DIY źródło energii słonecznej. Energia słoneczna w Twoim domu: jak zrobić baterię własnymi rękami

W tym celu produkowane i sprzedawane są gotowe panele kompaktowe, wykonane w formie szybko składanych zespołów na bazie tkaniny syntetycznej. W centralnej Rosji taki panel o wymiarach około 30x40 cm może zapewnić moc w granicach 5 W przy napięciu 12 V.

Większa bateria może zapewnić do 100 watów energii elektrycznej. Wydawałoby się, że to niewiele, ale warto pamiętać o zasadzie działania małych: w nich całe obciążenie jest zasilane przez konwerter impulsów z baterii akumulatorów ładowanych z wiatraka małej mocy. W ten sposób możliwe staje się korzystanie z mocniejszych konsumentów.

Zastosowanie podobnej zasady przy budowie domowej elektrowni słonecznej sprawia, że ​​jest ona bardziej opłacalna niż wiatrak: latem słońce świeci przez większość dnia, w przeciwieństwie do kapryśnego i często nieobecnego wiatru. Z tego powodu akumulatory będą mogły ładować się w ciągu dnia znacznie szybciej, a sam panel słoneczny jest znacznie łatwiejszy w montażu niż wymagający wysokiego masztu.

Sensowne jest również używanie baterii słonecznej wyłącznie jako awaryjnego źródła zasilania. Na przykład, jeśli kocioł gazowy z pompami obiegowymi jest zainstalowany w prywatnym domu, przy wyłączonym zasilaniu można je zasilać poprzez konwerter impulsów (falownik) z akumulatorów utrzymywanych naładowanym baterią słoneczną, utrzymując system grzewczy sprawny.

Telewizyjna opowieść na ten temat

Coraz więcej osób dąży do zakupu domów położonych z dala od centrów cywilizacji. Istnieje wiele przyczyn tego stanu rzeczy, z których główny prawdopodobnie ma charakter środowiskowy. Nie jest tajemnicą, że intensywny rozwój przemysłu ma szkodliwy wpływ na stan środowiska. Ale kupując taki dom, możesz natknąć się na brak prądu, bez którego trudno sobie wyobrazić życie w XXI wieku.

Problem dostarczenia energii do budynku położonego z dala od centrów cywilizacji można rozwiązać instalując generator wiatrowy. Jednak ta metoda jest daleka od ideału. Aby energia elektryczna wystarczała na cały dom, konieczne będzie zainstalowanie dużego wiatraka lub kilku, ale nawet w tym przypadku dostawy energii będą epizodyczne, nieobecne przy spokojnej pogodzie.

Aby zapewnić stabilność dostaw energii w domu, skutecznym rozwiązaniem jest zastosowanie razem generatora wiatrowego i baterii słonecznej, ale niestety baterie nie należą do tanich. Rozwiązaniem tych trudności byłaby produkcja baterii słonecznej własnymi rękami, która mogłaby konkurować na równych warunkach z fabrycznymi pod względem mocy, ale jednocześnie przyjemnie jest od nich różnić się ceną. I jest takie rozwiązanie!

Na początek konieczne jest określenie, co to jest bateria słoneczna. Podstawą jest pojemnik zawierający szereg elementów, które przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną. Słowo „macierz” ma w tym przypadku zastosowanie, ponieważ do wytworzenia wystarczającej ilości energii potrzebnej w warunkach zasilania budynku mieszkalnego ogniwa słoneczne będą wymagały dość imponującej ilości. Ze względu na dużą kruchość elementów koniecznie łączy się je w baterię, która zapewnia im ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi i łączy wytworzoną energię. Jak widać, w podstawowej konstrukcji baterii słonecznej nie ma nic skomplikowanego, więc całkiem możliwe jest zrobienie tego samemu.

Przed przystąpieniem bezpośrednio do działań zwyczajowo przeprowadza się głębokie przygotowanie teoretyczne, aby uniknąć niepotrzebnych trudności i kosztów w procesie. To właśnie na tym etapie wielu entuzjastów napotyka pierwszą przeszkodę – prawie całkowity brak informacji przydatnych z praktycznego punktu widzenia. To właśnie to zjawisko tworzy naciągane pozory złożoności paneli słonecznych: skoro nikt ich sam nie robi, to jest to trudne. Korzystając jednak z logicznego myślenia, można dojść do następujących wniosków:

• podstawą celowości całego procesu jest akwizycja ogniwa słoneczne w przystępnej cenie

• zakup nowych elementów jest wykluczony ze względu na ich wysoki koszt i trudność zakupu w wymaganej ilości.

• Wadliwe i uszkodzone ogniwa słoneczne można kupić w serwisie eBay i innych źródłach po znacznie niższych cenach niż nowe.

• wadliwe elementy mogą być z powodzeniem stosowane w danych warunkach.

Na podstawie ustaleń staje się jasne, że kolejny krok w produkcja baterii słonecznych zakupi wadliwe ogniwa słoneczne. W naszym przypadku przedmioty zostały zakupione w serwisie eBay.

Zakupione monokrystaliczne ogniwa słoneczne miały wymiary 3x6 cali, a każde z nich wydzielało około 0,5V energii. Tak więc 36 takich ogniw połączonych szeregowo daje w sumie około 18V, co wystarcza do skutecznego naładowania akumulatora 12V. Należy pamiętać, że takie ogniwa słoneczne są kruche i kruche, więc prawdopodobieństwo ich uszkodzenia w przypadku nieostrożnego obchodzenia się z nimi jest niezwykle wysokie.

Aby zapewnić ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi, sprzedawca woskował zestawy po osiemnaście sztuk. Z jednej strony jest to skuteczny środek, aby uniknąć uszkodzeń podczas transportu, z drugiej strony niepotrzebnych problemów, ponieważ usuwanie woskowiny raczej nie będzie dla nikogo przyjemnym i łatwym zadaniem. Dlatego w miarę możliwości zakup elementów niepokrytych woskiem jest najlepszym rozwiązaniem. Jeśli zwrócisz uwagę na przedstawione elementy świetlne, zobaczysz, że mają przylutowane przewodniki. Nawet w tym przypadku będziesz musiał pracować z lutownicą, ale jeśli kupisz elementy bez przewodników, będzie to wielokrotnie więcej pracy.

W tym samym czasie od innego sprzedawcy zakupiono kilka kompletów elementów, które nie zostały wypełnione woskiem. Przyszły zapakowane w plastikowe pudełko z drobnymi wiórami po bokach. W naszym przypadku chipy nie były problemem, ponieważ nie były w stanie znacząco obniżyć efektywności całego elementu. Być może jednak ktoś doświadczył bardziej katastrofalnych skutków uszkodzeń podczas transportu, o czym należy pamiętać. Zakupione ogniwa wystarczyły na wykonanie dwóch paneli słonecznych, nawet z nadwyżką w przypadku nieprzewidzianych uszkodzeń lub awarii.

Oczywiście przy produkcji baterii słonecznej można użyć innych lekkich elementów w szerokiej gamie rozmiarów i kształtów, które są dostępne u sprzedawców. W tym przypadku należy pamiętać o trzech rzeczach:

1. Lekkie elementy tego samego typu generują identyczne napięcia, niezależnie od wielkości i kształtu, więc ich wymagana liczba pozostanie taka sama
2. Generowanie prądu jest bezpośrednio związane z wielkością elementu: duże generują więcej prądu, małe mniej.
3. Całkowita moc baterii słonecznej jest określona przez jej napięcie pomnożone przez prąd.

Jak widać, użycie dużych ogniw w produkcji baterii słonecznej może zapewnić wyższą moc znamionową, ale jednocześnie sprawić, że sama bateria będzie bardziej masywna i ciężka. W przypadku zastosowania mniejszych ogniw zmniejszy się rozmiar i waga gotowego akumulatora, ale jednocześnie zmniejszy się również moc wyjściowa. Stosowanie ogniw słonecznych o różnych rozmiarach w tej samej baterii jest wysoce odradzane, ponieważ prąd generowany przez baterię będzie równy prądowi najmniejszego używanego ogniwa.

Zakupione w naszym przypadku ogniwa słoneczne o wymiarach 3x6 cali generowały prąd o natężeniu około 3 amperów. W słoneczną pogodę trzydzieści sześć elementów połączonych szeregowo jest w stanie dostarczyć około 60 watów mocy. Postać nie jest szczególnie imponująca, ale to lepsze niż nic. Należy wziąć pod uwagę, że określona moc będzie generowana w każdy słoneczny dzień ładując akumulator. W przypadku wykorzystywania energii elektrycznej do zasilania opraw i urządzeń o niskim poborze prądu ta moc jest w zupełności wystarczająca. Nie zapomnij o generatorze wiatrowym, który również wytwarza energię.

Po nabyciu ogniw słonecznych nie jest zbyteczne ukrywanie ich przed ludzkim wzrokiem w bezpiecznym miejscu, chronionym przed dziećmi i zwierzętami, aż do momentu, gdy można je bezpośrednio zainstalować w baterii słonecznej. Jest to niezbędna konieczność ze względu na niezwykle dużą kruchość elementów i ich podatność na odkształcenia mechaniczne.

W rzeczywistości obudowa baterii słonecznej to nic innego jak proste, płytkie pudełko. Pudełko z pewnością należy wykonać płytko, aby jego boki nie tworzyły cienia, gdy światło słoneczne pada na baterię pod dużym kątem. Sklejka 3/8″ i szyny boczne o grubości 3/4″ są w porządku jako materiał. Dla większej niezawodności nie będzie zbyteczne mocowanie boków na dwa sposoby - klejenie i wkręcanie. Aby uprościć późniejsze lutowanie elementów, lepiej podzielić baterię na dwie części. Rolę separatora pełni pręt umieszczony na środku pudełka.

Na tym małym szkicu możesz zobaczyć wymiary w calach (1 cal to 2,54 cm.) panelu słonecznego wykonanego w naszym przypadku. Boki znajdują się na wszystkich krawędziach oraz pośrodku baterii i mają grubość 3/4 cala. Ten szkic w żaden sposób nie pretenduje do miana standardu w produkcji baterii, powstał raczej z osobistych upodobań. Wymiary podano dla jasności, ale w zasadzie, podobnie jak projekt, mogą się różnić. Nie bój się eksperymentować i prawdopodobnie bateria może okazać się lepsza niż w naszym przypadku.

Widok połowy obudowy baterii, w której znajdzie się pierwsza grupa ogniw słonecznych. Małe otwory, które widzisz po bokach, to nic innego jak otwory wentylacyjne. Służą do usuwania wilgoci i utrzymywania ciśnienia równoważnego do atmosferycznego wewnątrz baterii. Zwróć szczególną uwagę na rozmieszczenie otworów wentylacyjnych w dolnej części obudowy akumulatora, ponieważ ich umiejscowienie w górnej części spowoduje przedostawanie się nadmiernej wilgoci z zewnątrz. Ponadto należy wykonać otwory w pręcie znajdującym się pośrodku.

Jako podłoża posłużą dwa wycięte kawałki płyty pilśniowej, tj. zostaną na nich zainstalowane ogniwa słoneczne. Jako alternatywę dla płyty pilśniowej odpowiedni jest każdy cienki materiał o wysokiej sztywności i nieprzewodzącym prądzie elektrycznym.

Aby chronić baterię słoneczną przed agresywnym wpływem klimatu i środowiska, stosuje się pleksi, która musi zakryć przednią stronę. W tym przypadku wycięto dwa kawałki, ale można użyć jednego dużego kawałka. Nie zaleca się stosowania zwykłego szkła ze względu na jego zwiększoną kruchość.

Oto problem! Aby zapewnić mocowanie za pomocą śrub, postanowiono wywiercić otwory wokół krawędzi. Przy silnym nacisku podczas wiercenia pleksi może pęknąć, co miało miejsce w naszym przypadku. Problem rozwiązano wiercąc w pobliżu nowego otworu, a złamany kawałek po prostu sklejono.

Następnie wszystkie drewniane części baterii słonecznej zostały pomalowane kilkoma warstwami farby, aby zwiększyć ochronę konstrukcji przed wilgocią i wpływami środowiska. Malowanie odbywało się zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz. Kolor farby, jak i jej rodzaj, może się różnić w szerokim zakresie, w naszym przypadku użyto farby, która jest dostępna w wystarczających ilościach.

Podłoża zostały również pomalowane dwustronnie iw kilku warstwach. Szczególną uwagę należy zwrócić na malowanie podłoża, ponieważ jeśli obraz jest złej jakości, drewno może zacząć się paczyć pod wpływem wilgoci, co prawdopodobnie doprowadzi do uszkodzenia przyklejonych do niego ogniw słonecznych.
Teraz, gdy obudowa panelu słonecznego jest gotowa i wysycha, czas zacząć przygotowywać elementy.
Jak wspomnieliśmy wcześniej, usuwanie wosku z elementów nie jest przyjemnym zadaniem. Podczas eksperymentów metodą prób i błędów znaleziono skuteczny sposób. Jednak zalecenia dotyczące kupowania produktów niewoskowanych pozostają takie same.

Aby stopić wosk i oddzielić od siebie elementy, konieczne jest namoczenie ogniw słonecznych w gorącej wodzie. W takim przypadku należy wykluczyć możliwość zagotowania wody, ponieważ gwałtowne gotowanie może uszkodzić elementy i przerwać ich styki elektryczne. Aby uniknąć nierównomiernego nagrzewania, zaleca się umieszczenie elementów w zimnej wodzie i delikatne podgrzanie. Nie należy wyciągać elementów z patelni przez przewody, gdyż mogą się złamać.

To zdjęcie przedstawia ostateczną wersję zmywacza do wosku. W tle po prawej stronie znajduje się pierwszy pojemnik przeznaczony do topienia wosku. Po lewej na pierwszym planie znajduje się zbiornik gorącej wody z mydłem, a po prawej czysta woda. Woda we wszystkich pojemnikach jest dość gorąca, ale poniżej temperatury wrzenia. Prosty proces technologiczny usuwania wosku wygląda następująco: roztop wosk w pierwszym pojemniku, następnie przenieś element do gorącej wody z mydłem w celu usunięcia pozostałości wosku, a na koniec spłucz czystą wodą. Po oczyszczeniu z wosku elementy należy wysuszyć, w tym celu ułożono je na ręczniku. Należy zauważyć, że odprowadzanie wody z mydłem do kanalizacji jest niedopuszczalne, ponieważ wosk po ostygnięciu stwardnieje i zatyka go. Rezultatem procesu czyszczenia jest prawie całkowite usunięcie wosku z ogniw słonecznych. Pozostały wosk nie jest w stanie zakłócić zarówno lutowania, jak i pracy elementów.

Po umyciu ogniwa słoneczne suszy się na ręczniku. Po usunięciu wosku elementy stały się znacznie bardziej kruche, przez co trudniej było je przechowywać i manipulować. Zaleca się, aby nie przeprowadzać czyszczenia, dopóki nie będzie konieczne zainstalowanie ich bezpośrednio w panelu słonecznym.

Aby uprościć proces montażu elementów, zaleca się rozpocząć od narysowania siatki na podstawie. Po renderowaniu elementy układano na siatce do góry nogami w celu ich przylutowania. Wszystkie osiemnaście elementów znajdujących się w każdej połowie połączono szeregowo, po czym połączono również połówki, również szeregowo, aby uzyskać wymagane napięcie

Na początku sklejanie elementów ze sobą może wydawać się trudne, ale z czasem staje się łatwiejsze. Zaleca się zacząć od dwóch elementów. Konieczne jest ułożenie przewodów jednego elementu tak, aby krzyżowały się z punktami lutowania drugiego, należy również upewnić się, że elementy są zainstalowane zgodnie z oznaczeniem.
Do lutowania bezpośredniego użyto lutownicy małej mocy oraz pręta lutowniczego z rdzeniem kalafonii. Przed lutowaniem punkty lutownicze smarowano topnikiem za pomocą specjalnego ołówka. W żadnym wypadku nie należy naciskać na lutownicę. Elementy są tak delikatne, że pod niewielkim naciskiem mogą stać się bezużyteczne.

Powtórzenie lutowania prowadzono aż do powstania łańcucha składającego się z sześciu elementów. Listwy łączące z uszkodzonych ogniw słonecznych zostały przylutowane do tylnej strony ostatniego elementu łańcucha. Były trzy takie łańcuchy - w sumie do sieci udało się podłączyć 18 elementów pierwszej połowy baterii.
Ze względu na to, że wszystkie trzy łańcuchy muszą być połączone szeregowo, łańcuch środkowy został obrócony o 180 stopni w stosunku do pozostałych. Ogólna orientacja łańcuchów okazała się poprawna. Następnym krokiem jest przyklejenie elementów na miejsce.

Wdrażanie ogniw słonecznych może wymagać pewnej zręczności. Konieczne jest nałożenie niewielkiej kropli uszczelniacza na bazie silikonu na środek każdego elementu jednego łańcuszka. Następnie należy odwrócić łańcuch do góry i umieścić ogniwa słoneczne zgodnie z wcześniej naniesionymi oznaczeniami. Następnie należy lekko docisnąć elementy, delikatnie naciskając środek, aby je skleić. Znaczne trudności mogą pojawić się głównie podczas obracania elastycznego łańcuszka, więc dodatkowa para rąk na tym etapie nie zaszkodzi.
Nie zaleca się nakładania nadmiaru kleju i elementów klejących wokół krawędzi. Wynika to z faktu, że same elementy oraz podłoże, na którym są instalowane, odkształcają się pod wpływem zmiany warunków wilgotności i temperatury, co może prowadzić do awarii elementów.

Tak wygląda zmontowana połowa baterii słonecznej. Do połączenia pierwszego i drugiego łańcucha elementów użyto kabla w oplocie miedzianym.

Do tych celów odpowiednie są specjalne opony, a nawet druty miedziane. Podobne połączenie należy wykonać na odwrocie. Drut został przymocowany do podstawy kroplą szczeliwa.

Test pierwszej wyprodukowanej połowy baterii na słońcu. Przy słabej aktywności słonecznej wyprodukowana połowa generuje 9,31V. Całkiem dobre. Czas zacząć robić drugą połowę baterii.

Każda połówka idealnie pasuje na swoje miejsce. Do zamocowania podstawy wewnątrz akumulatora użyto 4 małych śrubek.
Przewód przeznaczony do połączenia połówek panelu słonecznego został przepuszczony przez otwór wentylacyjny w środkowej półce i zabezpieczony szczeliwem.

Do każdego panelu słonecznego w systemie należy zasilić diodę blokującą, którą należy połączyć szeregowo z akumulatorem. Został zaprojektowany, aby zapobiec rozładowaniu akumulatora przez akumulator. Zastosowana dioda to dioda Schottky'ego 3,3 A, która charakteryzuje się znacznie niższym spadkiem napięcia niż w przypadku konwencjonalnych diod, co minimalizuje straty mocy na diodzie. Zestaw dwudziestu pięciu markowych diod 31DQ03 został kupiony na eBayu za zaledwie kilka dolarów.
Biorąc pod uwagę charakterystykę techniczną diod, najlepszym miejscem do ich umieszczenia jest wnętrze baterii. Wynika to z zależności spadku napięcia diody od temperatury. Ponieważ temperatura wewnątrz baterii będzie wyższa niż w otoczeniu, wydajność diody wzrośnie. Do zabezpieczenia diody użyto uszczelniacza.

W celu wyciągnięcia przewodów w dnie panelu słonecznego wywiercono otwór. Lepiej zawiązać przewody w węzeł i zabezpieczyć szczeliwem, aby zapobiec ich późniejszemu pociągnięciu.
Konieczne jest, aby szczeliwo wyschło przed zainstalowaniem ochrony z pleksiglasu. Opary silikonu mogą tworzyć film na wewnętrznej stronie pleksiglasu, jeśli silikon nie wysycha na wolnym powietrzu.

Do przewodu wyjściowego panelu słonecznego podłączono dwupinowe złącze, którego gniazdo w przyszłości będzie połączone ze sterownikiem ładowania akumulatora turbiny wiatrowej. Dzięki temu bateria słoneczna i generator wiatrowy będą mogły pracować równolegle.

Tak wygląda finalna wersja panelu słonecznego z zainstalowanym ekranem. Nie spiesz się, aby uszczelnić złącza z pleksiglasu przed wykonaniem pełnego testu wydajności akumulatora. Może się zdarzyć, że zerwał się styk na jednym z ogniw i konieczny jest dostęp do wnętrza baterii, aby wyeliminować problem.

Wstępne obliczenia były uzasadnione: gotowa bateria słoneczna w jasnym jesiennym słońcu daje bez obciążenia 18,88V.

Ten test został wykonany w podobnych warunkach i pokazuje doskonałą wydajność baterii - 3,05A.

Bateria słoneczna w warunkach pracy. Aby zachować orientację na słońce, akumulator przesuwa się kilka razy dziennie, co samo w sobie nie jest trudne. W przyszłości istnieje możliwość zainstalowania automatycznego śledzenia pozycji słońca na niebie.
Jaki jest więc ostateczny koszt baterii, którą udało nam się wykonać własnymi rękami? Biorąc pod uwagę, że w naszym warsztacie mieliśmy kawałki drewna, druty i inne rzeczy przydatne do produkcji baterii, nasze obliczenia mogą się nieznacznie różnić. Ostateczny koszt panelu słonecznego wyniósł 105 USD, w tym 74 USD wydano na zakup samych ogniw.
Zgadzam się, nie tak źle! To tylko ułamek ceny fabrycznie wyposażonego akumulatora. I nie ma w tym nic skomplikowanego! Aby zwiększyć moc wyjściową, całkiem możliwe jest zbudowanie kilku takich akumulatorów.

Zapewnienie komfortowych warunków życia w nowoczesnych mieszkaniach i domach prywatnych nie może obejść się bez energii elektrycznej, której zapotrzebowanie stale rośnie. Jednak ceny tego źródła energii również rosną z wystarczającą regularnością. W związku z tym wzrasta również całkowity koszt utrzymania mieszkania. Dlatego bateria słoneczna zrób to sam do prywatnego domu, wraz z innymi alternatywnymi źródłami energii elektrycznej, staje się coraz bardziej istotna. Metoda ta pozwala na unieruchomienie obiektu w obliczu ciągłych wzrostów cen i przerw w dostawie prądu.

Wydajność panelu słonecznego

Od dawna rozważany jest problem autonomicznego zasilania urządzeń i sprzętu w domach prywatnych. Jedną z opcji żywienia alternatywnego stała się energia słoneczna, która we współczesnych warunkach znalazła szerokie zastosowanie w praktyce. Jedynym czynnikiem, który budzi wątpliwości i spory, jest sprawność paneli fotowoltaicznych, która nie zawsze spełnia oczekiwania.

Działanie paneli słonecznych zależy bezpośrednio od ilości energii słonecznej. Tym samym akumulatory będą najwydajniejsze w regionach, w których przeważają dni słoneczne. Nawet w najbardziej idealnym scenariuszu sprawność akumulatorów wynosi tylko 40%, a w rzeczywistych warunkach liczba ta jest znacznie niższa. Kolejnym warunkiem normalnej pracy jest dostępność znacznych obszarów do instalacji autonomicznych systemów fotowoltaicznych. Jeśli nie jest to poważny problem dla wiejskiego domu, właściciele mieszkań muszą rozwiązać wiele dodatkowych problemów technicznych.

Urządzenie i zasada działania

Ogniwa słoneczne opierają się na zdolności ogniw słonecznych do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. Wszystkie razem są połączone w formie wielokomórkowego pola, zjednoczonego we wspólnym systemie. Działanie energii słonecznej zamienia każde ogniwo w źródło prądu elektrycznego, który jest gromadzony i magazynowany w bateriach. Wymiary całkowitej powierzchni takiego pola wpływają bezpośrednio na moc całego urządzenia. Oznacza to, że wraz ze wzrostem liczby fotokomórek ilość wytwarzanej energii elektrycznej odpowiednio wzrasta.

Nie oznacza to, że wymaganą ilość energii elektrycznej można wytworzyć tylko na bardzo dużych obszarach. Istnieje wiele małych urządzeń gospodarstwa domowego, które wykorzystują energię słoneczną - kalkulatory, latarki i inne urządzenia.

W nowoczesnych domach wiejskich coraz popularniejsze stają się urządzenia oświetleniowe zasilane energią słoneczną. Za pomocą tych prostych i ekonomicznych urządzeń oświetlane są ścieżki ogrodowe, tarasy i inne niezbędne miejsca. W nocy zużywana jest energia zmagazynowana w dzień, gdy świeci słońce. Zastosowanie oszczędnych lamp pozwala na długie użytkowanie zgromadzonej energii elektrycznej. Rozwiązanie głównych problemów zaopatrzenia w energię odbywa się za pomocą innych, mocniejszych systemów, które pozwalają wytworzyć wystarczającą ilość energii elektrycznej.

Główne typy paneli słonecznych

Zanim zaczniesz tworzyć własne panele słoneczne, zalecamy zapoznanie się z ich głównymi typami, aby wybrać dla siebie najbardziej odpowiednią opcję.

Wszystkie konwertery energii słonecznej są podzielone na folię i krzem, zgodnie z ich urządzeniem i cechami konstrukcyjnymi. Pierwszą opcję reprezentują baterie cienkowarstwowe, w których konwertery są wykonane w postaci folii wykonanej przy użyciu specjalnej technologii. Struktury te są również znane jako polimerowe. Można je montować w dowolnych dostępnych miejscach, jednak zajmują dużo miejsca i mają niską wydajność. Nawet średnie zachmurzenie może jednorazowo obniżyć wydajność urządzeń filmowych o 20%.

Baterie silikonowe są reprezentowane przez trzy typy:

• . Konstrukcja składa się z wielu ogniw z wbudowanymi przetwornikami krzemowymi. Są połączone i wypełnione silikonem. Łatwy w użyciu, lekki, elastyczny, wodoodporny. Ale aby zapewnić skuteczne działanie takich baterii, wymagana jest ekspozycja na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Pomimo stosunkowo wysokiej sprawności - do 22%, wraz z nadejściem zachmurzenia wytwarzanie energii elektrycznej może znacznie się zmniejszyć lub całkowicie zatrzymać.
• . W porównaniu do monokrystalicznych mają więcej przetworników umieszczonych w ogniwach. Ich montaż odbywa się w różnych kierunkach, co znacznie zwiększa efektywność pracy nawet przy słabym oświetleniu. Baterie te są najszerzej stosowane, zwłaszcza na obszarach miejskich.
• Amorficzny. Mają niską wydajność - tylko 6%. Uważa się je jednak za bardzo obiecujące, ze względu na zdolność pochłaniania strumienia świetlnego wielokrotnie więcej niż dwa pierwsze typy.

Wszystkie rozważane typy ogniw fotowoltaicznych są produkowane fabrycznie, więc ich cena jest nadal bardzo wysoka. W związku z tym możesz sam spróbować zrobić baterię słoneczną, używając niedrogich materiałów.

Dobór materiałów i części do produkcji baterii słonecznej

Ponieważ wysoki koszt autonomicznych źródeł energii słonecznej sprawia, że ​​są one niedostępne do powszechnego użytku, rzemieślnicy domowi mogą próbować zorganizować produkcję paneli słonecznych własnymi rękami z improwizowanych materiałów. Należy pamiętać, że przy produkcji baterii nie da się zrobić tylko z improwizowanych materiałów. Na pewno będziesz musiał kupować części fabryczne, nawet jeśli nie nowe.

Konstrukcja konwertera energii słonecznej zawiera kilka podstawowych elementów. Przede wszystkim jest to bateria pewnego typu, o czym już była mowa powyżej. Następnie pojawia się kontroler baterii, który kontroluje poziom naładowania baterii przez odbierany prąd elektryczny. Kolejnym elementem są baterie magazynujące energię elektryczną. Bez wątpienia będziesz musiał przekonwertować prąd stały na prąd przemienny. W ten sposób wszystkie urządzenia gospodarstwa domowego o napięciu 220 woltów będą mogły normalnie pracować.

Każdy z tych elementów można swobodnie nabyć na rynku elektronicznym. Jeśli istnieje pewna wiedza teoretyczna i umiejętności praktyczne, większość z nich można zmontować niezależnie według standardowych schematów, w tym sterownika baterii słonecznej. Aby obliczyć moc konwertera, musisz wiedzieć, w jakim celu będzie on używany. Może to być jedynie oświetlenie lub ogrzewanie, a także pełne zaspokojenie potrzeb obiektu. W związku z tym zostaną wybrane materiały i komponenty.

Wykonując baterię słoneczną własnymi rękami, musisz decydować nie tylko o mocy, ale także o napięciu roboczym sieci. Faktem jest, że sieci zasilane energią słoneczną mogą działać na prąd stały lub przemienny. Ta ostatnia opcja jest uważana za bardziej preferowaną, ponieważ umożliwia dystrybucję energii elektrycznej do odbiorców na odległość większą niż 15 metrów. Używając baterii polikrystalicznych, z jednego metra kwadratowego można uzyskać średnio około 120 watów w ciągu godziny. Czyli do uzyskania 300 kW miesięcznie potrzebne będą panele słoneczne o łącznej powierzchni 20 m2. Tyle wydaje zwykła 3-4-osobowa rodzina.

Panele słoneczne są stosowane w domach prywatnych i domkach letniskowych, z których każdy zawiera 36 elementów. Moc jednego panelu to około 65W. W małym prywatnym domu lub wiejskim domu wystarczy 15 paneli, które mogą generować energię elektryczną do 5 kW na godzinę. Po wykonaniu wstępnych obliczeń istnieje możliwość zakupu blach konwertorowych. Dopuszcza się zakup ogniw uszkodzonych z drobnymi defektami, które wpływają jedynie na wygląd baterii. W stanie roboczym każdy element jest w stanie dostarczyć około 19 V.

Produkcja paneli słonecznych

Po przygotowaniu wszystkich materiałów i części można przystąpić do montażu konwerterów. Podczas lutowania elementów należy zapewnić między nimi szczelinę dylatacyjną w granicach 5 mm. Lutowanie powinno być bardzo ostrożne i ostrożne. Na przykład, jeśli płytki nie są okablowane, będą musiały zostać przylutowane ręcznie. Do pracy potrzebna jest 60-watowa lutownica, do której szeregowo podłączona jest konwencjonalna 100-watowa żarówka.

Wszystkie płytki są lutowane do siebie sekwencyjnie. Płytki charakteryzują się zwiększoną kruchością, dlatego zaleca się lutowanie ich za pomocą ramki. Podczas wylutowywania w obwód wstawiane są diody wraz z płytkami fotograficznymi, które zabezpieczają fotokomórki przed rozładowaniem w przypadku spadku natężenia światła lub zapadnięcia całkowitej ciemności. W tym celu połówki panelu są łączone we wspólną magistralę, która z kolei jest wyprowadzana na listwę zaciskową, dzięki czemu tworzony jest punkt środkowy. Te same diody chronią akumulatory przed nocnym rozładowaniem.

Jednym z głównych warunków wydajnej pracy akumulatorów jest wysokiej jakości lutowanie wszystkich punktów i węzłów. Przed montażem podłoża miejsca te należy przetestować. Do prądu wyjściowego zaleca się stosowanie przewodów o małym przekroju, np. kabla głośnikowego w izolacji silikonowej. Wszystkie przewody zabezpieczone są szczeliwem. Następnie wybiera się materiał na powierzchnię, do której zostaną przymocowane płyty. Najbardziej odpowiednie właściwości to szkło, które przepuszcza światło znacznie lepiej niż węglan czy pleksi.

Robiąc baterię słoneczną z improwizowanych środków, musisz zadbać o pudełko. Zazwyczaj skrzynka wykonana jest z drewnianej belki lub aluminiowego narożnika, po czym na szczeliwo nakładane jest szkło. Szczeliwo powinno wypełnić wszystkie nierówności, a następnie całkowicie wyschnąć. Dzięki temu kurz nie dostanie się do środka, a klisze fotograficzne nie zostaną zanieczyszczone podczas pracy.

Następnie na szybie montowana jest tafla z przylutowanymi fotokomórkami. Można go naprawić na wiele sposobów, jednak przezroczysta żywica epoksydowa lub uszczelniacz są uważane za najlepsze opcje. Żywica epoksydowa równomiernie pokrywa całą powierzchnię szkła, następnie montuje się na niej przetworniki. W przypadku stosowania uszczelniacza mocowanie odbywa się punktami pośrodku każdego elementu. Na zakończenie montażu należy uzyskać szczelną obudowę, w której umieszczona jest bateria słoneczna. Gotowe urządzenie wytworzy około 18-19 woltów, co wystarczy do naładowania akumulatora przy 12 woltach.

Możliwość ogrzewania domu

Po zmontowaniu domowej baterii słonecznej każdy właściciel z pewnością będzie chciał ją przetestować w działaniu. Najważniejszym problemem jest ogrzewanie domu, dlatego przede wszystkim sprawdzane są możliwości ogrzewania energią słoneczną.

Do ogrzewania służą kolektory słoneczne. Za pomocą kolektora próżniowego światło słoneczne zamienia się w ciepło. Cienkie szklane rurki wypełnione są cieczą, która nagrzewana jest przez słońce i przekazuje ciepło wodzie umieszczonej w zbiorniku. W naszym przypadku ta metoda nie jest odpowiednia, ponieważ mówimy wyłącznie o zamianie energii słonecznej na energię elektryczną.

Wszystko zależy od mocy używanego urządzenia. W każdym razie większość otrzymanej energii zostanie wydana na podgrzanie wody w kotle. Jeśli 100 litrów wody zostanie podgrzane do 70-80 stopni, zajmie to około 4 godzin. Zużycie energii elektrycznej przez kocioł wodny z elementami grzejnymi o mocy 2 kW wyniesie 8 kW. Przy wytwarzaniu energii elektrycznej o mocy 5 kW na godzinę nie będzie problemów. Jednak przy powierzchni baterii mniejszej niż 10 m2 ogrzewanie prywatnego domu za ich pomocą staje się niemożliwe.

Pogorszenie stanu środowiska, wzrost cen energii, dążenie do autonomii i niezależności od kaprysów mężów stanu – to tylko kilka czynników, które skłaniają najbardziej zatwardziałych mieszkańców do rozmarzenia spojrzenia na alternatywne źródła energii. Dla większości naszych rodaków myśli o „zielonej” energii pozostają stałym pomysłem – wysokie ceny sprzętu wpływają, a co za tym idzie, na nieopłacalność pomysłu. Ale przecież nikt nie zabrania samodzielnego robienia instalacji do pozyskiwania darmowej energii! Dzisiaj porozmawiamy o tym, jak zbudować baterię słoneczną własnymi rękami i rozważymy perspektywy jej wykorzystania w życiu codziennym.

Bateria słoneczna: co to jest?

Ludzkość płonęła ideą przekształcania promieniowania słonecznego w energię elektryczną od lat 30. ubiegłego wieku. To wtedy naukowcy z Akademii Nauk ZSRR ogłosili powstanie półprzewodnikowych kryształów miedziowo-talowych, w których pod wpływem promieni świetlnych zaczął płynąć prąd elektryczny. Dziś zjawisko to znane jest jako efekt fotoelektryczny i jest szeroko stosowane zarówno w elektrowniach słonecznych, jak iw różnych czujnikach.

Pierwsze panele słoneczne znane są od lat 50. ubiegłego wieku.

Natężenie prądu jednej fotokomórki mierzone jest w mikroamperach, dlatego w celu uzyskania znaczącej mocy elektrycznej łączy się je w bloki. Wiele z tych modułów stanowi podstawę baterii słonecznej (SB), która może służyć do łączenia różnych urządzeń elektronicznych. Jeśli mówimy o gotowym urządzeniu, które można zainstalować na zewnątrz, bardziej słusznie jest mówić o panelu słonecznym (SP) o konstrukcji chroniącej montaż modułów fotowoltaicznych przed czynnikami zewnętrznymi.

Trzeba powiedzieć, że sprawność pierwszych elektrycznych systemów słonecznych nie osiągnęła nawet 10% – zarówno wady technologii półprzewodnikowej, jak i fatalne straty związane z odbijaniem, rozpraszaniem lub pochłanianiem strumienia świetlnego, którego dotyczyły. Dziesięciolecia ciężkiej pracy naukowców opłaciły się, a dziś sprawność najnowocześniejszych paneli słonecznych sięga 26%. Jeśli chodzi o obiecujący rozwój, tutaj jest jeszcze wyższy - nawet 46%! Oczywiście uważny czytelnik może zarzucić, że inne generatory prądu działają z wydajnością energetyczną 95-98%. Nie należy jednak zapominać, że mówimy o całkowicie darmowej energii, której wartość w słoneczny dzień przekracza 100 watów na metr kwadratowy. m powierzchni ziemi na sekundę.

Nowoczesne panele słoneczne generują energię elektryczną na skalę przemysłową

Elektryczność uzyskana za pomocą paneli słonecznych może być wykorzystana podobnie jak w elektrowniach konwencjonalnych - do zasilania różnych urządzeń elektronicznych, oświetlenia, ogrzewania itp. Jedyna różnica polega na tym, że moc wyjściowa modułu fotoelektronicznego ma stałą, nie prąd przemienny, jest w rzeczywistości zaletą. Chodzi o to, że każdy układ słoneczny działa tylko w ciągu dnia, a jego moc bardzo zależy od wysokości słońca nad horyzontem. Ponieważ SB nie może pracować w nocy, energia elektryczna musi być przechowywana w bateriach, a wszystkie one są tylko źródłami prądu stałego.

Urządzenie i zasada działania

Zasada działania baterii elektrycznej opiera się na takich zjawiskach fizycznych jak półprzewodnictwo i efekt fotoelektryczny. Sercem każdego ogniwa słonecznego są półprzewodniki, których atomy nie mają elektronów (przewodnictwo typu p) lub mają ich nadmiar (typ n). Innymi słowy, stosuje się strukturę dwuwarstwową z warstwą n jako katodą i warstwą p jako anodą. Ponieważ siły trzymające „dodatkowych” elektrod w warstwie n są osłabione (atomom brakuje dla nich energii), są one łatwo wybijane ze swoich miejsc podczas bombardowania fotonami światła. Dalej elektrony przemieszczają się do wolnych „otworów” warstwy p i przez podłączony ładunek elektryczny (lub akumulator) wracają do katody - tak płynie prąd elektryczny, wywołany przepływem promieniowania słonecznego.

Zamiana energii słonecznej na energię elektryczną jest możliwa dzięki efektowi fotoelektrycznemu, który Einstein opisał w swoich pracach.

Jak wspomniano powyżej, energia z jednej fotokomórki jest niezwykle mała, dlatego są one łączone w moduły. Łącząc szeregowo kilka takich bloków, zwiększa się napięcie akumulatora, a równolegle zwiększa się prąd. Znając zatem parametry elektryczne jednego ogniwa, można zmontować baterię o wymaganej mocy.

Energia elektryczna uzyskana z baterii słonecznej może być magazynowana w bateriach, a po przetworzeniu na napięcie 220 V może być wykorzystywana do zasilania konwencjonalnych urządzeń gospodarstwa domowego.

W celu ochrony przed działaniem atmosferycznym moduły półprzewodnikowe są montowane w sztywnej ramie i przykryte szkłem o zwiększonej przepuszczalności światła. Ponieważ energia słoneczna może być wykorzystywana tylko w godzinach dziennych, do jej akumulowania służą baterie - można je ładować w razie potrzeby. Inwertery służą do podniesienia napięcia i dostosowania go do potrzeb sprzętu AGD.

Wideo: jak działa panel słoneczny

Klasyfikacja modułów fotowoltaicznych

Dziś produkcja paneli słonecznych przebiega na dwa równoległe sposoby. Z jednej strony na rynku dostępne są moduły fotowoltaiczne na bazie krzemu, z drugiej zaś moduły foliowe tworzone przy użyciu pierwiastków ziem rzadkich, nowoczesnych polimerów i półprzewodników organicznych.

Popularne dziś krzemowe ogniwa słoneczne dzielą się na kilka typów:

• monokrystaliczny;
• polikrystaliczny;
• amorficzny.

Do użytku w domowych panelach słonecznych najlepiej stosować moduły z polikrystalicznego krzemu. Choć sprawność tych ostatnich jest niższa niż w przypadku elementów monokrystalicznych, na ich działanie nie wpływają tak mocno zanieczyszczenia powierzchni, niewielkie zachmurzenie czy kąt padania światła słonecznego.

Nie jest trudno odróżnić moduły z krzemu polikrystalicznego od monokrystalicznych - te pierwsze mają jaśniejszy odcień niebieski z wyraźnymi „mroźnymi” wzorami na powierzchni. Dodatkowo o rodzaju płyt fotowoltaicznych może decydować ich kształt – pojedynczy kryształ ma zaokrąglone krawędzie, podczas gdy jego najbliższym konkurentem (polikryształem) jest wyraźny prostokąt.

Z kolei baterie wykonane z krzemu amorficznego są jeszcze mniej zależne od warunków atmosferycznych, a dzięki swojej elastyczności praktycznie nie są narażone na uszkodzenia podczas montażu. Niemniej jednak ich wykorzystanie do własnych celów jest ograniczone zarówno niską gęstością mocy na 1 metr kwadratowy powierzchni, jak i wysokim kosztem.

Ogniwa krzemowe to najpowszechniejsza klasa fotopłyt elektrycznych, dlatego najczęściej wykorzystuje się je do produkcji domowych urządzeń.

Pojawienie się foliowych modułów fotowoltaicznych wynika zarówno z konieczności obniżenia kosztów paneli słonecznych, jak i uzyskania bardziej wydajnych i trwałych systemów. Dziś przemysł opanowuje produkcję cienkich modułów fotowoltaicznych w oparciu o:

• tellurek kadmu o wydajności do 12% i koszcie 1 W jest o 20–30% niższy niż w przypadku monokryształów;
• selenek miedzi i indu - wydajność 15-20%;
• mieszanki polimerowe - grubość do 100 nm, wydajność - do 6%.

Jest jeszcze za wcześnie, aby mówić o możliwości wykorzystania modułów filmowych do budowy elektrycznej stacji solarnej własnymi rękami. Pomimo przystępnych kosztów, tylko kilka firm zajmuje się produkcją fotokomórek tellurkowo-kadmowych, polimerowych i miedziano-indowych.

Takie zalety fotokomórek foliowych jak wysoka sprawność i wytrzymałość mechaniczna pozwalają z pełnym przekonaniem stwierdzić, że są one przyszłością energetyki słonecznej

Chociaż w sprzedaży można znaleźć baterie stworzone w technologii filmowej, w większości są one prezentowane w postaci gotowych produktów. Interesują nas również pojedyncze moduły, z których można zbudować niedrogi, domowy panel słoneczny – na rynku wciąż ich brakuje.

Sumaryczne dane o sprawności ogniw słonecznych produkowanych przez przemysł przedstawiono w tabeli.

Tabela: Wydajność nowoczesnych paneli słonecznych

Gdzie mogę dostać fotokomórki i czy można je zastąpić czymś innym

Zakup wafli monokrystalicznych lub polikrystalicznych nadających się do montażu panelu słonecznego nie stanowi dziś problemu. Pytanie brzmi, że sam pomysł na domowy generator darmowej energii elektrycznej implikuje wynik, który będzie znacznie tańszy od fabrycznego odpowiednika. Kupując moduły fotowoltaiczne na miejscu, nie zaoszczędzisz dużo.

Na giełdach zagranicznych ogniwa słoneczne prezentowane są w szerokim asortymencie - można kupić zarówno pojedynczy produkt, jak i komplet wszystkiego, co niezbędne do montażu i podłączenia baterii słonecznej

Za rozsądną cenę ogniwa słoneczne można znaleźć na zagranicznych rynkach, takich jak eBay czy AliExpress.. Są tam prezentowane w szerokiej gamie iw bardzo przystępnych cenach. Na przykład dla naszego projektu odpowiednie są zwykłe płyty polikrystaliczne o wymiarach 3x6 cali. W idealnych warunkach mogą generować prąd elektryczny o napięciu 0,5 V i mocy do 3 A, czyli 1,5 W mocy elektrycznej.

Jeśli palisz się chęcią zaoszczędzenia jak najwięcej lub spróbowania własnych sił, to nie ma potrzeby od razu kupować dobrych, całych modułów - możesz sobie poradzić z tymi niespełniającymi norm. Wszystko na tym samym eBayu czy AliExpress można znaleźć zestawy płyt z drobnymi pęknięciami, wyszczerbionymi narożnikami i innymi defektami - tzw. produkty klasy "B". Uszkodzenia zewnętrzne nie wpływają na parametry techniczne fotokomórek, czego nie można powiedzieć o cenie - wadliwe części można kupić 2-3 razy taniej niż te, które mają prezentację. Dlatego racjonalne jest wykorzystanie ich do przetestowania technologii na ich pierwszym panelu słonecznym.

Wybierając moduły fotoelektroniczne, zobaczysz elementy różnych typów i rozmiarów. Nie myśl, że im większa jest ich powierzchnia, tym większe wytwarzają napięcie. To nie jest prawda. Elementy tego samego typu generują to samo napięcie niezależnie od wielkości. Czego nie można powiedzieć o sile prądu – tutaj decydujący jest rozmiar.

Chociaż możliwe jest wykorzystanie przestarzałej bazy podzespołów jako fotokomórek, to otwarte diody i tranzystory mają zbyt niską wytrzymałość napięciową i prądową - potrzebne będą tysiące takich urządzeń

Od razu chcę Cię ostrzec, że nie ma sensu szukać analogu wśród różnych improwizowanych urządzeń elektronicznych. Tak, można uzyskać działający moduł fotoelektroniczny z mocnych diod lub tranzystorów wyjętych ze starego radia lub telewizora. A nawet zrobić baterię, łącząc kilka z tych elementów w łańcuch. Jednak z takim „panelem słonecznym” nie będzie możliwe zasilenie niczego mocniejszego niż kalkulator lub latarka LED ze względu na zbyt słabą charakterystykę techniczną pojedynczego modułu.

Zasada obliczania mocy baterii

Aby obliczyć wymaganą moc domowego elektrycznego systemu słonecznego, musisz znać miesięczne zużycie energii elektrycznej. Najłatwiej określić ten parametr - ilość zużytej energii elektrycznej w kilowatogodzinach można zobaczyć na liczniku lub dowiedzieć się, patrząc na rachunki, które regularnie wysyła firma zajmująca się sprzedażą energii. Jeśli więc koszty wynoszą np. 200 kWh, to bateria słoneczna powinna generować około 7 kWh energii elektrycznej dziennie.

W obliczeniach należy wziąć pod uwagę, że panele słoneczne generują energię elektryczną tylko w godzinach dziennych, a ich wydajność zależy zarówno od kąta padania Słońca nad horyzontem, jak i warunków atmosferycznych. Średnio do 70% całkowitej ilości energii generowane jest od godziny 9 do 16, a przy nawet niewielkim zmętnieniu lub zamgleniu moc paneli spada 2–3 razy. Jeśli niebo pokryte jest solidnymi chmurami, to w najlepszym razie możesz uzyskać 5-7% maksymalnej pojemności Układu Słonecznego.

Zgodnie z wykresem efektywności energetycznej baterii słonecznej widać, że główny udział generowanej energii przypada na czas od 9 do 16 godzin.

Biorąc pod uwagę powyższe, można obliczyć, że aby wyprodukować 7 kWh energii w idealnych warunkach, potrzebna jest tablica paneli o mocy co najmniej 1 kW. Jeśli weźmiemy pod uwagę spadek produktywności związany ze zmianą kąta padania promieni, czynnikami pogodowymi, a także stratami w bateriach i przetwornikach energii, to liczba ta musi zostać zwiększona o co najmniej 50-70 proc. Jeśli weźmiemy pod uwagę górny wskaźnik, to w tym przykładzie potrzebny będzie panel słoneczny o mocy 1,7 kW.

Dalsze obliczenia zależą od tego, które fotokomórki będą używane. Na przykład weźmy wspomniane wcześniej ogniwa polikrystaliczne 3˝×6˝ (powierzchnia 0,0046 m2) o napięciu 5 V i prądzie do 3 A. Aby zebrać tablicę ogniw fotowoltaicznych o napięciu wyjściowym 12 V i prąd 1700 W/12 V = 141 A, trzeba będzie połączyć 24 elementy w rzędzie (połączenie szeregowe pozwala na sumowanie napięć) i zastosować 141 A / 3 A = 47 takich rzędów (1128 płytek) . Powierzchnia baterii o najbardziej gęstym ułożeniu będzie wynosić 1128 x 0,0046 = 5,2 m2. m

Aby gromadzić i przekształcać energię słoneczną na zwykłe 220 woltów, będziesz potrzebować zestawu akumulatorów, kontrolera ładowania i falownika podwyższającego

Do gromadzenia energii elektrycznej wykorzystywane są akumulatory o napięciu 12 V, 24 V lub 48 V, a ich pojemność powinna wystarczyć na pomieszczenie tych samych 7 kWh energii. Jeśli weźmiesz zwykłe 12-woltowe akumulatory ołowiowe (daleko od najlepszej opcji), ich pojemność powinna wynosić co najmniej 7000 Wh / 12 V = 583 Ah, czyli trzy duże akumulatory po 200 amperogodzin każda. Należy pamiętać, że sprawność akumulatorów nie przekracza 80%, a także, że po przekształceniu napięcia przez falownik na 220 V, utracone zostanie od 15 do 20% energii. Dlatego będziesz musiał kupić co najmniej jeszcze jeden taki sam akumulator, aby zrekompensować wszystkie straty.

Na pytanie o możliwość wykorzystania elektrycznych paneli słonecznych do ogrzewania

Jak być może już zauważyłeś, fraza „bateria słoneczna” lub „panel słoneczny” jest stale wymieniana w kontekście urządzenia elektrycznego. Nie stało się to przypadkiem, ponieważ inne panele słoneczne lub baterie – geokolektory – często nazywane są w ten sam sposób.

Kilka kolektorów słonecznych będzie w stanie zaopatrzyć dom w ciepłą wodę i przejąć część kosztów ogrzewania

Możliwość bezpośredniego przekształcenia energii promieniowania słonecznego bezpośrednio w ciepło może znacznie zwiększyć wydajność takich instalacji. Dzięki temu nowoczesne geokolektory z selektywną powłoką rur próżniowych mają sprawność 70–80% i mogą być stosowane zarówno w systemach zaopatrzenia w ciepłą wodę, jak i do ogrzewania pomieszczeń.

Konstrukcja kolektora słonecznego z rurami próżniowymi minimalizuje przenoszenie ciepła do środowiska zewnętrznego

Wracając do pytania, czy możliwe jest wykorzystanie elektrycznego panelu słonecznego do zasilania urządzeń grzewczych, zastanówmy się, ile ciepła potrzeba, na przykład, dla domu o powierzchni 70 metrów kwadratowych. metrów. W oparciu o standardowe zalecenia 100 W ciepła na 1 m2. m powierzchni pomieszczenia otrzymujemy koszt 7 kW energii na godzinę, czyli około 70 kWh na dobę (urządzenia grzewcze przecież nie będą cały czas włączone).

Czyli 10 samodzielnie wykonanych baterii o łącznej powierzchni 52 mkw. Wyobraź sobie kolosa, powiedzmy, o szerokości 4 m i długości ponad 13 m, a także blok 12-woltowych akumulatorów o łącznej pojemności 7200 amperogodzin? Taki system nie będzie nawet w stanie osiągnąć samowystarczalności przed wyczerpaniem się baterii. Jak widać, jest jeszcze za wcześnie, aby mówić o celowości wykorzystania paneli słonecznych do celów grzewczych.

Wybór miejsca na instalację elektrycznego panelu słonecznego

Miejsce, w którym zostanie zainstalowany panel słoneczny, należy wybrać na etapie projektowania. Może to być połać dachowa skierowana na południe lub otwarta przestrzeń na wiejskiej działce. To drugie jest oczywiście preferowane z kilku powodów:

• panel słoneczny zainstalowany na dole jest łatwiejszy w utrzymaniu;
• na ziemi łatwiej jest zamontować urządzenie obrotowe;
• wykluczone jest dodatkowe obciążenie dachu i jego uszkodzenie podczas montażu instalacji solarnej.

Miejsce instalacji panelu elektrycznego musi być otwarte na światło słoneczne przez cały dzień, dlatego w pobliżu nie powinny znajdować się drzewa ani budynki, których cień mógłby padać na jego powierzchnię.

Wybierając miejsce na instalację systemu solarnego, należy wziąć pod uwagę możliwość zacieniania paneli słonecznych przez otaczające obiekty.

Druga okoliczność, zmuszająca nas do szukania takiego miejsca przed montażem baterii słonecznej, wiąże się z określeniem wymiarów panelu. Montując urządzenie własnymi rękami, możemy być dość elastyczni w doborze jego wymiarów. Dzięki temu można uzyskać instalację idealnie wpasowującą się w otoczenie.

Zacznijmy robić baterię słoneczną własnymi rękami

Po wykonaniu wszystkich niezbędnych obliczeń i podjęciu decyzji o miejscu zainstalowania baterii słonecznej, możesz zacząć ją produkować.

Co będzie potrzebne w pracy

Oprócz zakupionych ogniw słonecznych do budowy elektrycznego panelu słonecznego potrzebne będą następujące materiały:

• drut miedziany;
• lutować;
• specjalne opony do podłączenia wyjść fotokomórek;
• Diody Schottky'ego, zaprojektowane na maksymalny prąd jednej komórki;
• lutować;
• listwy drewniane lub narożniki aluminiowe;
• sklejka lub płyta OSB;
• Płyta pilśniowa lub inny sztywny materiał dielektryczny w postaci arkusza;
• pleksi (można zastosować poliwęglanowe, antyrefleksyjne ultra-przezroczyste szkło lub szkło okienne absorbujące IR o grubości min. 4 mm);
• uszczelniacz silikonowy;
• wkręty samogwintujące;
• impregnat antybakteryjny do drewna;
• Farba olejna.

Wybierając szkło do panelu słonecznego, należy wybrać gatunki pochłaniające IR o maksymalnej przepuszczalności światła i minimalnym odbiciu światła.

Do pracy potrzebujesz tego prostego narzędzia:

• lutownica;
• piła do metalu lub wyrzynarka;
• zestaw śrubokrętów lub śrubokręt;
• pędzle malarskie.

Jeśli pod panelem słonecznym zostanie zbudowany dodatkowy wspornik lub wspornik obrotowy, należy odpowiednio uzupełnić listę materiałów i narzędzi o drewnianą belkę lub metalowe narożniki, pręt stalowy, spawarkę itp. Podczas montażu panelu słonecznego na grunt, miejsce można wybetonować lub wyłożyć płytkami.

Instrukcja postępu prac

Jako przykład rozważmy proces budowy elektrycznego systemu słonecznego z rozważanych powyżej 3x6-calowych ogniw słonecznych o napięciu 0,5 V i prądzie do 3A. Aby naładować akumulator 12-woltowy, konieczne jest, aby nasz akumulator „oddawał” co najmniej 18 V, czyli potrzebne jest 36 płytek. Montaż powinien odbywać się etapami, w przeciwnym razie nie da się uniknąć błędów w pracy. Należy pamiętać, że wszelkie przeróbki, a także nadmierne manipulacje fotokomórkami mogą je uszkodzić – urządzenia te charakteryzują się zwiększoną kruchością.

Do wykonania pełnowartościowej baterii słonecznej potrzeba kilkudziesięciu fotokomórek.

Produkcja obudowy

Obudowa baterii słonecznej to płaskie pudełko zamknięte sklejką z jednej strony i przezroczystym szkłem z drugiej. Do produkcji ramy można użyć zarówno narożników aluminiowych, jak i listew drewnianych. Druga opcja jest łatwiejsza w obsłudze, dlatego zalecamy jej wybranie do produkcji pierwszego panelu.

Przystępując do budowy panelu słonecznego, zrób mały rysunek - w przyszłości pomoże to zaoszczędzić czas i uniknąć błędów z wymiarami

Z szyn o przekroju 20x20 mm montowana jest prostokątna rama o wymiarach zewnętrznych 118x58 cm, wzmocniona jedną poprzecznicą.

Obudowa baterii słonecznej to drewniana osłona o bokach nie większych niż 2 cm wysokości - w tym przypadku nie będą przesłaniały fotokomórek

Urządzenia wentylacyjne wiercone są w dolnych końcach obudowy, a także w listwie dystansowej. Będą komunikować wewnętrzną wnękę z atmosferą, aby szkło nie zaparowało od środka. Następnie z płyty plexi wycinany jest prostokąt, odpowiadający zewnętrznym wymiarom ramy.

Otwory wykonane w szynach służą do wentylacji wewnętrznej przestrzeni panelu

Tylna strona pudełka jest zszyta ze sklejki lub płyty OSB. Ciało jest traktowane środkiem antyseptycznym i malowane farbą olejną.

Aby chronić drewnianą obudowę przed wpływami atmosferycznymi, maluje się ją farbą olejną.

W zależności od wielkości wewnętrznych wnęk korpusu wycinane są 2 podłoża dla fotokomórek. Ich zastosowanie podczas montażu płyt nie tylko ułatwi pracę, ale również zmniejszy ryzyko uszkodzenia kruchego szkła. W przypadku podłoży można wziąć dowolny gęsty materiał - płytę pilśniową, tekstolit itp. Najważniejsze jest to, że nie przewodzi prądu elektrycznego i dobrze jest odporny na ciepło.

Jako podłoże dla fotokomórek można zastosować dowolny odpowiedni dielektryk, na przykład perforowaną płytę pilśniową

Montaż płyt

Montaż płyt rozpoczyna się od rozpakowania. Często dla bezpieczeństwa fotokomórek są one gromadzone w stos i wypełniane parafiną. W tym przypadku produkty zanurzane są w pojemniku z wodą i podgrzewane w kąpieli wodnej. Po stopieniu parafiny płytki należy oddzielić od siebie i dobrze wysuszyć.

Usunięcie wosku z pakietu płytek najlepiej wykonać w kąpieli wodnej. Metoda pokazana na rysunku nie sprawdziła się w najlepszy sposób - podczas gotowania talerze zaczynają wibrować i uderzać o siebie

Fotokomórki są ułożone na podłożu w taki sposób, aby ich wyprowadzenia były skierowane we właściwym kierunku. W naszym przypadku wszystkie 36 płyt jest połączonych szeregowo - pozwoli nam to „uzyskać” potrzebne nam 18 V. Aby ułatwić instalację, należy przylutować 6 płytek, uzyskując 6 oddzielnych łańcuchów.

Fotokomórki przed lutowaniem układane są w łańcuchy o wymaganej długości.

Znając zasadę formowania paneli słonecznych, możesz łatwo wybrać wymaganą siłę napięcia i prądu. Wszystko jest bardzo proste: najpierw montowana jest grupa połączonych szeregowo płytek, które dadzą pożądane napięcie. Następnie poszczególne bloki są połączone równolegle - w tym przypadku ich aktualna siła zostanie zsumowana. W ten sposób możesz uzyskać panel o dowolnej mocy.

Lut jest nakładany na ścieżki przewodzące fotokomórek, a części są łączone ze sobą za pomocą lutownicy o małej mocy.

Kupując tańsze ogniwa fotowoltaiczne bez przewodów, bądź przygotowany na żmudną pracę przewodów lutowniczych

Po zebraniu wszystkich sześciu grup, na środek każdej płytki należy nałożyć kroplę szczeliwa silikonowego. Struny fotokomórek są następnie rozkładane i starannie przyklejane do podłoża.

Do mocowania fotokomórek na podłożu należy użyć uszczelniacza silikonowego lub kleju do gumy.

Do dodatniego zacisku każdego łańcucha przylutowana jest dioda Schottky'ego - ochroni ona akumulator przed rozładowaniem przez panel w nocy lub podczas silnego zachmurzenia. Za pomocą specjalnej szyny lub oplotu miedzianego poszczególne bloki są łączone w jeden obwód.

Na schemacie połączeń elektrycznych elementy panelu słonecznego są zakreślone linią przerywaną

W przypadku połączenia szeregowego wyjście dodatnie należy podłączyć do styku ujemnego, a przy połączeniu równoległym do styku o tej samej nazwie.

Montaż płyt w korpusie

Fotokomórki montowane na podłożu umieszcza się w obudowie i mocuje do sklejki za pomocą wkrętów samogwintujących. Poszczególne części baterii słonecznej są połączone ze sobą miedzianym przewodem. Można go przeprowadzić przez jeden z otworów wentylacyjnych w belce poprzecznej - dzięki temu nie będzie ingerencji podczas montażu szyby.

Kabel wielożyłowy jest przylutowany do „plusa” i „minusu”, który jest wyprowadzony przez otwór w dolnej części obudowy - będzie potrzebny do podłączenia panelu do akumulatora. Aby zapobiec uszkodzeniu płyt, kabel jest mocno przymocowany do drewnianej ramy.

Po zamontowaniu płyt wszystkie elementy zawiasowe mocuje się gorącym klejem lub uszczelniaczem.

Od góry bateria słoneczna pokryta jest arkuszem pleksi, który jest mocowany za pomocą narożników lub wkrętów samogwintujących. Aby chronić fotokomórki przed wilgocią, pomiędzy ramą a szkłem nakładana jest warstwa uszczelniacza silikonowego. Pod tym względem montaż można uznać za kompletny - możesz zabrać baterię słoneczną na dach i podłączyć ją do konsumentów.

Po ułożeniu i zamocowaniu szklanej osłony panel słoneczny jest gotowy do pracy.

Wydajność baterii słonecznej zależy od jej orientacji względem słońca - maksymalną moc osiąga się, gdy promienie słoneczne padają pod odpowiednim kątem. Aby zwiększyć wydajność instalacji, jest on umieszczony na ramie obrotowej. Ta konstrukcja to drewniana lub metalowa rama zamontowana na obrotowej osi poziomej.

Aby uzyskać maksymalną wydajność, panel słoneczny musi być skierowany bezpośrednio na Słońce. To zadanie najlepiej radzą sobie z automatycznymi instalacjami zwanymi trackerami słonecznymi.

Aby obrócić i zamocować ramę, możesz użyć napędu mechanicznego (na przykład napędu łańcuchowego) lub regulowanego krokowo pręta ustalającego. Najbardziej zaawansowane urządzenia rotacyjne wyposażone są w jednostkę rotacyjną w płaszczyźnie pionowej oraz automatyczny system śledzenia Słońca. Taki sprzęt można zmontować za pomocą silników krokowych oraz nowoczesnego mikrokontrolera, takiego jak Arduino.

Budowa trackera słonecznego w domu to niezwykle trudne zadanie, dlatego najczęściej rzemieślnicy radzą sobie z prostą ramą z pochyloną lub stałą ramą

Podłączenie baterii słonecznej do autonomicznego systemu zasilania powinno odbywać się za pomocą kontrolera ładowania. Urządzenie to nie tylko prawidłowo rozprowadzi przepływy energii elektrycznej, ale także zapobiegnie głębokiemu rozładowaniu akumulatora, zwiększając jego żywotność. Wszystkie połączenia, w tym podłączenie falownika 220 V, należy wykonać przewodami miedzianymi o przekroju co najmniej 3-4 metrów kwadratowych. mm - pozwoli to uniknąć omowych strat energii.

Regulator ładowania baterii słonecznych pozwoli mu pracować z maksymalnym prądem wyjściowym i zabezpieczy baterie przed nadmiernym rozładowaniem.

Na koniec chciałbym zalecić monitorowanie baterii słonecznej nie tylko za pomocą wskaźników i strzałek przyrządów. Należy pamiętać, że brudne szkło może obniżyć wydajność zakładu o 50% lub więcej. Nie zapomnij o regularnym czyszczeniu, a samodzielna instalacja odwdzięczy Ci się kilowatami całkowicie darmowej i co najważniejsze przyjaznej dla środowiska energii.

Wideo: zrób to sam montaż paneli słonecznych

Dziś nie ma barier w montażu panelu słonecznego własnymi rękami. Nie ma problemów ani z zakupem fotokomórek, ani z zakupem sterownika czy konwertera energii. Mamy nadzieję, że ten artykuł będzie dla Ciebie punktem wyjścia na drodze do autonomicznego domu i wreszcie zabierzesz się do pracy. Będziemy czekać na Państwa pytania, pomysły i sugestie dotyczące projektowania i ulepszania paneli fotowoltaicznych. Do zobaczenia wkrótce!

Powiązane posty:

Nie znaleziono powiązanych wpisów.