Солнечные батареи своими силами, виды и особенности. Фотоэлементы для солнечных батарей
Солнечные элементы: фотоэлементы для солнечных батарей
Солнечные элементы – это части батарей, которые генерируют электрический ток. Появились они сравнительно недавно, в XIX веке, и только сейчас их начали использовать в качестве недорогого, но эффективного способа добычи энергоресурсов. Принцип работы солнечных батарей довольно прост. Ими можно оснастить жилое или нежилое помещения. Существуют различные виды данных элементов питания. Разберем их более подробно.
Элементы солнечных батарей
Зачастую энергия солнечной панели используется для дома и его нужд. Вырабатываемого электрического тока достаточно для двухэлементной бойлерной системы, холодильника, телевизора и прочих бытовых приборов.
Солнечные лучи – это экологически чистое «топливо». Ведь в процессе работы модуль солнечной батареи не выделяет обилие вредных выхлопов, углекислый газ и не расходует невосполнимые природные ископаемые.
Стоит понимать, что солнечные батареи складываются из множества модулей. И то, что мы видим на крыше зданий или на стенах, является только частью системы.
Из чего состоит солнечная система электроснабжения:
- Солнечные ячейки, складывающиеся в панели. Это те видимые нам батареи, которые крепятся на крышу или стены.
- Аккумулятор. Данный элемент в системе необходим для накапливания лишней энергии, например, в ясный день. В пасмурную погоду, когда батареи работают не на полную мощность, ток на бытовые нужды берется из АКБ.
- Контроллер регулирует заряд аккумулятора, подсказывает владельцу системы, что заряда недостаточно или слишком много. Излишнее напряжение губительно для аккумулятора.
- Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) необходим для работоспособности бытовых приборов. Ведь не все из них способны работать на постоянном потоке заряженных частиц.
Подключая солнечные модули, необходимо уже изначально определиться с местом их расположения, видом, количеством бытовой техники, необходимостью контролера АБК.
Стоит понимать, что такая системы является наборной, и вы с легкостью можете установить еще не один солнечный модуль.
Принцип работы солнечных батарей
Человечество научилось получать энергию из ископаемых, потоков воды и порывов ветра, дошли и до применения световых лучей. Существуют даже солнечные модули, которые поглощают невидимый инфракрасный спектр и работают ночью. Всепогодные батареи эффективны в пасмурную погоду, туман, дождь.
Принцип работы любой батареи – преобразование лучей солнца в электрический импульс.
Зачастую солнечные модули работают на кристаллах кремния, и этому есть объяснение. Данный металл чувствителен к воздействию лучей, он недорог в добыче, а КПД батарей составляет 17-25%. Кристалл кремния при попадании на него солнечных лучей образует направленное движение электронов. При средней площади батареи 1-1,5 м² можно достичь на выходе напряжение в 250 Вт.
В настоящее время применяется не только кремний, но и соединения селена, меди, иридия и полимеров. Но широкого распространения они не получили, даже несмотря на КПД в 30-50%. Все потому, что они очень дороги. Для электрификации обычного дачного или загородного дома отлично подойдет кремниевая фотоэлектрическая панель.
Читайте также:Плюсы и минусы солнечной энергии
Виды солнечных батарей
Такие аккумуляторы постоянно видоизменяются. Эта область модифицируется и подвергается инновационным решениям.
Именно поэтому существует много видов солнечных панелей.
Монокристаллические
Данные батареи обладают хорошим КПД. Каждая ячейка являет собой отдельный кристалл кремния. Поверхность батареи слегка выпуклая, насыщенного синего цвета. Фотоэлектрические панели этого типа имеют самую высокую цену, которая обуславливается сложностью технологии. Ведь все кристаллы развернуты в одном направлении.
Необходимо будет дополнительное оборудование, которое будет разворачивать комплекс панелей в зависимости от положения Солнца на горизонте. Из-за необходимости прямых лучей такие элементы устанавливают на хорошо освещенных участках или возвышенностях.
Средний срок эксплуатации – 25 лет.
Поликристаллические (multi-Si)
Солнечные модули данного вида обладают неравномерно насыщенным синим цветом из-за разной направленности кристаллов кремния. Они дешевле монокристаллических аналогов, обладают хорошим КПД, их не нужно разворачивать к солнцу. В пасмурную погоду или облачность они показывают лучшие результаты, нежели вышеописанный вид.
Средний срок эксплуатации без потери качеств – 15-20 лет.
Аморфные (полимерные солнечные батареи)
В данном случае используются не цельные кристаллы, а гидрид кремния. Его наносят на твердую или гибкую подложку. Преимуществами является низкая стоимость. К тому же, полимерный солнечный элемент можно нанести на любую гибкую подложку. Значит, вы можете по максимуму использовать скат крыши, неровные поверхности.
Фотоэлектрическая структура полимерного кремния позволяет поглощать свет даже рассеянный. Аморфные солнечные батареи выгодно ставить в условиях севера, короткого светового дня, в областях с агрессивными атмосферными условиями.
Существуют и другие, более редкие разновидности.
Органические
Эти солнечные батареи только изучаются. Активные разработки появились в последнем десятилетии, поэтому достоверных данных насчет гарантированного срока эксплуатации у производителей нет. Солнечный элемент использует органическую основу – соединения углерода.
Некоторые виды солнечных панелей данного строения обладают хорошим КПД, они пластичны, экологичны, просты в утилизации и значительно дешевле кремниевых аналогов.
Безкремниевые
Изготовлены на основе редких металлов. Вместо кремния применяются соединения теллура, селена, меди, индия. Данные металлы редкие и дорогие, поэтому стоимость батарей очень высокая. Однако панели этого типа могут работать в широком температурном диапазоне.
Сравнение КПД батарей разного типа
| Разновидность панели | Максимальное значение КПД |
| 20-25% | |
| Поликристаллические | 15-20% |
| Аморфные | 6-7% (в некоторых случаях до 15%) |
| Органические | 12-15% |
| На основе редких металлов | 10-20%, в зависимости от применяемого металла. Некоторые панели могут выдавать до 40% |
Как подобрать солнечную панель?
Как видите, типы солнечных батарей различны.
Подбирать устройство необходимо, исходя из многих факторов:
- степени освещенности территории;
- климата;
- площади помещения;
- количества бытовых приборов;
- финансового бюджета;
- площади крыши;
- возможности пользования стационарными электросетями;
- отдаленности от населенного пункта.
Естественно, если вы собираетесь поставить солнечные панели на дачу, где проводите время только летом, стоит побеспокоиться о безопасности вашего имущества.
Если у вас длинный световой день, хорошо освещаемая территория, то отдайте предпочтение моно- и поликристаллическим моделям. В холодных широтах приобретайте поликристаллические или полимерные фотоэлементы.
Читайте также:
Характеристики солнечных батарей
Виды подключения
Вы уже купили фотоэлементы для солнечных батарей, АКБ и все остальные составляющие. Осталось определиться с типом электроснабжения вашего жилища. Они бывают:
- Автономные. В данном случае ваш дом питается только от солнечных батарей и никак не связан с общей электрификацией.
- Смежные. Панели подключаются в общую сеть. Если бытовые приборы потребляют небольшое количество энергии, то стационарная сети не используется, ток берется из аккумулятора. В случае превышения потребностей электричество расходуется и из общей сети. Стоит учитывать, что без сети сами по себе батареи работать не будут.
- Комбинированные похожи на смежные. Но в данном случае излишек электроэнергии, получаемый панелями, идет не в аккумулятор, а в общую сеть.
Какую систему и панели выбрать, решать только вам. Перед покупкой проконсультируйтесь у нескольких специалистов, ведь такие системы приобретаются не на один год. При правильном подключении они будут радовать вас долгое время.
batteryk.com
Солнечные панели (батареи) для дома
При постоянно растущих ценах на электроэнергию поневоле начнешь задумываться об использовании природных источников для электроснабжения. Одна из таких возможностей — солнечные батареи для дома или дачи. При желании они могут обеспечить полностью все потребности даже большого дома.
Устройство системы электропитания от солнечных батарей
Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2 при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).
Электрические солнечные батареи для дома открывают много возможностей
Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:
- Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
- Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
- Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.
Солнечные батареи для дома — только часть системы
Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо иметь большое количество батарей, некоторое количество аккумуляторов. Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме. Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$, на 9 кВт в сутки — 6200$. Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.
Виды солнечных батарей
С ростом цен на энергоносители идея использования энергии солнца для получения электроэнергии становится все более популярной. Тем более, что с развитием технологий солнечные преобразователи становятся эффективнее и, одновременно, дешевле. Так что, при желании, можно свои нужды обеспечить установив солнечные батареи. Но они бывают разных типов. Давайте разбираться.
Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью. Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог, и элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%). На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на корпусе.
Солнечная панель для дома состоит из некоторого количества фтоэлементов
Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Вообще, из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.
Виды фотоэлементов для солнечных батарей
Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;
Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.
Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома
Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.
Солнечные электростанции для дома могут быть не такими дорогими, если подходить к вопросу взвешенно
Что надо купить
Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Без некоторых частей вполне можно обойтись. Они служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:
Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.
Без чего можно обойтись
Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.
Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.
Определяемся с размерами и количеством фотоэлементов
В хороших солнечных батареях на 12 вольт должно быть 36 элементов, на 24 вольта — 72 фотоэлемента. Это количество оптимально. При меньшем числе фотоэлементов вы никогда не получите заявленный ток. И это — лучший из вариантов.
Не стоит покупать сдвоенные солнечные панели — по 72 и 144 элемента соответственно. Во-первых, они очень большие, что неудобно при перевозке. Во-вторых, при аномально низких температурах, которые у нас периодически случаются, они первыми выходят из строя. Дело в том, что ламинирующая пленка при морозах сильно уменьшается в размерах. На больших панелях из-за большого натяжения она отслаивается или даже рвется. Теряется прозрачность, катастрофически падает производительность. Панель идет в ремонт.
Солнечная панель на 4 В имеет 7 элемента
Второй фактор. На больших по размерам панелях должна быть больше толщина корпуса и стекла. Ведь увеличивается парусность и снеговые нагрузки. Но далеко не всегда это делают, так как значительно возрастает цена. Если вы видите сдвоенную панель, а цена на нее ниже, чем на две «обычных», лучше ищите что-то другое.
Еще раз: лучший выбор — солнечная панель для дома на 12 вольт, состоящая из 36 фотоэлементов. Это оптимальный вариант, проверенный практикой.
Технические характеристики: на что обратить внимание
В сертифицированных солнечных батареях всегда указывается рабочий ток и напряжение, а также напряжение холостого хода и ток КЗ. При этом стоит учесть, что все параметры обычно указываются для температуры +25°C. В солнечный день на крыше батарея разогревается до температур, значительно превышающих эту цифру. Это объясняет наличие большего рабочего напряжения.
Пример технических характеристик солнечных батарей для дома
Также обратите внимание на напряжение холостого хода. В нормальных батареях оно порядка 22 В. И все бы ничего, но если проводить работы на оборудовании не отключив солнечные батареи, напряжение холостого ходы выведет из строя инвертор или другую подключенную технику, не рассчитанную на подобный вольтаж. Потому при любых работах — переключении проводов, подключении/отключении аккумуляторов и т.д. и т.п — первое что вы должны сделать — отключить солнечные батареи (снять клеммы). Перебрав схему, их подключаете последними. Такой порядок действий сохранит вам много нервов (и денег).
Корпус и стекло
Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.
Бликов на корпусе быть не должно
Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.
Выбор сечения кабеля и тонкости электрического подключения
Подключать солнечные батареи для дома необходимо медным одножильным кабелем. Сечение жилы кабеля зависит от расстояния между модулем и АКБ:
- расстояние менее 10 метров:
- 1,5 мм2 на одну солнечную батарею мощностью 100 Вт;
- на две батареи — 2,5 мм2;
- три батареи — 4,0 мм2;
- расстояние больше 10 метров:
- для подключения одной панели берем 2,5 мм2;
- двух — 4,0 мм2;
- трех — 6,0 мм2.
Можно брать сечение больше, но не меньше (будут большие потери, а оно нам не надо). При покупке проводов, обратите внимание на фактическое сечение, так как сегодня заявленные размеры очень часто не соответствуют действительным. Для проверки придется измерять диаметр и считать сечение (как это делать, прочесть можно тут).
Солнечные батареи для дома: электрическое подключение
При сборе системы можно плюсы солнечных батарей провести используя многожильный кабель подходящего сечения, а для минуса использовать один толстый. Перед подключением к аккумуляторам все «плюсы» пропускаем через диоды или диодные сборки с общим катодом. Это предотвращает возможность замыкания аккумулятора (может вызвать возгорание) при замыкании или обрыве проводов между батареями и аккумулятором.
Диоды используют типа SBL2040CT, PBYR040CT. Если такие на нашли, можно снять со старых блоков питания персональных компьютеров. Там обычно стоят SBL3040 или подобные. Пропускать через диоды желательно. Не забудьте что они сильно греются, так что монтировать их надо на радиаторе (можно на едином).
Еще в системе необходим блок предохранителей. По одному на каждого потребителя. Всю нагрузку подключаем через этот блок. Во-первых, система так безопаснее. Во-вторых, при возникновении проблем, проще определить ее источник (по сгоревшему предохранителю).
dekormyhome.ru
Элементы для солнечных батарей
Элемент солнечной батареи: как работает, виды, схемы
Солнечные батареи незаметно просочились в нашу жизнь: ими покрыты крыши домов и автомобилей, они используются в компактных гаджетах и даже в наручных часах. Солнечные батареи могут выступать альтернативой для электроэнергии или ее дополнением. Решив ознакомиться с работой естественных систем энергообеспечения, потенциальный покупатель может столкнуться с рядом вопросов.
В этом материале подробно рассказывается, что представляют собой элементы для солнечных батарей (модули). Мы узнаем, как они работают и по каким схемам элементы собираются в полноценную батарею.
Принцип работы и виды
Солнечный модуль является основным компонентом в составлении фотоэлектрических систем. Представляют собой панель, состоящую из набора различных видов солнечных элементов изготовленных из кремния.
Чтобы получать электрическую энергию из солнечной, компоненты собираются в блоки, обтягивают ламинированной пленкой для герметичности, заключаются в жесткий каркас. Как видите устройство панели довольно простое. Но изготовить фотоэлектрические элементы из которых состоит батарея, в домашних условиях практически нереально, а вот собрать из них панель можно.
При попадании, изменении солнечной активности на поверхности батареи, меняется сила тока, напряжение остается стабильным. Благодаря этой особенности системы можно использовать без угрозы безопасности для техники и различных приборов.
Делятся фотоэлектрические элементы солнечной батареи на три вида:
- Монокристаллические. В качестве основного материала для изготовления модулей используется чистый кремний. Он давно используется в производстве полупроводников, его параметры и возможности тщательно изучены. Это лучшая основа, так как она обеспечивает наивысшую эффективность для получения энергии. КПД – 15-20%.
- Аморфно-кремниевые. Изготовляются по системе «испарительной фазы». Кремний покрывается защитным слоем, этого можно добиться при осаждении на несущий материал. Основным преимуществом аморфного кремния является низкая цена, полученная за счет простой технологии производства. Также модули могут быть большой площади, чего нельзя добиться с моно- и поликристаллическими аналогами. Аморфно-кремниевые компоненты обладают низким потреблением энергии. Главный недостаток – процесс деградации, которому подвержены элементы. КПД – 5-8%.
- Поликристаллические. Элементы, изготовленные на аморфно-кремниевой основе, менее энергоемкие, чем монокристаллические аналоги. Основным преимуществом является низкая стоимость. При изготовлении «пропускается» операция вытягивания. Из-за участков на поверхности кристалла, разделенными границами, уменьшается эффективность пластин. Поликристаллические компоненты является средним вариантом, поэтому используются как для бытовых нужд, так и в промышленности, например, сельскохозяйственной. КПД – 10-14%.
Схемы соединения
Отдельные модули составляют цельную батарею. Соединение солнечных элементов в батарею выполняется параллельно и последовательно, чтобы увеличить мощность, ток и напряжение. При необходимости собрать систему можно и самостоятельно, схема соединения достаточно простая. Соединение модулей проводится тремя схемами.
Последовательное
В этом варианте неважно, сколько элементов будут соединены в одну систему. В последовательной схеме плюсовая клемма первого солнечного компонента соединяется с минусовой клеммой второго. От «минуса» первого элемента и «плюса» второго осуществляется вывод внешних проводов. При создании системы нужно помнить, что принцип схемы нельзя нарушать. Далее плюсовую клемму второго модуля следует соединить с минусовой клеммой третьего, принцип должен быть ясен.
Сама схема:
В конце работы от незадействованного «плюса» последнего компонента и «минуса» первого останутся незадействованные провода. Их необходимо вывести на аккумуляторную батарею или контроллер.
Параллельное
В следующей схеме клеммы с одной полярностью присоединяются друг к другу («минус» – к «минусу», «плюс» – к «плюсу»). От клемм одного из элементов выводятся провода – они подключатся к аккумуляторной батареи или к контроллеру. Если последовательная схема хороша для использования одной батареи, то параллельная система позволяет объединить любое количество батарей.
Параллельная схема:
При составлении такого соединения важно следить, чтобы между собой соединились одинаковые клеммы.
Последовательно-параллельное
Более сложная система, которая тоже часто используется для жилых домов и предприятий. Начинается схема с созданиях двух групп модулей, которое подключены параллельно (между собой объединяются клеммы с одной полярностью). После этого группы соединяются между собой последовательно. Для понимания можно представить их как единичные элементы. Набор элементов схемы и число батарей неограниченны.
Схема:
Зачем нужные разные схемы
Выходные параметры могут меняться в зависимости от выбранной схемы. К примеру, нам необходимо получить напряжение 12 B и мощность 160 Вт, но мощность одной системы модулей составляет только 80 Вт. Чтобы получить нужные параметры, следует использовать параллельную схему на двух батареях. В результате выходная мощность возрастет до 160 Вт, а напряжение останется прежним -12 Вт.
С этим же параметрами можно взять пример для последовательной схемы. Нам нужно получить на выходе 24 B, а не 12 B. Для этого используется последовательное соединение. Чтобы регулировать мощность и напряжение используют смешанную схему.
Стоимость и где можно купить
Сегодня солнечная энергия набрала большую популярность, поэтому появилось множество компаний, предоставляющих не только готовые панели, а так-же солнечные элементы которые годятся для самостоятельной сборки.
Стоит обратить внимание и на интернет-маркеты, где солнечные элементы для сборки солнечной батареи купить можно для разных задач.
Рекомендуется выбирать фирму с большим сроком работы на рынке энергии, не стоит забывать и про настоящие отзывы покупателей (их можно перепутать с покупными).
Элементы солнечной батареи цена:
Стоит отметить, что несмотря на отечественные заводы, солнечные пластины для батарей, не производят в нашей стране, поскольку нет собственного первичного сырья, они как правило экспортируются. Поэтому купить элементы нашего производства вряд ли получится.
Естественно возникнет вопрос: где можно купить солнечные фотоэлементы?
Самый быстрый способ приобрести такой редкий для нашей страны товар, это заказать его в интернете. Торговые марки, онлайн магазины в сети, продающие солнечные батареи, нередко приторговывают их (запчастями) солнечными элементами -ячейками, диодами шотки, соединительными шинами, всем тем, что может понадобиться для самостоятельной сборки.
Однако цены в таких магазинах, естественно будут составлены с их интересом, поэтому стоимость солнечной пластины будет немного завышена, а их для ручной сборки потребуется не мало. Но если вам нужно срочно, то это самый быстрый путь.
Самый дешевый способ купить фотоэлектрические элементы, в тоже время очень длительный, это заказ напрямую из Китая. Возможно вы думаете что это нереально или вашу голову посетила мысль что скромный ваш заказ мало кого заинтересует- тогда вы сильно ошибаетесь! Китайцы готовы высылать посылки даже стоимостью в 1 доллар.
Как купить из Китая? Для покупок из-за границы есть отличная международная торговая площадка под названием «eBay» (ebay.com) или русская площадка russian.alibaba.com где можно заказать товар напрямую от производителя.
Большим недостатком приобретения отдельных элементов для сборки, является их качество, зачастую в продажу попадают пластины прошедшие отбраковку, каждая ячейка выдает разную мощность. Если собрать батарею из таких элементов, вся цепь будет работать по принципу самой слабой.
solar-batarei.ru
Самостоятельная сборка солнечной батареи из фотоэлементов
Преобразование солнечного света в электрический ток посредством фотоэлементов – перспективное направление. Однако стоимость автономной энергосистемы на солнечных батареях пока еще очень высока, что серьезно тормозит повсеместное внедрение «зеленых» технологий.
Создать подобную систему для своего дома с минимально возможными затратами, но чтобы КПД был высокий… Возможно ли это? Постараемся ответить на данный вопрос подробно, тем более что самостоятельно собранные батареи обходятся втрое дешевле заводских аналогов. А еще – наращивать мощность системы можно постепенно.
Какие бывают фотоэлементы
В первую очередь, для того, чтобы собрать солнечную батарею, понадобятся кремниевые монокристаллические и поликристаллические фотоэлементы, которые можно приобрести как на сайтах зарубежных, так и российских производителей.
Первый вид имеет чуть более высокий КПД, но у второго – более весомое преимущество: такой вид полупроводникового преобразователя эффективно работает не только в ясную, но и в пасмурную погоду.
Есть еще одна разновидность – это тонкопленочные аморфные батареи. Хотя они и более дешевые, но для использования в своем доме не подходят по ряду причин.
Недостатки аморфных фотоэлементов:
- ухудшение физических свойств элемента под действием солнечной радиации: за короткое время (год-два) происходит существенное (до 40 процентов) снижение мощности;
- меньший коэффициент полезного действия.
Из отдельных фотоячеек формируется панель – это и есть солнечная батарея в привычном понимании. Чтобы можно было точно просчитать мощность, рекомендуется приобретать готовые сегменты у одного и того же производителя. Изделия различных компаний, при заявленных одинаковых параметрах, могут отличаться, и причем серьезно.
Для сборки панели понадобятся:
- фотоэлементы;
- проводники для соединения ячеек. В продаже есть фотоэлементы с припаянными проводниками – покупка таких изделий значительно облегчит работу;
- алюминиевые пластины-уголки или деревянные рейки для корпуса;
- оргстекло для внешнего покрытия.
Если фотоэлементы были куплены без припаянных проводов, в первую очередь нужно выполнить эту работу.
Закрепление проводников:
- нарезаются проводники (соединительные провода) нужной длины;
- провод кладут на фотоэлемент, на место пайки наносят припой и кислоту;
- проводник закрепляется тяжелым предметом и припаивается к фотоэлементу. Эти действия производятся с особой осторожностью, во избежание повреждения хрупких кристаллов.
Каркас своими руками
В продаже есть готовые каркасы, но если приобрести их, можно столкнуться с тем, что трудно будет подобрать необходимый размер. К тому же, раму несложно сделать и самостоятельно.
Прозрачное верхнее покрытие может быть выполнено не только из оргстекла – подойдет также поликарбонат (лучше – с антиконденсатным покрытием для термозащиты) или закаленное стекло.
Итак, в достаточно жестком и прочном алюминиевом уголке просверливаются отверстия, где впоследствии будут крепиться метизы. В подготовленную раму, на внутреннюю поверхность металлического уголка, наносится силиконовый герметик. Затем на него укладывается оргстекло требуемых размеров. После этого необходимо дождаться высыхания герметика, и закрепить прозрачный материал метизами.
Объединение фотоэлементов и сборка батареи
Для облегчения работы можно сделать предварительную разметку, использовав подложку. Без разметки процесс размещения фотоячеек будет более трудоемким. На стекле размещаются элементы, которые требуется спаять в соответствии с электрической схемой.
Расстояние между ними должно составлять примерно 5 мм – это необходимо для возможного температурного расширения. «Плюс» располагаем на лицевой поверхности элементов, «минус» – на обратной.
Рекомендуется включить в схему шунтирующие диоды, в качестве выводящих проводов подойдет акустический кабель в силиконовой изоляции.
Не стоит пренебрегать таким важным этапом работ, как тестирование. Проверка работоспособности каждой группы элементов позволит выявить некачественную пайку и не допустить сбоев в функционировании батареи.
Каждый фотоэлемент должен быть надежно зафиксирован с помощью герметика. Чтобы закрыть собранную конструкцию, понадобится задняя панель. Для ее изготовления можно использовать пластик или поликарбонат. Все швы должны быть тщательно герметизированы. Следующий этап – установка конструкции.
Монтаж панелей
- Батареи должны быть установлены так, чтобы солнечные лучи падали на них под прямым углом – это обеспечит максимальную производительность.
- При установке на крыше нужно учитывать сторону света.
- Если конструкция будет размещаться на крыше, нужно убедиться, что стропильная система и кровельное покрытие способны выдержать дополнительную нагрузку.
Составляющие системы
Когда панели готовы и смонтированы, нужно уделить внимание остальным компонентам системы. Необходимое приобретение, которое также имеет высокую цену – это аккумуляторные батареи, в которых будет храниться накопленная установленными солнечными батареями энергия. Также для успешной работы автономной системы требуется контролер заряда. Кроме того, необходимо установить инвертор: на выходе батарей будет постоянный ток, который нужно преобразовать в переменный, чтобы подать на домашние электроприборы.
Важным преимуществом самостоятельного изготовления преобразователей энергии является то, что можно делать батареи постепенно, например, по одной в месяц – и поэтапно увеличивать мощность всей системы.
diskmag.ru
Принцип работы солнечных панелей | Электрика в доме
Применение солнечных батарей
Использование солнечной энергии для создания солнечных электростанций является очень выгодным и не таким уж дорогим источником электроэнергии. Широкое применение солнечных батарей нашли не только в промышленности и других отраслях, но и для индивидуальных нужд.
Со временем солнечные батареи становятся дешевле и все большее число людей приобретают их и используют в качестве источника альтернативной энергии. На солнечных панелях работают калькуляторы, радиоприемники, фонари на аккумуляторах с подзарядкой от солнечной панели.
Есть даже корейский мобильный телефон, который может заряжаться от солнечных панелей. Появились небольшие переносные электростанции на солнечных панелях, которыми пользуются туристы, рыбаки, охотники. Сейчас никого не удивишь автомобилем с солнечной панелью на крыше.
Как работают солнечные батареи
Солнечная панель состоит из множества фотоэлементов, которые при освещении солнечными лучами создают разность потенциалов. Теперь, соединяя эти фотоэлементы последовательно, мы увеличим величину постоянного напряжения, а соединяя параллельно, увеличим силу тока.
Устройство солнечных батарей
Т. е., соединяя фотоэлементы последовательно – параллельно мы можем достичь большой мощности солнечной панели. Также батареи можно собирать параллельно и последовательно в модуле и добиться значительного увеличения напряжения, тока и мощности такого модуля.
Принцип работы солнечной панели
Кроме солнечных батарей схема имеет еще такие устройства как контроллер, необходимый для контроля заряда аккумулятора, инвертор имеет функцию преобразования постоянного напряжения в стабильное переменное, для потребителей электроэнергии. Аккумуляторы предназначены для накопления электроэнергии.
Как работают фотоэлементы солнечной батареи
Еще Беккерель доказал, что энергию солнца можно преобразовать в электричество, освещая специальные полупроводники. Позднее эти полупроводники стали называть фотоэлементами. Фотоэлемент представляет собой два слоя полупроводника имеющих разную проводимость. С обеих сторон к этим полупроводникам припаиваются контакты для подключения в цепь. Слой полупроводника с n проводимостью является катодом, а слой с p проводником анодом.
Проводимость n называют электронной проводимостью, а слой p дырочной проводимостью. За счет передвижения «дырок» в p слое во время освещения, создается ток. Состояние атома потерявшего электрон называется «дырка». Таким образом, электрон перемещается по «дыркам» и создается иллюзия движения «дырок».
Принцип работы фотоэлемента
В действительности «дырки» не передвигаются. Граница соприкосновения проводников с разной проводимостью называется p-n переходом. Создается аналог диода, который выдает разность потенциалов при его освещении. Когда освещается n проводимость, то электроны, получая дополнительную энергию, начинают проникать сквозь барьер p-n перехода.
Число электронов и «дырок» меняется, что приводит к появлению разности потенциала, и при замыкании цепи появляется ток. Величина разности потенциала зависит от размеров фотоэлемента, силы света, температуры. Основной первого фотоэлемента стал кремний. Однако высокую чистоту кремния получить трудно, стоит это недешево.
Когда освещается n проводимость, то электроны, получая дополнительную энергию, начинают проникать сквозь барьер p-n перехода. Число электронов и «дырок» меняется, что приводит к появлению разности потенциала, и при замыкании цепи появляется ток
Поэтому сейчас ищут замену кремнию. В новых разработках кремний заменен на многослойный полимер с высоким КПД до 30%. Но такие солнечные панели дорогие, и пока отсутствуют на рынке. КПД солнечных батарей можно повысить, если устанавливать их на южной стороне и под углом не меньше 30 градусов.
Рекомендуется, солнечные батареи устанавливать на устройство слежения за движением солнца. Это устройство передвигает панели таким образом, чтобы они получали максимально возможное освещение лучами солнца от восхода до заката. При этом КПД солнечных панелей возрастает достаточно сильно.
Тоже интересные статьи
electricavdome.ru
Солнечные батареи своими руками: виды, сборка, установка, схемы
Альтернативные источники энергии, в частности солнечные батареи, привлекают экономической выгодой и неиссякаемостью ресурса. Но готовые изделия и профессиональный монтаж выльются в круглую сумму. А так как солнечные батареи чаще всего используют как дополнительный источник электроэнергии – окупаться вложение будет не один год. Значительно сократить затраты можно, выполнив сборку и установку самостоятельно. Для этого потребуется приобрести составные части конструкции и изучить немного теории.
Содержание статьи
Солнечная батарея – что это и как работает?
Солнечной батареей называют конструкцию из нескольких солнечных элементов, установленных в раму и покрытых прозрачной защитой. Отдельные части соединяются последовательно или параллельно проводниками, образуя единый источник энергии.
Чем большее количество элементов объединяет батарея, тем она мощнее.
Работа устройства осуществляется за счет фотоэлектрического эффекта. При попадании солнечных лучей на фотоэлементы, кванты света вытесняют электроны, которые и образуют электрический ток. Для бесперебойного и равномерного снабжения сети, батареи оснащают аккумуляторами, способными накапливать энергию. Поэтому даже, если солнце скроется за плотными тучами, в дом будет поступать постоянный электрический ток.
Виды солнечных батарей
Фотоэлементы чаще всего изготавливают на основе кремния, в зависимости от способа его обработки выделяют разные виды пластин. Они различаются уровнем КПД (коэффициент полезного действия) – то есть соотношением полезно использованной энергии к полученной системой суммарно. От вида кремния зависит и эффективность конструкции при временном затенении.
Солнечные элементы производят и из другого сырья: теллурида кадмия, селенида меди-индия, полимеров. Их КПД от 5 до 20%, однако стоимость батарей из этих материалов намного выше, поэтому они пока не получили большого распространения.
Монокристаллические
Пластины этого вида изготовлены из чистого кремния. Кристаллы однородные и однонаправленные, после затвердевания их разрезают на тонкие пластины. КПД монокристаллической батареи при солнечной погоде достигает 17 – 20%, но при облачности ее производительность резко сокращается.
Конструкции устойчивы к влаге. Требуют регулярного очищения от пыли. Имеют сравнительно небольшие размеры и высокую мощность. При этом самые дорогостоящие. Внешне пластины из монокристаллов – черные с однородной структурой.
Поликристаллические
Фотоэлементы поликристаллической вида также производят из кремния, но по более простой и дешевой технологии. После нагревания до жидкого состояния, сырье медленно охлаждают, при этом образуются различные по форме кристаллы разной направленности. КПД не более 12 – 18%, это ниже чем у монокристаллов. Но важное преимущество этого вида пластин в том, что при облачности эффективность снижается незначительно.
Кристаллы разной формы в структуре элементов заметны при внимательном рассмотрении. Пластины имеют насыщенный синий цвет. Эти изделия стоят немного дешевле, подходят для установки на жилых домах, в качестве дополнительного источника электрической или тепловой энергии.
Аморфные
Пленочные кремниевые батареи производят не из кристаллов, а из силана или кремневодорода. Такая батарея эластична и может принимать любую форму. Производные кремния наносят тонким слоем на гибкую подложку.
КПД аморфных батарей значительно ниже первых двух видов и составляет всего 5 – 6%, но при этом пленочные источники энергии отличаются хорошей производительностью при облачности.
Этот вид солнечных батарей самый дешевый, и простой в монтаже. К тому же не требователен к очистке и может производить работу даже под слоем пыли.
При выборе вида солнечных батарей, необходимо ориентироваться на показатель КПД, срок службы и стоимость конструкций. Если нужна максимальная производительность и компактность, лучше выбрать монокристаллическую. Оптимальный по цене и эффективности вариант для частного дома – поликристаллическая. Аморфная, хоть и самая дешевая, но для хорошей мощности необходимо приобрести большой по площади фрагмент.
Срок службы кристаллических батарей без потери эффективности – 25 лет, а общий период эксплуатации может достигать 50 лет, аморфные лишаются до 40% мощности уже спустя 2 – 3 года использования.
Преимущества и недостатки
Покупка и монтаж солнечных батарей – это крупное единовременное вложение средств, но оно оправдает себя через несколько лет (минимум – 2 года, максимум – 6), и дальнейшая эксплуатация будет абсолютно бесплатной. И это далеко не единственное достоинство конструкций.
Плюсы солнечных батарей, характерные для всех их видов:
- Общедоступность – использование солнечной энергии возможно в любой точке планеты;
- Экологичность – батареи не загрязняют окружающую среду вредными отходами;
- Надежность – конструкции очень редко выходят из строя, так как не имеют движущихся частей, батареи не зависят от технических неполадок поставщиков энергии;
- Бесшумность – при работе, конструкция вообще не издает шумов;
- Вариативность мощности – за счет изменения количества модулей, объединенных в одну цепь, можно регулировать общую производительность.
Важно обратить внимание и на минусы альтернативного источника энергии, чтобы не потратить средства нерационально. Не всегда солнечные батареи могут быть эффективны, к тому же они практически не способны полностью заменить традиционную электрическую сеть.
Производительность устройства зависима от климатических условий. В южных широтах батареи более продуктивны, в средних и северных – эффективность изменяется в соответствии со временем года. На этот показатель влияет и слой пыли. Регулярно его нужно удалять с лицевой поверхности, что может быть затруднено расположением конструкций и их большими размерами.
КПД всех видов солнечных батарей снижается с течением времени, поэтому рано или поздно придется заменять конструкции. При этом до сих пор остается нерешенным вопрос утилизации, выбрасывать приборы с бытовыми отходами запрещено, так как солнечные элементы и аккумуляторы содержат токсичные вещества.
Эффективность
Производительность солнечных батарей на территории России неравномерна. Если сравнивать способность этих устройств обеспечивать частный дом горячей водой, то в южных регионах можно использовать солнечную энергию в качестве единственного источника на протяжении всего года, в средних и северных – только летом, а зимой сочетать с другими видами энергии.
Один квадратный метр кристаллической солнечной батареи способен выработать в среднем до 120 Вт мощности. Она может обеспечить работу маломощного бытового прибора или нескольких лампочек, но, например, для компьютера этого недостаточно.
Эффективность зависит от многих факторов: вида устройства и его КПД, географического положения и угла наклона модуля.
Для полноценного обогрева дома площадью 100 кв.м. в средней полосе России, потребуется разместить на крыше не менее 30 кв.м. солнечных модулей. Это вложение полностью окупится примерно через 3 года использования. При сочетании с другими источниками отопления, срок, за который покупка себя оправдает, увеличится еще на 1 – 2 года. При длительности эксплуатации от 20 и более лет, установка солнечных батарей – однозначно, выгодное вложение.
Изготовление батареи своими руками
Самое сложное при сборке солнечной батареи – приобретение фотоэлементов. Новые стоят очень дорого, чтобы сократить расходы, можно купить через интернет элементы с незначительными повреждениями. Небольшие сколы не повлияют на производительность пластин. Лучше выбирать элементы с уже припаянными проводниками. Оптимальное количество фотоэлементов для одной батареи – 36 штук. Все части для одного солнечного модуля должны иметь одинаковые размеры.
Новые пластины иногда обливают воском, так как они очень хрупкие и тонкие. Перед сборкой их нужно освободить от покрытия под горячей водой.
Конструкция солнечной батареи состоит из короба, фотоэлементов, соединенных проводниками и защитного покрытия.
Подготовка короба
Каркас для батареи можно собрать из деревянных реек и листа ДВП. Предварительно нужно рассчитать длину и ширину короба, чтобы вместились все солнечные элементы. На нижней части реек нужно сделать отверстия для вентиляции и выхода жидкости.
Для защиты от порчи, грибка и влаги короб нужно окрасить с двух сторон.
Установка солнечных элементов
После снятия слоя воска и тщательной сушки фотоэлементов, можно приступить к их сборке. Для этого их нужно разложить лицевой стороной вниз и последовательно соединить проводниками, фиксируя паяльником. Между пластинами рекомендуется оставлять расстояние в несколько миллиметров.
На центр каждого элемента с обратной стороны нужно нанести каплю силиконового герметика, перевернуть цепочку и приклеить на 
подложку. Не желательно распределять клей по периметру пластины, так как во время эксплуатации она может расширяться и сжиматься, а плотная фиксация может стать причиной поломки элемента. Подложку нужно уложить в короб и закрепить саморезами. Установить диоды для предотвращения разрядки аккумулятора в ночное время. Вывести провод через одно из вентиляционных отверстий в каркасе.
После полного высыхания герметика можно установить защитный щит из прозрачного пластика или стекла. Закрепить верхнее покрытие лучше после проверки качества работы батареи.
Монтаж батареи своими руками
Устанавливать устройства можно на крышу или землю. Для второго способа потребуется изготовить металлические каркасы, которые будут удерживать батарею под нужным углом.
Выбранное место должно быть хорошо освещено солнцем. Ориентировать устройство нужно на южную сторону. Оптимальный угол наклона конструкции должен быть равен географической широте, в которой она находится. Так батарея получит максимальное количество света.
Место установки солнечной батареи должно быть доступным для чистки лицевой поверхности от пыли и снега, корректировки угла наклона и ремонта, в случае поломки.
Фиксировать модули на крыше нужно на рейки, на земле – на металлические фермы. После установки батарея должна находиться в неподвижном состоянии.
Предлагаем Вам прочитать про самостоятельное строительство ветрогенератора, который так же является альтернативным источником энергии.
Далее устройство нужно подключить к аккумуляторам, инверторам и контроллерам. А затем и к электросети дома. Подробное описание работ по подготовке батареи, установке и подключении представлено на видео.
Установка солнечных батарей позволит снизить расходы на электроэнергию и отопление. А если произвести все работы по сборке и монтажу своими руками, можно минимизировать стоимость модулей и сократить период их окупаемости.
Похожие статьи
guru-remonta.ru
Солнечная батарея своими руками, несколько способов.
Основной деталью солнечной батареи является фотоэлемент, который и осуществляет преобразование энергии солнечного света в электричество. Для изготовления солнечной батареи своими руками можно пойти по двум путям: первый – это покупка фотоэлементов в магазине; второй – самостоятельное изготовление фотоэлемента из подручных материалов.
Первый способ
В данном случае первое, с чего надо начать, — это банальный подсчет требуемого количества фотоэлементов в солнечной батарее (СБ).
Оно определяется, исходя из условия создания требуемого уровня напряжения, по формуле: n = U/U0 (где n – это требуемое число фотоэлементов; U – требуемый уровень напряжения; U0 – напряжение одного фотоэлемента). Далее определяется требуемая мощность СБ. Она должна полностью обеспечивать мощность подключаемой нагрузки, а значит ровняться ей. Исходя из этого, определяется количество СБ по формуле: n = Pn/P0 (где n – это требуемое число СБ; Pn – мощность нагрузки; P0 – мощность одной СБ, складывающаяся из суммы мощностей входящих в нее фотоэлементов). Солнечные батареи соединяются друг с другом параллельно.
Затем следует соединение фотоэлементов между собой. Соединяются фотоэлементы последовательно, так как именно в этом случае их напряжение будет суммироваться, давая в результате требуемое значение.
В схеме должен быть предусмотрен диод, который будет препятствовать разряду аккумулятора через СБ в те периоды суток, когда интенсивность солнечного света ничтожно мала.
Обязательно нужно обеспечить правильное соединение фотоэлементов между собой. Поэтому при соединении нескольких лент из фотоэлементов каждую вторую ленту необходимо переворачивать на 180 градусов. В результате получается следующая картинка.
Предпоследним этапом при самостоятельном конструировании СБ служит перенос заготовки на каркас. Каркас может изготовляться из любого материала, но предпочтение лучше отдавать тем, с которыми проще работать. Например, дерево и фанера. Лицевая часть каркаса должна содержать прозрачный материал, не пропускающий инфракрасные лучи, приводящие к излишнему нагреву фотоэлементов. Чаще всего используется обычное стекло.
Завершающим этапом сборки СБ является укладка фотоэлементов на каркас и их герметизация. Тут важно соблюсти расстояние между ними, примерно 5мм, которое впоследствии заполняется компаундом или обычным силиконовым герметиком.
Стоит обратить внимание на то, что электрический ток, произведенный солнечной батареей, является постоянным. Поэтому для его дальнейшего использования он должен быть преобразован в переменный.
Второй способ
Второй способ займет не намного больше времени. Для его реализации потребуется плоский кусок меди, который необходимо будет раскалить на электрической плите до образования черной корки.
После данной процедуры требуется снять медь с огня и дать ей самостоятельно остыть до комнатной температуры без вмешательства ускоряющих факторов. При охлаждении нагар местами отстанет, но ни в коем случае не нужно пытаться целиком оттереть оставшиеся черные островки, потому как можно случайно повредить тонкий слой образовавшейся оксидной пленки. После того, как медь остыла ее просто необходимо сполоснуть теплой водой.
Далее следует сам процесс сборки. Нужно закрепить лист меди с окислом и чистый лист меди в пластмассовой таре таким образом, что бы они не касались друг друга. Обязательно чистая медь присоединяется к плюсу, а медь с окислом — к минусу. Объем бутылки необходимо заполнить соленой водой так что бы, вода не доставала до кусачек. Самодельная солнечная батарея пусть и маломощная, но готовая к выработке электрической энергии представлена на рисунке.
Солнечные батареи, рассмотренные в данной статье, нельзя использовать для выработки электрической энергии в промышленных масштабах, хотя принципы одинаковы и в первом, и во втором случае. Тем не менее, такие батареи станут неоспоримой опорой в непредвиденных ситуациях и помогут диверсифицировать источники электроэнергии. Если есть какие-то комментарии, пишите.
jelektro.ru
