Желание сделать систему энергообеспечения частного дома более эффективной, экономичной и чистой с экологической точки зрения заставляет искать новые источники энергии. Одним из способов модернизации является установка солнечных батарей, способных преобразовывать энергию солнца в электрический ток. Существует прекрасная альтернатива дорогостоящему оборудованию - солнечная батарея, сделанная своими руками, которая позволит ежемесячно экономить средства из семейного бюджета. О том, как такую вещь соорудить, мы сегодня и будем говорить. Обозначим все подводные камни и расскажем как их обойти.

Общую информацию о конструктивных особенностях солнечных батарей смотрите на видео:

Разработка проекта солнечной энергосистемы

Проектирование необходимо для более удачного размещения панелей на крыше дома. Чем больше солнечных лучей попадет на поверхность батарей и чем выше их интенсивность, тем больше энергии они произведут. Для установки понадобится южная сторона кровли. В идеале лучи должны падать под углом 90 градусов, поэтому следует определить, в каком именно положении работа модулей принесет больше пользы.

Дело в том, что самодельная солнечная батарея, в отличие от заводской, не имеет специальных датчиков движения и концентраторов. Для изменения угла наклона существует возможность изготовить механизм на ручном управлении. Он позволит устанавливать модули почти вертикально в зимний период, когда солнце стоит низко над горизонтом, и опускать их летом, когда солнцестояние достигает своего пика. Вертикальное зимнее расположение имеет и защитную функцию: оно препятствует скапливанию на панелях снега и наледи, чем продлевает срок эксплуатации модулей.

Энергоэффективность модульной конструкции можно увеличить, если создать простейший механизм управления, который позволит менять угол наклона батареи в зависимости от времени года и даже времени суток

Возможно, перед монтажом батарей потребуется усиление кровельной конструкции, так как комплект из нескольких панелей имеет довольно большую массу. Необходимо вычислить нагрузку на крышу с учетом тяжести не только солнечных батарей, но и снежного пласта. Вес системы во многом зависит от материалов, которые применяются при ее изготовлении.

Количество панелей и их размер рассчитывают исходя из требующей мощности. Например, 1м² модуля производит приблизительно 120 Вт, этого не хватит даже для полноценного освещения жилых помещений. Примерно 1 кВт энергии при 10м² панелей позволит функционировать осветительным приборам, телевизору и компьютеру. Соответственно, солнечная конструкция площадью 20м² обеспечит нужды семьи из 3 человек. Приблизительно на такие размеры следует рассчитывать, если частный дом предназначен для постоянного проживания.

Изготовление солнечной батареи не обязательно заканчивается первоначальной сборкой, в дальнейшем можно наращивать элементы, тем самым увеличивая КПД оборудования

Варианты модулей для самостоятельной сборки

Основное назначение солнечной панели – генерировать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в электрическую. Полученный электроток представляет собой поток свободных электронов, высвобожденных световыми волнами. Для самостоятельной сборки оптимальным вариантом являются моно- и поликристаллические преобразователи, так как аналоги еще одного вида – аморфные – в течение первых двух лет снижают свою мощность на 20-40%.

Стандартные монокристаллические элементы имеют размеры 3 х 6 дюймов и довольно хрупкую структуру, поэтому работать с ними нужно крайне бережно и аккуратно

Разные виды кремниевых пластин имеют свои плюсы и минусы. Например, поликристаллические модули отличаются довольно низким КПД – до 9%, тогда как КПД монокристаллических пластин достигает 13%. Первые сохраняют показатели мощности даже в облачную погоду, но служат в среднем 10 лет, мощность вторых резко падает в пасмурные дни, зато они прекрасно функционируют на протяжении 25 лет.

Самодельное устройство должно быть функциональным и надежным, поэтому часть деталей лучше приобрести в готовом виде. Перед тем, как сделать солнечную батарею по индивидуальному проекту, загляните на сайт eBay, где можно обнаружить огромный выбор модулей с незначительным браком. Легкая поломка не влияет на качество работы, зато заметно уменьшает стоимость панелей. Предположим, монокристаллический модуль Solar Cells, расположенный на стеклотекстолитовой плате, стоит чуть больше 15 долларов, а поликристаллический комплект из 72 штук – около 90 долларов.

Лучший готовый вариант солнечного элемента - панель с проводниками, которые требуют лишь последовательного соединения. Модули без проводников стоят дешевле, но увеличивают время сборки батареи в несколько раз

Инструкция по изготовлению солнечной батареи

Вариантов самостоятельной сборки солнечных батарей множество. Технология зависит от количества солнечных элементов, приобретенных заранее, и дополнительных материалов, необходимых для изготовления корпуса. Важно запомнить: чем больше общая площадь панелей, тем мощнее оборудование, но вместе с тем вырастает и вес конструкции. В одной батарее рекомендуют применять одинаковые модули, так как эквивалентность тока приравнивается к показателям меньшего из элементов.

Сборка модульного каркаса

Дизайн модулей, как и их размеры, могут быть произвольными, поэтому вместо цифр ориентироваться следует на фото и выбрать любой индивидуальный вариант, подходящий для конкретных расчетов.

Наиболее дешевые солнечные элементы - панели без проводников. Чтобы сделать их готовыми к сборке батареи, необходимо первоначально припаять проводники, а это долгий и кропотливый процесс

Для изготовления корпуса, внутри которого будут закреплены солнечные элементы, необходимо подготовить следующий материал и инструмент:

листы фанеры выбранного размера;
невысокие рейки для бортиков;
клей универсальный или для древесины;
уголки и саморезы для крепежа;
дрель;
плиты ДВП;
куски оргстекла;
краска.

Берем кусок фанеры, который будет играть роль основания, и по периметру приклеиваем невысокие бортики. Рейки по краям листа не должны загораживать солнечные элементы, поэтому следим, чтобы высота их не превышала ¾ дюйма. Для надежности каждую приклеенную рейку дополнительно привинчиваем саморезами, а углы можно скрепить металлическими уголками.

Деревянный каркас - наиболее доступный вариант для размещения солнечных элементов. Его можно заменить рамой из алюминиевого уголка или покупным набором рама + стекло

Для вентиляции высверливаем отверстия в нижней части корпуса и по бортикам. Отверстий в крышке быть не должно, так как это грозит попаданием влаги. Крепление элементов будет производится на листы ДВП, которые можно заменить любым похожим материалом, главное условие – он не должен проводить электроток.

Маленькие отверстия для вентиляции необходимо просверлить по всей площади подложки, включая бортики и серединную рейку. Оно позволят регулировать уровень влаги и давления внутри каркаса

Крышку вырезаем из оргстекла, подгоняя под размеры корпуса. Обычное стекло слишком хрупкое для размещения на крыше. Для защиты деревянных частей используем специальную пропитку или краску, которой следует обработать каркас и подложку со всех сторон. Неплохо, если оттенок краски каркаса будет сочетаться с цветом кровельного покрытия.

Покраска выполняет не столько эстетическую функцию, сколько защитную. Каждую деталь следует покрыть минимум 2-3 слоями краски, чтобы в дальнейшем древесину не покоробило от влажного воздуха или перегрева

Монтаж солнечных элементов

Все солнечные модули раскладываем ровными рядами на подложке обратной стороной вверх, чтобы произвести пайку проводников. Для работы потребуется паяльник и припой. Места пайки предварительно необходимо обработать специальным карандашом. Для начала можно потренироваться на двух элементах, соединив их последовательно. Так же последовательно, цепочкой, соединяем все элементы на подложке, в результате должна получиться «змейка».

Каждый элемент устанавливаем строго по разметке и следим за тем, чтобы проводники соседних элементов пересекались в местах пайки

Соединив все элементы, аккуратно поворачиваем их лицевой стороной вверх. Если модулей много, придется пригласить помощников, так как одному спаянные элементы, не повредив, повернуть достаточно сложно. Но перед этим намазываем модули клеем, чтобы прочно закрепить их на панели. В качестве клея лучше использовать силиконовый герметик, причем наносить его следует строго по центру элемента, в одной точке, а не по краям. Это необходимо для предохранения пластин от поломок, если вдруг произойдет небольшая деформация основания. Лист фанеры может прогнуться или разбухнуть из-за изменения влажности, и стабильно приклеенные элементы просто треснут и выйдут из строя.

Закрепив модули на подложке, можно произвести пробный запуск панели и проверить функциональность. Затем основу помещаем в готовый уже каркас и фиксируем по краям шурупами. Чтобы исключить разряд аккумулятора через солнечную батарею, на панель устанавливаем блокировочный диод, закрепляя его герметиком.

Для соединения цепочек можно использовать медный провод или оплетку кабеля, которые фиксируют каждый элемент с обеих сторон, а затем закрепляются герметиком

Пробное тестирование помогает сделать предварительные расчеты. В данном случае они оказались верными - на солнце без нагрузки батарея производит 18,88 В

Сверху установленные элементы накрываем защитным экраном из оргстекла. Перед тем, как зафиксировать его, вновь проверяем работоспособность конструкции. Кстати, тестировать модули можно и в течении всего процесса установки и пайки, группами по нескольку штук. Следим за тем, чтобы герметик просох окончательно, так как его испарения могут покрыть оргстекло непрозрачной пленкой. Выходной провод оснащаем двухконтактным разъемом, чтобы в дальнейшем можно было использовать контроллер.

Одна панель собрана и полностью готова к работе. Все оборудование, включая купленные в интернете элементы, обошлось в 105 долларов

Фотоэлектрические системы частного дома

Электрические домашние системы энергообеспечения с использованием солнечных элементов можно разделить на 3 вида:

автономная;
гибридная;
безаккумуляторная.

Если дом подключен к центральной энергосети, то оптимальным вариантом будет смешанная система: днем питание производится от солнечных батарей, а ночью – от аккумуляторов. Центральная сеть в данном случае является резервом. Когда нет возможности подключиться к центральному энергоснабжению, его заменяют топливными генераторами – бензиновыми или дизельными.

Контроллер необходим для предотвращения короткого замыкания в момент максимальной нагрузки, аккумулятор – для накопления энергии, инвертор – для распределения и подачи ее к потребителю

При выборе наиболее удачного варианта следует учитывать время суток, в которое происходит максимальное потребление энергии. В частных домах пиковый период выпадает на вечер, когда солнце уже зашло, поэтому логичным будет использовать либо подключение к общей сети, либо дополнительное применение генераторов, так как солнечное энергоснабжение происходит в дневное время.

В фотоэлектрических системах энергоснабжения используют сети и с постоянным, и с переменным током, причем второй вариант подходит для размещения приборов на расстоянии более 15 м

Для дачников, режим работы которых часто совпадает со световым днем, подходит солнечная энергосберегающая система, которая начинает функционировать вместе с восходом солнца, а заканчивает вечером.

В настоящее время очень модными и популярными являются альтернативные источники энергии, особенно у владельцев загородных коттеджей или частных домов. Но часто такое устройство стоит немалых денег и не каждый может себе позволить приобрести для дома солнечные батареи. Поэтому очень актуальным стало изготовление солнечных панелей своими руками. Так как же самому сделать солнечные батареи?

Характеристика солнечной панели

Солнечная батарея представляет собой полупроводниковую конструкцию, которая способна преобразовывать солнечное излучение в электроэнергию. Это позволяет обеспечить дом экономичным, надежным и, самое главное, бесперебойным электроснабжением. Особенно это актуально для труднодоступных районов проживания , а также там, где часто возникают перебои с электроэнергией от основного источника.

Такой альтернативный источник энергии довольно практичный, потому что в отличие от традиционного источника энергоснабжения стоит он гораздо меньше. Изготовление солнечных панелей своими руками позволяет не только оптимизировать энергопотребление, но также экономит финансы.

Преимущества

Солнечные батареи обладают следующими достоинствами:

простая установка за счет того, что нет необходимости прокладывать к опорам кабель;
выработка электроэнергии абсолютно не вредит окружающей среде;
отсутствуют подвижные части;
электричество поставляется независимо от распределительной сети;
минимальные затраты по времени на обслуживание системы;
небольшой вес батарей;
бесшумная работа;
продолжительный срок службы при минимальных расходах.

Недостатки

Несмотря на довольно весомые достоинства, есть у солнечных батарей и свои минусы, такие как:

трудоемкость процесса изготовления;
чувствительность к загрязнениям;
на эффективную работу солнечных панелей оказывают влияние погодные условия (солнечные или пасмурные дни);
для такой конструкция необходимо много места;
по ночам батареи не работают.

Требования, предъявляемые к солнечной батарее

Установить солнечные панели в частном доме под силу каждому. Но для того чтобы такая конструкция, созданная своими руками, приносила пользу по максимуму, следует учитывать ее особенности. К солнечной батарее предъявляются следующие требования:

Материалы, необходимые для изготовления солнечной батареи своими руками

Если нет возможности приобрести солнечные батареи, можно изготовить их своими руками. Вначале необходимо определиться с материалом , из которого они будут сделаны.

Чтобы создать панели, необходимы будут качественные фотоэлементы. Производители на сегодняшний день предлагают следующие виды устройств:

элементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%, но в пасмурную погоду недостаточно эффективны;
фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, работать могут как в солнечные, так и пасмурные дни.

Для энергоснабжения дома лучше всего использовать поликристаллы, которые доступны в наборах.

Важно знать, что все необходимые для сборки ячейки лучше всего приобретать у одного производителя , так как продукция разных марок имеет значительные различия в эффективности изделий. Это может создать дополнительные сложности при сборке, повлечь затраты в результате эксплуатации, при этом солнечная батарея будет иметь невысокую мощность.

Чтобы сделать солнечную панель из подручных средств, необходимы будут специальные проводники, предназначенные для соединения фотоэлементов.

Корпус будущей конструкции лучше всего изготавливать из алюминиевых уголков, обладающих небольшим весом. Можно также использовать такой материал, как дерево. Но из-за того, что конструкция будет все время подвержена атмосферному влиянию, срок ее эксплуатации будет снижаться.

Размеры корпуса панели зависят от количества фотоячеек.

Внешнее покрытие фотоэлементов может быть выполнено из оргстекла или прозрачного поликарбоната. Также применяют закаленное стекло, не пропускающее инфракрасные лучи.

Таким образом, для изготовления солнечной батареи своими руками потребуются следующие материалы:

фотоэлементы в наборе;
крепежные метизы;
медные электропровода высокой мощности;
силиконовые вакуумные подставки;
паяльное оборудование;
алюминиевые уголки;
диоды Шотке;
прозрачный лист из поликарбоната или плексигласа;
набор винтов для крепежа.

Такие материалы приобретаются в магазине стройматериалов или в интернет-магазине.

Солнечная батарея – это несколько фотоэлементов, собранных в одном корпусе, снабжающих электричеством потребителя. Сами фотоэлементы с каждым днем становятся все доступнее, во многом благодаря тому, что их в хорошем качестве стал выпускать Китай.

Выбор фотоэлементов для солнечной батареи

Поликристалл или монокристалл. Однозначного ответа нет, поликристаллические модули дешевле, но у них ниже энергоэффективность. Большинство промышленных производителей отдают предпочтение поликристаллическим фотоэлементам. В России ни те ни другие не производятся, следовательно делаем покупки на com или aliexpress.com.
Размерность. Есть размеры 6х6(156 х 156 мм), 5х5 (127 127 мм), 6х2 (156 х 52 мм) дюйма. Следует брать последние. Дело в том, что все фотоэлементы очень тонкие и хрупкие, легко ломаются при монтаже, поэтому выгоднее сломать маленький фотоэлемент. Также, чем меньше размер одного элемента, тем легче заполнить площадь батареи.
Припаянные контакты. Каждая пластина будет соединяться последовательно с другими, следовательно работать с паяльником придется много. Значительно облегчают эту работу припаянные контакты к панелям. Подключить такие контакты к общей шине будет гораздо проще. Если таких контактов нет, вам придется паять их самостоятельно.

Инструменты и материалы

Материалы:

Алюминиевый уголок 25х25;
Болты 5х10 мм – 8 шт;
Гайки 5 мм – 8 шт;
Стекло 5-6 мм;
Клей – герметик Sylgard 184;
Клей-герметик Ceresit CS 15;
Поликристаллические фотоэлементы;
Флюс фломастер (смесь канифоли и спирта);
Серебряная лента для подключения к фотоэлементам;
Лента для шины;
Припой (нужен тонкий, т.к. чрезмерный нагрев выведет из строя фотоэлемент);
Пенополиуретан (поролон), толщиной 3 см;
Плотная полиэтиленовая пленка 10 мкм.

Инструмент:

Напильник;
Ножовка по металлу с полотном 18;
Дрель, сверла на 5 и 6 мм;
Ключи рожковые;
Паяльник;

Пошаговая фотоинструкция

Максимально подробно рассказано, как своими руками собрать солнечную батарею из фотоэлементов на алюминиевом каркасе.

Сточить напильником углы на одной грани с каждой стороны алюминиевого угла под 45 градусов.

Обрезать уголки ножовкой по металлу под 45 градусов. Для удобства можно воспользоваться стуслом:

С каждой стороны уголка должна получиться вот такая конструкция:

Обрезанный алюминиевый уголок

Делаем скобы для соединения уголков:

Прикладываем уголки срезанными углами друг к другу
Перпендикулярно ставим уголок и на нем намечаем линию отреза Должно получиться 4 соединительных уголка

На сторонах каждой полученной скобы находим центр и сверлим отверстие, диаметром 6 мм:

Находим центр каждой стороны скобы
Отверстие в скобе

Делаем разметку через отверстие в каждой скобе на уголке. Чтобы потом не перепутать, помечаем каждый угол и каждую скобу цифрой:

Разметка отверстий «по месту»
Ставим цифры, чтобы потом не перепутать

Сверлим отверстия в уголке сверлом 5 мм, должно получиться так:

Отверстия в уголке

Собираем рамку с помощью болтов и гаек:

Вклеиваем с помощью герметика стекло в собранную рамку:

Силиконом следует обработать стыки снаружи и внутри

Обезжирить поверхность стекла изнутри и разложить фотоэлементы лицевой стороной вниз таким образом, чтобы контактные шины были параллельны:

Соедините между собой фотоэлементы скотчем, так они не распадутся при дальнейших операциях.

Соединить между собой элементы по схеме:

Схема соединения фотоэлементов в батарее

Собираем уплотняющую конструкцию:

Из листа пенополиуретана вырезаем прямоугольник, меньше внутренней части рамки на 1 см с каждой стороны;
Запаиваем получившийся прямоугольник в полиэтиленовую пленку с помощью скотча или паяльника

Конструкция укладывается внутрь рамки:

Поролон укладывается внутрь рамки

Рамка вместе с поролоном переворачивается и снимается. Остаются только уложенные и скрепленные между собой скотчем фотоэлементы:

Снять алюминиевую рамку
Фотоэлементы на поролоне

На всю поверхность фотоэлементов кистью наносится герметик Sylgard 184 и накрывается сверху рамкой со стеклом:

Герметик на фотоэлементах
Накрыть фотоэлементы рамкой со стеклом

Ставим груз на стекло на несколько часов, за это время должны удалиться пузыри воздуха:

Пузыри уходят за 2-3 часа

Через 12 часов снимаем груз и отрываем поролон. Батарея готова к подключению!

Ошибки при сборке солнечной батареи своими руками

Несколько характерных ошибок, совершаемых при самостоятельной сборке панелей, о которых хотелось бы предупредить.

Сборка на каркасе из дерева или ДСП. Солнечная батарея, собранная своими руками, окупается только если служит несколько лет, поэтому ненадежная конструкция из бруса для нее точно не подходит, т.к. разбухнет и потеряет форму через год – два. Конструкция получается громоздкой и тяжелой, плохо поддается транспортировке и переносу.
Небрежное хранение Sylgard 184. Если вы не расходуете всю банку этого клея, после использования его нужно переместить в меньшую тару, чтобы остатки не имели контакта с воздухом внутри нее. В противном случае, спустя полгода хранения весь клей может затвердеть.
Использование оргстекла. Батарея всегда находится на солнце (в этом её суть), поэтому сильно греется. Оргстекло очень плохо отводит тепло от фотоэлементов. Это снижает их эффективность. Каждый градус выше 25 °С снижает эффективность на 0,45%. Но это не главный минус оргстекла! При температуре больше 50 °С оно деформируется во всех плоскостях, разрывая контакты внутри схемы, разгерметизируя батарею и приводя ее в негодность.
Недостаточное внимание изолированию соединений. При сборке солнечных батарей для своего дома своими руками лучше использовать специальные коннекторы (MC4), соединяющие несколько панелей в единую сеть. Дело в том, что в дальнейшем, возможно, их придется демонтировать для ремонта, поворота в другую сторону, замены элементов и т.д. Скручивать контакты «намертво» или использовать для этой цели соединительные клеммы, которые предназначены для внутренних работ – не наилучший вариант.

Принцип действия солнечных батарей. Есть модели калькуляторов на солнечных . Как правило, такая батарея состоит из трех фотоэлементов. Иногда их бывает больше. Элементы нужно извлечь, причем так, чтобы сохранить соединительные , припаянные к элементу или закрепленные на нем с помощью зажимов. Это существенно облегчит монтаж. Для изготовления самодельного источника энергии очень пригодится также чувствительный измерительный прибор – например, мультиметр. Отдельно взятый элемент выдает следующее количество электроэнергии с 1 кв. см площади:

Ток до 24 мА;
- напряжение 0,5 В.

Под нагрузкой получится половина напряжения, что для практических целей совершенно недостаточно. Если нужно большее напряжение или больший ток, нужно соединить несколько таких элементов между собой. Для этого необходима общая панель из диэлектрика (например, текстолита). Последовательное соединение (с обязательным соблюдением полярности) даст возможность увеличить выходное напряжение, но внутреннее сопротивление фотоэлементов довольно велико. Для его снижения (и увеличения выходной мощности ) полезно применить и параллельное включение отдельных элементов. Параллельно можно подключать как цепочки последовательно соединенных элементов батареи, так и отдельные элементы друг к другу.

В любом случае нужно следить за соблюдением полярности. Если удалось сохранить провода, присоединенные к отдельным пластинам, спаять элементы довольно легко, но это нужно с применением теплоотвода. Но при извлечении фотоэлементов сохранить провода удается не всегда. В этом случае можно применить пружинные зажимы и даже небольшие пружинки от шариковых ручек. Точно по такому же принципу можно собрать солнечную из селеновых пластин от старых фотоэкспонометров.

Сам элемент паять нельзя, поскольку в домашних условиях это приведет, скорее всего, к пробою.

Старые радиодетали или ненужные компьютерные мыши

Чаще всего под не оказывается готовых фотоэлементов. В этом случае можно воспользоваться имеющимися в наличии старыми радиодеталями. Например, соединив последовательно 20 точечных диодов в стеклянном корпусе (например, Д9, Д2), можно получить напряжение 1,2В. Разумеется, соблюдение полярности необходимо и в этом случае. Если корпус диода покрыт краской, ее нужно смыть или соскоблить. Диоды подходят любые, как кремниевые, так и германиевые. Дополнительное параллельное соединение диодов и цепочек диодов точно так же, как и в первом случае, помогают снизить внутреннее сопротивление батареи. С этой же целью можно применять фотодиоды от вышедших из строя компьютерных мышей. Возможно и использование светодиодов, которые также могут работать как фотоэлементы.

Батарея из транзисторов

Вместо диодов можно использовать транзисторы с металлическими корпусами. Здесь для доступа света нужно удалить металлический корпус или его верхнюю часть. Использовать можно переходы коллектор - база и эмиттер - база. В данном случае подходят как кремниевые, так и германиевые транзисторы, транзисторы с оборванным коллектором или эмиттером, но желательно, чтобы они были однотипными. Правила соединения те же, что указаны в первых двух способах. Полезно применение дополнительных отражающих , отбрасывающих свет на солнечную батарею.

Чем мощнее транзисторы, тем больший ток можно снять с батареи.

Некоторые тонкости

Транзисторы, как и вообще любые фотоэлементы, желательно предохранять от механических повреждений и попадания пыли. Для этого собранную батарею всего закрыть сверху. Подходит прозрачная или тонкое кварцевое стекло. Можно применять и тонкое оргестекло. Обычное оконное стекло или, скажем, триплекс, не подходят, так как задерживает ультрафиолетовые лучи.

Важно правильно обеспечить положение батареи относительно солнца, поскольку от этого зависит эффективность ее работы. КПД солнечных батарей, сделанных дома, довольно низкий и не превышает 10%. Получить электроэнергию можно и не в очень солнечный день, но батарея не должна находиться в сильно затененном месте. Напряжения хватит, чтобы зарядить аккумуляторы где-нибудь на даче или в походе. Кстати, таким способом можно даже осветить темный подвал, если снаружи батарею, а внутри – светодиод.

В течение светового дня на поверхность планеты поступают потоки солнечной энергии. Ученые и инженеры давно придумали, каким способом можно ее использовать. Преобразовывать энергию дневного светила позволяют солнечные батареи. Их эффективность пока что далека от идеальной, но со временем она будет увеличиваться благодаря работе специалистов.

Инструкция

Работа солнечной батареи основана на физических свойствах полупроводниковых элементов. Фотоны света выбивают электроны с внешнего радиуса атомов. При этом образуется значительное число свободных электронов. Если теперь замкнуть цепь, по ней будет протекать электрический ток. Он, впрочем, слишком мал, чтобы можно было ограничиться использованием одного-двух фотоэлементов.

Обычно отдельные компоненты соединяют в систему, чтобы образовалась батарея. Из нескольких подобных батарей формируют модули. Чем большее число фотоэлементов соединяется вместе, тем выше эффективность технической системы. Значение имеет также и положение солнечной батареи относительно светового потока. Количество энергии прямо зависит от угла, под которым на фотоэлементы падают солнечные лучи.

Одна из основных рабочих характеристик солнечной батареи – коэффициент полезного действия (КПД). Он определяется как результат деления мощности получаемой энергии на мощность светового потока, который падает на рабочую поверхность батареи. К настоящему времени КПД солнечных батарей, используемых на практике, колеблется в пределах от 10 до 25 процентов.

Осенью 2013 года в печати появились сообщения о том, что немецким инженерам удалось создать экспериментальный фотоэлемент, КПД которого приближается к 45%. Чтобы добиться таких невероятных для стандартной солнечной батареи показателей, конструкторам пришлось использовать четырехэтажную схему компоновки фотоэлемента. Это позволило увеличить общее число полезных полупроводниковых переходов.

Специалисты подсчитали, что в будущем вполне возможно будет достичь более высоких показателей КПД, вплоть до 85%. В чем причина нынешнего отставания батареи от расчетных характеристик? Разница между реальными цифрами и теоретически возможными показателями объясняется свойствами тех материалов, которые используются для изготовления батарей. Обычно панели делают из кремния, который может поглощать лишь инфракрасное излучение. А вот энергия ультрафиолетовых лучей почти не используется.

Один из путей повышения эффективности солнечных батарей – использование многослойных конструкций. Такой модуль включает в себя несколько тонких слоев, изготовленных из разнородных материалов. Вещества при этом подбирают так, чтобы слои были согласованы с точки зрения поглощения энергии. В теории подобные многослойные «пироги» могут обеспечивать КПД, доходящий почти до 90%.

Еще одно перспективное направление разработок – применение панелей, выполненных из монокристаллов кремния. Этот материал пока что, к сожалению, существенно дороже поликристаллических аналогов. Таким образом, чтобы повысить эффективность солнечных батарей, приходится делать конструкцию более дорогостоящей, что увеличивает сроки окупаемости затрат.

Источники:

Поставлен новый рекорд эффективности солнечных батарей в 2019

Совет 3: Как сделать улучшенную солнечную панель в Minecraft

С модом Industrial Craft 2 в мир Minecraft приходят технологии двадцать первого столетия. Геймер имеет возможность создавать новейшие установки для производства энергии, автоматизации различных процессов и выполнения прочих игровых задач. Для первого из вышеперечисленных действий очень пригодится солнечная панель.

Отличие улучшенной солнечной панели от обычной

Такие источники энергии существовали в Industrial Craft с самого начала. Впрочем, геймеры были ими не очень довольны. Для действительно полноценного восполнения энергетических потребностей в игре требовалось сооружать просто огромное поле, состоящее сплошь из солнечных панелей. Кроме того, такие устройства были весьма капризными в плане погодных условий и времени суток. Они функционировали, по сути, только ясным днем, из-за чего толку от них было немного.

Потому разработчики мода создали для него специальный аддон - Advanced Solar Panels. Такое дополнение добавило в игру улучшенные панели для аккумуляции и преобразования солнечной энергии. Они стали более компактными, но при этом весьма емкими. Кроме того, они способны производить электричество даже ночной порой и в ненастье.

Ресурсы для создания такой панели простым методом

Крафтить подобную панель предполагается двумя способами - более простым и усложненным. В первом случае для ее создания потребуется солнечная батарея, композит, укрепленное стекло, улучшенная электросхема и усовершенствованный корпус механизма либо светящаяся укрепленная пластина - в зависимости от того, какая именно версия мода используется: 3.3.4 или более старая.

Композит получается, если сжимать специальный композитный слиток с помощью компрессора. Создается же этот исходный материал из сплава трех металлов: очищенного железа, бронзы и олова - в виде слитков или же пластин. Композит нужен также для изготовления укрепленного стекла. Для этого две его пластины устанавливают в крайние ячейки среднего вертикального либо горизонтального ряда верстака. Остальные слоты занимают стеклянные блоки. Из такого количества материалов получается семь единиц укрепленного стекла.

Солнечную батарею скрафтить намного сложнее. Здесь потребуется по три стеклянных блока и единиц угольной пыли, две электросхемы и генератор. Последний устанавливают в центр нижнего ряда крафтинговой сетки, по бокам от него располагают электросхемы, над ним и по верхним углам - угольную пыль, а остальные места достаются стеклу.

Улучшенная электросхема делается из обычной, которую непременно для этого надо поместить в центр станка. По углам его сетки встанет четырех единицы пыли редстоуна, в двух оставшихся вертикальных ячейках - светопыль (создаваемая при разрушении глоустона - светящегося камня из Ада), а в паре горизонтальных - лазурит.

Улучшенный корпус механизма делается из аналогичного простого устройства. Обычный корпус механизма нужно поставить в центральную ячейку верстака,по бокам от него расположить две единицы углепластика (получаемого путем компрессорного сжатия углеволокна), по углам - четыре пластины закаленного железа, а в оставшиеся две ячейки вставить композит.

Если же вместо такого корпуса механизма будет использоваться светящаяся укрепленная пластина, ее получают из немного других ресурсов. В центр станка на сей раз пойдет укрепленная пластина из железа и иридия, под нею будет вставлен алмаз, над нею - солнечная часть (из светопыли и двух единиц розовой материи), по бокам - ультрамарин, а по углам - красная пыль.

Сборка улучшенной солнечной панели при наличии нужных ресурсов не составит труда. Весь верхний ряд верстака будет занят тремя блоками укрепленного стекла, в центральный слот пойдет солнечная батарея, по бокам от нее - композит, под ним - две улучшенных электросхемы, а между ними - усовершенствованный корпус механизма либо светящаяся укрепленная пластина.

Усложненный способ крафтинга экологически чистого источника энергии

Изготовление улучшенной солнечной панели по более сложному рецепту должно осуществляться примерно так же. Единственное серьезное отличие - здесь вместо укрепленного стекла будет использоваться светящаяся стеклянная панель в таком же количестве - три штуки.

Для ее изготовления сперва надо скрафтить светящийся уран. Для этого его слиток в обогащенном виде необходимо поместить в центр верстака, а по бокам, снизу и сверху поставить четыре единицы светопыли. Таких изделий потребуется две штуки.

Слитки светящегося урана пойдут в крайние ячейки среднего горизонтального ряда станка, между ними встанет светопыль, а остальные шесть слотов займет укрепленное стекло. В итоге получатся светящиеся стеклянные панели, причем в достаточном количестве - шесть штук (этого хватит аж на две улучшенных солнечных панели).

Еще пару десятков лет назад человека, заявившего, что он сможет получать необходимую энергию для своего дома или дачи от Солнца, наверное, осмеяли бы. Но сегодня все поменялось - Солнце имеет огромный запас энергии, которым просто грех не воспользоваться.

На рынке появилось огромное количество батарей, с помощью которых можно аккумулировать энергию Солнца и применять ее в собственных целях. Все довольно привлекательно, если бы не одно НО.

Цена таких батарей сильно «кусается» и многие задаются вопросом, а стоит ли вообще производить такие затраты, окупится ли это приобретение? Выходом из этого как всегда является сообразительность, умелые руки и чуточку терпения. Солнечную батарею можно сконструировать самому, что обойдется намного дешевле готового товара.

В среднем 1 кв. метр солнечного коллектора вырабатывает 120 Вт энергии. Таким образом можно рассчитать необходимую площадь фотоэлементов, необходимых для снабжения электроэнергией жилого дома или дачи.

Выбор материалов

Фотопластина – основной компонент коллектора При кажущейся сложности в своей конструкции имеет всего 6 составляющих:

Фотоэлемент или солнечный элемент, самая важная часть всей конструкции, именно она выступает в роли «сети», собирающей энергию Солнца.
Соединительные проводники. Их понадобится большое количество, служат для соединения всех контактов фотоэлемента.
Шины. Применяются для сбора пучков проводов.
Диоды Шоттки. Этот материал не является необходимостью, но служит для того, чтобы батарея не разряжалась ночью и в дождливую пасмурную погоду.
Припой для спаивания контактов фотоэлементов с проводниками с целью их сбора в единую цепь.

Понятное дело, солнечная батарея не будет располагаться в чистом виде на крыше или еще где-то, поэтому ее необходимо поместить в так называемый контейнер, на изготовление которого тоже необходимы некоторые материалы:

Необходимые инструменты

Для сбора солнечного коллектора своими руками понадобится всего три инструмента:

паяльник для спаивания материалов;
шуруповерт или отвертка. Понадобятся на этапе сборки деревянного основания коллектора;
дрель со сверлом по дереву 6 мм нужна для проделывания отверстий в подложке и корпусе для вывода проводов;
мультиметр применяется на этапе проверки.

Этапы изготовления

Посылка с фотопластинами Технология изготовления солнечной батареи своими руками не сложная, но требует значительного количества времени, потраченного с паяльником и другими инструментами в руках.

Сам процесс состоит из 3 основных этапов, которые, в свою очередь тоже можно разделить:

Купить или сделать

Экономить время или деньги – все зависит от вас Преимущества изготовления своими руками состоят в приличной экономии денег - намного дешевле будет заказать необходимые материалы, например, на аукционе eBay, чем покупать готовую солнечную батарею на рынке.

Однако, большим недостатком будет неопределенное количество времени, потраченное на заказ и ожидание посылок с материалами, а также на изготовление и сбор коллектора. Выбирайте сами, что вам важнее - время или деньги!

Мнение специалистов: самостоятельная сборка будет стоить примерно в два раза дешевле покупки готового коллектора на рынке.

Собранные своими руками батареи могут вполне обеспечить необходимым количеством электроэнергии жилой дом, дачу или еще какой-либо объект. Применение солнечных батарей очень удобно в тех местах, где вообще нет линий электропередач.

В любом случае, использование солнечных батарей с лихвой оправдает затраты на покупку и доставку материалов в достаточно короткий эксплуатационный период времени.

Смотрите видео, в котором специалист подробно показывает, как собрать солнечную батарею своими руками:

Собираем солнечную батарею в домашних условиях. Фотомануал: солнечная батарея своими руками шаг за шагом