Солнечные батареи своими руками: доступный источник электроснабжения

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Владельцы загородной недвижимости всё чаще задумываются об альтернативной энергетике. Солнечные панели становятся популярным решением, но их покупка может быть дорогим удовольствием. Поэтому многих интересует возможность самостоятельного изготовления солнечных батарей. Эта статья подробно расскажет, как создать собственный источник энергии и на что обратить внимание.

Солнечная батарея — устройство, преобразующее солнечную энергию в постоянный электрический ток

Содержание

• 1 Что такое солнечная батарея?
• 2 Принцип работы солнечной батареи
• 3 Разновидности солнечных батарей
• 4 Солнечные батареи для частного дома
  • 4.1 Солнечные батареи для дома: отзывы потребителей
• 5 Комплекты солнечных батарей 3 кВт на дачу от 60000 рублей
• 6 Как изготовить солнечные батареи своими руками
  • 6.1 Солнечные батареи для дома своими руками: пошаговая инструкция для изготовления

Что такое солнечная батарея?

Солнечная батарея — это полупроводниковый генератор, который напрямую преобразует энергию солнечного света в электричество. Основная цель её установки — обеспечить дом автономным, экономичным и стабильным электроснабжением. Особенно актуальны такие системы в местностях с частыми отключениями центральной сети или полным её отсутствием.

Солнечная электростанция не эффективно работает ночью и в пасмурные дня, в то время как пик электропотребления приходится именно на вечерние часы

Ключевые достоинства солнечных батарей:

• Простота монтажа без необходимости тянуть кабели к удалённым опорам.
• Минимальное обслуживание в процессе эксплуатации.
• Экологичность: выработка энергии не сопровождается вредными выбросами.
• Отсутствие движущихся частей, что повышает надёжность.
• Полная бесшумность работы.
• Независимость от распределительных сетей и тарифов.
• Долгий срок службы при небольших эксплуатационных расходах.

Однако есть и недостатки, которые нужно учитывать:

• Сложный и трудоёмкий процесс самостоятельного изготовления.
• Панели требуют значительной площади для размещения.
• Чувствительность к загрязнению поверхности (пыль, снег).
• Нулевая выработка энергии в ночное время.
• Производительность напрямую зависит от погоды и интенсивности солнечного излучения.

В зимнее время стоит позаботиться о возможности очистки солнечных панелей от изморози и снега

Как работает солнечная батарея: физика процесса

Основу работы системы составляют фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), соединённые в цепь. Каждый такой элемент состоит из двух слоёв кремния с разным типом проводимости. Один слой (n-тип) легирован фосфором и имеет избыток электронов, другой (p-тип) — бором, создающим «дырки» (отсутствие электронов).

При попадании солнечного света на поверхность элемента в n-слое высвобождаются дополнительные электроны. На границе слоёв существует электрическое поле, которое разделяет заряды: положительные частицы («дырки») движутся вверх, а отрицательные (электроны) — вниз. Так возникает постоянное напряжение. Когда к такому элементу подключается нагрузка, в цепи начинает течь постоянный ток. Тонкие медные проводники на поверхности панели собирают этот ток и отводят его для дальнейшего использования.

Сила тока зависит от нескольких факторов:

• Размера и количества фотоэлементов.
• Интенсивности солнечного излучения (инсоляции).
• Технологии изготовления фотоэлементов.
• Сопротивления подключённых электроприборов.

Схема подключения и работы солнечной станции

Основные типы солнечных панелей

Все солнечные панели можно разделить на две большие группы: кремниевые и плёночные. Кремниевые, в свою очередь, бывают трёх видов:

• Поликристаллические. Панели тёмно-синего цвета с неоднородной поверхностью. Имеют КПД около 18%, но хорошо работают в условиях рассеянного света (в пасмурную погоду), что делает их универсальными.
• Монокристаллические. Чёрные панели со скошенными углами, изготовленные из чистого кремния. Обладают самым высоким КПД (до 25%), но максимальная эффективность достигается только при прямом солнечном свете. Это самый дорогой, но и самый производительный вариант.
• Аморфные (гибкие). Изготавливаются методом напыления кремния на гибкую подложку. Самые дешёвые, с КПД около 6%, работают даже в пасмурную погоду. Главный недостаток — быстрое снижение эффективности (деградация) и короткий срок службы (около 2 лет).

Гибкая солнечная панель удобна в работе — ее легко можно прикрепить на неровные участки крыши

Плёночные (рулонные) батареи — это новая технология. Они изготавливаются на полимерной плёнке, что делает их лёгкими, гибкими и относительно недорогими. Их можно резать и размещать на сложных поверхностях. Однако их мощность пока ниже, чем у кремниевых аналогов, а рынок таких решений только формируется.

Любая солнечная электростанция, помимо панелей, включает в себя контроллер заряда (управляет процессом зарядки аккумуляторов), аккумуляторы (накапливают энергию) и инвертор (преобразует постоянный ток в переменный для бытовых приборов).

Устанавливать стационарные солнечные панели стоит только с солнечной стороны дома

Расчёт и применение солнечных батарей для частного дома

Солнечная энергетика — практичная альтернатива для частного дома, позволяющая снизить счета за электричество или стать полностью независимым от сетей. Чтобы понять целесообразность и стоимость системы, необходимо провести предварительные расчёты.

Первый шаг — определить суточное потребление энергии. Для этого нужно сложить мощность всех электроприборов с учётом времени их работы. Полученная цифра — минимальная потребность вашего хозяйства.

Солнечные панели — это альтернативный способ получения электроэнергии, который позволит отказаться от услуг коммунальной электростанции

К этой величине стоит добавить 20% на потери в самой системе (в аккумуляторах и проводах). Далее нужно учесть ключевой параметр — инсоляцию в вашем регионе (количество солнечной энергии на кв. метр). Эти данные можно найти на метеорологических сайтах.

Расчёт количества панелей: (Потребность в энергии / Инсоляция) / Мощность одной панели. Важно делать расчёты для наихудших месяцев (например, декабря), чтобы система справлялась круглый год.

Полезный совет!К общей потребности в электроэнергии стоит прибавить еще 20%, что затрачивается в самих аккумуляторах.

Например, для дома площадью 100 кв. м. с базовым набором техники (освещение, телевизор, ноутбук, микроволновка) может потребоваться система мощностью около 1 кВт, что эквивалентно 4 панелям по 250 Вт.

Панели размещают на южном скате крыши, который должен быть прочным и ничем не затенённым. Кроме электроснабжения, солнечные системы можно интегрировать в отопление дома или подогрев воды, что особенно выгодно в регионах с большим количеством солнечных дней.

Перед установкой солнечной станции стоит убедиться, что она сможет покрыть потребности всех приборов в доме

Полезный совет! Поскольку инсоляция постоянно меняется, расчеты следует проводить ежемесячно.

Мнения пользователей: развеиваем мифы

Отзывы реальных владельцев помогают разобраться в распространённых заблуждениях:

• «Не окупится никогда». Практика показывает, что при грамотной установке система служит 25 лет и более, а первоначальные вложения окупаются за 3-5 лет.
• «Не работает в облачную погоду и зимой». Эффективность действительно падает, но выработка не прекращается полностью. Ночью, конечно, панели не работают.
• «Панели хрупкие и не выдержат града». Качественные панели проходят испытания и способны выдерживать даже крупный град.
• «Снег полностью блокирует работу». Основную опасность представляет наледь, за которую цепляется снег. Вертикальное расположение или своевременная очистка решают проблему.
• «Китайское — значит плохое». Многие китайские производители выпускают высококачественные сертифицированные продукты, так как именно Китай является мировым лидером в производстве гелиооборудования.

Солнечные батареи можно использовать не только в домах, но и в квартирах, устанавливая компактные панели на балконах.

Некоторые пользователи утверждают, что солнечная станция может покрыть полностью все расходы электроэнергии — начиная от мелких бытовых приборов и заканчивая системой отопления и нагрева воды

Готовые решения: комплекты для дачи

Для дачного дома с небольшим энергопотреблением отлично подходят готовые комплекты. Например, система мощностью 3 кВт (примерно 4 панели по 250 Вт, контроллер, инвертор и аккумуляторы) способна обеспечить базовые потребности в электроснабжении. Стоимость такого комплекта начинается от 60 000 рублей, а срок окупаемости составляет 3-5 лет. Это экономичнее, чем постоянно покупать топливо для генератора.

Мощность системы можно наращивать, добавляя дополнительные панели и аккумуляторы. Многие используют такие комплекты и в частных домах с центральным электроснабжением как резервный или дополнительный источник, что позволяет существенно экономить на счетах.

Составляющие солнечной станции

Практическое руководство: сборка солнечной батареи своими руками

Если покупка готового комплекта не по карману, можно собрать систему самостоятельно. Есть два пути: купить готовые модули и собрать из них панель или спаять её из отдельных фотоэлементов. Второй способ требует больше навыков и аккуратности, но обходится дешевле.

Четыре солнечные пластины вырабатывают в общей сложности 2 В электроэнергии

Что понадобится для сборки:

• Фотоэлементы. Лучше выбрать монокристаллические для дома. Покупайте все элементы у одного производителя.
• Проводники для соединения элементов.
• Материалы для корпуса: алюминиевые уголки, прозрачное оргстекло или поликарбонат для лицевой панели, задняя стенка.
• Комплектующие системы: контроллер заряда, инвертор (например, 12В → 220В), аккумуляторы, диоды Шоттки (для защиты от обратного тока), герметик, крепёж.

Существуют и «народные» методы создания панелей из диодов, транзисторов или фольги, но их эффективность крайне мала. Такие устройства годятся разве что для питания мелкой электроники вроде калькулятора.

Солнечную батарею можно собрать из подручных материалов, но эффективность такой батареи будет не высока

Пошаговая инструкция по сборке

1. Изготовление каркаса. Из алюминиевых уголков собирается рама с бортиками. Размер рассчитывается под количество фотоэлементов с зазором 3-5 мм между ними.
2. Монтаж прозрачного покрытия. На внутренние грани рамы наносится герметик, укладывается лист оргстекла или поликарбоната, всё плотно прижимается. После высыхания конструкция дополнительно фиксируется метизами.
3. Пайка фотоэлементов. Элементы раскладываются на ровной поверхности лицевой стороной вниз. К каждому припаиваются проводники, а затем все элементы соединяются последовательно в цепь («змейкой»). К крайним контактам припаиваются шинные проводники.
4. Установка диодов. Для защиты от разряда аккумулятора через панель в темноте на плюсовую клемму устанавливаются шунтирующие диоды Шоттки.
5. Сборка панели. Спаянная цепочка фотоэлементов аккуратно укладывается на прозрачное основание в раме. Все контакты и проводники фиксируются силиконовым клеем.
6. Завершение сборки. Конструкция закрывается задней стенкой, все стыки герметизируются.
7. Подключение системы. Готовая панель подключается через предохранители к контроллеру заряда, аккумулятору и инвертору.

Простая схема подключения солнечной панели

Полезный совет!Чтобы между нагрузкой и отдельными элементами батареи не возникало короткого замыкания необходимо установить предохранители.

Солнечная батарея, сделанная своими руками или купленная в готовом виде, — это реальный шаг к энергонезависимости. Она может стать как основным, так и резервным источником электричества для дома или дачи. Несмотря на первоначальные вложения, система окупается за несколько лет, после чего долгие годы обеспечивает вас практически бесплатной и экологически чистой энергией.

• Технология облицовки стен плиткой в бане: подготовка, укладка и финишная отделка
• Как самостоятельно изготовить мебельную стенку для садового домика