Альтернативні джерела енергії, що дозволяють забезпечити житлове приміщення теплом і електрикою в необхідному обсязі - недешеве «задоволення», що вимагає значних фінансових витрат на придбання, монтаж і установку.
Зробити ж сонячний генератор своїми руками значно дешевше і цілком під силу багатьом домашнім майстрам. Розглянемо інструкцію, є описує всі нюанси процесу виготовлення.
Як працює генератор сонячної енергії?
Сонячний генератор являє собою комплекс фотоелектричних напівпровідникових елементів, безпосередньо перетворюють енергію сонця в електричну.
Кванти виробляється променями світла при попаданні на фотопластину вибивають електрон із заключною атомної орбіти робочого елемента. Цей ефект створює безліч вільних електронів, які і утворюють безперервний потік електричного струму.
Зовсім не обов'язково, монтуючи своїми руками сонячний генератор, відразу збирати великий, масштабний комплекс. Можна почати з маленького агрегату, а при необхідності в майбутньому наростити обсяги
В якості діючої матеріалу використовують кремній. Він відрізняється високою ефективністю і забезпечує коефіцієнт фотоелектричного перетворення в звичайному режимі на рівні 20%, а при сприятливих умовах - до 25%.
Завдяки вираженій ефективності кремнієвих фотоелементів генератори, зроблені на їх основі, гарантують високу віддачу при порівняно невеликому обсязі. Потужність агрегату розміром в 1 метр під час видає 125 Вт, що вважається досить значним результатом
На одну сторону пластини кремнію наносять тонке покриття з пасивних хімічних елементів - бору або фосфору. Саме на цій поверхні в результаті інтенсивного впливу сонячних променів відбувається активне вивільнення електронів. Фосфорна плівка надійно утримує їх в одному місці і не дозволяє розлітатися.
На самій робочої пластині розташовуються металеві «доріжки». На них будуються вільні електрони, створюючи таким чином, впорядкований рух, тобто, електричний струм.
До мінусів пластин відносять тільки складність і витратність процесу очищення самого кремнію, і, щоб уникнути цих проблем, активно освоюють використання альтернатив у вигляді галію, кадмію, індію і різних сполук міді. Однак поки що реальних конкурентів у кремнієвих елементів ще немає.
Що потрібно для роботи?
Для виготовлення генератора, що складається з комплекту сонячних батарей, потрібні такі інструменти та матеріали, як:
- модулі для перетворення сонячних променів в енергію;
- алюмінієві куточки;
- дерев'яні рейки;
- листи ДСП;
- прозорий елемент (скло, плексиглас, оргскло, полікарбонат) для створення захисту для пластин кремнію;
- саморізи і шурупи різних розмірів;
- щільний поролон товщиною 1, 5-2, 5 мм;
- якісний герметик;
- діоди, клеми й проведення;
- шуруповерт або набір викруток;
- паяльник;
- ножівка по дереву і металу (або болгарка).
В якому обсязі знадобляться матеріали, буде прямо залежати від запланованого обсягу генератора. Масштабна робота спричинить за собою додаткові витрати, але в будь-якому випадку обійдеться дешевше, ніж покупної модуль.
Захисну основу для кремнієвих пластин можна робити зі скла, оргскла, полікарбонату або плексигласу. Перші три матеріалу створюють мінімальну втрату перетворюється енергії, а ось четвертий пропускає промені значно гірше і помітно знижує ефективність всього комплексу
Для кінцевого тестування зібраного агрегату використовують амперметр. Він дозволяє зафіксувати реальне ККД установки і допомагає визначити фактичну віддачу.
Вибір типу фотоперетворювача
Заходи щодо створення своїми руками сонячного генератора починають з вибору типу фотоелектричного кремнієвого перетворювача.
Ці складові бувають трьох видів:
- аморфні;
- монокристаллические;
- полікристалічні.
Кожен варіант має свої переваги і недоліки, а вибір на користь будь-якого з них роблять, виходячи з обсягу коштів, виділених на покупку всіх компонентів системи.
Особливості аморфних різновидів
Аморфні модулі складаються не з кристалічного кремнію, а з його похідних (силан або кремніеводород). Шляхом напилення в вакуумі, їх найтоншим шаром наносять на високоякісну металеву фольгу, скло або пластик.
Готові вироби мають бляклий, розмито-сірий відтінок. Видимі кристали кремнію на поверхні не спостерігаються. Основною перевагою гнучких сонячних батарей вважається доступна ціна, однак, ККД їх дуже невелика і коливається в діапазоні 6-10%.
Аморфні фотоелементи, виготовлені на основі кремнію, мають підвищену гнучкість, демонструють високий рівень оптичного поглинання (в 20 разів більший, ніж у моно- або полікристалічних аналогів) та значно ефективніше працюють в похмуру погоду
Специфіка полікристалічних типів
Полікристалічні сонячні батареї виробляють при поступовому дуже повільному охолодженні кремнієвого розплаву. Утворені вироби відрізняються насиченим синім кольором, мають поверхню з чітко вираженим малюнком, що нагадує морозний візерунок, і виявляють ефективність в районі 14-18%.
Дати більш високу ККД-продуктивність заважають наявні всередині матеріалу області, відокремлені від загальної структури зернистими межами.
Полікристалічні фотоелементи працюють протягом всього 10 років, але за цей час їх ефективність не знижується. Однак для монтажу виробів в єдиний комплекс обов'язково використовується міцна, тверда основа, так як листи досить жорсткі і вимагають міцної, надійної підтримки
Характеристика монократілліческіх варіантів
Монокристалічні модулі характеризуються щільним темним кольором і складаються з цілісних кристалів кремнію. Їх ефективність перевищує показники інших елементів і становить 18-22% (при сприятливих умовах - до 25%).
Ще однією перевагою вважається вражаючий термін служби - за заявою виробників понад 25 років. Однак, при тривалому використанні ККД монокристалів падає і через 10-12 років фотоотдача вже становить не більше 13-17%.
Модулі з монокристалів коштують значно дорожче, ніж інші види обладнання. Проводять їх за допомогою розпилювання штучно вирощених кристалів кремнію
Для створення сонячного генератора будинку своїми руками переважно беруть полі- і монокристалічні пластини різних габаритів. Їх купують в популярних інтернет-магазинах, в тому числі на eBay або Аліекспресс.
Через те, що фотоелементи цінуються досить високо, багато постачальників пропонують покупцям продукцію групи B, тобто придатні до повноцінної експлуатації фрагменти з невеликим дефектом. Їх вартість відрізняється від стандартної ціни на 40-60%, завдяки чому збір генератора обходиться в розумну ціну, не дуже б'є по кишені.
Як зробити каркас для пластин?
Для виготовлення каркаса майбутнього генератора використовують міцні дерев'яні рейки або алюмінієві куточки. Дерев'яний варіант вважається менш практичним, так як матеріал вимагає додаткової обробки, щоб уникнути подальшого гниття і розшарування.
Щоб дерев'яний каркас витримав експлуатаційне навантаження і не згнив вже після першого дощу, його необхідно просочити спеціальним складом, що оберігає дерево від впливу вологи
Алюміній має набагато більш привабливі фізичні характеристики і завдяки своїй легкості не робить зайвого навантаження на дах або іншу опорну конструкцію, куди планується встановити агрегат.
Крім того, за рахунок антикорозійного покриття метал не іржавіє, не гниє, не вбирає вологу і легко переносить вплив будь-яких агресивних атмосферних проявів.
Для створення каркасної конструкції з алюмінієвих куточків спочатку визначають розмір майбутньої панелі. При стандартному варіанті на один блок використовують 36 фотоелементів розміром 81 мм х 150 мм.
Для коректності подальшої експлуатації між фрагментами залишають невеликий зазор (близько 3-5 мм). Це простір дозволяє врахувати зміну базових параметрів основи, що зазнала впливу атмосферних проявів. В результаті загальний розмір заготовки становить 83 мм х 690 мм при ширині куточка каркаса в 35 мм.
Кремнієві пластини, укладені в рамку з алюмінієвого профілю, виглядають майже як вироби фабричного виробництва. Міцний і міцний каркас забезпечує системі бездоганну герметичність і наділяє всю конструкцію високим рівнем жорсткості
Після визначення розмірів з куточків викроюють необхідні фрагменти і за допомогою кріпильних елементів збирають їх в каркасні рамки. На внутрішню поверхню конструкції наносять шар силіконового герметика, дуже уважно стежачи, щоб не було пропусків і пустот.
Від цього залежить цілісність, міцність і довговічність конструкції, що монтується. Зверху укладають захисний прозорий матеріал (скло з покриттям антивідблиску, оргскло або полікарбонат зі спеціальними параметрами) і надійно кріплять його за допомогою метизів (по 1 з короткою і по 2 з довгою частини рами і 4 по кутах корпусу).
Для роботи використовують шуруповерт і шурупи відповідного діаметру. В кінці прозору поверхню акуратно очищають від пилу і дрібного сміття.
Вибір прозорого елемента
Основні критерії вибору прозорого елемента для створення генератора:
- здатність до поглинання ІЧ-випромінювання;
- рівень заломлення сонячного світла.
Чим нижче показник заломлення, тим вище ККД продемонструють кремнієві пластини. Найбільш низьким коефіцієнтом світловідбивання мають плексиглас і оргскло. Полікарбонат теж має далеко не кращі показники.
Для створення каркасних конструкцій під домашні геліосистеми рекомендується по можливості використовувати антиблікове прозоре скло або спеціальний вид полікарбонату з антиконденсатна покриттям, що забезпечує необхідний рівень термічної захисту.
Найкращими характеристиками в плані поглинання ІЧ-випромінювання володіють міцне термопоглащающее оргскло і скло з опцією ІК-поглинання. У простого скла ці показники значно нижче. Від ефективності ІК-поглинання залежить, чи будуть грітися в процесі експлуатації кремнієві пластини чи ні.
Якщо нагрів виявиться мінімальним, фотоелементи прослужать довго і забезпечать стабільну віддачу. Перегрів пластин призведе до перебоїв в роботі і швидкого виходу з ладу окремих фрагментів системи або всього комплексу.
Установка кремнієвих фотоелементів
Безпосередньо перед установкою захисні скла, укладені в алюмінієві рами, добре очищають від пилу і знежирюють спиртовмісних складом.
Куплені фотоелементи рівно розташовують на розмічальної підкладці на відстані 3-5 міліметрів один від одного і роблять маркування кутів загальної конструкції. Потім приступають до пропайкой елементів - найважливішого і трудомісткого відрізку роботи по збірці генератора.
Пропайкой діючих елементів генератора здійснюють за схемою, в якій «+» є доріжки на зовнішній стороні, а «-» - канали, розташовані на виворітного частини пластини.
Для коректного з'єднання контактів спочатку наносять флюс (кислота для паяння) і припій, а потім здійснюють обробку в суворій послідовності зверху вниз. В кінці всі ряди з'єднують між собою.
Наступним кроком роблять проклейку фотоелементів. Для цього в центр кожної пластини з кремнію видавлюють трохи герметика, що утворилися ланцюжка елементів перевертають зовнішньою стороною вгору і розміщують в суворій відповідності з розміткою, нанесеної раніше.
Акуратно руками притискають пластини, фіксуючи їх на потрібному місці. Діють дуже обережно, намагаючись не пошкодити і не зігнути матеріал.
Контакти фотоелементів, розташованих по краях, виводять на окрему шину (широкий срібний провідник), як «+» і «-». Додатково комплекс оснащують блокуючим діодом. З'єднуючись з контактами, він не дає акумуляторів розрядитися через каркасну конструкцію в нічний час доби.
У донної частини каркаса проробляють дрилем отвору, через які дроти виводять назовні. Щоб вони не провисали, використовують в роботі силіконовий герметик.
Як протестувати змонтований агрегат?
Перед тим, як остаточно загерметизувати зібраний генератор, його обов'язково тестують, щоб виявити потенційно можливі в процесі пайки несправності. Самий розумний варіант - перевіряти кожен пропаяв ряд окремо. Так відразу стане зрозуміло, де контакти з'єднані погано і потрібна повторна обробка.
Для проведення тесту використовують побутової амперметр. Замір здійснюють в безхмарний сонячний день в обідній час (період з 13 до 15 годин). Конструкцію розташовують у дворі і встановлюють під відповідним кутом нахилу.
Побутовий амперметр допомагає виміряти фактичну силу струму. На підставі його свідчень можна визначити рівень працездатності змонтованої геліосистеми і виявити порушення в послідовності з'єднання кремнієвих фотоелементів
До виведеним контактам сонячної батареї підключають амперметр і здійснюють завмер струму короткого замикання. Якщо прилад показує результати вище 4, 5 А, система повністю коректна і все з'єднання пропаяни чітко і правильно.
Нижчі дані, що з'явилися на дисплеї тестера, говорять про порушення, які необхідно відстежити і заново перепаять. Традиційно сонячні генератори, сконструйовані своїми руками з фотоелементів з невеликим дефектом (група B) на тесті демонструють цифри від 5 до 10 Ампер.
Агрегати фабричного виробництва показують дані на 10-20% вище. Це пояснюється тим, що у виробництві використовуються кремнієві пластини групи А, які не мають ніякого шлюбу в структурі.
Завершальний етап роботи
Якщо тест показав, що батарея повністю працездатна, її герметизують спеціальним силіконовим герметиком або більш дорогим і міцним епоксидним компаундом.
Робота передбачає два способи проведення:
- Повна заливка - коли всю поверхню покривають герметичним складом.
- Часткова обробка - коли герметик наносять тільки на крайні елементи і порожній простір між елементами.
Перший варіант вважається більш надійним і забезпечує системі повноцінний захист від впливу зовнішніх факторів. Фотоелементи чітко фіксуються на своїх місцях і коректно працюють з максимальною віддачею.
Для проклейки фотоелементів всередині корпусу бажано використовувати морозостійкий герметик, здатний витримувати різкі температурні перепади і низькі мінусові показники
Коли заливка здійснена, герметики дають «схопитися». Потім прикривають прозорим елементом і щільно притискають до пластин.
З метою забезпечення додаткового захисту і амортизації деякі майстри рекомендують між поверхнею кремнієвої плити і задньою частиною каркаса розміщувати щільний поролон. Це зробить конструкцію більш цілісною і охоронить від зайвого навантаження тендітні фотоелементи
Потім на поверхні розміщують вантаж, який впливає на шари і видавлює з них бульбашки повітря. Готовий генератор тестують ще раз і остаточно монтують на заздалегідь підготовлене місце.
Де і як розмістити генератор?
Місце установки сонячного генератора вибирають дуже уважно і без поспіху. Пластини, які беруть світло, обов'язково розміщують під нахилом, щоб промені не «падали» на поверхню перпендикулярно, а як би акуратно «стікали» по ній.
В ідеалі конструкцію розташовують так, щоб залишалася можливість в разі потреби коригувати кут нахилу, таким способом, «вловлюючи» максимальну кількість сонця.
Цілком припустимо поставити геліосистему з сонячних батарей на землі, але частіше за все для розміщення вибирають дах будинку або підсобного приміщення, а саме ту її частину, що виходить на саму освячену, переважно південну сторону ділянки.
Дуже важливо, щоб поруч не було високих будівель і потужних, розлогих дерев. Перебуваючи в безпосередній близькості, вони створюють тінь і заважають повноцінній роботі агрегату.
Щоб сонячні установки якісно працювали, їх необхідно підтримувати в чистоті і порядку. Шар бруду, що утворився на поверхні уловлює панелі, знижує ефективність на 10%, а налиплий сніг і зовсім відключає агрегат. Тому регулярне обслуговування є обов'язковою процедурою і сприяє підтримці модулів в ідеальному експлуатаційному стані
Середньо-оптимальним для установки сонячного генератора вважають рівень кута нахилу даху в 45⁰. При такому розташуванні фотоелементи поглинають сонячне потік дуже ефективно і видають необхідний для коректного забезпечення життєдіяльності будинку обсяг енергії.
Щоб отримати від панелей реальну віддачу і забезпечити середньостатистичну сім'ю потрібною кількістю енергії, доведеться зайняти під сонячний генератор 15-20 кв.м поверхні покрівлі
Для європейської частини держав СНД діють дещо інші показники. Професіонали рекомендують брати за основу кут стаціонарного нахилу в 50-60⁰, а в рухливих конструкціях під час зимового сезону розташовувати батареї під кутом 70⁰ до горизонту.
Влітку ж міняти положення і нахиляти фотоелементи під кутом 30⁰.
Встановивши панелі генератора на трек-систему, обладнану опцією автоматичного стеження за сонцем, можна підвищити ефективність віддачі на 50%. Модуль самостійно виявить інтенсивність променів і буде підлаштовуватися під максимальну освітленість від світанку і до заходу
Безпосередньо перед монтажем дах додатково зміцнюють і оснащують спеціальними міцними опорниками, так як далеко не всяка конструкція має здатність витримати повний вага обладнання для перетворення сонячної енергії.
Щоб надійно і міцно встановити сонячний генератор на даху, варто придбати спеціальні кріплення. Вони випускаються окремо під кожен тип покрівельного покриття і завжди є у продажу. При монтажі між панелями і дахом потрібно обов'язково залишити зазор для повноцінного доступу повітря і коректної вентиляції солнцепоглощающіх елементів
У деяких випадках під покрівлею ставлять посилені крокви, що оберігають дах від обвалення, потенційно можливого через підвищеного навантаження, істотно зростаючої в зимовий сезон, коли на покрівельної поверхні накопичується сніг.
Для запуску в роботу геліосистемі будуть потрібні акумулятори, інвертор і контролер заряду. Про правила підбору пристроїв і їх включення в ланцюг дізнаєтеся з рекомендованих нами статей.
Висновки і корисне відео по темі
Особливості та нюанси пропайки фотоелементів для виготовлення своїми руками в домашніх умовах ефективного сонячного генератора. Підказки та поради для майстрів, цікаві ідеї та особисті напрацювання.
Як правильно протестувати фотоелемент і заміряти його основні параметри. Ця інформація стане в нагоді при подальших розрахунках точної кількості пластин, необхідних для повноцінної роботи системи.
Повний покроковий опис процесу збору сонячної батареї для генератора в домашніх умовах. Правила роботи, починаючи від придбання потрібних елементів і закінчуючи загальним тестом виготовленого приладу.
Знаючи про пристрій сонячних генераторів, зібрати їх вдома не складе великих труднощів. Звичайно, робота зажадає уваги, акуратності і скрупульозності, але результат виправдає всі фінансові і трудові витрати. Готовий агрегат в повному обсязі забезпечить будівлю теплом і електроенергією, створивши для проживаючих необхідний рівень комфорту.
Відразу замахуватися на великий проект не варто. Для початку має сенс спробувати свої сили на збірці невеликого агрегату, а потім, повністю опанувавши всіма нюансами процесу, приступити до спорудження більш потужною і масштабною установки.
А який спосіб споруди міні-електростанції вибрали ви для облаштування дачної ділянки? Пишіть, будь ласка, коментарі, діліться корисними відомостями і фотознімками по темі статті в розташованому нижче блоці. Задавайте питання щодо спірних або незрозумілих моментів.