Как да направите соларен панел със собствени ръце: инструкция за самостоятелно сглобяване

Слънчевите батерии са източник за получаване на енергия, която може да бъде насочена за производство на електричество или топлина за нискоетажна къща. Само че слънчевите батерии имат висока цена и са недостъпни за повечето жители на нашата страна. Съгласни ли сте?

Друго е, когато слънчевата батерия е направена със собствени ръце — разходите значително намаляват, а такава конструкция работи не по-зле от панел с промишлено производство. Ето защо, ако сериозно обмисляте закупуването на алтернативен източник на електроенергия, опитайте се да го направите със собствените си ръце – това не е много трудно.

В статията ще стане дума за изработката на слънчеви батерии. Ще ви разкажем какви материали и инструменти са необходими за това. А малко по-долу ще намерите поетапна инструкция с илюстрации, които нагледно демонстрират хода на работата.

Накратко за устройството и работата

Енергията на слънцето може да се преобразува в топлинна, когато енергоносителят е течност-топлоносител, или в електрическа, събирана в акумулаторите. Батерията представлява генератор, работещ на принципа на фотоелектричния ефект.

Преобразуването на енергията на слънцето в електричество става след попадането на слънчевите лъчи върху пластините-фотоелементи, които са основната част на батерията.

При това светлинните кванти “освобождават” своите електрони от крайните орбити. Тези свободни електрони дават електрически ток, който преминава през контролера и се натрупва в акумулатора, а оттам постъпва към потребителите на енергия.

Като пластини-фотоелементи служат елементи от силиций. Силициевата пластина от едната страна е покрита с изключително тънък слой фосфор или бор – пасивен химичен елемент.

На това място под действието на слънчевите лъчи се освобождава голямо количество електрони, които се задържат от фосфорния филм и не се разпръскват.

На повърхността на пластината има метални “пътечки”, върху които се подреждат свободните електрони, образувайки подредено движение, т.е. електрически ток.

Колкото повече такива силициеви пластини-фотоелементи, толкова повече електрически ток може да се получи. Повече за принципа на работа на слънчевата батерия четете тук.

Горният слой на пластините-фотоелементи е покрит със слой, който не допуска отражение на слънчевата светлина от пластините, повишавайки техния КПД

Материали за създаване на слънчева плоча

Пристъпвайки към изграждането на слънчева батерия, е необходимо да се запасите със следните материали:

• силикатни пластини-фотоелементи;
• листове ПДЧ, алуминиеви ъгълчета и летви;
• твърд поролон с дебелина 1,5-2,5 см;
• прозрачен елемент, изпълняващ ролята на основа за силициевите пластини;
• винтове, самонарезни винтове;
• силиконов уплътнител за външни работи;
• електрически проводници, диоди, клеми.

Количеството на необходимите материали зависи от размера на вашата батерия, която най-често се ограничава от броя на наличните фотоелементи. От инструменти ще ви трябват: електрическа отвертка или комплект отвертки, ножовка за метал и дърво, поялник. За изпитване на готовата батерия ще ви трябва тестер-амперметър.

Сега ще разгледаме най-важните материали по-подробно.

Силициеви пластини или фотоелементи

Фотоелементите за батерии биват три вида:

• поликристални;
• монокристални;
• аморфни.

Поликристалните пластини се характеризират с нисък КПД. Размерът на полезното действие е около 10 – 12 %, но този показател не намалява с течение на времето. Продължителността на работа на поликристалите е – 10 години.

Слънчевата батерия се сглобява от модули, които от своя страна се състоят от фотоелектрически преобразуватели. Батериите с твърди силициеви фотоелементи представляват нещо като сандвич с последователно разположени слоеве, закрепени в алуминиев профил.

Монокристалните фотоелементи могат да се похвалят с по-висок КПД – 13-25% и дълги срокове на работа – над 25 години. Въпреки това с времето КПД на монокристалите намалява.

Монокристалните преобразуватели се получават чрез рязане на изкуствено отгледани кристали, което обяснява най-високата фотопроводимост и производителност.

Филмовите фотопреобразуватели се получават чрез нанасяне на тънък слой аморфен силиций върху полимерна гъвкава повърхност

Гъвкавите батерии с аморфен силиций – най-съвременните. Фотоелектрическият преобразувател при тях е напръскан или наплавен върху полимерна основа. КПД е около 5 – 6 %, но филмовите системи са изключително удобни за полагане.

Филмовите системи с аморфни фотопреобразуватели се появиха сравнително наскоро. Това е изключително прост и максимално евтин вид, но губи потребителските си качества по-бързо от конкурентите.

Не е целесъобразно да използвате фотоелементи с различен размер. В този случай максималният ток, произвеждан от батерията, ще бъде ограничен от тока на най-малкия по размер елемент. Значи по-големите пластини няма да работят на пълна мощност.

При покупка на фотоелементи попитайте продавача за начина на доставка, повечето продавачи използват метод на восъчно покритие, за да предотвратят разрушаването на крехките елементи

Най-често за домашни батерии се използват моно- и поликристални фотоелементи с размер 3х6 инча, които могат да се поръчат в онлайн магазини като Ибей.

Цената на фотоелементите е доста висока, но много магазини продават така наречените елементи от група B. Изделията, отнесени към тази група, имат дефект, но са годни за употреба, а цената им е по-ниска от тази на стандартните пластини с 40-60%.

Повечето онлайн магазини продават фотоелементи в комплекти от 36 или 72 фотоелектрически преобразувателни пластини. За свързване на отделните модули в батерия ще са необходими шини, а за свързване към системата ще са нужни клеми.

Рамка и прозрачен елемент

Рамка за бъдещия панел може да се направи от дървени летви или алуминиеви ъгълчета.

Вторият вариант е по-предпочитан поради редица причини:

• Алуминият – лек метал, който не дава сериозно натоварване на носещата конструкция, върху която се планира инсталирането на батерията.
• При провеждане на антикорозионна обработка алуминият не е податлив на въздействието на ръжда.
• Не попива влага от околната среда, не гние.

При избора на прозрачен елемент е необходимо да се обърне внимание на такива параметри като показател на пречупване на слънчевата светлина и способност за поглъщане на ИК-излъчване.

От първия показател пряко ще зависи КПД на фотоелементите: колкото показателят на пречупване е по-нисък, толкова по-висок е КПД на силициевите пластини.

Минималният коефициент на отразяване на светлината е при плексиглас или при по-евтиния му вариант – оргстъкло. Малко по-нисък е показателят на пречупване на светлината при поликарбонат.

От големината на втория показател зависи дали самите силициеви фотоелементи ще се нагряват или не. Колкото по-малко пластините са подложени на нагряване, толкова по-дълго ще издържат. ИК-излъчването най-добре се поглъща от специално термопоглъщащо оргстъкло и стъкло с ИК-поглъщане. Малко по-зле – обикновено стъкло.

Ако има възможност, оптималният вариант ще бъде използването на антирефлексно прозрачно стъкло като прозрачен елемент.

По отношение на съотношението между цена и показателите за пречупване на светлината и поглъщане на ИК-излъчване, оргстъклото – най-оптималният вариант за изработка на хелиобатерия.

Проект на системата и избор на място

Проектът на хелиосистемата включва изчисления на необходимия размер на слънчевата пластина. Както беше казано по-горе, размерът на батерията като правило е ограничен от скъпите фотоелементи.

Хелиобатерията трябва да се монтира под определен ъгъл, който би осигурил максимално попадение на слънчевите лъчи върху силициевите пластини. Най-добрият вариант – батерии, които могат да променят ъгъла на наклон.

Мястото за инсталиране на слънчевите пластини може да бъде най-разнообразно: на земята, на скатен или плосък покрив на къщата, на покривите на помощните помещения.

Единственото условие – батерията трябва да бъде разположена на слънчевата, незасенчена от високи корони на дървета страна на имота или къщата. При това оптималният ъгъл на наклон трябва да се изчисли по формула или с помощта на специализиран калкулатор.

Ъгълът на наклон ще зависи от местоположението на къщата, времето на годината и климата. Желателно е батерията да има възможност да променя ъгъла на наклон след сезонните промени на височината на слънцето, тъй като максимално ефективно те работят при падане на слънчевите лъчи строго перпендикулярно на повърхността.

За европейската част на страните от ОНД препоръчителният ъгъл на стационарен наклон е 50 – 60 º. Ако в конструкцията е предвидено устройство за промяна на ъгъла на наклон, то през зимния период е по-добре да се разполагат батериите под 70 º спрямо хоризонта, а през лятото под ъгъл 30 º.

Изчисленията показват, че 1 квадратен метър слънчева система дава възможност да се получат 120 W. Затова чрез изчисления може да се установи, че за осигуряване на средностатистическо семейство с електроенергия в размер на 300 kWh на месец е необходима слънчева система от минимум 20 квадратни метра.

Веднага да се инсталира такава слънчева система ще бъде проблематично. Но дори монтажът на 5-метрова батерия ще помогне да се спести електроенергия и да се внесе скромен принос в екологията на нашата планета. Съветваме ви също да се запознаете с принципа за изчисляване на необходимото количество слънчеви батерии.

Слънчевата батерия може да се използва като резервен енергиен източник при често изключване на централизираното електроснабдяване. За автоматично превключване е необходимо да се предвиди система за непрекъсваемо захранване.

Подобна система е удобна с това, че при използване на традиционен източник на електроенергия едновременно се извършва зареждане на акумулатора на слънчевата система. Оборудването, което обслужва слънчевата батерия, се разполага вътре в къщата, поради което е необходимо да се предвиди специално помещение за него.

Когато разполагате батериите на наклонен покрив на къщата, не забравяйте за ъгъла на наклон на панела. Идеалният вариант е, когато батерията има устройство за сезонно променяне на ъгъла на наклон.

Монтаж на слънчева батерия по стъпки

Избирайки място за разполагане на слънчевия панел и оборудването за обслужване на слънчевата система, както и като разполагате с всички необходими материали и инструменти, можете да започнете монтажа на батерията.

При монтажа е необходимо да се спазват правилата за безопасност, особено при извършване на монтирането на готовия панел на покрива на къщата. Нека разгледаме поетапен алгоритъм как да направим слънчева батерия.

Стъпка #1 – запояване на контактите на силициевите пластини

Монтажът на самоделна слънчева батерия често започва със запояване на проводниците на фотоелементите. Разбира се, ако имате възможност, най-добре е да купите фотоелементите веднага с проводници, тъй като запояването – много трудна и кропотлива работа, която отнема много време.

Запояването се извършва по следния начин:

1. Взема се силициев фотоелемент без проводници и метална лента-проводник.
2. Проводниците се нарязват с помощта на картонен шаблон, като дължината им е 2 пъти по-голяма от размера на силициевата пластина.
3. Проводникът внимателно се поставя върху пластината. На един елемент – два проводника.
4. На мястото, където ще се извършва запояването, е необходимо да се нанесе киселина за работа с поялника.
5. Извършете запояване с помощта на поялник, като внимателно свържете проводника към пластината.

По време на запояването не трябва да натискате силициевия елемент, тъй като той е много крехък и може да се разруши! Ако имате късмет и сте закупили фотоелементи с готови контакти, ще се избавите от дълга и сложна работа, преминавайки веднага към изработката на рамката за бъдещата батерия.

Появането на контактите за дефектни фотоелементи от група В се извършва по същия начин и в същата посока, както за целите пластини

Стъпка #2 – изработване на рамка за слънчева батерия

Рамката – това е мястото, където ще се монтират фотоелементите. За изработката на рамката се вземат алуминиеви ъгълчета и летви, от които се сглобяват рамките. Препоръчителен размер на ъгълчето – 70-90 мм.

Във вътрешната част на металните ъгълчета се нанася силиконов уплътнител. Уплътняването на ъгълчетата трябва да се извърши внимателно, от това зависи дълготрайността на цялата конструкция.

След като алуминиевата рамка е готова, пристъпваме към изработването на задния корпус. Задният корпус представлява дървен шкаф от ПДЧ с ниски бортове.

Високите бортове ще създават сянка върху фотоелементите, затова тяхната височина не трябва да надвишава 2 см. Бортовете се завинтват с помощта на самонарезни винтове и отвертка.

На дъното на кутията-корпус от ПДЧ се правят вентилационни отвори. Разстоянието между отворите е приблизително 10 см. В алуминиевата рамка се поставя прозрачен елемент (плексиглас, антиотблясъчно стъкло, плексиглас).

Прозрачният елемент се притиска и фиксира, като закрепването му се осъществява с помощта на метизи: 4 на ъглите, а също така по 2 на дългите и по 1 на късата страна на рамката. Метизите се закрепват с винтове.

Рамката за слънчевата батерия е готова и можем да пристъпим към най-отговорната част – монтажа на фотоелементите. Преди монтажа е необходимо да почистите плексигласа от прах и да го обезмаслите с алкохолсъдържаща течност.

Стъпка #3 – монтаж на силициеви пластини-фотоелементи

Монтажът и появането на силициевите пластини – най-трудоемката част от работата по създаването на слънчев панел със собствени ръце. Първо разполагаме фотоелементите върху плексигласа със сините пластини надолу.

Ако за първи път сглобявате батерията, можете да използвате подложка за нанасяне на разметка, за да разположите пластините равномерно на малко (3-5 мм) разстояние една от друга.

1. Извършваме появане на фотоелементите по следната електрическа схема: “+” пътечките са разположени на лицевата страна на пластината, “-” – на обратната. Преди появането внимателно нанесете флюс и припой, за да свържете контактите.
2. Извършваме появане на всички фотоелементи последователно на редове отгоре надолу. След това редовете също трябва да бъдат свързани помежду си.
3. Пристъпваме към залепването на фотоволтаичните елементи. За целта нанасяме малко количество уплътнител върху центъра на всяка силициева пластина.
4. Обръщаме получените вериги от фотоволтаични елементи с лицевата страна (там, където са сините пластини) нагоре и разполагаме пластините според маркировката, която нанесохме по-рано. Внимателно притискаме всяка пластина, за да я фиксираме на мястото ѝ.
5. Контактите на крайните фотоволтаични елементи извеждаме към шината, съответно “+” и “-“. За шината се препоръчва използването на по-широк сребърен проводник.
6. Слънчевата батерия трябва да бъде оборудвана с блокиращ диод, който се свързва с контактите и предотвратява разреждането на акумулаторите през конструкцията през нощта.
7. В дъното на рамката пробиваме отвори за извеждане на проводниците навън.

Проводниците трябва да се закрепят към рамката, за да не висят; това може да се направи с помощта на силиконов уплътнител.

Стъпка #4 – тестване на батерията преди херметизация

Тестването на слънчевия панел трябва да се извърши преди неговата херметизация, за да има възможност да се отстранят неизправностите, които често възникват по време на запояване. Най-добре е да се прави тестване след запояването на всеки ред елементи – така е значително по-лесно да се открие къде контактите са свързани лошо.

За тестване ще ви трябва обикновен битов амперметър. Измерванията трябва да се извършват в слънчев ден между 13-14 часа, слънцето не трябва да бъде скрито от облаци.

Изнасяме батерията навън и я настройваме според предварително изчисления ъгъл на наклон. Свързваме амперметъра към контактите на батерията и измерваме тока на късо съединение.

Смисълът на тестването е, че работната сила на електрическия ток трябва да бъде с 0,5-1,0 А по-ниска от тока на късо съединение. Показанията на уреда трябва да бъдат над 4,5 А, което говори за работоспособността на хелиобатерията.

Ако тестерът дава по-ниски показания, то някъде сигурно е нарушена последователността на свързване на фотоелементите.

Обикновено самоизработената слънчева батерия, конструирана от фотоелементи от група B, дава показания 5-10 А, което е с 10-20% по-ниско от слънчевите панели от промишлено производство.

Стъпка #5 – херметизация на поставените в корпуса фотоелементи

Уплътняването може да се извърши само след като се уверите, че батерията работи. За уплътняване най-добре е да се използва епоксиден компаунд, но като се има предвид, че разходът на материал ще бъде голям, а цената му е приблизително 40-45 долара. Ако е прекалено скъпо, вместо него може да се използва същият силиконов уплътнител.

Когато използвате силиконов уплътнител, предпочитайте този, на чиято опаковка е посочено, че е подходящ за употреба при минусови температури.

Съществуват два начина на уплътняване:

• пълно заливане, когато панелите се заливат с уплътнител;
• нанасяне на уплътнител в пространството между фотоелементите и върху крайните елементи.

В първия случай уплътняването ще бъде по-надеждно. След заливането уплътнителят трябва да стегне. След това отгоре се поставя плексиглас и се притиска плътно към пластините, покрити със силикон.

За осигуряване на амортизация и допълнителна защита между задната повърхност на фотоелементите и рамката от ПДЧ много майстори препоръчват да се монтира подложка от твърд поролон с ширина 1,5-2,5 см.

Не е задължително, но е препоръчително, като се има предвид, че силициевите пластини са доста крехки и лесно се увреждат.

След монтиране на органичното стъкло върху конструкцията се поставя товар, под чието действие се изтласкват въздушните мехурчета. Слънчевата батерия е готова и след повторно тестване може да се инсталира на предварително избрано място и да се свърже към слънчевата система на вашия дом.

Изводи и полезно видео по темата

Преглед на фотоелементи, поръчани от китайски онлайн магазин:

Видео инструкция за изработка на слънчева батерия:

Да направите слънчева батерия със собствени ръце – не е лесна задача. КПД на повечето такива батерии е по-нисък от този на панелите от промишлено производство с 10-20%. Най-важното при конструирането на слънчева батерия – е правилно да изберете и монтирате фотоелементите.

Не се опитвайте веднага да създадете огромен панел по площ. Опитайте първо да изградите малко устройство, за да разберете всички нюанси на този процес.

Имате ли практически умения за създаване на слънчеви батерии? Споделете, моля, вашия опит с посетителите на нашия сайт – пишете коментари в разположения по-долу блок. Там също можете да задавате въпроси по темата на статията.