Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти
Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.
Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний
Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.
Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.
Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках
Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.
Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим
Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.
Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов
Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.
Общий принцип выбора и компоновки деталей для солнечных батарей
В связи с последними требованиями к производству электрической энергии, которые направлены на переход с традиционного сырья, используемого при его производстве, тема солнечных источников питания принимает все более практическое значение. Массовое производство элементов для создания собственной электрической сети уже предлагает потребителю различные варианты обеспечения автономной электроэнергией. Но пока еще стоимость автономного солнечного источника питания достаточна высока и недоступна для массового потребителя.
Но это не значит, что нельзя смастерить солнечные батареи своими руками. При этом просто необходимо определиться со способом сборки такого устройства. Или, приобретая отдельные элементы, компоновать их самостоятельно, или делать все составные части собственноручно.
Из чего, собственно, состоит система питания, основанная на преобразовании солнечной энергии в электрический ток? Основным, но не последним из ее элементов, является солнечная батарея, конструкция которой была рассмотрена выше. Вторым элементом в схеме является контроллер солнечной батареи, задача которого состоит в контроле зарядки аккумуляторных батарей электрическим током, полученным в солнечных батареях. Следующей частью домашней солнечной электростанции является батарея электрических аккумуляторов, в которой и накапливается электричество. И последним элементом «солнечной» электрической цепи будет инвертор, позволяющий полученное электричество небольшого вольтажа использовать для бытовых приборов, рассчитанных на 220 В.
Рассматривая каждый элемент домашней гелиоэлектростанции отдельно, можно увидеть, что каждый ее элемент может быть приобретен в розничной сети, на электронных аукционах и т. д. или собран собственноручно. И даже контроллер солнечной батареи своими руками можно изготовить – при наличии определенных навыков и теоретических знаний.
Теперь что касается задач, которые ставятся перед собственной электростанцией. Они просты и сложны одновременно. Простота их в том, что солнечная энергия используется для определенных целей: освещения, отопления или полного обеспечения потребностей жилища. Сложность – в правильном расчете требуемой мощности и соответствующем подборе комплектующих частей.
Принцип работы
Создавая солнечную батарею своими руками, нужно обязательно соблюдать принцип модульности. Используя эту методику, можно заниматься увеличением мощности данного прибора постепенно. То есть сразу, нет необходимости делать большую дорогостоящую панель, а можно ограничиться небольшой батареей. В дальнейшем за счет добавления пластинок ее можно будет увеличить до необходимых размеров.
Перед изготовлением солнечной батареи своими руками, нужно знать, что цены на солнечные элементы падают с каждым годом. В результате идет снижение сроков окупаемости. Правда, радует то, что качество изготовления пластин постоянно растет.
Преимущества и недостатки природной энергии
Чем же так хороша природная энергия и что толкает на установку модулей не только частных лиц, но и владельцев крупных предприятий? Основными достоинствами солнечных преобразователей являются:
- доступность источника электричества, которое обойдется пользователю бесплатно;
- положительное влияние на сохранность окружающей среды;
- долговечность приборов;
- простой монтаж и принцип действия;
- отсутствие проблем при повышении цен на коммунальные услуги.
Однако среди всех достоинств, панели имеют недостатки в виде:
- очень большой стоимости;
- приобретения повышенного количества фотоэлементов для удовлетворения потребностей большой семьи или помещения с площадью более 50 кв. м;
- спада производительности при работе панели в пасмурную погоду.
Изделия из подручных материалов
Солнечную батарею можно собрать не только из дорогостоящих материалов, но и из подручных. Готовая конструкция хоть и будет менее эффективной, но позволит немного сэкономить на электроэнергии.
Диоды маленького вольтажа
Это один из самых простых и доступных вариантов изготовления самодельной солнечной панели. В основе устройства будут использоваться диоды небольшого вольтажа, которые изготовлены в стеклянном корпусе.
Делается батарея с соблюдением такой последовательности действий:
- Нужное количество диодов кладётся в стеклянную ёмкость, заливается ацетоном и оставляется на несколько часов.
- По истечении этого промежутка времени краска, покрывающая корпус деталей, размокнет и легко удалится.
- Затем берётся неметаллическая пластинка и на неё наносится необходимая разметка.
- В намеченные места впаиваются диоды. Располагать их нужно вертикально, так как в этом положении генерируется большее количество электричества.
- Готовое устройство тестируется и устанавливается в любом удобном месте, где есть доступ прямых солнечных лучей.
Медная фольга
Если нужно получить небольшое количество электроэнергии, то можно смастерить солнечную батарею из обыкновенной фольги.
Пошаговая инструкция:
- Берётся лист медной фольги площадью не меньше 50 квадратных сантиметров и протирается мыльным раствором. Это поможет очистить поверхность от жира и загрязнений.
- При помощи наждачной бумаги удаляется оксидная плёнка.
- После этого фольга кладётся на электроплиту и греется до появления красноватых пятен. Это свидетельствует о том, что образовавшиеся окислы становятся оксидом меди.
- Затем нагрев продлевается ещё на полчаса.
- По истечении этого времени плита отключается, и лист фольги медленно остывает при комнатной температуре.
- На следующем этапе лист помещается под струю воды и с него смываются остатки оксида.
- Из того же материала вырезается ещё один лист.
- После этого берётся большая пластиковая бутылка и у неё срезается верхняя часть.
- В получившуюся ёмкость опускаются два кусочка фольги и надёжно фиксируются.
- К первому листу подсоединяется минусовая клемма, а ко второму — плюсовая.
- Бутылка заполняется солевым раствором.
Пивные банки
Этот простой способ изготовления батареи не требует больших финансовых затрат. С его помощью можно получить малое количество электричества, которое немного уменьшит расходы.
Порядок действий:
- Из обыкновенной фанеры изготавливается корпус устройства.
- На передней поверхности устанавливается оргстекло, а на задней — стекловата или пенопласт.
- Затем берутся пивные банки из алюминия, и в их нижней части проделывается небольшое отверстие.
- Крышка ёмкостей срезается, а лишние элементы загибаются внутрь.
- Поверхность банок очищается от загрязнений и жира при помощи специальных чистящих средств на основе кислоты.
- После этого банки скрепляются друг с другом и обрабатываются силиконовым гелем.
- Конструкция просушивается и крепится к корпусу.
- Пивные ёмкости окрашиваются в тёмный цвет и закрываются оргстеклом.
Самостоятельно изготовленная солнечная панель — это замечательное устройство, которое позволяет снизить затраты на электроэнергию. При правильном его изготовлении и соблюдении всех рекомендаций можно смастерить качественное изделие, которое будет работать на протяжении многих лет.
Способ изготовления солнечных батарей
Сначала определимся что нужно:
- Фотоэлементы.
- Основание для крепления самого ценного.
- Площадка где будет стоять будущая электростанция.
Теперь разберемся детальнее с каждым пунктом.
Сборка солнечных модулей из кремниевых фотоэлементов
Фотоэлементы с одного бока покрыты тонким слоем фосфора. Иногда там может быть бор.
Данный слой концентрирует в одном месте большое количество электронов. Они не разбегаются так как удерживаются фосфорной пленкой.
На пластине прикреплены металлические дорожки, по которым в дальнейшем протекает электрический ток. Данные кремневые элементы достаточно хрупкие поэтому будьте аккуратными при работе с ними.
Уровень напряжения зависит от количества таких полноценных пластинок.
Основные составляющие части:
- Кремневые пластины.
- Рейки.
- ДСП, несколько листов.
- Уголки из алюминия.
- Поролон толщиной 1,5-2,5 см.
- Что-то прозрачное для основания кремниевых пластин. Обычно это оргстекло.
- Шурупы или саморезы.
- Герметик.
- Провода.
- Клейма.
- Диоды.
Так же потребуются такие инструменты как:
- Ножовка.
- Шуруповерт.
- Паяльник.
- Мультиметр.
Для самостоятельной сборки солнечного модуля используют моно или поликристаллические фотоэлементы с параметрами 3 на 6 дюйма. Их можно отыскать в любом китайском магазине. Чтобы с экономить можно приобрести «специальные группы-пачки». Правда в них часто встречается брак.
Масса торговых точек продает фото пластины пачками по 36 или 72 штуки.
Чтобы соединить разделенные пластины-модули нужны специальные шины. А что бы сборку включить потребуются клеймы.
Теперь, когда с кремневыми фотоэлементами стал все ясно, идем собирать основание.
Остов для солнечной батареи
Это самое простое что можно изготовить в домашних условиях! Обычно его выполняют из реечек или алюминиевого профиля. Его без проблем можно приобрести в хозяйственном магазине. Целесообразно работать с алюминием по следующим причинам:
- Он легкий и не очень давит на опорную установку.
- Не ржавеет.
- Не поглощает влагу.
- Не подвержен гниению в отличие от древесины.
Прозрачный элемент
При покупке обратите внимание на:
- Процент преломления солнечного света. Чем он ниже, тем лучше! КПД пластин будет больше.
- На сколько он поглощает инфракрасные лучи.
На его роль подойдут:
- Плексиглас.
- Поликарбонат. Чуть хуже.
- Оргстекло.
От уровня поглощения зависит будет ли повышаться температура на кремниевых пластинах. Лучше всего пользоваться антибликовым прозрачным стеклом.
Определяемся с местом
Размер солнечного модуля зависит от количества, фотоэлементов, которые будут в него установлены. Лучше всего ставить батареи в место куда свет солнца падает со всех сторон. Так же можно оснастить подобную электростанцию автоматическим поворотом. То есть она будет всегда повернута к солнцу за счет этой штуки. Поворотное устройство для солнечной батареи можно изготовить своими руками.
Проследите за тем чтобы тени домов и деревьев не падали на нашу самодельную солнечную батарею.
Угол наклона зависит от:
- Климата.
- Того где находится дом.
- Времени года.
Солнечные элементы питания выдают максимальный КПД в тот момент, когда лучи падают перпендикулярно.
По некоторым расчетам было выяснено что 1кв метр выдает 120 Вт. В результате этого можно предположить, что на обычный дом в месяц будет уходить 300 кВт. Поэтому нужно задействовать площадь в 20 квадратных метров.
В результате всего выше сказанного солнечная батарея, выполненная своими руками, поможет сэкономить часть средств на электричество.
Устройство и принцип действия солнечных панелей
Приницп работы и устройство батареи заключается в нескольких параметрах, среди которые есть такие:
- нескольких электронных приборов, которые преобразуют энергию фотонов в электрическую. Фотоэлектрические элементы, соединены в солнечных батареях в строгой последовательностью, расположены параллельно друг другу;
- аккумулятора, который накапливает в себе электродвижущую силу;
- генератора-преобразователя периодического напряжения;
- электрического многопозиционного переключающего аппарата, контролирующего работу всех устройств в батарее.
Фотоэлектрические элементы для создания батарей изготавливаются из кремния. Однако очистка материала очень дорогая процедура. Поэтому в последнее время производители используют медь и индий. Каждый элемент представляет собой автономный бокс, генерирующий электроэнергию. Боксы соединены друг с другом, образуя единую площадку. От ее размеров зависит интенсивность солнечной батареи. Поэтому чем больше солнечная станция содержит фотоэлектрических элементов, тем больше производит энергии.
При попадании лучей солнца на элемент в нем образуется фотоэдс, создается тепловая генерация электронно-дырочных пар. Часть лишних электронов проходит через область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости из одного слоя в другой. После этого на внешнем участке электроцепи возникает напряжение. При этом на p-контакте возникает положительный полюс тока, на n-контакте – отрицательный. После подключения к аккумулятору фотоэлектрические элементы образуют замкнутое кольцо. В результате солнечная станция работает по принципу «белка в колесе». Стабильно отрицательно заряженные частицы «бегают» по кругу, а аккумулятор набирает заряд.
Таблица КПД современных солнечных батарей
Степень соответствия удовлетворению потребностей при использовании солнечных модулей определяет отношение отдаваемой к подводимой мощности. Параметр включает в себя затраты на преобразование энергии, его средний показатель составляет 16-21 %. Именно такое количество электричества модуль получает от солнечных лучей, попадающих на фотоэлектрические элементы.
Все модели панелей имеют коэффициент полезного действия от 4,5 % до 26 %. Такая разница между преобразованием и передачей энергии обуславливается различием между материалами и конструкциями при изготовлении пластин. На характеристики в отношении передачи и преобразования солнечной энергии также влияет:
- мощность излучения солнца. При понижении активности светила интенсивность панелей понижается. Чтобы модули снабжали владельцев электричеством ночью, в них интегрируют специальные аккумуляторы-накопители;
- температура. Нагрев фотоэлектрических преобразователей снижает их способность превращать энергию в ток. Панели с встроенными охлаждающими приборами являются продуктивнее. Поэтому при температуре воздуха -15 градусов и солнечной погоде, КПД преобразователей выше, чем летом при температуре воздуха +28 — +32 градуса;
- угол наклона панели. Для обеспечения максимально высокого КПД конструкцию панели нужно направить строго под попадание лучей солнца. Самыми производительные модели, уровень наклона которых регулируется относительно расположения светила;
- климатические условия. На практике доказано, что у владельцев фотоэлектрических преобразователей, проживающих в регионах с пасмурной дождливой погодой, показатель КПД панелей ниже.
Коэффициент полезного действия солнечных преобразователей во многом зависит от типа самородного элемента-кремния. Аппараты на основе этого материала отличаются методом изготовления и КПД.
| Вид панели | КПД | Описание |
| Монокристаллические | 15%-25% | Аппараты, которые являются самыми производительными и долговечными. Из-за высокой структурированности материала имеют высокую цену. |
| Поликристаллические и полимерные | 11%-19% | Модули, которым для хорошей производительности нужна большая площадь, чем монокристаллическим. Имеют неоднородную внешнюю конструкцию, которую можно исправить при помощи просветляющих покрытий. |
| Тонкопленочные | 5% -10% | Аппараты отличаются простотой в изготовлении и низкой ценой. В процессе эксплуатации показатели КПД этих модулей снижаются. |
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, солнечная энергия гораздо выигрышнее.
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:
- Огромный потенциал. Солнце способно дать достаточно энергии для удовлетворения всех человеческих потребностей. Она возобновляема и неисчерпаема, чем выгодно отличается от угля, нефтепродуктов, природного газа.
- Доступность. Солнце есть везде – и в жарких странах, и в самых холодных. Его вполне достаточно для всех нужд.
- 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.
- Отсутствие шума. Гелиосистемы работают бесшумно, что выгодно отличает их от многих других источников энергии.
- 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.
- 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
Интересная разработка – гибкие солнечные батареи. Благодаря эластичности, фотополотно значительно проще устанавливать – панель “подстраивается” под форму крыши или другой опоры.
Одна из 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.
Выводы и полезное видео по теме
Владельцы загородного жилья уже давно оценили достоинства альтернативной энергии и активно используют СЭС в качестве постоянного или резервного источника. Полезные рекомендации от пользователей солнечных электростанций помогут вам с монтажом собственной системы.
Видео #1. Пошаговый инструктаж по сборке и подключению:
Видео #2. Разбор нередко встречающихся ошибок при выборе и установке оборудования:
Видео #3. Обзор одного из вариантов домашней установки:
Использование альтернативной энергии для нужд человечества – это действительно большой технологический скачок. Сегодня каждый домовладелец может самостоятельно собрать и подключить солнечную электростанцию, питающую дом электричеством. С учетом окупаемости и экологической чистоты это практичное и результативное решение.
Хотите рассказать о том, как собрали небольшую солнечную электростанцию собственными руками? Есть интересные факты и полезные сведения по теме статьи? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, делитесь впечатлениями, мнением и тематическими фотоснимками.
