Как самому сделать солнечную батарею

Сегодня трудно представить себе загородный дом или даже небольшую дачу без электричества. Но даже если ваш дом подключён к централизованной электросети, можно попробовать уменьшить расходы на электроэнергию – и вот однажды вы задумываетесь, как сделать солнечные батареи. Можно приобрести и уже готовый солнечный коллектор, но он обойдётся гораздо дороже самодельного, а изготовить его самостоятельно достаточно просто.

Согласно рассчетам в солнечный день один квадратный метр солнечной панели генерирует приблизительно 120 Вт электроэнергии. Соответственно, десятиметровая панель вырабатывает около киловатта. В доме с постоянным проживанием  семьи 3-4 человека ежемесячно расходуется 300-350 кВт электроэнергии. Поэтому если солнечная батарея станет основным источником энергии, общая площадь уловителя солнечных лучей должна быть не менее 20 квадратных метров.

Что такое солнечный коллектор и как он работает

По своей конструкции солнечный коллектор это всего лишь контейнер, в котором закреплено множество небольших очень хрупких пластин – солнечных элементов. Генерируемая ими электроэнергия подзаряжает аккумулятор, который и является источником электропитания.

Фотопластины бывают различных размеров и форм, но:

• независимо от формы и размера элементы одного и того же типа генерируют одинаковое напряжение;
• элементы большей площади генерируют больший ток;
• мощность коллектора вычисляют по формуле «напряжение, умноженное на генерируемый ток».

Таким образом, батарея из крупных солнечных ячеек при одинаковом напряжении выдаст большую мощность тока, чем собранная из мелких, но будет более тяжёлой и громоздкой. Батарея из мелких ячеек позволяет собрать более легкий коллектор. Но для того, чтобы получить нужную мощность, его площадь должна быть большей.

Не используйте в одной солнечной панели элементы разных размеров. Максимальный ток, который вы от нее получите, ограничивается током наименьшей ячейки. Более крупные сегменты при этом будут работать не в полную силу.

Материалы и инструменты

Чтобы собрать солнечную батарею в домашних условиях, прежде всего нужны фотопластинки. В набор  Solar Cells (из 36 и 72 элементов), кроме самих пластин, входит всё, что нужно для сборки – проводники, шины, диоды Шоттки и паяльный карандаш с кислотой. Все эти комплектующие можно приобрести и по отдельности.

Мощность такой батареи – 60 ватт; напряжение – 18 вольт. Энергии заряжающегося от нее аккумулятора хватает на несколько часов работы светильников, телевизора, зарядки для телефона и т. д. Чтобы уменьшить энергопотребление, установите в доме не обычные, а экономные люминесцентные лампы.

В интернет магазинах можно найти так называемые «модули В-типа». Такие панели, отбракованные в промышленном производстве, сохраняют все свои свойства, но гораздо дешевле. Предпочтительнее покупать пластины с уже припаянными проводниками – именно припаивание проводов отнимает больше всего времени.

Общий порядок работ

По сути корпус для солнечного коллектора – это всего лишь ящик c низкими бортами, которые не будут затенять фотопластинки, когда лучи падают под углом. Его можно изготовить на основе каркаса  из алюминиевого профиля (дном служит лист поликарбоната, оргстекла и т. д.), а можно и из обычной 10-миллиметровой фанеры и деревянных брусков.

1. По периметру фанерного листа приклейте и дополнительно привинтите шурупами бруски сечением 2 см. Монтировать пластины удобнее не одним массивом, а группами по 18 штук. Для этого посредине прибивают разделительную рейку. Ящик внутри и снаружи окрашивают водостойкой краской.
2. В нижней части корпуса и в разделительной планке 6-миллиметровым сверлом просверлите вентиляционные отверстия. Через одно из отверстий в разделительной рейке будет проходить провод, соединяющий части батареи, его можно сделать с учетом толщины провода.
3. «Мозаику» из фрагментов-ячеек собирают на подложке из любого тонкого, жесткого и не проводящего ток материала (например ДСП) и крепят в корпусе. Видео по правильной сборке можно найти на некоторых специализированных сайтах. Перед сборкой подложку  тоже окрашивают с двух сторон.
4. Общий пучок проводов выводится из батареи через отверстие в днище ближе к ее верху. Чтобы они не выпадали из корпуса, провода лучше завязать в узел и закрепить герметиком. После того как он высохнет, можно крепить верхнюю защитную панель. Если накрыть и заизолировать батарею до высыхания силикона, на внутренней поверхности защитного экрана от его испарений образуется пленка, которая снижает  прозрачность экрана.
5. Лицевую сторону готового коллектора накрывают оргстеклом или другим прочным прозрачным материалом. Для каждой части рамы нужен отдельный лист. Их крепят шурупами и изолируют по периметру силиконовым герметиком.

Как очистить фотопластинки от воска?

Так как фотоэлементы очень хрупки, некоторые продавцы перед отправкой заливают их воском для предохранения от ударов. Перед тем как начинать работу с такими панелями, их нужно очистить. Делается это с помощью горячей воды и мыльных ванночек.

Положите фотоэлементы в холодную воду и медленно их нагревайте, не доводя до кипения –  при кипении они будут биться друг о друга. Высокая температура тоже может повредить контакты. Разделять фотопластинки удобно пластмассовыми (не металлическими) щипцами и лопаткой.

Разделенные пластины переносят во вторую емкость – с мыльной водой, где их осторожно отчищают от остатков воска. После этого их промывают в чистой теплой воде и выкладывают на полотенце для просушки. Особо аккуратно надо обращаться с пластинками, к которым уже припаяны проводники: при разделении проводки могут порваться.

Монтаж фотоэлементов

Начинают монтаж с прорисовки «сетки» на монтажной поверхности и на подложке. Приклейте по уголкам каждой размеченной ячейки на монтажной поверхности маленькие пластмассовые крестики, которые применяют для укладки кафеля. Тогда при монтаже пластинки не будут смещаться.

Выложите элементы тыльной стороной вверх на расстоянии 3-5 миллиметров друг от друга. соединять фотопластинки в каждой группе из 18 штук нужно последовательно. После этого, чтобы получить заданное напряжение, группы также соединяют последовательно. Если соединить пластины и их группы параллельно, сила тока будет выше, а мощность – ниже, чем при последовательном соединении.

Для пайки используют маломощный паяльник и прутковый припой с канифольной сердцевиной. Точка пайки перед спаиванием смазывают  карандашом-флюсом. Фотопластины очень тонки и хрупки, поэтому надавливать на паяльник нельзя.

Одну группу спаивают «цепочками» из 6-ти элементов. Так как их соединяют последовательно, среднюю цепочку нужно осторожно повернуть по отношению к двум прочим на  180 градусов. Если вы решили соединить цепочки между собой специальной шиной (широким плоским проводом), поворачивать средний ряд не нужно.

Зачем нужны диоды Шоттки?

Как уже говорилось, в наборы Solar sells, кроме самих фотоэлементов и материалов для пайки, входят так называемые диоды Шоттки (шунтирующие диоды). Что это такое и обязательно ли их ставить? Упрощенно говоря, эти диоды не дают батарее разряжаться ночью и в пасмурную погоду.

Предполагается, что такой диод желательно припаивать к каждой ячейке, но на практике его ставят на всю батарею («минус» диода припаивается к «плюсу» батареи). Наиболее же оптимально устанавливать диод Шоттки на каждую половину батареи, описанной выше. Тогда если одна ее часть окажется в тени, вторая будет продолжать работать. Устанавливать шунтирующие диоды лучше внутри, а не снаружи батарей – они эффективнее работают при более высокой температуре.

Приклеивание панелей

Теперь можно клеить цепочки пластин на подложку. Нанесите каплю силиконового герметика в центр каждой из шести пластинок в цепочки. Переверните цепочку лицом вверх и уложите на разметку. Осторожно прижмите, чтобы герметик «схватился». Цепочка очень гибкая, поэтому чтобы не порвать тонкие проводки, переворачивать ее лучше вдвоем.

Осторожнее с герметиком! Капля герметика в центре пластинки прочно приклеит ее к основе. Но если вы нанесете клеящий состав по всей площади пластины, она со временем сломается. Так происходит потому, что при нагревании и охлаждении основа и пластинки расширяются и сжимаются по-разному.

Еще один способ приклеить получившуюся панель к подложке – использовать для этого двустороннюю   мягкую полимерную монтажную ленту типа Rollfix. Она пригодна для применения на открытом воздухе.  Нарежьте  из ленты небольшие кусочки, которые (точно так же, как и герметик) поместите в центры пластинок.

Защитное стекло

Чем более прозрачным будет защитный материал солнечной батареи – тем лучше. Можно использовать обычное толстое оконное стекло, а можно взять для корпуса солнечной батареи часть стандартного стеклопакета. Но стекло может разбиться во время града, а менять защитную панель на коллекторе достаточно сложно.

Лучшим материалом для защитного экрана считаются плексиглас или оргстекло. Крепить лист можно силиконовым герметиком, а можно использовать всё ту же монтажную ленту Rollfix. Стекольщики используют для приклеивания стекла хитрый способ, который позволяет приклеить его быстро и ровно.

Наклейте монтажную ленту по периметру короба, но снимите только краешек защиты с верхнего клейкого слоя. Теперь наложите лист стекла, оргстекла или плексигласа немного приподнимите его и вытяните «за хвостик» всю защитную пленку. Лист ляжет на место. Теперь остается заизолировать стыки герметиком, и батарея готова.