Изготовление солнечной батареи. Из чего их делают? Из чего делают солнечные батареи

Из чего делают солнечные батареи: изготовление, конструкция, разновидности

Содержание:

Область применения солнечных батарей
Устройство и принцип работы солнечных батарей
Изготовление солнечной батареи своими руками
Недостатки и преимущества источников солнечной энергии

Область применения солнечных батарей

Человечество научилось пользоваться солнечной энергией во многих областях своей жизни, но вот какие из них самые интересные:

Электроника – уже давно во всем мире делают портативные устройства вроде калькуляторов, карманных фонариков и пр.
Авиация – в данной области не так давно произошел прорыв: в Швейцарии создан самолет, использующий лишь солнечную энергию, запасая ее в батареи аккумулятора. Первый полет прототипа продолжался 26 часов.

Электромобили – здесь применение солнечной энергии малоэффективно, КПД на уровне 10–15%. Поэтому много электричества для аккумулятора автомобиль запасти не может, к тому же солнце светит не всегда, сокращая тем самым суточный пробег.
Энергообеспечение зданий – крыши домов некоторых тропических стран оборудованы солнечными батареями. Так значительно экономится электричество.
Дороги – в 2014 открылась велодорожка в Голландии, выложенная солнечными панелями. Проект оказался недостаточно эффективен, но сейчас рассматривается строительство проезжих частей из солнечных батарей во Франции. По таким дорогам электромобили смогут передвигаться без подзарядки.
Космос – здесь солнце светит постоянно и без помех для солнечного модуля, поэтому на космических аппаратах они устанавливаются повсеместно.
Медицина – учеными из Южной Кореи была разработана солнечная батарея, вживляемая под кожу. Она тоньше волоса в 15 раз, ее цель – обеспечить имплантированное в тело оборудование бесперебойным электричеством.

Устройство и принцип работы солнечных батарей

Составные части солнечной батареи называются фотоэлементами. Соединение между ними параллельное и последовательное, а располагают их на каркасе из материалов, не проводящих электричество. Полупроводники работают благодаря фотогальваническому эффекту, означающему трансформацию лучистой энергии солнца в электричество.

принцип работы солнечной батареи

Для изготовления солнечных батарей используют кремний, это второй по распространенности химический элемент на Земле. У него высокая электропроводимость и хорошая способность притягивать солнечные лучи. Однако обычный кремний для данного производства не годится, его преобразовывают в пригодный, по специальной технологии. Изготовление такого кремния – очень дорогой и сложный процесс.

Бывают два вида фотоэлектрических преобразователей: на основе монокристаллического и поликристаллического кремния. Их производят по разной технологии. КПД первого равен 17,5%, а второго – менее 15%. Конструкция состоит из отдельных модулей, подключаемых между собой блоками.

Устройство солнечной батареи зависит от ее наиболее значимого параметра – полезной мощности. Расчет экономичности всей установки зависит именно от нее. Полезная мощность определяется по напряжению и силе тока на выходе, на которые влияет интенсивность лучей солнца.

В итоге электроэнергия переходит на хранение в аккумуляторы и накапливается там. Аккумулятор – это химический источник тока, который заряжается при контакте с потенциалом больше его собственного напряжения. Слабый солнечный свет снижает интенсивность заряда батареи аккумулятора, тогда она отдает энергию электроприемнику. Получается, что аккумуляторная батарея всегда функционирует в режиме разрядки и подзарядки.

Следить за этими процессами можно при помощи специального контроллера. Циклический заряд требует постоянного напряжения или постоянного заряда тока. Когда заряд батареи полон, к ней еще подключают резистор, поглощающий избыточную мощность.

Изготовление солнечной батареи своими руками

изготовление солнечной батареи

Расчет собственной солнечной электростанции не должен сразу быть грандиозным и масштабным. Достаточно будет в первый раз сделать пробную панель небольшой площади, а потом, используя те же схемы, нарастить на конструкцию остальные элементы.

Изготовление каркаса. Здесь расчет максимально простой, а материалом служат алюминиевые уголки, либо уже готовые рамы со стеклом. Покрытие может быть прозрачным и с минимальной пропускной способностью ИК-спектра, чтобы не спровоцировать нагревание кремниевых элементов. Менее подходящий – поликарбонат, а наиболее доступным можно считать стекло, оптимальное решение – плексиглас.
Монтаж корпуса батареи. Необходимо включить в расчет дополнительное расстояние между модулями, около 3 мм. Схема требует предварительного изготовления рамы, соединение выполняют при помощи метизов. Чтобы расчет долговечности батареи оправдал себя, должна быть обеспечена максимальная герметичность конструкции. В раму закладывается лист прозрачного материала, прижимается и фиксируется, все должно хорошо просохнуть, чтобы испарения герметика не создали пленку на элементах. Соединение углов проводится согласно схемы метизами и шурупами.
Пайка солнечных элементов. Кропотливый и сложный процесс, но если произвести расчет, самодельная солнечная батарея обойдется в 4 раза дешевле заводской панели. Сэкономить средства поможет покупка в интернете элементов с дефектами, которые не потеряли своей функциональности. Однако внешний вид всей конструкции несколько пострадает. Сперва необходимо припаять контакты, нужно быть аккуратным, так как солнечные элементы довольно хрупкие. Нужно изготовить картонную заготовку и по ней нарезать проводники. Ориентируйтесь схемы, на пайку уйдет много времени.

Сборка солнечной панели. Соединение элементов проще проводить на разметочной подложке, в расчет площади нужно добавить 3–5 мм между каждой частью батареи. За основу можно взять лист фанеры, маркировать уголки на нем и закрепить элементы поочередно на монтажную ленту. Герметизация не нужна, однако такой способ крепления в полевых условиях не обеспечит долгую службу панели. Электрическая схема пайки подразумевает расположение «плюсовых» дорожек на лицевой, а «минусовых» на обратной стороне элементов. Далее следует нанесение флюса и припоя, а затем аккуратная пайка серебряных контактов. Клемма выводится на внешнюю сторону рамы. Соединение токовыводящих проводов должно быть изолировано, для этого могут быть использованы трубки для капельницы.

солнечная батарея на крыше

Добросовестный расчет, качественное оборудование, четкая схема и усидчивость обеспечат долгое функционирование самодельной солнечной батареи для домашних нужд.

Недостатки и преимущества источников солнечной энергии

Устройство солнечной батареи можно охарактеризовать как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Плюсы:

все оборудование весит относительно немного;
отсутствие необходимости прокладывания к опорам кабеля;
расходы на установку и обслуживание панелей сведено к минимуму;
оборудование при работе не издает абсолютно никакого шума;
энергия солнца экологически чистая;
общедоступность и неисчерпаемость;
солнечные батареи способны прослужить довольно долго.

Минусы:

процесс сборки и расчет требуют большого труда;
ночью батареи не вырабатывают электричество;
солнечные панели очень громоздкие;
низкий КПД – в электричество преобразуется около 20% энергии, остальное рассеивается в виде тепла;

эффективность работы панелей снижается при пасмурной погоде;
оборудование чувствительно к загрязнениям и механическим повреждениям.

солнечная энергия

Факторы, которые необходимо учитывать при конструировании солнечных батарей:

региональные особенности солнечной активности;
расчет угла наклона солнечной панели и возможность ее слежения за солнцем;
насколько энергоемко оборудование, которое будет питать солнечная батарея;
важно, из чего изготовлены панели (оргстекло, кремний, стекло и т.д.).

Подписаться на рассылку

ekobatarei.ru

Из чего делают солнечные батареи?

Из чего делают солнечные батареи? Для тех, кому интересны способы замены привычных электростанций альтернативными источниками энергии, расскажем подробнее о механизме действия солнечных батарей, их составе и производительности.

Из чего же, из чего же, из чего же...?

В России к солнечным батареям многие люди до сих пор относятся с долей недоверия и даже с некоторой опаской. Между тем в развитых странах Европы и Америки число жителей, заменяющих привычные электростанции альтернативными источниками энергии, чтобы не зависеть от изменений цен на электроэнергию, растет день ото дня. Установка солнечной батареи изрядно опустошит ваш кошелек, но в долгосрочной перспективе затея многократно себя окупает.

Солнечная батарея представляет собой набор параллельно и последовательно соединенных полупроводников – фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электричество. Фотоэлементы для солнечных батарей чаще всего производятся на основе кремниевых пластин, которые зарекомендовали себя среди пользователей долголетием и высоким КПД.

Срок службы такой пластины может достигать 30 лет, а потеря эффективности за весь срок эксплуатации составляют не более 20 %. Но и стоимость такой пластины в сравнении с конкурентами высока. Приобретение пленочных элементов на основе полимеров обойдется покупателю значительно дешевле, но заменить пришедший в негодность элемент придется быстрее. В таблице 1 представлена краткая сравнительная характеристика существующих элементов солнечных батарей.

Таблица 1. Сравнительная характеристика солнечных батарей

Вид батареи	КПД	Срок службы	Этапы производства	Отличительные черты
Кремниевые:		до 30 лет	Очистка сырья (кварца). Выращивание кристаллов. Формирование пластины. Добавление доп. элементов. Сборка готовой батареи.	технологически сложное производство; высокая себестоимость выпуска; возможно производство гибридов; доступность сырья для производства; экологичность
Монокристаллические	18–24%
Поликристаллические	12–18%
Аморфные	5-6%
Пленочные		до 18 лет	Подготовка пленки-основы. Нанесение на пленку фотоэлемента. Резка в размер.	крупные габариты готовой пластины; низкая себестоимость; гибкость и легкость элемента;; экологичность.
основа – теллурид кадмия	10-12%
основа – селенид меди-индия	15-20%
основа – полимеры	5-6%

Солнечная батарея является основным звеном в процессе переработки солнечной энергии в электрическую. Для создания полноценного источника энергии одной солнечной батареи будет недостаточно, необходимо будет приобрести аккумулятор, инвертор, контроллеры. Прежде чем тратить немалые деньги на покупку и установку подобной системы, рекомендуем вам учесть следующие нюансы:

электрическая станция работает круглыми сутками, а солнечная батарея по ночам или в пасмурные дни оказывается не у дел;
некоторые фотоэлементы содержат опасные вещества;
пластины батареи могут перегреваться, необходим монтаж системы охлаждения.

Если говорить о положительных сторонах применения солнечных батарей, то следует отметить экологичность процесса, доступность сырья (солнечного света) и полную независимость владельца системы от динамики цен на электричество.

Теперь, зная о видах батарей, сроке их службы и отличительных особенностях, решить вопрос о выборе наилучшего варианта не составит для вас особого труда.

aeteh.ru

Устройство солнечной батареи позволяет собрать ее в домашних условиях и получить автономный экологически чистый источник энергии

Содержание:

Виды солнечных батарей и их предназначение
Из какого материала изготавливаются солнечные батареи
Основные элементы солнечной батареи
Технология изготовления
Как работает солнечная батарея
Как подключить солнечную батарею

Современная солнечная батарея представляет собой соединение фотоэлементов, которое может преобразовывать солнечное электромагнитное излучение в электрическую энергию. Ее основными составляющими являются фотоэлементы, от количества которых зависит вырабатываемое напряжение и сила тока. Устройство солнечной батареи основано на явлении внутреннего фотоэлектрического эффекта, которое впервые было открыто ученым Эдмондом Беккерелем еще в 1839 году. В 1873 году другой ученый Уиллоуби Смит заметил такой эффект во время облучения солнечным светом пластины селена. Наибольшее распространение солнечные батареи получили, начиная с середины двадцатого века.

Виды солнечных батарей и их предназначение

В настоящее время используется несколько разновидностей солнечных батарей. Все они отличаются длительным сроком эксплуатации, который зачастую превышает 30 лет. Это достигается за счет отсутствия в конструкции механических компонентов и расходных частей.

Наибольшее распространение сегодня получили три вида фотоэлементов:

Монокристаллические;
Поликристаллические;
Тонкопленочные.

Основные виды солнечных модулей

Самым распространенным видом являются поликристаллические панели, которые отличаются оптимальным соотношением цены и эффективности. В большинстве случаев их КПД достигает 12-13 %. Эти батареи отличаются кристаллической структурой и синим цветом. Монокристаллические солнечные панели являются более эффективными, так как их КПД достигает 15-16%. Однако, с учетом стоимости одиного ватта мощности, их использовании обходиться дороже.

Монокристаллические и поликристаллические батареи имеют схожие функции:

освещение жилых домов, хозяйств, тепличных комплексов;
освещение садовой, парковой зоны, улиц;
обеспечение электроэнергией медицинские и телекоммуникационные приборы;
энергоснабжение систем подачи и очистки воды;
подзарядка ноутбуков, мобильных телефонов.

Тонкопленочные обладают самым низким КПД, который не превышает 12%. В то же время, за счет низкой цены фотоэлементов, которые входят в конструкцию, один ватт мощности электроэнергии здесь обходиться дешевле, чем в остальных батареях. К тому же, тонкопленочные панели занимают в 2-3 раза большую площадь, чем моно- и поликристаллические. Поэтому, их лучше использовать для питания крупных систем мощностью более 10 кВт.

Из какого материала изготавливаются солнечные батареи

структура солнечного єлемента

Наиболее распространенным материалом для изготовления солнечных панелей является кристаллический кремний. Монокристаллический кремний изготавливается по методу Чохральского или тигельным способом. Более простым для изготовления считается поликристаллический кремний, который по структуре представляет собой совокупность кристаллов. Также в качестве материала для изготовления фотоэлементов может использоваться ленточный кремний. Для его производства два тонких слоя кремния накладываются друг на друга. Он более дешевый в изготовлении, но и менее эффективный.

Основные элементы солнечной батареи

Современное устройство солнечной батареи предусматривает обязательное наличие прочного корпуса, в котором будут размещаться фотоэлементы. Это связано с хрупкостью панелей. Корпус представляет собой коробку небольшого размера с небольшими боковыми ребрами. При этом, ребра не должны мешать солнечному свету попадать на выходы элементов. Размер коробки определяется количеством солнечных элементов. Следующим элементом конструкции является подложка, которая располагается в корпусе прямо на панели. Перед установкой подложки корпус нужно обработать специальными красками, которые имеют стойкость к микроорганизмам и влаге. Кроме того, в корпусе должны быть вентиляционные отверстия, за счет которых будет поддерживаться определенная температура и выводиться газы, которые выделяются при работе батареи в незначительном количестве.

Технология изготовления

Вначале следует спаять фотоэлементы между собой. Если вы купили элементы с металлическими выступами, то тогда можно просто спаять ушки батарей между собой. Делать это нужно очень внимательно и аккуратно. После пайки соединенные компоненты необходимо приклеить к подложке в верхней части панели. Это лучше сделать при помощи специального силиконового клея, который никак не препятствует проникновению солнечных лучей. Кроме того, он способствует нормальному теплообмену. Однако, не переусердствуйте с клеем, так как это может привести к повреждению батарей. Клеить нужно только центр клеток. Далее все элементы нужно соединить с проводом, который подается в одной из заранее предусмотренных вентиляционных отверстий. Для закрепления провода к солнечным элементам лучше использовать силиконовую замазку.

На следующем этапе поверх панелей устанавливается оргстекло. Однако, до этого следует подключить диод Шоттки от чувствительных теплопроводящих компонентов. Этот диод послужит блокирующим устройством, которое защитит фотоэлементы при перепадах напряжения. Кроме того, диод Шоттки будет отключать питание системы при маленькой мощности электросети. Так аккумуляторы, заряжаемые от солнца, не будут разряжаться при прекращении питания. Когда диод будет подключен, можно ставить оргстекло и закреплять его винтами. Технология изготовления солнечных панелей является достаточно простой и понятной. Единственное, важно правильно соблюдать последовательность соединения, иначе вся система не будет работать.

Как работает солнечная батарея

Принцип работы солнечной батареи основан на наличии полупроводника в виде двух пластин, соединенных друг с другом. Каждая пластина изготавливается из кремния с использованием дополнительных примесей. Благодаря этому пластины обладают своими уникальными свойствами. Первая из них имеет избыток валентных электронов, а вторая имеет недостаток этих электронов. Эти полупроводники получили название n и p. Если эти полупроводники соединить в единое целое, то можно получить PN-переход в месте контакта между ними. В то время, когда на батарею попадают прямые солнечные лучи, на обеих сторонах этого перехода начинают накапливаться положительные и отрицательные плавающие нагрузки. В результате генерируется напряжение и возникает магнитное поле. Если подсоединить к такому элементу провод, по нему потечет электричество.

Прнцип работы модуля солнечной панели

Как подключить солнечную батарею

Как только вы изготовите солнечную панель, можно начинать заниматься ее подключением. Можно не подключать ее напрямую к сети, чтобы избежать потерь электроэнергии. То есть, желательно установить автономную систему с аккумуляторами. Они будут заряжаться от солнечных батарей каждый день и быстро разряжаться. При этом, глубина разрядки может быть довольно существенной. Поэтому, аккумуляторы могут быстро выйти из строя. Для того, чтобы этого не произошло, лучше оставить подключение к сети через гибридный батарейный инвертор. Это устройство будет отдавать фотоэлементам приоритет при распределении нагрузки. Инвертор не будет отдавать излишки электроэнергии в сеть, а будет передавать ее на аккумуляторы. Такой вариант является одним из наиболее оптимальных. Эта система состоит из гибридного инвертора, контроллера заряда солнечных панелей и аккумуляторов. Такой механизм сможет работать не только как основная, но и как резервная система электропитания.