высока

Помимо ФЭП, необходимо купить инвертор 12 В на 200 В для дома, который преобразует постоянный ток в переменный. Для накопления и медленного расходования электроэнергии необходима пара гелевых или AGM аккумуляторов. Не менее важным элементом является контроллер, необходимый для отключения батареи от аккумулятора во время его полного заряда и ее включения для получения новой порции электричества.

Можно также собрать солнечную батарею своими руками из подручных средств. Для этого подойдут диоды, фольга или транзисторы. Работа солнечной батареи из диодов происходит в результате возникновения под прямыми солнечными лучами напряжения около 2,5 В. Однако, когда солнца недостаточно этот показатель начинает стремительно падать, и диоды уже сами начинают потреблять энергию. Использование такой батареи малоэффективно.

Устройство из фольги больше подходит для производства тепловой энергии. Также, фольга является идеальным материалом для подложки ФЭП. Самой эффективной является солнечная батарея, собранная из транзисторов. Чем больше их количество, тем выше мощность устройства. Верхнюю часть каждого транзистора необходимо срезать, высыпать порошок. Выводом устройства служат контакты. Такая батарея рассчитана на питание зарядки телефона. Для более серьезных мероприятий ее мощности недостаточно.

Солнечную станцию можно считать долгосрочным вложением денежных средств, которое окупится и в будущем будет приносить прибыль

Солнечные батареи для дома своими руками: пошаговая инструкция для изготовления

После того, как все необходимые элементы приготовлены, можно приступать к сборке конструкции, которая состоит из следующих этапов:

1. Создание каркаса из алюминиевых уголков с невысокими бортиками и метизов, размер которых зависит от количества преобразователей и их площади. Здесь следует учесть расстояние между ФЭП не менее 5 мм.
2. На внутренние грани реек следует нанести герметик.
3. Уложить на каркас лист из прозрачного материала, плотно прижив его к клеевому контуру.
4. После полного высыхания герметика с помощью метизов скрепить раму и прозрачную поверхность.
5. Разложить на ровной поверхности все фотоэлементы батареи «минусовой» стороной вверх.
6. С помощью паяльного инструмента к каждому ФЭП присоединяются проводники одинаковой длины. Это удобнее всего производить, когда модуль располагается на стекле.
7. Все элементы последовательно соединяются между собой в виде «змейки».
8. Крайние контакты необходимо припаять к шине (серебренному широкому проводнику).
9. Для предотвращения снижения качества освещения в темное время суток необходимо создать «средние точки» при помощи шунтирующих диодов, которые устанавливаются на плюсовой клемме. Для этого подойдут диоды Шоттки.
10. Уложить на прозрачную плоскость фотоэлементы с проводниками.
11. Смазать все ФЭП, выводимые и соединяющие провода силиконовым клеем.
12. Закрыть конструкцию задней панелью.
13. Подключить солнечную панель к аккумулятору, контроллеру заряда солнечной батареи и инвертору.

Если вам трудно выполнить эти шаги самостоятельно, вы можете обратиться за помощью к опытному мастеру через приложение Varpet, которое вы можете скачать здесь. 

Простая схема подключения солнечной панели

Совет! Чтобы между нагрузкой и отдельными элементами батареи не возникало короткого замыкания необходимо установить предохранители.

Практически каждый домовладелец стремится получить бесплатную электроэнергию. Установка солнечных батарей является наиболее приемлемым вариантом. С помощью этого устройства можно создать основной (без централизованного электроснабжения) и дополнительный источник получения электрической энергии. Система является экологически чистой и надежной в использовании. Главный минус — дорогостоящее оборудование. Однако его стоимость окупится уже через 3-5 лет.