Солнечная батарея своими руками - пошаговое руководство по изготовлению

Солнечная батарея своими руками.

Детальное пошаговое руководство по самостоятельному изготовлению солнечной батареи своими руками.

К сожалению, солнечные батареи недешевы, поэтому самодельную солнечную батарею можно собрать самому. Для

Для изготовления солнечной батареи используем простые инструменты и недорогие подручные материалы, чтобы сделать мощную и самое главное дешевую солнечную батарею.

Что такое солнечная батарея? и с чем ее едят.

Солнечная батарея, это контейнер, состоящий из солнечных элементов.

Солнечные элементы, делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо довольно много.

Кроме того, солнечные элементы очень хрупкие. Поэтому их и объединяют в Солнечную батарею.

Солнечная батарея содержит достаточное количество солнечных элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения.

Трудности, возникающие при самостоятельном изготовлении солнечной батареи

• Главное препятствие в изготовлении солнечной батареи - это покупку солнечных элементов за разумную цену.
• Новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги.
• Дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на интернет аукционе eBay и других местах гораздо дешевле.
• Солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи.

Изготовление

Для того чтобы изготовить солнечную батарею максимально дешевой, используем дефектные элементы, и закупаем их например на eBay. 

Для изготовления солнечной батареи я купил несколько блоков монокристаллических солнечных элементов размером 3х6 дюйма.

Чтобы сделать солнечную батарею, необходимо соединить последовательно 36 таких элементов.

Каждый элемент генерирует порядка 0,5В. 36 элементов, соединенных последовательно дадут нам около 18В, которые будут достаточны для зарядки батарей на 12В. (Да, такое высокое напряжение действительно необходимо для эффективной зарядки 12В аккумуляторов).

Солнечные элементы этого типа тонкие как бумага, хрупкие и ломкие как стекло. Их очень легко повредить.

Продавец этих элементов окунул наборы из 18 шт. в воск для стабилизации и доставки без повреждений. Воск - это головная боль при его удалении. Если у вас есть возможность, ищите элементы, не покрытые воском. Но помните, что они могут получить больше повреждений при транспортировке.

Заметьте, что мои элементы уже имеют припаянные проводники. Ищите элементы с уже припаянными проводниками. Даже с такими элементами вам нужно быть готовым много поработать паяльником. Если же вы купите элементы без проводников, приготовьтесь работать паяльником раза в 2-3 больше. Короче, лучше переплатить за уже припаянные провода.

Также я купил пару наборов элементов без заливки воском у другого продавца. Эти элементы пришли упакованные в пластиковую коробку. Они болтались в коробке и немного обкололись по бокам и углам. Незначительные сколы не имеют особого значения. Они не смогут снизить мощность элемента настолько, чтобы об этом надо было беспокоиться. Купленных мной элементов должно хватить на сборку двух солнечных батарей. Зная, что возможно сломаю парочку при сборке, поэтому купил чуть больше.

Солнечные элементы продаются самого широкого спектра форм и размеров. Вы можете использовать более крупные или мелкие, чем мои 3х6 дюймов. 

Только помните:

• Элементы одного типа производят одинаковое напряжение независимо от их размера. Поэтому для получения заданного напряжения всегда потребуется одинаковое количество элементов.
• Большие по размеру элементы могут генерировать больший ток, а меньшие по размеру, соответственно - меньший ток.
• Общая мощность вашей батареи определяется как ее напряжение умноженное на генерируемый ток.

Использование больших по размеру элементов позволит получить большую мощность при том же напряжении, но батарея получится крупнее и тяжелее. Использование меньших элементов позволит уменьшить и облегчить батарею, но не сможет обеспечить такую же мощность.

Также стоит отметить, что использование в одной батарее элементов разных размеров - плохая идея. Причина в том, что максимальный ток, генерируемый вашей батареей, будет ограничен током самого маленького элемента, а более крупные элементы не будут работать в полную силу.

Солнечные элементы, на которых я остановил выбор, имеют размер 3х6 дюйма и способны генерировать ток примерно 3 ампера. Я планирую соединить последовательно 36 таких элементов, чтобы получить напряжение чуть больше 18 вольт. В результате должна получиться батарея, способная выдавать мощность порядка 60 ватт на ярком солнце.

Звучит не сильно впечатляюще, но все же это лучше чем ничего. При чем, это 60Вт каждый день, когда светит солнце. Эта энергия будет идти на зарядку аккумулятора, который будет использоваться для питания светильников и небольшой аппаратуры всего несколько часов после наступления темноты. 

Корпус солнечной батареи представляет собой неглубокий ящик из фанеры, чтобы борта не затеняли солнечные элементы, когда солнце светит под углом. Сделать его мо он из фанеры толщиной 3/8 дюйма с бортиками из реек толщиной 3/4 дюйма. Бортики приклеены и привинчены на место.

Батарея будет содержать 36 элементов размером 3х6 дюймов.

Разделяем их на две группы по 18 шт. просто для того, чтобы их было проще паять в будущем. Отсюда и центральная планка посередине ящика.

Небольшой набросок, показывающий размеры солнечной батареи.

Все размеры указаны в дюймах . Бортики толщиной 3/4 дюйма идут вокруг всего листа фанеры. Такой же бортик идет по центру и делит батарею на две части. 

Вид одной из половин моей будущей батареи.

В этой половине будет размещена первая группа из 18 элементов. Обратите внимание на небольшие отверстия в бортиках. Это будет нижняя часть батареи (на фото верх находится внизу). Это вентиляционные отверстия, предназначенные для выравнивания давления воздуха внутри и снаружи солнечной батареи и служащие для удаления влаги. Эти отверстия должны быть только внизу батареи, иначе дождь и роса попадут внутрь. Такие же вентиляционные отверстия должны быть сделаны в центральной разделительной планке. 

Далее вырезаем два подходящих по размеру куска ДВП. Они будут служить подложками, на которых будут собираться солнечные элементы. Они должны свободно помещаться между бортиками.

Не обязательно использовать именно перфорированные листы ДВП, просто у меня оказались такие под рукой. Пойдет любой тонкий, жесткий и не проводящий ток материал.

Чтобы защитить батарею от погодных неприятностей, лицевую сторону закрываем оргстеклом.

На фото два листа оргстекла соединенные на центральной перегородке. Сверлим отверстия вокруг кромки, чтобы посадить оргстекло на шурупы. Будьте осторожны, сверля отверстия возле кромки оргстекла.

 Не давите сильно - иначе сломается, а коли уж сломаете, то приклейте отломавшийся кусок и просверлите недалеко от него новое отверстие.

Красим все деревянные части солнечной батареи в 2-3 слоя, чтобы защитить их от воздействия окружающей среды. Ящик и подложки красим с 2-х сторон внутри и снаружи.

Основа для солнечной батареи готова, и самое время подготовить солнечные элементы.

Как и было сказано выше, удаление воска с солнечных элементов - это настоящая головная боль.

Для эффективного удаления воска с солнечных элементов, используйте следующий способ:

1) Купаем солнечные элементы в горячей воде, чтобы растопить воск и отделить элементы друг от друга. Не дайте воде закипеть, иначе пузырьки пара будут сильно бить элементы один о другой. Кипящая вода также может быть слишком горячей, в элементах могут быть нарушены электрические контакты.

Рекомендую погружать элементы в холодную воду, а потом медленно их нагревать, чтобы исключить неравномерный нагрев. Пластиковые щипцы и лопатка помогут отделить элементы, когда воск растает. Постарайтесь сильно не тянуть за металлические проводники - могут порваться. 

На фото показана финальная версия «установки» которую я использовал.

Первая «горячая ванна» для растапливания воска находится на заднем плане справа. На переднем плане слева - горячая мыльная вода, а справа - чистая горячая вода. Температуры во всех кастрюлях ниже температуры кипения воды. Сначала в дальней кастрюле растапливаем воск, переносим элементы по одному в мыльную воду, чтобы удалить остатки воска, после чего промываем в чистой воде.

2) Выкладываем элементы для просушки на полотенце. Вы можете менять мыльную воду и воду для промывки почаще. Только не сливайте использованную воду в канализацию, т.к. воск затвердеет и засорит сток. Этот процесс удалил практически весь воск с солнечных элементов. Только на некоторых остались тонкие пленки, но это не помешает пайке и работе элементов. Промывка растворителем, возможно, удалит остатки воска, но это может быть опасно и зловонно. 

Несколько разделенных и очищенных солнечных элементов сушатся на полотенце. После разделения и удаления защитного воска из-за своей хрупкости они стали удивительно сложными в обращении и хранении, оставляем их их в воске до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в солнечную батарею.

Делаем основу для солнечной батареи. У меня же пришло уже время установить их. 

Рисуем сетку на каждой основе, для упрощения процесса установки каждого элемента.

Выкладываем элементы по этой сетке обратной стороной вверх, так их можно спаять вместе. Все 18 элементов для каждой половины батареи должны быть соединены последовательно, после чего обе половины также должны быть соединены последовательно для получения требуемого напряжения. 

Спаивать элементы между собой поначалу сложно. Начинайте только с двух элементов. Разместите соединительные проводники одного из них так, чтобы они пересекали точки пайки на обратной стороне другого. Обязательно убедиться, что расстояние между элементами соответствует разметке.

Для пайки используем маломощный паяльник и прутковый припой с сердцевиной из канифоли.

Повторять пайку пришлось до тех пор, пока не получилась цепочка из 6-ти элементов. Соединительные шины от сломанных элементов я припаял к обратной стороне последнего элемента цепочки. Таких цепочек я сделал три, повторив процедуру еще дважды. Всего 18 элементов для первой половины батареи. 

Три цепочки элементов должны быть соединены последовательно. Поэтому среднюю цепочку поворачиваем на 180 градусов по отношению к двум другим. Ориентация цепочек получилась правильной (элементы все еще лежат обратной стороной вверх на подложке). Следующий шаг - приклеивание элементов на место.

Приклеивание элементов потребует некоторой сноровки. Наносим небольшую каплю силиконового герметика в центре каждого из шести элементов одной цепочки. После этого переворачиваем цепочку лицевой стороной вверх и размещаем элементы по разметке, которую нанесли раньше. Легонько прижмите элементы, надавливая по центру, чтобы приклеить их к основе. Сложности возникают в основном при переворачивании гибкой цепочки элементов. Вторая пара рук тут не повредит.

Не наносите слишком много клея и не приклеивайте элементы нигде кроме центра. Элементы и подложка, на которой они смонтированы, будут расширяться, сжиматься, гнуться и деформироваться при изменении температуры и влажности. Если вы приклеите элемент по всей площади, он со временем сломается. Приклеивание только в центре дает элементам возможность свободно деформироваться отдельно от основы. Элементы и основа могут деформироваться по-разному и элементы не сломаются. 

Вот полностью собранная половина батареи. Была использована медная оплетку от кабеля для соединения первой и второй цепочки элементов.

Можно использовать специальные шины или даже обычные провода. Просто у меня под рукой была медная оплетка от кабеля. Такое же соединение делаем с обратной стороны между второй и третьей цепочкой элементов. Каплей герметика я прикрепил провод к основанию, чтобы он не «гулял» и не гнулся.

Тест первой половины солнечной батареи на солнце.

При слабом солнце в дымке эта половина генерирует 9,31 В. Ура! Работает! Теперь мне нужно сделать еще одну такую же половину батареи.

После того как обе основы с элементами будут готовы, их можно будет установить их на место в подготовленную коробку и соединить.

Каждая из половин помещается на свое место. Для крепления основы с элементами внутри батареи используем 4 небольших шурупа.

Провод для соединения половин батареи пропускаем через одно из вентиляционных отверстий в центральном бортике. Тут тоже пара капель герметика поможет закрепить провод на одном месте и предотвратить его болтание внутри батареи.

Каждая солнечная батарея в системе должна быть снабжена блокирующим диодом, соединенным последовательно с батареей. 

Диод нужен для предотвращения разряда аккумуляторов через батарею ночью и в пасмурную погоду. 

Я использовал диод Шоттки на 3,3А. Диоды Шоттки имеют гораздо более низкое падение напряжения, чем обычные диоды. 

Соответственно, будут меньше потери мощности на диоде. Набор из 25 диодов марки 31DQ03 на eBay можно купить всего за пару баксов.

Диоды подсоединяем к солнечным элементам внутри батареи. 

Сверлим отверстие в днище батареи ближе к верху, чтобы вывести провода наружу. Провода завязаны на узел, чтобы предотвратить их вытягивание из батареи, и закреплены все тем же герметиком.

Важно дать герметику высохнуть до того, как мы будем крепить оргстекло на место. Советую, опираясь на предыдущий опыт. Испарения из силикона могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла и элементов, если вы не дадите силикону высохнуть на открытом воздухе. 

И еще немного герметика для герметизации выходного отверстия. 

Вот как выглядит законченная солнечная батарея с прикрученным экраном из оргстекла.

Тестирование солнечной батареи

Не спешите герметизировать оргстекло, для начало нужно провести несколько тестов, чтобы убедиться в отсутствии проблем, проверить все контакты. 

Вот результаты тестирования напряжения законченной батареи на ярком зимнем солнце. Вольтметр показывает 18,88В без нагрузки. 

А вот тест по току в тех же условиях (яркое зимнее солнце). Амперметр показывает 3,05А - ток короткого замыкания. Это как раз недалеко от расчетного тока элементов. Солнечная батарея прекрасно работает! 

Солнечная батарея в работе

Перемещаем ее пару раз в день для сохранения ориентации на солнце, но это не такая уж и большая сложность. 

Стоимость изготовления солнечной батареи

Считаем только стоимость основных материалов, подручные (куски дерева, провода

1. Солнечные элементы купленные на eBay 74.00$ (~ 2300 руб.)
2. Деревяшки - 15$ (~ 460 руб.)
3. Оргстекло 15$(~ 460 руб.)
4. Шурупы и саморезы - 2$ (~ 60 руб.)
5. Силиконовый герметик - 3.95$ (~ 150 руб.)
6. Провода 10$(~ 300 руб.)
7. Диоды 2 $(~60 руб.)
8. Краска 5$(~ 150 руб.)

Итого $126.95 (~ 3640 рублей)

Для сравнения, аналогичная по мощности солнечная батарея промышленного производства стоит порядка 300-600$ (~ 9000-18000 рублей.

Автор: Майкл Дэвис, Аризона, США