Схема устройства солнечной батареи и принцип работы. Схема солнечной панели

Солнечные батареи для дома. Применение и схемы подключения своими руками. Солнечные батареи для дома своими руками. Характерные особенности гелиосистем. Вариант сборки и установки солнечных панелей

Обустройство современного частного дома не обходится без использования вспомогательных механизмов. Нагревательные котлы, водяные насосы, системы фильтрации бассейна – все они были созданы, чтобы упростить жизнь человеку. Каждая система требует большого количества энергии, не говоря уже об освещении жилых помещений и придомовых территорий. Если пользоваться общей электросетью, то в итоге в конце месяца можно получить внушительный счёт для оплаты коммунальных услуг. Чтобы сэкономить, можно обустроить дом с использованием солнечных батарей, при этом сделать всё собственноручно. Изначально вам придется потратиться, однако впоследствии вы увидите, что результат налицо. 

Характеристика солнечных батарей для дома

Изначально гелиосистемы использовались в космических технологиях. С развитием прогресса они видоизменялись и совершенствовались, благодаря чему стали широкодоступными. На смену устаревшим панелям, которые использовались в калькуляторах, пришли высокотехнологичные фотоэлементы с более высокими показателями энергоэффективности. Все солнечные батареи содержат специальные элементы (две соединённые друг с другом пластины из кремния), которые играют роль полупроводника.

Достоинства солнечных батарей для дома

К главным преимуществам солнечных батарей можно отнести следующие показатели:

1. Лёгкость панелей.
2. Экологически чистый функционал батареи. Гелиосистемы абсолютно безвредны для внешней среды.
3. Быстрое обслуживание системы. Вы не потратите много времени на уход за батареями и системой выработки и накопление электроэнергии.
4. Лёгкость монтажа. Опоры солнечных панелей не требуют дополнительной прокладки кабеля.
5. Бесшумность. Конструкция неподвижна, благодаря чему уровень шума функционирующей системы сведён к нулю.
6. Долгий срок эксплуатации. При правильном уходе, батареи прослужат десятки лет, не нуждаясь в ремонте или замене.
7. Экономия. Сначала покупка и установка гелиосистемы может показаться затратным мероприятием, однако со временем вы оцените свой выбор по достоинству.

Безусловно, самым основным преимуществом такой системы принято считать её экономичность. Именно благодаря этому показателю всё больше и больше владельцев частных домов выбирают гелиосистемы, которые в должной мере обеспечивают строение электроэнергией, заботясь при этом о сохранности ваших денежных средств.

Недостатки солнечных батарей для дома

Если вы собрались изготовить систему выработки электроэнергии, с применением солнечных панелей, то немаловажно обратить внимание на все «минусы» такого проекта. Хоть их и немного, но и такие имеются.

К недостаткам батарей энергосбережения, изготовленных с использованием солнечных панелей, можно отнести следующие:

1. Достаточно долгий и трудозатратный процесс изготовления. Чтобы создать такую систему потребуется немало времени и терпения.
2. Панели боятся грязи, которая может уменьшить свойства поглощения световых лучей, или вовсе вывести их из строя.
3. Для того чтобы запитать дом большой площади, необходимо использовать громоздкие панели, которые будут иметь достаточно большую массу. Иногда установить такие панели на крыше не представляется возможным.
4. Непостоянство функционирования. Ввиду того, что погода переменчива, а с наступлением зимнего периода количество пасмурных дней только увеличивается, солнечные батареи не смогут постоянно выполнять свою задачу. То же самое относится и к ночному времени суток.

Способ установки солнечных панелей для дома

Каждый дом имеет собственную особенность строения, поэтому о месте будущего размещения солнечной батареи лучше позаботиться заранее. Иногда бывает так, что это и вовсе невозможно, тогда нужно найти место вблизи дома.

Монтируя солнечную батарею, можно воспользоваться следующими способами:

1. Стационарный. В этом случае, панель размещают таким образом, чтобы лицевая часть была направлена на юг. При этом нужно выставить её так, чтобы угол горизонтального наклона и широта местности совпадали. Чтобы панель поглощала солнечный свет с максимальной эффективностью, к полученному значению добавляют ещё +15°.
2. Подвижный. Для такого способа характерна установка солнечной батареи на специальную траверсу. Она поворачивает панель по направлению движения солнца. Процесс схож с движением головы подсолнечника в течение дня. Таким образом, солнечные лучи попадают на панель под углом 90°, увеличивая её КПД. Если вы захотите использовать этот метод, то учтите, что придётся потратиться на привод траверса и систему его управления.

Выбирая способ установки вашей батареи, учтите погодные факторы местности. Немаловажно обратить внимание на количество потребляемой энергии. Иногда лучше установить панели на траверсы, и потратить на это некоторую сумму, зато впоследствии система будет более эффективно выполнять свою задачу.

Особенности установки солнечных батарей для дома

Перед тем как начинать непосредственную сборку и установку гелиосистемы, лучше рассмотреть все нюансы. Они помогут вам избежать ошибок, тогда система будет работать максимально эффективно.

Чтобы смонтировать солнечную систему в собственном доме придерживаются следующих правил:

• выберите место на крыше дома, на которое чаще всего попадают солнечные лучи. Если это невозможно, то найдите такое место на участке. Тогда панели нужно будет установить на опоры. Учитывайте также, что вблизи нет объектов, которые будут отбрасывать тень на солнечную батарею;
• выставьте панель под правильным градусом. Чтобы узнать широту, в которой находится ваш дом, можно воспользоваться GPS-навигатором, или посмотреть координаты в интернете, например, в «Yandex Карты». Не поленитесь изменять наклон панели в течение года. В зависимости от региона, он может увеличиваться до 10 градусов летом, и уменьшаться на такое же значение зимой;
• всегда следите за чистотой панелей. Если они загрязнились, или покрылись снежной коркой в зимний период, то не будут работать. Если солнечная батарея расположена высоко, то учтите, что вы должны иметь к ней доступ;
• в случае, если вы монтируете много панелей, убедитесь, что они не будут отбрасывать друг на друга тень.

Не пренебрегайте правилами установки во избежание потери работоспособности гелиосистемы. Если вы хотите добиться от батареи максимальной эффективности, то уделите внимание каждому вышеперечисленному пункту в отдельности.

Солнечные батареи для дома своими руками. Пошаговая инструкция

Если вы собрались собственноручно собрать и смонтировать систему энергосбережения, то лучше быть во всеоружии. В теории может показаться, что этот процесс достаточно прост и незамысловат, но это не так. Сборка гелиосистемы может потребовать некоторых навыков и знаний, используемых в электромонтажных работах. На случай, если вы не имели опыта работы с электричеством, то лучше купить готовый комплект и установить собственноручно. На крайний случай можно попросить более компетентного человека, предоставив ему весь необходимый реквизит и материал.

Выбор основных компонентов гелиосистемы

Солнечная батарея играет роль всего лишь первичного преобразователя, поглощая энергию солнца. Чтобы изготовить в домашних условиях работоспособную систему сбережения и накопления энергии, необходимо рассмотреть каждый компонент в отдельности. Это поможет лучше понять принцип работы гелиосистемы, а также другие особенности её функционала.

Ниже приведём составные элементы гелиосистемы, используя которые можно собрать простейший вариант такой конструкции, среди которых:

1. Аккумуляторная батарея (АКБ). Играет роль накопителя энергии солнца. Её относят к расходному материалу, поскольку она со временем теряет свои сберегающие свойства. Если вы хотите оборудовать небольшой дом, то вам потребуется АКБ с напряжением в 12V. Для помещений большей площади этот параметр может увеличиваться до 24 V или 48V. Также при выборе аккумуляторной батареи обратите внимание на её ёмкость. Чем она больше, тем дольше система работает в автономном режиме. Обязательно узнайте об уровне саморазряда (чем он ниже, тем дольше прослужит АКБ).
2. Контроллер заряда аккумуляторной батареи. Это устройство предназначено для управления ёмкостью АКБ. Обычно оно представлено в двух вариантах: ШИМ (прямое подключение аккумулятора к солнечной батарее без преобразования напряжения) и ОТММ (используют для систем с напряжением выше 28 V). Если вы собрались обустроить дачу, на которую будете приезжать несколько раз в месяц, то целесообразно будет использовать ШИМ-контроллер. Если же вам необходима круглосуточная система энергогенерации, лучше приобрести ОТММ-контроллер. Он будет немного дороже, зато позволит использовать более мощные гелиосистемы (более 400 Вт).
3. Инвертор напряжения. Преобразовывает постоянное напряжение АКБ в 220 V. Выбирая инвертор, обязательно поинтересуйтесь о его мощности. Важно также, чтобы он имел функцию встроенной защиты от перегрузок, а также ограничитель заряда. Лучше описать все желаемые требования консультанту, тогда вы подберёте необходимый прибор в соответствии с параметрами гелиосистемы. Не забудьте сообщить о наличии в доме бытовой техники с электроприводом, например, стиральной машины или вентилятора.

Материал и инструмент для создания солнечной батареи

Для того чтобы самостоятельно изготовить гелиосистему, заранее приобретите всё необходимое. Ниже приведём список всех компонентов, которые понадобятся для сборки того или иного элемента системы.

К ним относятся:

• фотоэлементы из поликристаллического кремния для «впитывания» солнечной энергии;
• алюминиевые уголки для каркаса;
• оргстекло, прозрачный поликарбонат или калёное стекло для защитного слоя;
• набор проводников для соединения фотоэлементов;
• паяльник, канифоль, олово или серебро;
• крепёжные элементы, нож строительный;
• мультиметр, дрель, свёрла, диоды Шотке;
• вакуумные подставки.

Полезный совет: для будущей конструкции, лучше покупать составные части одной фирмы. Такая схема будет надежнее, нежели собранная из разных компонентов.

Как сделать солнечную батарею своими руками

Если вы собрались создать контроллер заряда и солнечную панель для гелиосистемы своими руками, то лучше сразу купить всё необходимое. Изредка можно встретить солнечную батарею, собранную из подручных средств собственноручно. В данном вопросе нужно иметь некоторые знания в сборке электроприборов, а также неплохо пользоваться паяльником.

Чтобы самостоятельно изготовить солнечную батарею, необходимо придерживаться следующей инструкции, действуя при этом пошагово:

1. Чтобы создать рамку для фотоэлементов лучше всего подойдёт дерево или твёрдый пластик. Использование других материалов неприемлемо из соображений правил техники безопасности. В качестве основы подойдёт влагостойкая фанера толщиной не менее 4 мм. Размеры рамки зависят от количества фотоэлементов. В качестве защитного бортика хорошо использовать рейку из деревянного массива, которую следует предварительно обработать. Она должна проходить по периметру каждого фотоэлемента. В основе сверлят отверстия под контакты, после чего обрабатывают битумом.
2. На получившуюся форму наносят специальные защитные средства, после чего грунтуют, красят и оставляют сохнуть. Лучше всего использовать фасадную краску белого цвета без содержания акрила.
3. Фиксируем преобразовательные блоки на клей или специальные защёлки. Соединяем все контакты в соответствии с предоставленной схемой. Используйте припой с большим содержанием олова либо серебро. Для фиксации также отлично подойдёт газовый паяльник.
4. Поверх фотоэлементов устанавливают защитную крышку из оргстекла. Для этого советуем заранее приобрести молекулярный клей. Стекло должно полностью покрывать всю поверхность панели. Все щели герметизируются битумом или атмосфероустойчивым силиконом.

Сделав всё последовательно, вы получите надёжную долговечную батарею для преобразования солнечного света. Обязательно загерметизируйте все щели, чтобы избежать в них попадания влаги. Соблюдайте полюсность при соединении контактов.

Схема подключения солнечной батареи для дома

Остаётся завершающий этап установки солнечной батареи, изготовленной собственноручно.

Чтобы сделать всё верно, пользуются следующим алгоритмом:

1. Контроллер заряда соединяют с АКБ при помощи выходных клем.
2. Подключаем аккумуляторную батарею. Обязательно соблюдайте одинаковую полюсность (плюс к плюсу, минус к минусу). В противном случае батарея попросту спалит АКБ.
3. Подаём питание от АКБ, поместив проводники на входные клеммы инвертора.
4. Теперь можно включить контроллер с инвертором. Электричество начнёт зарядку аккумулятора.

Как видим, собрать и смонтировать такую конструкцию возможно, если придерживаться правильной последовательности действий. Используйте качественные материалы для сборки гелиосистемы, тогда вы получите долговечную конструкцию, которая сэкономит вам круглую денежную сумму. Существуют также солнечные батареи, которые собирают вручную из транзисторов. Для нас же приемлемым остаётся вышеописанный вариант.

Солнечные батареи своими руками, видео

gid-str.ru

Как подключить Солнечные Панели (Схемы соединения)

Последовательное соединение, параллельное соединение и последовательно-параллельное соединение солнечных модулей

Возможные варианты подключения солнечных панелей

При монтаже солнечных электростанций неизбежно возникает вопрос – как соединять солнечные панели и чем отличаются варианты подключения. Именно об этом мы и поговорим в этой статье.

Существуют 3 варианта соединения солнечных панелей между собой:

-Последовательное соединение

-Параллельное соединение

-Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Для того чтобы разобраться чем они отличаются, обратимся к основным характеристикам солнечных панелей:

• Номинальное напряжение солнечной батареи – как правило 12В или 24В, но существуют и исключения• Напряжение при пиковой мощности Vmp – напряжение при которой панель выдает максимальную мощность• Напряжение холостого хода Voc – напряжение в отсутствии нагрузки (важно при выборе контроллера заряда АКБ)• Напряжение максимальное в системе Vdc – определяет максимальное количество панелей объединенных вместе• Ток Imp – ток при максимальной мощности панели• Ток Isc – ток короткого замыкания, максимально возможный ток панели

Мощность солнечной панели определяется как произведение Напряжения и тока в точке максимальной мощности – Vmp* Imp

В зависимости от того какая схема подключения солнечных панелей выбрана, будут определяться характеристики системы солнечных панелей и подбираться соответствующий контроллер заряда.

Теперь предметно рассмотрим каждую схему соединения:

1)   Последовательное соединение солнечных панелей

При таком соединении минусовая клемма первой панели соединяется с плюсовой клеммой второй, минусовая второй с клеммой третьей и так далее.

При последовательном соединении нескольких панелей, напряжение всех панелей будет складываться. Ток системы будет равен току панели с минимальным током. По этой причине не рекомендуется соединять последовательно панели с различным значением ток максимальной мощности, поскольку работать они будут не в полную силу.

Рассмотрим на примере:

Имеем 4 солнечных монокристаллических панели со следующими характеристиками:

• Номинальное напряжение солнечной батареи: 12В• Напряжение при пиковой мощности Vmp: 18.46 В• Напряжение холостого хода Voc: 22.48В• Напряжение максимальное в системе Vdc: 1000В• Ток в точке максимальной мощности Imp: 5.42А• Ток короткого замыкания Isc:  5.65А

Соединив последовательно 4 таких панели мы получим на выходе номинальное напряжение 12В*4=48В. Напряжение холостого хода = 22,48В*4=89,92В и Ток в точке максимальной мощности равный 5,42А. Эти три параметра задают нам ограничения при выборе контроллера заряда.

 

2)    Параллельное соединение солнечных панелей

В данном случае панели соединяются при помощи специальных Y - коннекторов. У таких коннекторов имеется два входа и один выход. К входам подключаются клеммы одинакового знака.

При таком соединении напряжение на выходе каждой панели будет равны между собой и равны напряжению на выходе из системы панелей. Ток от всех панелей будет складываться. Такое соединение позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от панелей.

 Рассмотрим на примере все тех же 4х панелей:

Соединив параллельно 4 таких панели мы получим номинальное напряжение на выходе равное 12В, Напряжение холостого хода останется 22,48В, но ток при этом будет равен 5,42А*4=21,68А.

3)    Последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

 

Последний тип соединения объединяет в себе два предыдущих. Применяя данную схему соединения панелей, мы можем регулировать напряжение и ток на выходе из системы нескольких панелей, что позволит подобрать наиболее оптимальный режим работы всей солнечной электростанции.

 

В случае такого подключения соединенные последовательно цепочки панелей объединяют параллельно.

 

Вернемся к нашему примеру с 4мя панелями:

Соединив по 2 панели последовательно и затем объединим их соединив цепочки панелей параллельно мы получим следующее. Номинальное напряжение на выходе  будет равно сумме двух последовательно соединенных панелей 12В*2=24В, напряжение холостого хода будет равно 22,48В*2=44,96В, а ток при этом будет равен 5,42А*2=10,84А.

Такое соединение позволит максимально сэкономить на покупке контроллера заряда, поскольку от него не потребуется выдерживать больших напряжений как в случае последовательного соединения или больших токов как в случае параллельного соединения. Именно поэтому соединяя панели между собой необходимо стремится к балансу между токами и напряжениями.

 

О том как подобрать контроллер заряда можно прочитать тут –

 

А если вы хотите купить солнечную электростанцию ― позвоните по телефону 8-800-100-82-43 (+7-499-709-75-09) или оставьте заявку на сайте и мы  сделаем все необходимые расчеты и подберем оптимальную комплектацию для вас!

oporasolar.ru

Схемы солнечных батарей

Помимо подключение солнечных батарей между собой, прежде стоит рассмотреть схему общего подключения системы.

Типичная схема подключения батарей в системе приведена на картинке выше. Как видно на примере, основные её элементы это несколько солнечных батарей, соединенных параллельно, контроллер заряда акб, сами аккумуляторные батареи, инвертор для преобразования тока.

Среди слабеньких альтернативных систем выработки энергии, самыми популярными бывают 12-вольтовые системы с преобразованием в 220 вольт. Чтобы понимать, как работает такая схема, мы рассмотрим элементы поподробнее.

Батареи, поглощающие свет солнца вырабатывают энергию которая направляется по следующей цепи в схеме.

• Контроллер заряда-разряда АКБ, будет следить за напряжением аккумуляторов.
• Аккумулятор, накапливает генерированную электроэнергию.
• Инвертор – преобразовывает 12-24 Вольт в переменные 220, для работы электрооборудования.

Схема подключения работает таким образом, что на входе в аккумуляторную батарею поступает регулируемое контроллером постоянное напряжение 12 или 24 вольт. Далее с помощью инвертора мы получаем сетевое напряжение как в обычной розетке.

Сетевая схема подключения

Сетевая схема подключения солнечных батарей подразумевает соединение домашней электростанции с энергосетью населенного пункта.

По сути система должна отличаться большей мощностью (обычно это от 10- до 30 кВ/ч), поскольку предназначена для продажи излишка ресурса государству.

Принцип работы простой- вся энергия или только излишки, через мощный инвертор и счетчик, отдается в общую сеть. В конце месяца производится дебет - если есть излишки, они автоматически выплачиваются хазяину на карточку.

Такая схема подключения выгодна тем, что при наличии мощной солнечной электростанции, можно не только полностью обеспечить свой дом электроэнергией, но так-же иметь дополнительный пассивный доход. Если долго нет солнечных дней- электричество можно брать с сети привычным способом.

В схему включены мощные сетевые инверторы для фотогальванических систем синхронизированного по частоте и фазе типа. Их применяют в системах бесперебойного питания, обеспечивая полную независимость потребителя от нестабильной работы сети энергоснабжения.

Сетевые подразделяются на типы: прямой и гибридный. Обыкновенные- могут работать одновременно с централизованной сетью подачи электроэнергии, не требуют наличия аккумуляторов. Гибридный инвертор — может работать в обоих случаях.

Хотя такая схема требует серьезных вложений, она очень популярна в европе, набирает обороты в нашей стане.

Схемы соединения солнечных батарей

Для работы солнечной системы панелей для дома, применяют различные варианты подключения батарей в зависимости от их количества, мощности. Преобразование тока происходит в батареях, которые сформированы в определенные группы.

Ниже представлена принципиальная схема последовательного подключения солнечных батарей.

Последовательное соединение солнечных батарей в группы, применяется в случаях, когда вам нужно поднять уровень напряжения, не изменяя мощности на одном уровне.

К примеру: если подключить два модуля мощностью по 200Вт с напряжением 12В, в итоге мы получим солнечный PV-массив 200Вт. напряжением 24В.

Важно!!! Стоит подчеркнуть, что схема соединения солнечных батарей в 24В - требует наличие точно такого 24В соединения аккумуляторного блока.

Параллельное соединение солнечных панелей

Параллельная схема удобна в случае, когда в силу различных причин, нужно оставить напряжение батарей согласно заводским параметрам, но есть необходимость увеличить мощность всего солнечного PV-массива.

К примеру, если взять 2 солнечные батареи мощностью 250Ват с напряжением 24В. Образование группы происходит путем подключения плюсовых проводов друг в друга, а минусовых выводов – во вторую группу. Такими образом, на выходе напряжение остается прежним как и было 24В, однако мощность возрастает в два раза- до 500 Вт.

Параллельно-последовательное подключение

Параллельно-последовательная схема, применяется когда необходимо подключить нестандартные группы батарей, или фотоэлектрические модули разной мощности.

Схема подключения инвертора

Подключение инвертора. При самостоятельной сборке домашней электростанции дома, возникает много текущих вопросов, на один из которых мы решили написать ответ. Чтобы ваша система работала правильно, нужно знать как грамотно подключить инвертор к аккумулятору чтоб ничего не спалить. Особых сложности с подключением акб не должно возникать, стоит только придерживаться основных правил.

Заводом изготовителем настоятельно рекомендуется соблюдать полярность, использовать кабели идущие в комплекте с инвертором. Во избежание больших потерь энергии, нерекомендуется их удлинять.

Во избежание последствий форс-мажорных ситуаций, рекомендуется установить предохранитель или подключать оборудование через автоматический выключатель. При первом подключении инвертора к аккумулятору- вас может несколько напугать характерное искрение - это нормально.

Схема подключения аккумуляторных батарей

Подключение блока АКБ к инвертору. Источники бесперебойного питания (инверторы) работают на различном напряжении постоянного тока от аккумуляторных батарей, которое зависит от параметров завода производителя.

Потому нередко приходится подбирать индивидуальные схемы подключения аккумуляторных блоков под различные мощности используемого оборудования. Для реализации таких потребностей существует несколько вариантов соединения.

solar-batarei.ru

Схема устройства солнечной батареи и принцип работы

Альтернативные источники энергии, преобразующие солнечный свет в электричество, становятся все более востребованными в быту и промышленности. Они используются в авиации, космических разработках, электронике, для создания экологически безопасного транспорта. Но самой перспективной считается отрасль энергообеспечения зданий: питание бытовых приборов и системы отопления дома, нагрев горячей воды. К преимуществам относят: независимость от времени года и коммунальных служб, возможность аккумулирования запаса энергии, надежность и долгий срок службы. Но для достижения максимального эффекта от применения важно знать принцип действия батарей и соблюдать условия их монтажа и эксплуатации.

Оглавление:

1. Конструкция и виды
2. Как это работает?
3. Методы улучшения эффективности функционирования

Описание устройства, разновидности

Фотоэлектрические преобразователи или солнечные аккумулирующие батареи представляют собой пластину со свойствами полупроводника, вырабатывающую постоянный ток при попадании на нее световых лучей. Основой может быть кремний (наиболее распространенный вид) и его соединения с медью, галлием, кадмием, индием, амфорные, органические или химические фотоэлементы, полимерная пленка.

Каждый материал имеет свой коэффициент ФЭП солнечных лучей (от 5 до 30 %) и, как следствие — вырабатывает определенную мощность при равной интенсивности светового потока. Многое зависит от площади батареи, одиночный кристалл полупроводника производит незначительное количество энергии, в среднем для получения 0,15 кВт потребуется 1 м2 панели. Исключение составляют инновационные многослойные полимерные соединения (монокристаллы), их КПД достигает 30 %, но эта технология еще недоступна рядовому потребителю.

Помимо пластины, в схему солнечной батареи входят вспомогательные приборы (для передачи, распределения и аккумулирования энергии):

• Инвертор или преобразователь постоянного тока.
• Накопитель для бесперебойной работы системы в ночное время или в пасмурную погоду.
• Стабилизатор напряжения.
• Контроллер для отслеживания заряда.

В зависимости от площади используются миниатюрные маломощные батареи (до 10 Вт) либо большие стационарные панели. Первые относятся к переносным (популярны для зарядки ноутбука, калькулятора, мобильных устройств). Вторые чаще служат для энергоснабжения и отопления дома, размещаются обычно на крыше. Так как мощность батарей полностью пропорциональна солнечной интенсивности, стало целесообразным размещать отслеживающие панели (изменяющие угол расположения, в зависимости от движения Солнца). Толщина вариантов из полупроводника незначительна (от 10 мкм до 10 см), но с учетом вспомогательных приборов модули весят больше, что учитывается при просчете нагрузки на стропила и поверхность крыши.

Принцип фотоэлектрического преобразования

Для того чтобы понять как работает солнечная батарея, следует вспомнить школьный курс физики. При попадании света на пластину из двух слоев полупроводников разной проводимости возникает эффект p-n перехода, электроны из катода покидают свои атомы и захватываются на уровне анода. При подключении в схему нагрузки (аккумулятора) они отдают свою положительно заряженную энергию и возвращаются в n-слой. Это явление более известно как «внешний фотоэффект», а двухслойная пластина как «фотоэлемент». Чаще всего применяется один и тот же материал: базовый полупроводник с определенным типом проводимости покрывается слоем с противоположным зарядом, но с высокой концентрацией легирующих примесей.

Этот принцип работы солнечных батарей неизменен с момента открытия эффекта; именно на границе зон осуществляется электронно-дырочный переход. При воздействии солнечных лучей в обоих направлениях проходит движение разнозаряженных частиц, при замыкании контура ФЭП они осуществляют работу на нагрузку. Для полноценной передачи (сбора и отвода электронов) используется контактная система (внешняя сторона батареи напоминает сетку или гребенку, а тыльная обычно сплошная). Чем выше площадь p-n перехода и коэффициент фотоэлектрического преобразования полупроводника, тем большую мощность производит устройство. Физическое явление и принцип работы не зависят от температуры воздуха, важна лишь интенсивность солнечного света. Как следствие, на величину КПД панели оказывают влияние погодные условия, климат, сезон, географическая широта.

Способы повысить эффективность батареи

Даже в средней полосе России установка солнечных аккумуляторов окупается за 3–5 лет, ведь лучи абсолютно бесплатны и доступны круглый год. Но для полноценного отопления дома в 100 м2 полезной площади потребуется около 30 м2 панелей. Для усиления принципа фотоэффекта рекомендуется провести следующие работы:

1. Разместить батареи на южной стороне под углом не менее 30°.
2. Не монтировать солнечные панели под тенью высоких деревьев.
3. Раз в 2 года очищать поверхность от грязи.
4. Установить отслеживающие солнечный свет системы.

Полностью отказываться от внешнего энергоснабжения не стоит, даже современные комплексы не способны аккумулировать достаточное количество энергии для полноценного обеспечения здания при длительной непогоде. Лучше всего использовать их как часть комбинированной системы.

 

termoframe.ru

Как сделать солнечную батарею из панелей своими рукамии

Углеводороды были и остаются основным источником энергии, однако все чаще человечество обращается к восполнимым и экологически безопасным ресурсам. Это стало причиной повышенного интереса к солнечным батареям и генераторам.

Их главный минус – дороговизна. Удешевить продукцию можно, если взяться за ее создание самостоятельно. Рассмотрим, как сделать солнечную батарею своими руками.

Содержание статьи:

Плюсы и минусы применения гелиосистем

По статистике, взрослый человек ежедневно использует около десятка различных приборов, работающих от сети. Хотя электричество считается относительно экологичным источником энергии, это иллюзия, ведь при его получении используются ресурсы, загрязняющие окружающую среду.

С этой точки зрения, гелиосистемы гораздо выигрышнее.

Галерея изображений

Фото из

КПД кристаллических кремниевых фотомодулей достигает 15 – 20%, и есть все основания полагать, что в ближайшие годы этот показатель вырастет. Уже сейчас существуют образцы, КПД которых достигает 22-33.7%. Пока они тестируются в лабораторных условиях, но скоро появятся в продаже. При выборе фотомодулей стоит обратить внимание на продукцию компании Sanyo

В среднем КПД батарей этого типа составляет 10-18.7%. Все зависит от основы пленочных солнечных элементов. Некоторые модели потенциально небезопасны для окружающей среды, т.к. содержат кадмий, поэтому при покупке следует тщательно изучить техническую документацию. Утилизируют такие батареи строго в соответствии с рекомендациями производителя

Модули этого типа называют еще многопереходными или тандемными. Они имеют особую структуру ячеек, которые образовывают несколько p-n переходов. Это относительно новый продукт на рынке, хотя для космической отрасли используется довольно давно. КПД (соответственно, и цена) таких моделей зависит от количества слоев ячеек

Это элементы, изготовленные из наноструктурированных материалов. Их используют в отраслях, где малый вес солнечных модулей имеет принципиальное значение. Благодаря сверхтонкой структуре можно существенно увеличить эффективность работы таких батарей. Для рядового покупателя сверхтонкие модули пока недоступны

Кристаллические кремниевые фотомодули

Тонкопленочные солнечные батареи

Многослойные солнечные модули

Сверхтонкие многослойные солнечные модули

Комплектующие для сборки солнечных батарей и генераторов давно есть в свободной продаже, и при желании собрать систему может любой желающий. Для этого потребуются некоторые финансовые вложения и время. Процесс сборки кропотлив, требует внимания и точности, зато сама работа не отличается особой трудоемкостью.

В силу климатических особенностей многих регионов не приходится рассчитывать, что солнечной энергии хватит для полного обеспечения частного дома. Она способна покрыть лишь 20-30% всех энергопотребностей. Зато это хорошее решение для дачи

Преимущества применения солнечной энергии:

1. Огромный потенциал. Солнце способно дать достаточно энергии для удовлетворения всех человеческих потребностей. Она возобновляема и неисчерпаема, чем выгодно отличается от угля, нефтепродуктов, природного газа.
2. Доступность. Солнце есть везде – и в жарких странах, и в самых холодных. Его вполне достаточно для всех нужд.
3. Экологичность. Из-за тотального энергетического кризиса «зеленая» энергетика – самая перспективная сфера для научных исследований и высокотехнологичных разработок. Солнечные батареи прекрасно справляются со своей задачей без вреда для окружающей среды.
4. Отсутствие шума. Гелиосистемы работают бесшумно, что выгодно отличает их от многих других источников энергии.
5. Экономичность. Эксплуатация и обслуживание солнечных батарей не требуют никаких особых затрат. Вложив деньги один раз, владелец может использовать систему в течение 20-25 лет. Главное – своевременно чистить элементы.
6. Широкая сфера применения. Солнечные батареи могут вырабатывать достаточно энергии для обеспечения дома электричеством и теплом. Однако это не единственная область их применения. Гелиосистемы используют для опреснения воды и даже для обеспечения энергией орбитальных станций.

Пока еще солнечные батареи дороги, хотя уже сейчас появляются способы существенно сэкономить при их самостоятельном изготовлении. Каждый год внедряются новые разработки, которые позволяют упростить и удешевить процесс получения солнечной энергии.

Гелиосистемы плохо подходят в качестве основного источника энергии, а вот в качестве дополнительного или альтернативного – отличный вариант. По сравнению с ветрогенераторами, они более стабильны и выгодны

Одна из самых интересных современных технологий – тонкопленочные модули, которые внедряют в стройматериалы. Также появились прозрачные накопительные элементы, предназначенные для использования в оконных конструкциях. Это разработка японской компании Sharp. Специалисты считают, что уже в ближайшее время такие солнечные батареи станут в разы мощнее и выгоднее.

С накоплением солнечной энергии нередко возникают проблемы, т.к. аккумуляторные батареи дороги. Единственное, что в какой-то мере компенсирует этот недостаток: большая часть мощных электроприборов включается в светлое время суток

По объективным причинам гелиосистемы пока еще не могут полностью заменить углеводороды, т.к. получение и накопление солнечной энергии связано с большими расходами, однако они могут стать неплохим источником альтернативного энергоснабжения дома или отдельных электроприборов.

Некоторые владельцы решаются на оборудование своих домов солнечными станциями, полностью обеспечивающими потребности в электроэнергии. Такие вложения окупаются за 10-40 лет в зависимости от типа моделей – готовых или самодельных

Технологии быстро развиваются, а солнечные батареи можно модернизировать и наращивать, поэтому стоит начать собирать подходящие системы уже сейчас.

Какие комплектующие нужны и где их купить

Основная деталь – солнечная фотопанель. Обычно кремниевые пластины покупают через интернет с доставкой из Китая или США. Это связано с высокой ценой на комплектующие отечественного производства.

Себестоимость отечественных пластин получается настолько высокой, что выгоднее заказать на Еbay. Что касается брака, то на 100 пластин лишь 2-4 непригодны к использованию. Если заказывать китайские пластины, то риски выше, т.к. качество оставляет желать лучшего. Преимущество – только в цене.

Готовая панель гораздо удобнее в использовании, но и втрое дороже, поэтому лучше все-таки озадачиться поиском комплектующих и собрать устройство своими руками

Остальные комплектующие можно купить в любом магазине электротоваров. Также потребуются оловянный припой, рама, стекло, пленка, лента и карандаш для разметки.

Галерея изображений

Фото из

Выбор солнечного элемента для батареи – самый важный этап в покупке комплектующих. Батареи могут быть поли- и монокристаллическими. Преимущество первых – цена, а вторых – большая эффективность. Лучше выбрать монокристаллические кремниевые модули. Они идеально подходят для объектов ограниченной площади

Оптимальный вариант – выбрать аккумулятор AGM типа. Они относительно недороги, компактны, способны работать при любых температурах. При покупке следует ориентироваться на емкость прибора, длительность зарядки и срок службы, указанный производителем

Кроме солнечного элемента, стабилизатора и аккумулятора, потребуются также паяльник, олово и карандаш. Если изначально куплен готовый комплект с припаянными проводниками, работы будет гораздо меньше, а сама сборка системы существенно упрощается

Для сборки батареи потребуются стабилизатор напряжения и контроллер нагрузок. Если правильно собрать самодельную систему, ее можно будет подключить к обычному аккумулятору – свинцово-кислотному или же литиевому. Это позволит более рационально использовать энергию

Солнечные элементы для батареи

Аккумулятор для солнечной системы

Комплект для сборки батареи

Стабилизатор напряжения для солнечной батареи

При покупке комплектующих стоит обращать внимание на гарантию производителя. Обычно она составляет 10 лет, в некоторых случаях – до 20. Важно также правильно подобрать аккумулятор. Экономия на нем нередко оборачивается неприятностями: во время зарядки прибора может выделяться водород, что чревато взрывом.

Особенности расчета мощности систем

Перед тем как закупить комплектующие и сделать солнечную панель, рассчитывают необходимую мощность прибора и емкость аккумулятора. Самый простой способ – воспользоваться онлайн-калькуляторами, размещенными на некоторых сайтах в интернете.

Количество энергии, заявленное в техническом паспорте изделия, рассчитано для идеальных условий. На них невозможно ориентироваться, ведь устройства работают по-разному в зависимости от времени года и суток. Потери энергии происходят постоянно, в т.ч. в аккумуляторах, инверторе

Важнейший показатель, который придется учитывать, — среднемесячное количество потребляемой энергии. Его можно определить по счетчику. Также следует сделать скидку на особенности работы самих солнечных батарей. Они способны выдавать предельную мощность лишь при условии чистого неба, причем угол падения солнечных лучей должен быть прямым.

Если погода пасмурная или угол падения лучей слишком острый, мощность батарей может упасть в 20 раз. Даже малейших облаков достаточно, чтобы вдвое снизить показатели. Поэтому при расчетах ориентируются на то, что 70% энергии будет вырабатываться с 9 до 16 часов, а в остальное время – до 30%.

Зимой от гелиосистем мало пользы: из-за пасмурной погоды они вырабатывают минимальное количество энергии. Зато ветрогенераторы работают на полную мощность и способны компенсировать эти потери. Комбинация двух таких устройств очень эффективна

В условиях, приближенных к идеальным, в «рабочее время» панели мощностью 1кВт вырабатывают 7 кВт/ч, а ранним утром и вечером – около 3 кВт/ч. Второй показатель лучше вообще не брать в расчет и оставить «про запас» с учетом возможной облачности и изменения угла падения лучей. Получается, следует ориентироваться на 210 кВт/ч в течение 1 календарного месяца. Это идеальный показатель, который требует корректировки.

На Еbay можно найти неплохой набор для изготовления солнечной батареи своими руками. Иногда это устройства, которые отбраковали на производстве (т.н. модули В-типа). Они дешевы, но вполне пригодны для сборки домашней системы, поскольку эксплуатационные характеристики близки к заявленным

Чтобы определиться с реальным количеством энергии, следует найти данные о том, сколько солнечных дней в году бывает в конкретном регионе. В эти периоды мощность батарей не будет составлять даже половины от паспортного показателя. Если устройства будут работать осенью и зимой, то нужно сделать поправку в 30-50% на пасмурную погоду.

Пошаговая инструкция по сборке солнечной панели

Работа по сборке начинается со схемы и проекта. Нужно четко представлять, как будет устроена и закреплена солнечная панель. Так, если КПД системы напрямую зависит от угла наклона относительно солнечных лучей, следует позаботиться, чтобы этот угол можно было менять. Во многих готовых моделях предусмотрены механизмы, автоматически поворачивающие панели, а в самодельных придется продумать их самому.

Модули солнечной панели должны быть одинаковыми, ведь эквивалентность тока равна показателю наименьшего элемента. Также подбор одинаковых деталей значительно упростит процесс сборки всей системы в целом, т.к. не придется подгонять размеры каркасов и рассчитывать мощность каждой конструкции отдельно

Технология сборки зависит от общей площади панелей, их количества, особенностей дополнительных материалов. Обширная площадь системы гарантирует ее более высокую мощность, но одновременно увеличивается и вес конструкции, что тоже приходится учитывать, ведь кровля должна его выдерживать.

Этап 1: изготовление корпуса конструкции

Когда все комплектующие подготовлены, можно приступать к сборке корпуса, на котором будет держаться вся конструкция. Понадобятся следующие материалы:

• листы фанеры, вырезанные по размеру панелей;
• плиты ДВП;
• деревянные рейки, из которых будут изготовлены бортики;
• материалы для крепежа: саморезы, уголки, подходящий клеевой состав;
• оргстекло;
• краска и пропитки, чтобы облагородить внешний вид готовой конструкции и защитить ее от гниения.

В первую очередь готовят основание – к фанере приклеивают невысокие бортики. Они не должны закрывать панели, поэтому стоит выбрать рейки около 2 см. Чтобы бортики не отклеились, их дополнительно закрепляют саморезами и уголками.

Верхнюю крышку изготавливают из оргстекла, а деревянные детали конструкции покрывают антисептическими пропитками для защиты от гниения и красят. Оттенок краски должен гармонировать с цветом крыши

Низ основания и бортики сверлят в нескольких местах, чтобы обеспечить вентиляцию. Крышку нельзя сверлить, т.к. элементы конструкции могут подмокнуть. Для крепления панелей лучше выбрать плиты ДВП, поскольку они не проводят ток. При желании ДВП можно заменить другим материалом.

Этап 2: установка и крепление элементов

Солнечные элементы следует равномерно разложить на подложке «изнаночной» стороной и припаять проводники. Для этого нужно будет разметить места пайки. Чтобы не испортить все модули, лучше сначала последовательно соединить только два элемента. Если все в порядке, так же припаивают остальные модули. В результате на подложке должна появиться аккуратная цепочка соединенных элементов.

После сборки конструкции ее следует проверить на работоспособность. Если она функциональна, то ее можно уже крепить шурупами к каркасу. На готовую панель ставят блокировочный диод. Его задача – предотвратить разрядку аккумулятора

Когда все модули будут соединены, их можно перевернуть для закрепления на панели. В качестве клеевого состава можно использовать эпоксидную смолу или силиконовый герметик. Желательно не намазывать края модулей, чтобы конструкции не сломались в случае деформации каркаса. Достаточно прочно приклеить элементы по центру.

Этап 3: особенности крепления крышки

После сборки батареи на каркасе ее закрывают крышкой из оргстекла, еще раз проверяют и фиксируют. Важно, чтобы клеевой состав полностью просох до установки крышки, иначе он продолжит испаряться и оставит мутные следы на оргстекле.

На выходной кабель устанавливают двухконтактный разъем. Он нужен для подсоединения контроллера. Остается еще раз проверить работу системы и исправить недочеты, если они будут обнаружены.

Этап 4: установка готовой системы

Батареи устанавливают на земле, на стенах или крыше. Это зависит от пожеланий самого владельца здания. Главное, чтобы система была расположена с южной стороны здания и ее работе ничто не мешало.

Если конструкцию планируется крепить на скате кровли, нужно убедиться, что поверхность выдержит дополнительную нагрузку. Систему устанавливают так, чтобы она располагалась под углом 30-40 градусов к крыше, и намертво закрепляют.

Солнечные панели, особенно тонкопленочные, подвержены деформациям под воздействием ветра или давлением снега. Нужно позаботиться о надежной ветрозащите и установить приспособления, задерживающие или рассекающие снег, который сползает с крыши

Отличное решение – крепление системы к металлической рамной конструкции из толстого профиля. Минимальное сечение – 25х25 мм, а при большой площади конструкции лучше выбрать более прочный профиль. Перед каждой такой рамой устанавливают снегозадержатель или оборудуют кронштейны снегорассекателями.

Выводы и полезное видео по теме

Описаний бывает недостаточно, чтобы полностью разобраться в особенностях сборки и монтажа солнечных панелей. К тому же существуют различные способы крепления, а «народные умельцы» совершенствуют навыки и постоянно изобретают новые пути решения старых задач.

Мы предлагаем видеоинструкции и советы опытных мастеров, чтобы вам было проще понять процесс сборки гелиосистем. Выберите те рекомендации, которые лучше всего соответствуют вашим планам и пожеланиям.

Где купить комплектующие и как собрать систему, описано в видеоролике ниже:

Полное пошаговое описание процесса сборки:

Оригинальный подход к сборке солнечных батарей, советы специалиста:

Инструкция по сборке солнечной электростанции для дома:

Альтернативная энергетика – это по-настоящему актуально. Если вы решили разобраться в способах получения энергии без углеводородов, можете гордиться тем, что заботитесь не только о себе, но и о планете в целом. Простая солнечная батарея поможет вам обеспечить себя «зеленым» электричеством и сбережет наш общий дом. Собрать систему несложно, главное – захотеть и сделать.

sovet-ingenera.com

Схема солнечной батареи: принцип работы и подключение

Стоимость электрической энергии постоянно увеличивается. Поэтому, в современных условиях, все большую актуальность приобретают различные виды альтернативных источников энергии. Среди них, ведущую роль играет схема солнечной батареи, которая широко используется для загородных домов и в некоторых видах производства. Очень многие успешно собирают эти схемы своими руками, что совсем несложно, зная общие принципы работы таких устройств.

Принцип работы

Прежде чем собирать систему солнечных батарей, необходимо точно знать, порядок ее работы.

Основной принцип действия заключается в индивидуальных свойствах р и н полупроводников, соединенных в единое целое. Образуется, так называемый р-н переход, расположенный на границе, разделяющей эти полупроводники.

При воздействии на батарею солнечных лучей, происходит накопление положительных и отрицательных плавающих нагрузок с обеих сторон конкретного полупроводникового р-н перехода. Происходит генерация напряжения с последующим развитием магнитного поля. Таким образом, мощность полученного тока находится в зависимости от количества солнечных лучей, а само преобразование можно сделать фиксированным и регулируемым.

Сборка и подключение схемы

Готовые панели необходимо аккуратно соединить между собой. Сама схема солнечной батареи предполагает правильное соединение положительных и отрицательных контактов.

Собранные конструкции устанавливаются в корпус, затем, поверх них монтируется оргстекло. Предварительно, необходимо использовать диод Шоттки с чувствительным элементом, проводящим тепло. Данный диод выступает в роли блокирующего агента, обеспечивающего защиту батарей при возможных перепадах напряжения. С его помощью прекращается подача питания к устройству при недостатке мощности электрических сетей.

В результате, зарядка будет продолжаться даже при отсутствии питания. После того, как установлен диод, оргстекло устанавливается поверх корпуса и закрепляется винтами. Провод, выходящий из солнечной панели, подключается к проводу, питающему дом и к другим элементам системы.

Самое главное, не нарушать последовательность при сборке. Если хотя бы один элемент будет неправильно подключен, то нарушится работа всей системы. Поэтому, перед началом сборки, нужно внимательно изучить все операции, особенно те, которые напрямую касаются общей схемы солнечной батареи.

electric-220.ru

Установка на калькулятор солнечной панели

Место творчества радиолюбителя всегда компактно, это удобно когда всё необходимое находится на расстоянии максимум вытянутой руки, однако при этом каждый сантиметр полезной площади «в деле», на ней размещено то, что постоянно востребовано, при этом у всего есть своё раз и навсегда определённое место. Перестановки и замены тут недопустимы. Так в уголке внутренней полочки секретера, с краю, «прописался» совсем не большой калькулятор.

Калькулятор на солнечной панели

На днях он перестал функционировать, не припомню чтобы менял в нём батарейку, да это и правда ни к чему, потому как он с солнечной панелью. Так думал пока не вскрыл корпус. Ну и ладно, положил на его место другой, чуть побольше, считать тоже умеет вот только постоянно падает – места ему мало. Нервирует это, решил восстановить работоспособность старого. Достал из отсека питания батарейку дискового типа, марганцево-щелочную, типоразмер L-1131, вольтаж 1,5 В. Её диаметр 11.6 мм, высота (толщина) 3.1 мм, ёмкость 70 мА. Подзарядил – калькулятор заработал.

Тест солнечной батареи

Вольтаж на слабой солнечной панели

Но на этом не остановился, уже давно имелась в наличии и лежала без дела солнечная панель Panasonic 828 BP-2911C4. Пусть она с обломанным краешком, но на солнышке средней интенсивности выдаёт 2,22 В, через германиевый диод Д310 потеря меньше 0,1 В. Соединил её с калькулятором на прямую – к сожалению увы, не «тянет» она данную конкретную схему.

Устанавливаем в калькулятор солнечную батарею

Нашёл подходящую схему повышающего преобразователя, собрал, но опять разочарование — поставленный германиевый транзистор ГТ309, вместо указанного автором ГТ109, не захотел в схеме работать (не открывается). Вот оригинальная схема с описанием, если вдруг у кого есть нужный транзистор и он захочет её собрать.

Повышающий преобразователь для солнечной панели преобразователя

Схема — повышающий преобразователь для солнечной панели

• Резистор R1 и конденсатор C1 согласно схемы.
• Транзистор V2 германиевый, так как он работает в качестве генератора даже при напряжении 0,4 В.
• Трансформатор наматывается на ферритовом колечке. Первичная обмотка содержит 20 витков провода диаметром 0,1 мм (10 витков + 10 витков). Вторичная обмотка содержит 100 витков того же провода.
• К выходу вторичной обмотки подключен диодный мост V3.
• На выходе параллельно заряжаемой батарейке подключается емкость от 0,1 до 1 мкф.
• Предусматривается возможность подзарядки от солнечной панели калькулятора батареек до 3-х вольт включительно.

Стало любопытно, как же устроена схема соединения солнечной панели в настоящих калькуляторах двойного питания, батарейка + солнечная панель. Не поленился открыть имеющиеся. Между прочим оказалось, что оба калькулятора прекрасно работают и без батареек, только на энергии солнечной панели.

Принципиальная схема подключения

Схема соединения в обоих была идентичной, недаром они и называются одинаково. Ну с диодом, зачем он здесь, всё понятно, а вот светодиод.

Схема заряда 1,5 В от солнечной панели

Так как схема ремонтируемого калькулятора не пожелала работать напрямую от солнечной панели – настаивать не стал и решил использовать её только на подзарядку батарейки соединив через германиевый диод Д310 (соединён он правильно анодом к плюсу панели, это маркировка на его корпусе сделана наоборот).

Диод в калькуляторе

Но перед тем как это сделать испытал панель на возможность её использования в качестве зарядки. На батарейку с солнечной панели было подано напряжение в 1,9 вольта. Зарядный ток составил 0,186 мА, совсем не много, но нужно учесть, что батарейка была уже подзаряжена, а вот когда она в процессе работы будет разряжена в большей мере соответственно и «потянет» на себя и больший ток. Тут главное, что процесс пошёл.

Калькулятор после доработки — ток

Калькулятор снова полностью работоспособен, находится на привычном ему и мне месте. Помимо чистой прагматичности в его восстановлении однозначно присутствует и положительный моральный аспект или сказать проще — реализация творческого потенциала. Автор Babay iz Barnaula.

2shemi.ru

---

• 
  Уход за хвойниками осенью подготовка к зиме
• 
  Металлические оконные откосы
• 
  Как заложить проем дверной
• 
  После грунтовки через сколько можно красить
• 
  Почему ржавеет металл
• 
  Размеры деревянные окна
• 
  Когда садить тую
• 
  Дома бизнес класса
• 
  Морилка для дерева серая
• 
  Ремонт рулонной кровли технология
• 
  Осушение воздуха