У сьогоднішньому світі альтернативні джерела енергії вже не примха, а раціональне рішення, пов’язане з економічною вигодою і турботою про стан навколишнього середовища. Найпопулярнішим способом одержання екологічно чистої енергії залишаються сонячні батареї. Своїми руками виготовляти панелі виходить набагато дешевше, ніж купувати готові комплекти. Як виготовити саморобні сонячні батареї для приватного будинку буде розказано нижче.
Принцип роботи сонячного електропостачання, конструкція сонячної батареї
Перетворювати енергію сонця в електрику можна кількома способами. Іноді застосовується схема з генератором, де вона трансформується спочатку в механічну, обертає вал генератора, а потім переходить в електричну. Мінус такого способу в тому, що він досить дорогий, оскільки вимагає використання великих дзеркал, які повертаються за рухом сонця.
Застосування фотоелементів дозволяє безпосередньо перетворювати світ у струм. Це і є настільки популярні сьогодні сонячні батареї, які являють собою невелику (кілька см2) кремнієву пластину, на якій в єдину ланцюг зібрані фотодіоди. При попаданні світла, на виходах діодів з’являється напруга близько 0,5 – 0,55 V. За допомогою складання таких пластин у модулі можна отримати на виході необхідну потужність.
Якби хтось спробував домогтися значення 220 V, то отримав би батарею колосальних розмірів. Тому ставиться мета отримання 12-24 V, а всі подальші перетворення відбуваються за допомогою інших складових системи.
Конструкція включає в себе три основних вузла:
- Сонячну панель.
- Акумулятори.
- Інвертор.
Як вже говорилося, завдання сонячної панелі виробити струм напругою 12-24 V, якого вистачить, щоб зарядити акумулятор на 12V.
Одного акумулятора буде замало для забезпечення житла потрібною кількістю електроенергії. Їх кількість розраховується виходячи з потреб конкретного будинку, і може становити понад 10 штук (проте кількість акумуляторів прямо пропорційно і розмірам сонячної панелі).
Перетворювати енергію низької напруги в стандартну повинен інвертор. Його купують готовий. При купівлі співвідносьте потужність з потребами житла в електриці. Щонайменше, повинна бути потужність в 1-2 кВт.
По пристрою сонячної батареї розрізняють два її види:
- Плівкові.
- Кремнієві.
Плівкові або полімерні рідше зустрічаються, оскільки мають невеликий ККД і вимагають багато місця для установки. Крім того, енергоефективність плівки скорочується на п’яту частину навіть при невеликій хмарності.
Кремнієві, описані вище, можуть бути монокристалічними і полікристалічними. Монокристалічні батареї — це безліч осередків з вбудованими кремнієвими перетворювачами і заповнені силіконом. У клітинках полікристалічних батарей більше перетворювачів, що встановлені різноспрямовано. Ця особливість забезпечує більш ефективну роботу панелі, навіть коли світло розсіяне. І хоча ККД таких батарей трохи нижче, ніж у монокристалічних, насправді вони виявляються більш продуктивними і їх частіше використовують.
Технологія самостійного виготовлення
Розглянемо, як зробити сонячну батарею своїми руками. Для виготовлення геліокомплексу своїми руками знадобиться:
- Каркас з алюмінію або дерева.
- Підкладка з ДВП.
- Скло або оргскло.
- Фотоячейки.
- Діоди і провідники.
Одна батарея буде складатися з 36 елементів (81 х 150 мм), кожен з яких розрахований на 0,5 V– в цілому вийде 18 V. Звертатися з панелями потрібно з великою обережністю, тому що вони дуже крихкі. З тієї ж причини радиться купувати на 1-2 шт. більше, щоб були запасні на випадок пошкодження.
Сонячні батареї для будинку своїми руками
Великий плюс самостійного виготовлення сонячних батарей полягає в тому, що можна зібрати невеликий пробний комплекс, а потім поступово нарощувати потужність, докуповуючи більше елементів.
Не варто збирати надто великі батареї. Їх складно монтувати, важко змінювати кут нахилу, крім того, вони як вітрило – будуть вловлювати вітер, що небезпечно.
Вибір елементів для панелі
Головне питання – це придбання геліоелементів. Від вдалої покупки буде залежати, чи має сенс затівати самостійне виготовлення батареї. Можна придбати готовий комплект для складання панелі за 1.5 — 2 тис. грн.
Ще один варіант – на відомих торгових сайтах придбати пошкоджені, але працюючі панелі. Це деталі, відбраковані виробництвом – вони можуть мати, наприклад, сколи, що істотно знижує їх вартість, але не впливає на працездатність.
Вибір повинен здійснюватися на підставі необхідної потужності. Щоб розрахувати її, потрібно хоча б приблизно підрахувати, скільки кВт споживає в день техніка в вашому домі, а потім з’ясувати, яке середньодобове кількість сонячного часу у вашій місцевості. Це дозволить (знову ж приблизно) порахувати, скільки в день потужності буде видавати панель. Чим більше цей показник, тим менше знадобиться включати панелей в систему. Важливо знати, що незалежно від розміру пластини, вони видають однакову напругу, а на силу струму і вага конструкції, габарити впливають. Чим більше розмір панелі, тим вона важча. А ось застосовувати в одній системі різні панелі не можна.
Розробка проекту системи
За цими даними розраховується розмір майбутньої конструкції і її вага. Ці показники знадобляться для того, щоб виконати каркас потрібного розміру, а також з’ясувати, чи зможе витримати конструкцію покрівля будинку, на яку планується встановлення обладнання. Розміщуючи панель важливо прагнути, щоб сонячне світло потрапляв на поверхню під прямим кутом.
Тому, крім того, щоб вибрати найбільш освітлену сторону даху, потрібно ще й подбати про те, щоб можна було змінювати кут нахилу гелиопанели. У снігопад, наприклад, обладнання розміщують практично вертикально, щоб на його поверхні не затримувався сніг.
Виготовлення каркасу
Насамперед вираховуються розміри майбутньої конструкції. Зробити це просто, якщо вже відомо, скільки панелей і яких розмірів буде застосовуватися. Однак потрібно залишати за 3-4 мм між елементами, щоб компенсувати розширення основи при змінах температури.
За розрахованими розмірами, з фанери вирізається дно або основа майбутньої батареї. По периметру її зовнішньої сторони робиться рама з брусків. Товщина брусків – близько 20 мм.
Ідеальна температура для роботи гелиопанелей від 70 до 90° C. Під склом t складно контролювати і вона може значно підвищуватися, особливо в теплу пору року. Тому в дерев’яній рамі роблять вентиляційні отвори. Свердлять їх через кожні 20 см (діаметр близько 10 мм). У нижній частині теж насверливаем отвори з кроком в 5 см. Також можна зібрати раму з алюмінієвих куточків і накрити її оргсклом. Коли корпус готовий, його покривають двома шарами фарби і залишають до повного висихання.
Підбір і пайка елементів
В залежності від рівня майстерності можна придбати провідники з припаяними контактами і без.
Щоб самостійно паяти елементи:
- Нарізати провідники в розмір за картонним шаблоном.
- Розмістити провідники на потрібних місцях фотоелементів.
- Нанести припій і кислоту на майданчики контактів.
- Зафіксувати провідник.
- Паяти, не натискаючи на кристалічну поверхню.
При утрудненнях з пайкою, можна легенько обробити майданчики для контактів нульовим наждачним папером.
Напилення з срібла, що наноситься на поверхню провідника, може витримати три цикли пайки. Здійснюючи паралельно-послідовне з’єднання елементів потрібно заздалегідь подумати про те, що перевернути зібрану воєдино, але дуже тендітну конструкцію буде складно. Тому радимо спочатку з’єднувати елементи рядами, перевертати ряд, а вже потім скріплювати ряди між собою. На крайніх деталях контакти виводяться на шину «мінус» і «плюс». На проводку треба пускати кабель з ізоляцією. На зовнішній стороні рами встановлюється клема.
Наступний етап – закріплення геліопанелей на фанерній основі. Для цього знадобиться силіконовий герметик. На зворотний бік кожної деталі наноситься по краплі герметика, потім вона акуратно фіксується. Також вливається силікон і в дроти.
Коли елементи послідовно з’єднані, тестером перевіряється напруга (це допоможе виявити огріхи в якості пайки). Якщо все зроблено правильно, то прилад покаже 17-19 V (напруга з різних причин може мати невеликі відхилення від зазначеного у документації).
Тестування батареї рекомендується проводити кілька днів і тільки після цього проводити процес герметизації. На алюмінієву раму наноситься герметик, і на нього клеїться оргскло. Обов’язково потрібно дати час на висихання силікону. До дерев’яної рами оргскло можна прикріпити саморізами. Всі стики, крім вентиляційних, також заливаються герметиком.
Складання елементів сонячної батареї
Розберемося, як відбувається складання сонячних батарей своїми руками. Інвертор перетворює надходячий струм у змінний, і змінює його напругу.
Можна вибрати один з трьох видів інверторів: Системний, гібридний чи автономний. Системний інвертор підійде, якщо мета сонячної батареї – створити додаткову енергію в пару до наявної центральної мережі 220 V. Тоді встановлювати акумулятори взагалі не потрібно. Мережевий інвертор перетворить кількість енергії, що надійшла, і направить її в будинок.
Гібридний інвертор стане у нагоді, якщо геліоенергія повинна стати основною, яка живить будинок, але і відмовлятися від централізованого електропостачання господарі не збираються. Гібридний варіант з акумуляторами буде і витрачати отриману сонячну енергію, і накопичувати її на темний і похмурий час.
Автономний ж інвертор встановлюють там, де мережі 220 V взагалі немає. Вони теж встановлюються в комплекті з акумуляторами.
Якщо потрібно включити в систему акумуляторні батареї, то потрібно розрахувати їх кількість і ємність. Все буде залежати від сумарної потужності всіх сонячних батарей, але чим вище буде ємність, тим краще. Наприклад, щоб повністю задовольнити потреби в електриці, знадобиться вироблення 4 кВт. Для накопичення такої кількості енергії необхідно близько 16 акумуляторів по 60 Ач. До акумулятора сонячну батарею потрібно підключати через діод. Це виключить його саморозряд на панель вночі. Щоб не відбувалося перезаряду і закипання акумуляторів, знадобиться контролер заряду. Вони можуть бути двох видів: МРРТ і ШИН. Перший варіант передає майже 100 % енергії, але коштує в 2-3 рази дорожче, ніж ШИН контролер, який втрачає до 20 % потужності сонячних панелей. У великих потужних системах, звичайно, краще один раз переплатити за МРРТ контролер. Невеликі конструкції можна обладнати і ШИН контролером, але втрачену потужність потрібно буде компенсувати придбанням додаткових акумуляторів.
Висновок
Залишається тільки додати, що геліосистема буде реально ефективна тільки в регіонах, де більшу частину року стоїть сонячна погода. Потрібно знати і те, що чим вище географічна широта, тим менша сила сонячних променів. Але сучасні технології дозволяють отримувати достатньо енергії навіть в похмурий час, а значить, хоча б як додаткове джерело електрики, сонячні батареї дуже навіть привабливі.