Самодельный солнечный генератор: пошаговое руководство по созданию альтернативного источника электричества

Использование альтернативных источников энергии, которые способны обеспечить ваш дом должным количеством тепла и электричества, связано с достаточно высокими затратами на их покупку, установку и наладку.

Собрать солнечный генератор своими руками будет значительно дешевле, и это под силу многим увлеченным мастерам. Давайте рассмотрим подробную инструкцию, объясняющую все тонкости данного процесса.

Прежде чем приступить к созданию солнечного генератора, необходимо подготовить материалы. Вам понадобятся солнечные панели, контроллер заряда, аккумулятор, инвертор и необходимые соединительные провода. Выбор солнечных панелей зависит от вашего бюджета и требуемой мощности. Существует множество видов панелей, включая монокристаллические и поликристаллические, которые отличаются эффективностью и стоимостью.

Первым шагом в создании генератора будет лаконичное проектирование системы. Определите, какую мощность вам необходимо получать, и соответствующе подберите компоненты. Далее, важно правильно расположить солнечные панели для максимального получения солнечной энергии, учитывая угол наклона и направление. Также рекомендуется использовать специальное оборудование, например, солнечные трекеры, для увеличения эффективности обмена энергией.

Установка контроллера заряда — следующий момент. Он отвечает за безопасную зарядку аккумулятора и предотвращает его перезаряд. После сборки всех элементов системы не забывайте о необходимости периодического обслуживания солнечного генератора — очищайте панели от грязи и регулярно проверяйте работоспособность всех компонентов.

Собранный генератор можно использовать для питания различных электрических приборов в вашем доме или даче, а также для зарядки аккумуляторов мобильных устройств. Более того, использование солнечного генератора поможет сократить ваши затраты на электроэнергию и сделает ваш дом более экологически чистым.

Принцип работы солнечного генератора

Солнечный генератор состоит из фотоэлектрических полупроводниковых ячеек, которые преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Когда лучи солнца достигают фотоэлемента, они выбивают электроны с атомных орбит, создавая тем самым поток свободных электронов, который и формирует электрический ток.

Необязательно сразу же собирать крупный комплекс солнечного генератора. Начать можно с компактного устройства, а впоследствии при необходимости увеличивать его мощность.

Наиболее распространенным материалом для создания этих систем служит кремний, который отличается высокой эффективностью и способен обеспечить коэффициент фотоэлектрического преобразования около 20% в обычных условиях и до 25% при оптимальных условиях работы.

Благодаря высокой эффективности кремниевых фотоэлементов, генераторы на их основе могут выдавать значительное количество энергии при относительно небольших размерах. Например, устройство размером 1 метр может производить 125 Вт, что является весьма достойным показателем.

На одну из сторон кремниевой пластины накладывают тонкий слой из таких химических элементов, как бор или фосфор. Это создает оптимальные условия для высвобождения электронов, которые затем удерживаются фосфорной пленкой.

Металлические «дорожки» на рабочей поверхности элемента играют важную роль, так как именно на них аккумулируются свободные электроны, формируя упорядоченный поток электричества.

Основными недостатками кремниевых пластин являются сложности и высокие затраты на очистку самого кремния. Для решения этих проблем активно исследуются альтернативные материалы, такие как галлий, кадмий, индий и различные медные соединения. Тем не менее, кремний все еще остается первым выбором в данной области.

Наиболее простой способ создать преобразователь солнечной энергии — это приобрести готовую солнечную панель и установить ее на крыше дома или гаража:

Галерея изображений

Перед покупкой солнечных панелей необходимо произвести расчеты, основанные на суточной потребности в электроэнергии. Для гаража, как правило, достаточно одного модуля.

После получения компонентов солнечной установки, важно внимательно изучить инструкцию по сборке, чтобы успешно соединить все элементы.

Для получения электричества необходимо включить инвертор и контроллер в схему панели. Если планируется аккумуляция энергии, также потребуется аккумулятор.

Рекомендуется установить солнечную панель под определенным углом для максимального получения солнечного света, который будет зависеть от географической широты и местных условий.

Собранную панель следует переносить на крышу, стараясь не повредить саму конструкцию и ее соединения.

Оптимальная установка солнечной батареи предполагает выбор наиболее освещенного участка крыши, который получает максимальное количество солнечного света в течение дня.

Энергоемкие устройства, использующие данный генератор, необходимо подключать к электросети или к аккумуляторам, предназначенным для питания.

При необходимости, особенно если планируется использовать электроотопление зимой, можно увеличить количество панелей, подключая их последовательно.

Шаг 1: Приобретение и доставка панели
Шаг 2: Компоненты солнечной батареи
Шаг 3: Подключение инвертора и контроллера
Шаг 4: Установка опорных ножек с нужным уклоном
Шаг 5: Перенос собранной панели на крышу
Шаг 6: Установка солнечной панели на крыше
Шаг 7: Подключение энергоемких устройств к электрической сети
Шаг 8: Увеличение количества солнечных устройств

Что потребуется для работы?

Для создания генератора из набора солнечных панелей понадобится следующий инструмент и материалы:

• модули для преобразования солнечной энергии;
• алюминиевые уголки;
• деревянные рейки;
• листы ДСП;
• прозрачные материалы (стекло, плексиглас, поликарбонат), которые защитят кремниевые пластины;
• различные саморезы и шурупы;
• поролон плотностью 1,5-2,5 мм;
• качественный герметик;
• диоды, клеммы и провода;
• шуруповерт или набор отверток;
• паяльник;
• ножовка по дереву и металлу или болгарка.

Объем необходимых материалов будет зависеть от планируемого размера генератора. Более крупные проекты повлекут за собой дополнительные расходы, но в любом случае обойдутся дешевле, чем промышленный продукт.

Выбор материалов для защиты кремниевых пластин может варьироваться от стекла и оргстекла до поликарбоната. Первые три варианта минимизируют потери преобразованной энергии, в отличие от плексигласа, который снижает эффективность системы.

Для окончательного тестирования готового устройства используется амперметр, который поможет зафиксировать реальный коэффициент полезного действия установки и определить фактическую мощность.

Выбор типа фотоэлектрического преобразователя

При создании солнечного генератора своими руками важно начать с выбора типа фотопреобразователя.

Существует три основных типа данного оборудования:

• аморфные;
• монокристаллические;
• поликристаллические.

Каждый из этих типов имеет свои плюсы и минусы, а выбор будет зависеть от бюджета, выделенного на комплектующие.

Особенности аморфных типов

Аморфные модули создаются не из кристаллического кремния, а из его производных (силан или кремниеводород), которые напыляются на алюминиевую фольгу, стекло или пластик.

Эти модули имеют матово-серый оттенок и не демонстрируют визуально заметных кристаллов кремния. Основное преимущество аморфных солнечных панелей заключается в их низкой стоимости, но их КПД остается на уровне 6-10%.

Аморфные элементы, основанные на кремнии, обладают высокой гибкостью, а также превосходным уровнем оптического поглощения, что делает их продуктивными даже в условиях облачности.

Некоторые особенности поликристаллических типов

Поликристаллические батареи получают благодаря медленному охлаждению расплава кремния. Они имеют характерный синий цвет и текстурную поверхность, а их эффективность составляет примерно 14-18%.

Некоторые внутренние дефекты структуры могут снижать общую производительность, но в течение 10 лет эффективность этих элементов не меняется. Для установки поликристаллических элементов требуется жесткая основа, так как они довольно хрупкие.

Характеристика монокристаллических элементов

Монокристаллические панели имеют однородный темный цвет и состоят из цельных кристаллов кремния, что обеспечивает их эффективность на уровне 18-22% (до 25% в идеальных условиях).

Среди преимуществ также стоит отметить долгий срок службы — более 25 лет. Однако при длительном использовании их эффективность может снижаться до 13-17% через 10-12 лет.

Монокристаллические модули стоят значительно дороже, так как их производят из искусственно вырощенных кристаллов кремния.

Для домашнего изготовления генератора в основном приобретают поли- и монокристаллические панели разных размеров через интернет-магазины, включая eBay или Алиэкспресс.

Поскольку фотоэлементы имеют высокую цену, многие поставщики предлагают неидеальные варианты группы B, которые могут иметь незначительные дефекты. Такие предложения могут быть на 40-60% дешевле стандартных цен, что делает сборку генератора более доступной.

Как создать каркас для солнечных панелей?

Для создания каркаса солнечного генератора используются прочные деревянные рейки или алюминиевые уголки. Деревянные конструкции менее практичны, так как требуют дополнительной обработки для защиты от влаги и разложения.

Чтобы деревянный каркас дольше прослужил и не пострадал от дождя, его нужно обработать специальным антисептическим средством.

Алюминиевый каркас имеет более оптимальные физические свойства и, благодаря своей легкости, значительно уменьшает нагрузку на крышу или другую опору, где будет установлено устройство.

Благодаря антикоррозийному покрытию, металл остается свободным от ржавчины, гнили, не впитывает влагу и стойко выдерживает воздействие резких атмосферных условий.

При разработке каркасной системы из алюминиевых уголков прежде всего устанавливается размер панели. В классическом варианте на один блок подразумевается использование 36 фотогальванических ячеек размером 81 мм на 150 мм.

Для обеспечения правильной работы между секциями необходимо оставить небольшой интервал (примерно 3-5 мм). Этот зазор учитывает возможные изменения в характеристиках основы, воздействующей на условия окружающей среды. Таким образом, конечные размеры заготовки составят 83 мм на 690 мм при ширине каркасного уголка 35 мм.

Кремниевые панели, помещенные в алюминиевую раму, выглядят как продукты массового производства. Прочный каркас обеспечивает надежную герметизацию системы и придает конструкции отличную жесткость.

После того как размеры определены, из уголков вырезаются необходимые элементы, которые затем соединяются в каркасные рамы с помощью крепежных деталей. На внутренней поверхности конструкции равномерно распределяется слой силиконового герметика, тщательно проверяя отсутствие пропусков или пустот.

Это критически важно для постоянства, прочности и долговечности создаваемой конструкции. Сверху устанавливается защитная прозрачная панель (стекло с антибликовым покрытием, акрил или поликарбонат с определенными характеристиками) и надежно крепится с помощью метизов (по одному на короткой стороне, два на длинной и четыре в углах).

Для работы понадобятся шуруповерт и саморезы соответствующего диаметра. В конце прозрачную поверхность аккуратно очищают от пыли и мелкого мусора.

Критерии выбора прозрачного элемента

Основные факторы выбора прозрачного компонента для генератора:

• способность к поглощению инфракрасного излучения;
• коэффициент преломления солнечного света.

Низкий коэффициент преломления обеспечивает высокий КПД кремниевых пластин. Наименьший уровень отражения света имеют плексиглас и оргстекло. Поликарбонат тоже не демонстрирует выдающихся показателей.

Для создания каркасов под домашние солнечные системы рекомендуется использовать антибликовое прозрачное стекло или специальный поликарбонат с антиконденсатным покрытием, которое обеспечивает нужный уровень тепловой защиты.

Оптимальные характеристики по поглощению ИК-излучения демонстрирует прочное термопоглощающее оргстекло и стекло с функцией ИК-поглощения. Простой стеклянный элемент имеет значительно более низкие показатели. Эффективность поглощения определяется тем, будут ли нагреваться кремниевые пластины в процессе работы.

Минимальный нагрев будет способствовать длительной эксплуатации фотоэлементов и стабильной отдаче. Перегрев может вызвать сбои в работе и быстрое повреждение как отдельных компонентов, так и всей системы.

Монтаж кремниевых фотогальванических ячеек

Перед самим монтажом защитные панели, помещенные в алюминиевые каркасы, нужно тщательно очистить от пыли и обеспечить обезжиривание с помощью спиртовых средств.

Приобретенные фотоэлементы ровно размещают на подготовленной подложке, оставляя между ними 3-5 миллиметров зазора, и делают разметку для углов всей конструкции. Затем начинается процесс пайки элементов — это наиболее трудоемкий и ответственный этап сборки генератора.

Процесс пайки выполняется по схеме, где «+» обозначает дорожки снаружи, а «-» — каналы на обратной стороне пластины.

Для подготовки к соединению контактов сначала наносят флюс и припой, затем проводят пайку, строго следуя порядку сверху вниз. В конце все ряды соединяются.

Следующий этап — приклеивание фотогальванических элементов. Для этого в центр каждой кремниевой пластины выдавливают немного герметика, переворачивают образовавшиеся цепочки внешний стороной вверх и размещают в соответствии с предварительной разметкой.

Осторожно прижимают пластины руками, фиксируя их на нужных местах. Важно действовать аккуратно, чтобы не повредить и не согнуть детали.

Контакты краевых фотоэлементов выводят на отдельную шину (широкий проводник из серебра), обозначая при этом «+» и «-». Также система дополнительно оборудуется блокирующим диодом. Он предотвращает разряд аккумуляторов через каркас в ночное время.

В нижней части каркаса сверлят отверстия, через которые провода выводятся наружу. Чтобы кабели не провисали, используют силиконовый герметик.

Шаги по сборке солнечной панели из 60 элементов иллюстрируются следующим фото-галереей:

Галерея изображений

Для изготовления солнечной батареи потребуется 60 солнечных элементов, соответствующих напряжению 0,5В и току 4А. Размер каждого элемента составляет 80 на 150 мм.

Чтобы разместить элементы в будущем солнечном модуле, понадобиться каркас. Раму сделаем из алюминиевого профиля, а основание из фанеры размером 980 на 790 см. Светопроникающая часть будет выполнена из стекла такого же размера.

Алюминиевый профиль нарезаем под углом 45 градусов с помощью стусла. Соединяем его металлическими уголками и саморезами, закрученными в заранее просверленные отверстия.

Для предотвращения проникновения влаги внутрь панели во время эксплуатации обрабатываем все соединения и точки установки крепежа силиконовым герметиком.

Места пайки перед соединением обрабатываем спиртовым раствором канифоли. Подготавливаем паяльник мощностью 40 Вт.

Разогрев паяльник до рабочей температуры, наносим тонкий слой припоя на места соединения в процессе пайки.

В нашем примере проводником служит провода от витой пары. Обрабатываем его канифолью и лудим.

Припаиваем проволоку к металлической базе фотоэлементов. Действуем аккуратно, чтобы не повредить хрупкие солнечные модули.