Как сделать солнечную батарею в домашних условиях?

Как сделать солнечную батарею своими руками: инструктаж по самостоятельной сборке

Солнечные батареи — источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?

Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками — затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.

В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.

Коротко об устройстве и работе

Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.

При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

В роли пластин-фотоэлементов выступают элементы из кремния. Кремниевая пластина с одной стороны покрыта тончайшим слоем фосфора или бора – пассивного химического элемента.

В этом месте под действием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются фосфорной плёнкой и не разлетаются.

На поверхности пластины имеются металлические “дорожки”, на которых выстраиваются свободные электроны, образуя упорядоченное движение, т.е. электрический ток.

Чем больше таких кремниевых пластин-фотоэлементов, тем больше электрического тока можно получить. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте далее.

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:

силикатные пластины-фотоэлементы;
листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
шурупы, саморезы;
силиконовой герметик для наружных работ;
электрические провода, диоды, клеммы.

Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

поликристаллические;
монокристаллические;
аморфные.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.

Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.

Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущей панели можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:

Алюминий – лёгкий металл, не дающий серьёзной нагрузки на опорную конструкцию, на которую планируется установка батареи.
При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен воздействию ржавчины.
Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниёт.

При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение.

От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.

Минимальный коэффициент светоотражения у плексиглас или более дешёвого его варианта – оргстекла. Чуть ниже показатель преломления света у поликарбоната.

От величины второго показателя зависит, будут ли нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвергаются нагреванию, тем дольше они прослужат. ИК-излучения лучше всего поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Немного хуже – обычное стекло.

Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

Проект системы и выбор места

Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.

Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант – батареи, которые могут менять угол наклона.

Место установки солнечных пластин может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.

Единственное условие – батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.

Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.

Сразу установить такую гелиосистему будет проблематично. Но даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести свой скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем также ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка аккумулятора гелиосистемы. Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Монтаж солнечной батареи по шагам

Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все требуемые материалы и инструменты, можно начинать монтаж батареи.

При монтаже необходимо соблюдать технику безопасности, особенно осуществляя установку готовой панели на крышу дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг #1 – пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлементов. Безусловно, если у вас есть возможность, то лучше всего купить фотоэлементы сразу с проводниками, т.к. пайка – очень непростая и кропотливая работа, занимающая много времени.

Пайка осуществляется следующим образом:

Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса-проводник.
Проводники нарезаются при помощи картонной заготовки, их длина в 2 раза больше, чем размер кремниевой пластины.
Проводник аккуратно выкладывается на пластину. На один элемент – два проводника.
На место, где будет производиться спайка, необходимо нанести кислоту для работы с паяльником.
Произвести пайку при помощи паяльника, аккуратно присоединив проводник к пластине.

В процессе пайки нельзя давить на силикатный элемент, т.к. он очень хрупкий и может разрушиться! Если вам посчастливилось, и вы приобрели фотоэлементы с готовыми контактами, то вы избавите себя от долгой и сложной работы, переходя сразу к изготовлению каркаса для будущей батареи.

Шаг #2 – изготовление каркаса для солнечной батареи

Каркас – это место, куда будут устанавливаться фотоэлементы. Для изготовления каркаса берутся алюминиевые уголки и рейки, из которых складываются рамки. Рекомендуемый размер уголка – 70-90 мм.

На внутреннюю часть металлических уголков наносится силиконовый герметик. Герметизацию уголков необходимо произвести тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.

После того, как алюминиевая рамка готова, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задний корпус представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.

Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Бортики привинчиваются при помощи саморезов и шуруповёрта.

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях

Если говорить об экономической целесообразности, то для изготовления небольшой солнечной батареи своими руками в домашних условиях выгодней купить фабричную панель, а не несколько десятков новых диодов или транзисторов. При одинаковой производительности (мощности) такая самоделка будет дешевле, а ее изготовление займет меньше времени. Единственное условие, оправдывающее потраченное время — это возможность дешево купить старые комплектующие, которые были списаны как «неликвиды».

Устройство и принцип работы

Есть два основных способа использования солнечной энергии:

Прямое использование для нагрева воды и аккумулирования тепла в гелио системах отопления и горячего водоснабжения.
Преобразование света в электроэнергию.

Справка. Основные законы преобразования света в электроэнергию были сформулированы в конце XIX века российским ученым Александром Столетовым.

Первые солнечные панели появились еще в семидесятые годы прошлого столетия, но несовершенные технологии и низкая эффективность делали производство батарей дорогим и низкорентабельным. И только последние разработки в этой области сделали производство «солнечной» электроэнергии технически и экономически доступными.

Есть несколько типов панелей, использующих разные материалы. Но все они построены на полупроводниках. Преобразование света основано на внутреннем фотоэффекте p-n перехода — возникновении дополнительных «дырок» и свободных электронов под воздействием света. Электроны «стремятся» в n-область, дырки — в p-область. Как результат перераспределения заряда между областями, возникает разность потенциалов и через переход протекает ток.

Это делает возможным объединять модули в единую систему, с подключением к общему оборудованию, которое позволяет контролировать работу, накапливать электроэнергию, преобразовывать ее и распределять между потребителями. А для защиты фотоэлементов используют специальное покрытие из закаленного стекла.

Стационарные солнечные батареи дополнительно оборудуют инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный. Компактным модулям для питания устройств, работающих от аккумуляторов, инвертор не нужен.
Аналогичный компактный модуль можно сделать своими руками из диодов или транзисторов и подключить его к «промежуточному» аккумулятору. А уже от него заряжать мобильный телефон (как от Power Box) или использовать для питания LED светильника.

Солнечная панель из диодов

Для изготовления панели можно использовать диоды в металлических и стеклянных корпусах. Первый вариант мощнее, но более трудоемкий. Второй — проще, хотя для достижения такой же мощности понадобится больше элементов.

Панель из диодов в металлическом корпусе

Если говорить о максимальной мощности, которую можно получить с одного кристалла полупроводника, то лучшими в этом отношении будут диоды серии КД203 (КД2010).

Чтобы вынуть кристалл кремниевого полупроводника и «открыть» его для освещения, надо:

аккуратно разбить керамику и освободить верхний контакт;
раскрыть корпус, сняв с основания «крышку»;
разогреть диод до температуры плавления олова, которым к кристаллу припаяны контакты;
освободить от верхнего жесткого контакта кристалл, а вместо него припаять гибкий проводник.

Диоды средней мощности в металлическом или металлостеклянном корпусе серии Д7, Д214, Д215, Д226, Д237, Д242-Д247 разбирать проще. Сначала бокорезами обрезают жесткий контакт и часть корпуса в виде трубки со стороны анода. А затем вставив нож в шов между основанием и крышкой, открывают корпус. Для облегчения процесса можно предварительно слегка сжать фланец корпуса в тисках, чтобы раскрылась щель между основанием и крышкой.

И эту процедуру надо выполнить с каждым диодом, а их должно быть несколько десятков. В реальных условиях напряжение на одном кристалле будет ниже максимума раза в полтора — около 0.5 В. Чтобы получить на выходе 5 В, надо последовательно соединить в блок 10 кристаллов.

Приблизительно такое же соотношение максимальной и реальной силы тока — рассчитывать надо на величину 4-5 мА. Чтобы «нарастить» силу тока и повысить мощность солнечной батареи, надо параллельно соединить на панели несколько таких блоков.

Сама панель должна иметь вид решетки из расположенных в несколько рядов ячеек двух разных диаметров, расположенных поочередно. Большое отверстие — для посадки корпуса, меньшее — для гибкого проводника, которым соединяют в цепь расположенные рядом диоды. Такая заготовка для диодов в металлическом корпусе без крышки глядит так:

Возможны и другие варианты конструкции панели, но принцип прежний — последовательно-параллельное соединение элементов. Принцип как сделать солнечную батарею из диодов был описан еще в советское время. Ниже приведено фото иллюстрации тех времен, на которой показаны способы разборки элементов и принципиальная схема соединения:

Панель из диодов в стеклянных корпусах

Эти элементы менее мощные и способны «генерировать» токи менее одного миллиампера, но их достоинство в том, что кристалл полупроводника не надо «открывать».

У некоторых серий корпус изначально прозрачный, а у тех элементов, корпуса которых окрашены, надо просто смыть краску растворителем.

К таким относятся диоды Д223Б, которые способны при оптимальной ориентации относительно яркого солнца выдавать напряжение около 0,3 В, что почти сопоставимо с более мощными аналогами.

Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:

помещают на некоторое время диоды в емкость с растворителем;
достают из растворителя элементы и счищают с них размягченную краску;
сгибают под 180° выводы анодов (это необходимо для правильного положения кристалла полупроводника относительно плоскости монтажной платы;
монтируют на монтажной плате элементы, объединяя их в последовательно параллельные группы согласно схеме соединения.

Вот так выглядит панель, состоящая из 9 параллельно соединенных блоков по 12 элементов в каждом:

Как видно, помещенная на солнце, она выдает напряжение в 2.5 В, а ее мощности хватает, чтобы полностью зарядить за 2 часа ионистор емкостью 0,47 Ф.

Панель из светодиодов

Любой светодиод обладает обратимостью: он не только излучает свет под напряжением, но и наоборот — генерирует электричество под воздействием света. Максимальная ЭДС у сверхярких элементов — до 1.65 В, но ток при этом получается очень маленьким — до 20 мкА. Зеленые индикаторные светодиоды с линзой диаметром 3 или 5 мм при освещении выдают почти 1.6 В. Совсем немного уступают им красные и оранжевые светодиоды с линзой 5 мм.

Панель солнечной батареи из транзисторов

Так же как и у диодов, открытый полупроводниковый кристалл транзистора при освещении образует разность потенциалов на p-n переходах. Если провести измерения, то в результате окажется, что всегда есть пара контактов, которая выдает максимально возможную мощность.

Но перед этим надо «открыть» корпус транзистора — аккуратно снять крышку. Вот так выглядит транзистор 2Т908А «внутри»:

Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной панели надо протестировать все заготовленные элементы и рассортировать их по группам (блокам) с наиболее близкими значениями суммарных напряжений.

Примечание: Один из основных недостатков мощных транзисторов отечественного производства — это «нестабильность» характеристик.

Например, чтобы подобрать приблизительно одинаковую пару для двухкаскадного усилителя, надо было «прозвонить» вручную несколько транзисторов.

Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.

Первый вариант. Соединяют параллельно группы (блоки) с одинаковым суммарным напряжением последовательно собранных элементов, и получают на выходе сумму токов от каждого блока. Схема приведена ниже:

Второй вариант. Элементы с приблизительно одинаковыми напряжениями соединяют в группе параллельно (выходной ток будет равен сумме токов). А чтобы нарастить напряжение, несколько таких групп соединяют последовательно.

Сборка корпуса

Самый простой корпус для панели домашней солнечной батареи изготавливают из фанеры или листового пластика:

Вырезают по размеру лист, к которому крепят панель.
По периметру листа крепят саморезами или на клей небольшие бортики высотой чуть больше толщины панели.
Сверлят отверстия под выходной кабель с клеммами для подключения аккумулятора.
Подключают к панели кабель через диод Шотки (это надо, чтобы обезопасить аккумулятор от короткого замыкания).
Сверху накрывают лист светопрозрачным листом — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Крепят его к бортам саморезами.

В качестве средства повышения эффективности панели из одного блока иногда используют алюминиевые банки. Такая солнечная батарея своими руками выглядит так:

В этой конструкции донышко от алюминиевой банки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» в фокусе отраженные лучи света.

Даже если кристалл полупроводника не лежит в главном фокусе, он все равно расположен на главной оптической оси, а это уже увеличивает концентрацию светового потока. Но такая конструкция оправдана в случае, если размеры панели не имеют значения, а количество диодов или транзисторов ограничено.

Как сделать своими руками солнечную батарею в домашних условиях

Сегодня на рынке доступно большое количество солнечных батарей, некоторые обещают зарядить ваш телефон, в то время как у других достаточно энергии для зарядки ipad. Они стали вполне доступными и портативными. Однако у всех них есть один существенный недостаток, и он связан с тем, как зарядная схема в телефоне и планшете заряжает свою внутреннюю батарею.

Итак, вы нашли идеальную солнечную панель, которая имеет идеальный USB-разъем для вашего телефона, установили его под яркое солнце, и телефон заряжается, как и ожидалось. Однако, если вы не живете в пустыне, в небе всегда есть вещи, которые разрушат вашу идеальную систему зарядки. Это облака, птицы, дрожащие деревья или даже пролетающие самолеты. Зарядная цепь телефона оснащена защитой и когда она обнаруживает падение напряжения в источнике питания, он начинает считаться ненадежным, а она отключает его от внутренней батареи.

Тем не менее, для источников солнечной энергии на даче внезапные прерывания питания происходят постоянно. Достаточно просто пройти мимо кого-нибудь и бросить тень на солнечную панель, чтобы отключить процесс зарядки. Несмотря на то, что вы купили идеальную систему, вы можете вернуться через час и обнаружить, что телефон не заряжается. А иногда, что еще хуже, телефон запускает свои цепи, чтобы заблокировать колеблющийся источник питания и это на самом деле в конечном итоге использует еще больше заряда от батареи.

Данная инструкция о том, как сделать солнечную батарею в домашних условиях для хранения избыточного заряда при полном солнечном освещении и использовать этот избыточный заряд для того, чтобы выждать время, когда на панели есть тень. Я разработал систему для работы с 12 В, потому что это нормальное напряжение для обычных коммерческих солнечных панелей, с которыми можно работать.

Основные характеристики для моей схемы:

Номинальное напряжение ……………. 13,0 В
Емкость аккумулятора …………….. 3,3Ач
Энергетическая мощность……..> 40Wh
Химия аккумуляторов …………… LiFePO4
Максимальный ток зарядки ……….. 3А
Максимальный ток разряда …… 7А (непрерывный)
Импульсный ток разряда …. 27А (10сек)
Напряжение падения заряда … 1 В
Напряжение полного заряда ………… 14,4 В

Выходная мощность батареи оказалась намного более мощной, чем я первоначально ожидал, и она была достаточно мощной, чтобы питать небольшой инвертор для работы фар и других небольших приборов.

Химия LiFePO4 аккумуляторов выбрана потому, что она хорошо сочетается с выходным напряжением солнечной панели, а также за ее отличные характеристики мощности и длительный срок службы. Хорошая батарея должна обеспечивать более 1000 циклов зарядки.

Материалы, которые вам понадобятся для изготовления солнечных батарей:

4 ячейки LiFePO4, приобретите их как предварительно собранный аккумулятор, либо соберите свой собственный
1x 12V LiFePO4 схема защиты аккумулятора. Я использую PCM-LFP7A4S из-за низкого потребления тока холостого хода

Для контроллера заряда аккумулятора:

TL431 — Ленточный регулятор
VN2222 — Может быть заменен на любой слабый N-канальный MOSFET
2x красных светодиода — тип не важен
LTV-816 — Оптический изолятор с выходом BJT, может быть заменен на аналогичный
IRF9Z24N — Мощный МОП-транзистор с каналом P-типа, для уменьшения потерь, можно использовать устройство большего тока.
диод Шоттки 2А — здесь будет работать любой диод с низким прямым напряжением
Потенциометр на 100К
Резисторы: 4,7 кОм, 100 кОм, 510 кОм и 1 кОм. Обычные 1/8 Вт работают нормально, или выберите SMD, если вы предпочитаете их

Я использую обычный 5-миллиметровый цилиндрический разъем для подключения питания к солнечной панели и автомобильный разъем для выхода

Amazon продает несколько светодиодных или жидкокристаллических измерителей напряжения по довольно низкой цене, любой из которых будет работать нормально.

Шаг 1: Справочная информация: Узнаём максимальную мощность солнечной панели

Вот некоторая основная справочная информация, которая поможет понять дизайн батарейного блока.

Солнечные батареи имеют постоянное напряжение и постоянную силу тока. Они имеют определенное расчетное напряжение, на которое рассчитана каждая панель. По мере того как нагрузка потребляет все больше и больше тока от панели, выходное напряжение немного падает, но не сильно. В какой-то момент потребление тока превышает количество тока, которое может генерировать панель (напрямую связано с количеством света, падающего на панель.) Эта точка называется точкой максимальной мощности. Проходя точку максимальной мощности, напряжение панели начинает падать, а выходная мощность уменьшается.

Таким образом, чтобы максимизировать количество энергии, генерируемой солнечной панелью, необходимо использовать солнечную панель как можно ближе к точке максимальной мощности. Это иллюстрируется графиком солнечной панели, которую я планирую использовать для проекта. Хотя окончательный дизайн будет работать со многими различными солнечными панелями, он будет наиболее эффективным, когда напряжение точки максимальной мощности солнечной панели соответствует проектному напряжению.

Для этого проекта я использую складную солнечную панель Mercury 27 производства Instapark.

Из графика мощности видно, что максимальная точка питания этой конкретной панели составляет 14 В.

Шаг 2: Базовые блоки схемы

Конструкция состоит из контроллера заряда, блока батарей, измерителя напряжения для наблюдения за состоянием заряда батареи и разъемов для ввода и вывода тока.

Шаг 3: Контроллер зарядки

Наиболее сложной частью конструкции является контроллер заряда. Есть несколько требований к дизайну, которым должен соответствовать контроллер заряда:

Низкое падение напряжения, поскольку напряжение на солнечной панели немного превышает 14 В, а номинальное напряжение аккумулятора составляет 13,4 В (3,35 В на элемент), допустимое напряжение отключения контроллера заряда должно быть как можно меньше.
Высокая сила тока. При максимальной выходной мощности солнечная панель будет выдавать ток около 2А. Таким образом, проходной транзистор должен иметь возможность пропускать как минимум 2 А тока с минимальным выпадением и не должен перегреваться.
Минимальный ток утечки на аккумулятор при отсутствии тока от солнечной панели. Это необходимо для предотвращения разряда аккумулятора при хранении.
Нет необходимости в регулировании силы тока. Поскольку солнечная панель является устройством постоянного тока, нет необходимости регулировать ток, протекающий через него, необходимо только регулировать напряжение.
Настраиваемая регулировка напряжения. Идеально настроить её для максимального напряжения зарядки литиевого элемента. Для данной конструкции это 14,4 В (3,6 В на элемент).

Схема показана в верхней части страницы.

Главный проход через транзистор это силовой P-MOS. В нормальном рабочем состоянии МОП-транзистор приводится в действие выше порогового значения, чтобы обеспечить минимальное сопротивление во включенном состоянии (линейный режим).

Регулирование напряжения осуществляется с помощью регулятора TL431.

Выход МОП-транзистора соединен с диодом Шоттки, чтобы предотвратить обратный ток от батареи в контроллер заряда. Диод Шоттки используется для минимизации падения напряжения во включенном состоянии.

Оптический изолятор используется для разрыва соединения между батареей и цепью обратной связи TL431. Несмотря на то, что делитель напряжения имеет довольно высокое сопротивление (100 кОм), он все равно даёт нежелательную утечку тока, когда батарея не используется. Таким образом, использование оптического изолятора, подключенного к напряжению питания солнечной панели, может эффективно отключить делитель напряжения, когда солнечная энергия отсутствует, что обеспечит минимальные потери мощности.

Шаг 4: Батарея

Самодельная солнечная батарея сделанная своими руками состоит из четырех 26650 LiFePO4-элементов, соединенных последовательно. Я использовал модули на 3,3Ач. Аккумуляторная батарея подключена к монитору батареи 8А, который защитит аккумулятор от перезарядки, недозарядки и короткого замыкания.

Есть и другие готовые аккумуляторы, которые также можно использовать. Для людей, которые не имеют опыта в создании аккумуляторов, я рекомендую купить один из готовых аккумуляторов со встроенной схемой контроля аккумулятора.

Аккумуляторная батарея опасна, так как это просто литиевая батарея очень высокой мощности и может при коротком замыкании она может взорваться.

Готовый аккумуляторный блок содержит контрольную цепь, которая защитит аккумулятор при обнаружении короткого замыкания.

Шаг 5: Собираем всё воедино

Контроллер заряда построен с использованием макетной платы с проволочной обмоткой. Весь девайс помещен в коробку, которая была у меня на руках.

На верхнюю крышку я добавил измеритель напряжения, купленный на Amazon. Он позволяет контролировать напряжение батареи во время зарядки и разрядки.

Перед использованием, для первоначальной регулировки необходимо снизить выходное напряжение до расчетного заданного значения. Лучший способ сделать это — использовать лабораторный источник питания, чтобы полностью зарядить аккумулятор до 14,4 В, а затем оставить аккумулятор на 5 минут, напряжение должно упасть примерно до 14 В.

Подсоедините источник питания (солнечный или лабораторный источник питания) и отрегулируйте потенциометр, пока аккумулятор снова не зарядится до 14,4 В.

Транзистор P-MOS немного нагревается при использовании, я поместил на него небольшой радиатор, чтобы он не перегревался в жаркий день.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Солнечная панель своими руками

Зачем платить кучу денег (или вообще какие-то деньги) за программу, которая показывает, как сделать солнечную батарею, если можно получить то же самое бесплатно?

Я расскажу, как сделать солнечную панель, стоимость которой будет вдвое меньше покупного аналога. Подобные системы сделаны из материалов, продающихся в местных строительных магазинах и магазинах электроники. Также можно купить материалы онлайн. Время собирать солнечный свет и делать электричество бесплатным!

Шаг 1: С чего все началось

Я наблюдал, как растут мои счета за электроэнергию год за годом, просто потому, что современная бытовая техника постоянно стоит включенной в режиме ожидания. И в этом заключается не только вред окружающей среде, но и вред моему счету в банке, потому что я фактически плачу за “ничего”. Я не мог постоянно выключать устройства из сети, так как это усложняло их использование и отнимало лишнее время на постоянные настройки. Постепенно я начал искать возобновляемые источники энергии, чтобы компенсировать мои ненужные траты. Ветровая энергия была не вариант, я живу в очень тихом районе без ветров. Гидроэлектроэнергия тоже не подходит, так как я живу на равнине практически без рек. Поэтому солнечная энергия показалась мне наиболее удачным выбором.

Стоимость готовых солнечных систем просто громадная, такая установка не окупит себя и за 20 лет непрерывной работы. Я попытался завоевать один из правительственных грантов на такую систему, но их очень мало, и я не получил свой. Но это не заставило меня отказаться от цели, хоть я и не хотел платить так много денег за систему. Логичным решением было сделать ее самостоятельно. Да, вы все верно поняли, я захотел сделать свою собственную солнечную систему. Теперь я могу точно сказать, что это вполне возможно, все материалы доступны в местных магазинах или по интернету. Я не технический гений и не имею много опыта в работе с электричеством, я просто изучил конструкцию солнечных панелей, из чего они делаются, как можно собрать солнечную систему своими руками. В результате получился этот мастер-класс.

Шаг 2: Начало

Для одной панели вам понадобится:

— 28 солнечных элемента с пиковой мощностью 3.1 Вт
— 2 листа стекла
— блокирующий диод на 6А
— 24 м ленточного провода шириной 2 мм
— 2 м ленточного провода 5 мм шириной
— флюс
— распределительная коробка
— клеммная колодка
— припой
— 1 м термоусадочной трубки
— 100% силиконовый герметик
— крестики для кафеля
— 2 алюминиевых уголка

Кроме того, понадобятся монтажные материалы. Общая стоимость одной панели составила 211.36 евро. Я привел список нужных материалов для ондй панели, а в конструкции предусмотрено две, один инвертор и прибор для измерения выработки. В сумме затраты на материалы составляют 441.72 евро или 20778 рублей.

Вскоре после планирования нужных материалов я нашел солнечные батареи онлайн. Собрав информацию с разных источников, я сделал монтажную схему проводки и закупил обычное стекло в местном магазине. Инструменты также были куплены на месте.

Монтажные материалы, такие как провода, монтажная коробка, шурупы, крепежные кронштейны, я не покупал, потому что все это уже пылилось в сарае.

Шаг 3: Производственный процесс

Я припаял солнечные элементы согласно монтажной электросхеме группами. Это суммировало напряжение всех ячеек для достижения желаемого выхода (максимально возможного). Я сделал панель из 28 ячеек (4 ряда по 7 элементов). В таком расположении и размере панель отлично помещалась в место в моем саду. В итоге я получал 28х0.5В=14В (в теории). Силу тока я до сих пор не знал, потому что купил недорогие элементы класса В для этого эксперимента (просто сэкономил).

Когда я закончил паять ячейки, все они были верх ногами (так как я спаивал из с задней стороны). Я капнул силикона на каждую панель и приклеил их к 4-миллиметровому листу стекла (этот лист будет задней стороной панели).

Я оставил это все сохнуть, чтобы силикон достаточно испарился (это действительно важно, чтобы ушли все лишние пары, поскольку они вступают в реакцию с припоем на батареях).

Затем я перевернул стеклянный лист и вставил небольшие крестики для кафеля между секциями (обычно их используют при кладке кафеля на стенах, чтобы соблюсти одинаковый зазор со всех сторон). Я сделал это для того, чтобы вместе со вторым листом стекла вся конструкция была более плотной и прочной. После расстановки крестиков я нанес слой силикона по краям стеклянного листа на расстоянии около 3 см от края (этот край нужен нам для заделки в следующих шагах).

Затем я разместил другой лист стекла поверх элементов, так что солнечные элементы теперь заключены между двумя листами стекла толщиной 4 мм (можно сказать, я застеклил элементы, это и был мой простой план).

Шаг 4: Выпаривание

Я оставил всю эту конструкцию сохнуть минимум сутки. Чем дольше, тем лучше. Между двумя листами стекла осталось пустое место по краям. Я залил это пространство герметиком. Я запечатал элементы двумя слоями силикона, и если один из них разгерметизируется, то второй надежно будет защищать батареи внутри. После нанесения второго слоя я оставил конструкцию сохнуть еще на 3 дня. Когда силикон полностью высох, я сделал рамку из алюминиевого профиля, чтобы защитить стеклянный корпус панели.

Шаг 5: Монтажная коробка

На задней стороне панели я сделал монтажную коробку с клеммной колодкой. На одной стороне блока идет +, а с другой стороны будет идти провод к инвертеру. Также в монтажной коробке есть диод между + с панели к +, идущему к инвертеру, это предотвращает поток электричества к панели, когда панель не производит никакого электричества (например, в темное время суток).

Шаг 6: Инвертер

Я связался с продавцом солнечных панелей, чтобы заказать подходящий инвертер. Мне нужен маленький инвертер (я же собираюсь производить небольшое количество электричества своей системой). Я взял инвертер OK-4, рассчитанный на 24 — 50 В, максимально 100 Вт. Это был самый маленький инвертер. Получается, что одной панели будет мало, потому что она выдает максимально 14В. Мне нужна была вторая панель, и в сумме у меня получится 28В, чего будет достаточно для инвертера. Учитывая, что это не сильный ток, то и двух панелей могло быть мало. И я сделал третью панель, чем достиг стабильно высокую производительность.

Я знаю, что этот инвертер максимально рассчитана на 100 Вт, а мои три панели будут давать больше (135 Вт), но этот максимум от панелей будет гаситься инвертером. Все, что идет сверх допустимой мощности, будет выделяться в виде тепла. Да, я знаю, что вы думаете: я трачу электричество впустую. Это правда, но такой перебор будет только в самые яркие часы, всего несколько часов в день. Большую часть дня панели не получают света столько, чтобы вырабатывать сверх 100 Вт. Зато при такой конструкции я постоянно добываю электроэнергию в достаточном количестве — с самого восхода солнца и до заката, просто потому, что инвертер способен работать на низком напряжении. Я получаю гораздо больше электроэнергии, питая панели весь день, чем теряю на скашивании максимальной мощности в часы зенита.

Шаг 7: Цифры и факты

В моем инвертере OK-4 не было встроенного дисплея для показа выработки, поэтому мне нужен был отдельный измеритель.

Ну и мне опять же не хотелось выкладывать кучу денег за этот прибор. В местном магазине я купил вот такую модель — ELRO M12 Power Calculator, который предназначен для расчета потребления электроэнергии бытовыми приборами, но работает неплохо и для подсчета выработки солнечной электроэнергии (этот калькулятор работает обоими способами, может как брать, так и отдавать электричество в сеть).

И этот калькулятор включается напрямую в розетку без суперсложных проводок (как раз то, что нужно).

Каждый солнечный элемент выдает 0.5В х 6А = 3Вт, но это максимальная мощность, при идеальных условиях. Для всей панели такая максимальная мощность составляет 28 ячеек х 3Вт = 84Вт.

Но по опыту знаю, что это очень оптимистические цифры, которые на деле обычно на 20% меньше. Так что в реальной жизни я ожидаю производительность примерно в 67Вт.

Моя панель точно не расположена идеально к солнцу, но сейчас это не так и важно. Панели расположены под углом 10 градусов (вместо 35) и не точно на юг.

Но это временная установка, я просто хочу посмотреть, как они себя ведут в реальных условиях при холодной температуре воздуха, куче дождей и затуманенного солнца.

В ближайшем будущем я поправлю установку.

Учитывая все факторы, панели вырабатывают по 15В х 3А = 45Вт каждая при условии, что напряжение ячеек используется по максимуму.
Сила тока может увеличиться путем изменения угла наклона панелей больше к солнцу, но сейчас это невозможно в том месте, где я их расставил.

Шаг 8: Рабочие показатели

В среднем панели вырабатывают по 500 Вт в неделю, учитывая, что все работает в обычных условиях. Сейчас критики скажут, что это вообще ничто, но учитывая, что панели могут давать больше, если я поменяю угол/расположение, и то, что мои панели меньше стандартных плюс это всего 3 панели, то цифры не кажутся такими уж маленькими. Моей целью было компенсировать трату энергии на бытовую технику, работающую в режиме ожидания. И в этом я преуспел. Не учитывая надежность конструкции (на проверку требуется больше времени), я могу сказать, что самодельная солнечная система работает также хорошо, как и те, что можно купить в магазине.

Шаг 9: Мысли на будущее

В будущем я планирую проверить панели на прочность, так как я пока не знаю, как они поведут себя в длительном периоде, учитывая разнообразие погодных условий, в которых им придется функционировать.

После этого я хочу сделать систему следования за солнцем и более крупные по размеру панели.

Так мне удастся получить больше электроэнергии, так как это будут более мощные панели, которые всегда будут оптимально направлены к солнцу.
И конечно же, все полученные знания я разделю с читателями, чтобы каждый смог повторить это у себя дома.

Специально для критиков: да, вы правы, это не бесплатная электроэнергия, так как я оплачиваю материалы. Но со временем мои панели окупаются, и начинают работать на меня, принося урожаи с солнца.

Солнечная батарея своими руками

Солнечные лучи, как альтернативный источник энергии, приобретают все более широкую популярность среди населения. Особенно это касается жителей частного сектора, постепенно избавляющихся от энергетической зависимости. Однако подобные системы еще довольно дороги и не все могут их приобрести. В таких ситуациях наилучшим выходом становится солнечная батарея изготовленная своим руками из подручных материалов.

Выбор фотоэлементов

Любая солнечная батарея для дома сделанная своими руками, будет в любом случае стоить значительно ниже, чем заводская. У известных производителей производится тщательный отбор фотоэлементов, в процессе которого отсеиваются заготовки, имеющие пониженные или нестабильные показатели. Поверхность готовых изделий покрывается специальным стеклом, снижающим отражение света, отсутствующим в свободной продаже. В производстве применяются многие другие методы исследования пластинок, совершенно не подходящие для домашних условий.

Однако, солнечная батарея своими руками вполне может быть изготовлена, а полученные самоделки обладают хорошей работоспособностью и не столь заметно отличаются от изделий промышленного производства. Зато экономия денежных средств получается практически в два раза, и в определенных условиях делать панели не только целесообразно, но и выгодно.

Следовательно, основная цель на стадии подготовки заключается в правильном выборе наиболее подходящих фотоэлементов. По техническим причинам пленочные или аморфные изделия можно сразу же исключить и остановиться на пластинках их кремниевых кристаллов. В самых первых домашних опытах рекомендуется воспользоваться более дешевыми элементами из поликристаллов и лишь потом переходить к работе с монокристаллическими кремниевыми материалами.

Приобрести фотоэлементы для солнечной батареи возможно на известных зарубежных торговых площадках, таких как Алиэкспресс, Амазон и других. Они находятся там в свободной продаже в виде отдельных пластинок с различной производительностью и габаритными размерами, что позволяет собрать солнечную панель требуемой мощности.

Кроме того, существуют бракованные изделия, относящиеся к так называемому классу В, имеющие различные повреждения в виде небольших сколов и трещин. На производительность это почти не влияет, зато их стоимость значительно ниже, поэтому они чаще всего используются в самодельных гелиосистемах.

Выбор пластинок прежде всего осуществляется по их внешнему виду. Монокристаллические элементы имеют однотонную поверхность темно-синего цвета, на которой расположена хорошо заметная электродная сетка. В поликристаллических пластинках поверхность покрыта более светлым узором, образованным многочисленными мелкими кристалликами. Подробнее чем отличаются монокристаллические панели от поликристаллических читайте здесь https://electric-220.ru/news/monokristallicheskie_i_polikristallicheskie_solnechnye_batarei/2018-12-26-1624

Расчет и проектирование

Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.

Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент. Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный. В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.

Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.

Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.

Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности. Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде. Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.

Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м 2 .

Формула для расчета

Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.

Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.

Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью. Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов. В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.

Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.

Выбор места установки

Производительность солнечных панелей во многом зависит от места их установки. Поэтому, перед тем как сделать солнечную батарею своими руками, нужно заранее определиться, где она будет расположена.

МОЩНАЯ САМОДЕЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

В общем от диодной солнечной панели я желал получить номинальное напряжение при нормальном солнечном освещении 9 вольт, напряжение при облачной погоде не менее 6 вольт, а при ярком солнечном освещении планировалось получить до 14-16 вольт напряжения, про силу тока поговорим потом. Итак, поскольку пиковое значение напряжение в 0,7 вольт мои кристаллы отдавали очень редко (в течении 3-х дней испытании на солнце мультиметр только один раз показал такое значение от одного кристалла), то решил для удобства проведения расчетов использовать расчетную величину тока одного кристалла 0,5 вольт. Для получения 12 вольт напряжения нужно последовательно соединить 24 кристалла полупроводниковых диодов. Теперь поясню, как достать кристалл из диода. Берем сам диод и при помощи молотка разбиваем стеклянный держатель верxнего контакта диода. Затем при помощи плоскогубцев нужно открыть диод. Там мы увидим кристалл, который припаян к основании диода. К кристаллу припаян медный многожильный провод на конце которого прикреплен верxний контакт диода. Берем нижнее основание диода на который припаян кристалл и идем к газовой плите. Держим его при помощи плоскогубцев на огне (так, что полупроводниковый кристалл наxодился сверxу). Через пол-минуты олово кристалла расплавится и уже можно спокойно взять его при помощи пинцета. Так нужно делать со всеми диодами. У меня на это ушло пару дней. Работа действительно трудная, но дело стоит того. Как уже было сказано, каждый полупроводный кристалл способен отдавать до 7 миллиампер тока на ярком солнце. Для удобства расчета использовал значение силы тока одного кристалла 5 миллиампер. То есть, если параллельно соединить 32 кристалла мы получим силу тока 160 миллиампер, почему именно 160 миллиампер? Просто у меня диодов xватило как раз только для получения такого тока. Нужно подключить 24 диода последовательно для получения 12 вольт напряжения и собрать 32 блока по 12 вольт и включить параллельно для получения желаемой емкости. В итоге когда панель была готова (после почти недели работ) я почему то получил иные параметры которые меня очень обрадовали. Максимальное напряжение при ярком солнечном освещении до 18 вольт, а сила тока достигала 200 миллиампер, иногда до 220 миллиампер.

Для корпуса панели были использованы два каркаса от советского стабилизатора напряжения. На стабилизаторе есть отверстия для вентиляции и именно в ниx были поставлены полупроводные кристаллы.

Поскольку солнечный свет не всегда будет освещать нашу панель, то было решено зарезервировать напряжение от панели в аккумулятораx. Аккумуляторы были использованы от китайскиx фонариков. Каждый аккумулятор имеет следующие параметры: напряжение 4 вольт, емкость до 1500 миллиампер.

То есть наша панель за сутки успеет зарядить такой аккумулятор, точнее три такиx аккумулятора, поскольку аккумуляторы были включены последовательно для получения 12 вольт напряжения, потом переделал панель и она также при желании могла отдавать 8 вольт 300 миллиампер. Также была изготовлена небольшая панель из стеклодиодов. Стеклодиод при ярком солнечном освещении отдавал напряжение до 0,3 вольт, а сила тока до 0,2 миллиампер.

Стеклодиодная панель у меня дает напряжение 4 вольта, сила тока до 80 миллиампер. Все напряжение от солнечныx панелей накапливалось в свинцовыx аккумулятораx от фонарей, однако желательно использовать аккумулятор с большой емкостью, даже и от автомобиля. Все напряжение от аккумуляторов тратилось с одной целью — осветить дом в ночное время. Освещение выполнялось светодиодами.

Для этого из магазина были куплены светодиодные китайские фонарики. Затем были созданы светодиодные панельки.

На каждой панельке 42 светодиода. В общей сложности были созданы три идентичные панели которые вместе потребляли всего 20 ватт. Но освещенность равна 100 ваттной лампе накаливания и даже больше.

Свет, которые дают светодиоды, более приятный и успокаивающий. К тому же светодиоды имеют ничтожные тепловые потери.

Ну в прочем думаю все отлично знают, что светодиоды более эффективны. Все светодиоды были подключены параллельно и питаются от 4-х вольт напряжения, но напряжение нужно подать через токоограничивающий резистор 10 ом — мощность резистора 1 ватт, и нагрева резистора не наблюдалась. Ака.

Форум по обсуждению материала МОЩНАЯ САМОДЕЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

Медицинские устройства для контроля параметров здоровья человека. Примеры современных микросхем снятия и обработки сигналов тела.