Виды солнечных коллекторов
Наиболее распространёнными считаются плоские и вакуумные гелиоколлекторы.
Вакуумные
Главным элементом вакуумного устройства является тепловая труба. Внешне представляет собой ряд, состоящий из стеклянных трубок, заключённых в алюминиевом каркасе. Каждая трубка состоит из двух трубок разных диаметров, а между ними находится вакуум. Благодаря нему теплоноситель внутри неё намного лучше защищён от воздействия температуры окружающей среды.
Устройство вакуумного гелиоколлектора
Медная труба с меньшим диаметром содержит внутри себя специальную нетоксичную жидкость. При нагревании она испаряется. Пар поднимается к самому верху трубки – к наконечнику. Там он отдаёт тепло теплоносителю, находящемуся в теплопроводе.
Обратите внимание! Нетоксичная жидкость испаряется даже при температуре на улице -30°С, благодаря вакууму между трубками.
Конденсируясь на стенках трубы, жидкость обратно стекает вниз. Далее процесс снова повторяется. Все трубы расположены параллельно. Угол наклона зависит от места монтажа системы и географической широты объекта. Панель должна быть направлена на юг.
Устройство водонагревательной системы с использованием вакуумного гелиоколлектора
Солнечный гелиоколлектор отлично работает даже в пасмурную погоду, так как вакуумные трубки хорошо поглощают инфракрасное излучение, проходящее сквозь тучи. В отличие от плоских устройств на вакуумные оказывает меньшее влияние низкая температура на улице и ветер, благодаря изоляционным свойствам вакуума. Системы с солнечными гелиоколлекторами этого типа могут функционировать до -35°C.
Чтобы внутри трубок как можно дольше сохранялся вакуум, один их конец покрыт толстым слоем бария. Он поглощает различные газы, которые появляются во время эксплуатации и хранения устройства. Также барий является своеобразным индикатором. Если он изменил цвет с серебристого на белый, значит, вакуума в трубке уже нет и её следует заменить на новую.
Чтобы провести замену, не нужно останавливать всю систему. Также, если одна из трубок вышла из строя, то коллекторы всё равно продолжат работать как прежде. В случае необходимости в систему можно добавить трубки или снять лишние.
Преимущества вакуумных гелиоколлекторов:
- удобный монтаж;
- простое обслуживание;
- низкие теплопотери;
- длительный период работы.
К недостаткам относят невозможность самостоятельной очистки от снежных наносов, а также минимальный угол наклона должен быть не менее 20°.
Плоские
Внешне плоские солнечные гелиоколлектора представляют собой прямоугольную панель. Корпус выполнен из алюминия. Для подачи и вывода теплоносителя имеются 2 патрубка. Боковые стороны и одна стена утеплены теплоизолятором толщиной 3-4 см. Это позволяет значительно сократить теплопотери устройства.
Главная часть всего гелиоколлектора – это абсорбер, соединенный с теплопроводом. Именно он поглощает инфракрасное излучение. Сверху он закрыт закалённым стеклом с низким уровнем металла. Чаще всего поглощающий элемент делается из меди, так как она имеет высокую теплопроводность.
Устройство плоского солнечного гелиоколлектора
Принцип действия коллектора следующий: солнечные лучи проникают сквозь стекло и попадают на абсорбер. Он нагревается и передаёт тепло теплоносителю. В отличие от вакуумных систем, плоские коллектора могут самостоятельно очиститься от снега. Их монтаж можно провести под любым углом. Но по сравнению с вакуумными устройствами, у них больше теплопотери, и устанавливать их нужно только в полностью собранном виде. Еще один недостаток – в случае повреждения придётся менять всю панель. Но по сравнению с вакуумными, они более надёжные и простые.
Пайка фотоэлементов
В продаже можно найти фотоэлементы с припаянными проводниками, но чаще это приходится делать самому
Что нужно знать? Первой – работать с фотоэлементами нужно очень осторожно – они хрупки е и дорогие
Где купить фотоэлементы?
Проще всего набрать в браузере запрос – результатов появится достаточно, в том числе частные предприниматели, которые предлагают элементы, необходимые для создания солнечной батареи. Правда, стоят они достаточно дорого – значительно дешевле можно найти на Ebay. Можно, конечно, купить элементы, по разным причинам отбракованные в производстве: стоить они будут намного дешевле, но есть риск, что окажутся они непригодными и для использования народными умельцами. К тому же доставка может стоить до тридцати долларов.
Идеи из подручных материалов
Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.
Солнечная батарея из фольги
Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.
Как сделать солнечную батарею из фольги?
Нам понадобится:
- 2 «крокодильчика»;
- медная фольга;
- мультиметр;
- соль;
- пустая пластиковая бутылка без горлышка;
- электрическая печь;
- дрель.
Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.
Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.
Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.
Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.
Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.
Солнечная батарея из транзисторов
У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.
Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.
Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.
Солнечная батарея из диодов
Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.
Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.
Солнечная батарея из пивных банок
Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.
Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки
Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом
Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.
Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.
Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.
Дополнительные элементы (комплектующие)
Дополнением к конструкции будет диод шотки. Это специальный полупроводниковый элемент с малым падением напряжения, если производится прямое включение. Падение напряжения – это, по сути, потери, от которых необходимо избавиться, что и позволяет сделать установленный диод шотки. Он в первую очередь дает возможность заряжать аккумуляторы через солнечную батарею, во-вторых, в момент отсутствия самого солнца не дать аккумуляторам разрядиться. Все дело в обратном токе. Это очень важная комплектующая.
Чтобы дальше усовершенствовать весь прибор, можно добавить и еще некоторые устройства.
- Контроллер заряда аккумулятора. Он дает возможность сохранять электроэнергию определенное количество времени. К примеру, от 50 до 100 часов. Стоит этот прибор недешево, но если вы хотите, чтобы все устройство работало долго, то стоит раскошелиться.
- Инвертор. Это преобразователь напряжения, то есть, на выходе получится не 12 В, а 220 В. При этом мощность самой солнечной батареи может подняться до 100 Вт.
Как видите, усовершенствовать и сделать солнечную батарею своими руками не так уж и сложно. Тем более вся конструкция обойдется вам в разы дешевле, чем промышленный экземпляр. Плюс ко всему самодельная конструкция будет весить меньше, а, значит, в походе нагрузка на плечи от рюкзака снизится. Для сравнения, промышленный модуль ТСМ-60, вырабатывающий мощность 60 Вт, весит 6 кг. Самодельная конструкция около 4 кг.
Изготовление в домашних условиях
Для того чтобы готовая конструкция качественно выполняла свои функции и обеспечивала людей достаточным количеством электричества, необходимо правильно её изготовить. Для этого нужно учитывать много факторов и выбирать только высококачественные материалы.
Основные требования
Перед тем как своими руками сделать солнечную батарею, необходимо выполнить ряд подготовительных мероприятий и тщательно изучить все требования, предъявляемые к устройству. Это поможет получить работающую установку и упростить процесс её монтажа.
Чтобы солнечная панель работала на максимуме своих возможностей, необходимо соблюдать такие требования:
- Готовое изделие отличается повышенной хрупкостью, поэтому его нужно защитить специальным каркасом.
- Размер конструкции зависит от количества необходимой электроэнергии. При этом следует учитывать, что увеличение количества проводников приведёт к повышению массы батареи.
- В корпусе устройства должны быть предусмотрены боковые бортики небольшой величины. Всё это нужно для того, чтобы отбрасываемая ими тень закрывала минимальное рабочее пространство батареи.
- Конструкция устанавливается на открытом воздухе, поэтому будет подвергаться постоянному воздействию атмосферных явлений. Из-за этого внутренняя и внешняя часть корпуса должна быть покрыта качественной влагостойкой краской.
- В каркасе необходимо предусмотреть место для изготовления подложки.
- В нижней части панели нужно сделать небольшие отверстия для вентиляции. С их помощью будет выводиться газ, который образовывается в процессе работы батареи.
Материалы и инструменты
Наиболее важными деталями устройства считаются фотоэлементы. Производители предлагают покупателям только 2 их разновидности: из монокристаллического (КПД до 13%) и поликристаллического кремния (КПД до 9%).
Для изготовления панели понадобятся такие материалы и инструменты:
- набор фотоэлементов;
- крепёжные детали (метизы);
- вакуумные подставки из силикона;
- медные провода, способные работать при большой мощности;
- алюминиевые уголки;
- диоды Шоттки;
- паяльное оборудование;
- набор винтов;
- прозрачный лист из плексигласа или поликарбоната.
Порядок действий
Для того чтобы сделать солнечные батареи своими руками в домашних условиях, необходимо соблюдать последовательность действий. Только в этом случае можно избежать ошибок и добиться желаемого результата.
Процесс изготовления панели прост и состоит из следующих этапов:
Берётся набор поли- или монокристаллических фотоэлементов и детали собираются в общую конструкцию. Их количество определяется исходя из требований владельцев дома. На фотоэлементы наносятся контуры, образующиеся из олова припаянные проводники. Эта операция выполняется на ровной стеклянной поверхности при помощи паяльника. По заранее подготовленной электрической схеме соединяются друг с другом все ячейки. При этом обязательно нужно подключить шунтирующие диоды. Идеальным вариантом для солнечной батареи будет использование диодов Шоттки, предотвращающих разрядку панели в ночное время. Конструкция из ячеек перемещается на открытое пространство и тестируется на работоспособность. При отсутствии каких-либо проблем можно начинать сборку каркаса. Для этих целей используются специальные уголки из алюминия, которые крепятся к элементам корпуса при помощи метизов. На внутренние части реек наносится и равномерно распределяется тонкий слой силиконового герметика. Поверх него кладётся лист из плексигласа или поликарбоната и плотно прижимается к контуру рамы. Конструкция оставляется на несколько часов для полного высыхания силиконового герметика. Как только этот процесс завершился, прозрачный лист дополнительно крепится к корпусу при помощи метизов. Вдоль всей внутренней части получившейся поверхности помещаются выбранные фотоэлементы с проводниками
При этом важно оставлять небольшое расстояние (примерно 5 миллиметров) между соседними ячейками. Для упрощения этой процедуры можно заранее нанести необходимую разметку. Установленные ячейки надёжно фиксируются на раме с помощью монтажного силикона, а панель полностью герметизируется
Установленные ячейки надёжно фиксируются на раме с помощью монтажного силикона, а панель полностью герметизируется
Всё это поможет увеличить срок работы солнечной батареи. Изделие оставляется для высыхания нанесённой смеси и приобретает свой окончательный вид.
Солнечная батарея: что это вообще такое и как работает?
Солнечная батарея – это устройство, которое состоит из определённого набора солнечных элементов (фотоэлементов), которые преобразуют солнечную энергию в электроэнергию. Панели большинства солнечных батарея состоят из кремния так как этот материал имеет хороший КПД по “переработке” поступающего солнечного света.
Работают солнечные батареи следующим образом:
Фотоэлектрические кремниевые ячейки, которые запакованы в общую рамку (каркас) принимают на себя солнечный свет. Они нагреваются и частично поглощают поступающую энергию. Данная энергия сразу же освобождает электроны внутри кремния, которые по специализированным каналам поступают в специальный конденсатор, в котором накапливается электричество и перерабатываясь из постоянного в переменное поступает к устройствам в квартире/жилом доме.
Принцип работы солнечного электроснабжения, устройство солнечной батареи
Преобразовать энергию солнца в электричество можно несколькими способами.
Иногда применяется схема с генератором, где она трансформируется вначале в механическую, вращает вал генератора, а затем переходит в электрическую.
Минус такого способа в том, что он весьма дорогостоящий, поскольку требует использования больших зеркал, поворачивающихся по мере движения солнца.
Применение фотоэлементов позволяет напрямую преобразовывать свет в ток.
Это и есть столь популярные сегодня солнечные батареи, которые представляют собой небольшую (несколько см2) кремниевую пластину, на которой в единую цепь собраны фотодиоды. При попадании света, на выходах диодов появляется фото-ЭДС около 0,5 – 0,55 V. При помощи сборки таких пластин в модули можно получить на выходе требуемую мощность.
Если бы кто-то попытался добиться значения в 220 V, то получил бы батарею колоссальных размеров. Поэтому ставится цель получения 12-24 V, а все дальнейшие преобразования происходят при помощи других составляющих системы.
Конструкция включает в себя три основных узла:
- Солнечную панель.
- Аккумуляторы.
- Инвертор.
Как уже говорилось, задача солнечной панели выработать ток напряжением 12-24 V, которого хватит, чтобы зарядить 12-вольтовый аккумулятор.
Устройство солнечной батареи
Одного аккумулятора будет мало для обеспечения жилья нужным количеством электроэнергии. Их количество рассчитывается исходя из потребностей конкретного дома, и может составлять свыше 10 штук (однако число аккумуляторов прямо пропорционально и размеру солнечной панели).
Преобразовывать энергию низкого напряжения в стандартную, призван инвертор. Его приобретают готовый. При покупке соотносите выдаваемую им мощность с потребностями жилья в электричестве. По меньшей мере, это должна быть мощность в 1-2 кВт.
По устройству солнечной батареи различают два её вида:
- Плёночные.
- Кремниевые.
Плёночные или полимерные реже встречаются, поскольку имеют небольшой КПД и требуют много места для установки. Кроме того, энергоэффективность плёнки сокращается на пятую часть даже при небольшой облачности.
Солнечные панели на крыше
Кремниевые, описанные выше, могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Монокристаллические батареи — это множество ячеек со встроенными кремниевыми преобразователями и заполненные силиконом.
В ячейках поликристаллических батарей больше преобразователей, которые установлены разнонаправленно. Эта особенность обеспечивает более эффективную работу панели, даже когда свет рассеянный. И хотя КПД таких батарей немного ниже, чем у монокристаллических, на поверку они оказываются более продуктивными и их чаще используют.
Какие фотоэлементы подойдут и где их можно приобрести
В первую очередь надо рассмотреть, какие виды фотоэлементов выпускают на данный момент и разобраться в их особенностях:
- Монокристаллические кремниевые панели изготавливаются из слитков самого высокого качества. В них срезаются тонкие пластины, которые имеют большой срок службы – до 50 лет и КПД около 19%. Но и цена этого решения самая большая.
Поликристаллические модули изготавливаются из кремния более низкого качества, но имеют неплохой КПД в 15%, что при сроке службы в 25 лет делает этот вариант оптимальным с точки зрения соотношения цены и качества.
- Аморфные модули отличает то, что кремний напыляется на гибкую основу. Это делает листы легкими и недорогими, но по сроку службы и показателям работы они хуже первых решений.
Самодельные варианты всегда уступают по эффективности заводским солнечным батареям. Это происходит по ряду причин – от точности расчетов и качества деталей до невозможности приобрести некоторые комплектующие отдельно. Но если подобрать подходящий тип и сделать работу по инструкции, можно получить качественный и эффективный модуль.
В продаже нет пленочных вариантов, поэтому выбирать придется между монокристаллическими и поликристаллическими изделиями. Второй тип стоит дешевле, поэтому его используют чаще.
Сборка конструкции
Солнечная панель своими руками собирается в несколько этапов. Лучше всего делать работу по порядку, чтобы ничего не упустить и добиться хорошего результата.
Изготовление каркаса
Алюминиевый каркас – идеальное решение.
Основа под будущие фотоэлементы должна быть прочной и долговечной, ее можно делать из разных материалов. Можно использовать влагостойкую фанеру или плиты ОСП, работа в этом случае проводится так:
Вырезаются куски подходящего размера, по периметру делается обрамление из деревянного бруска, важно точно подогнать все части друг к другу, чтобы не было щелей, а стыки и соединения промазать атмосферостойким герметиком. Затем поверхность покрывается защитным составом или краской и оставляется до полного высыхания
Лучше нанести покрытие в несколько слоев.
Используйте алюминиевый каркас, так как он намного прочнее и долговечнее, чем деревянный. В этом случае подбираются уголки и соединяются, чтобы получилась прочная рама. В нее ставится оргстекло или другой прозрачный материал, все стыки надо обработать герметиком, чтобы не было щелей. Продолжать работу можно после того, как состав полностью высохнет, излишки можно срезать строительным ножом.
Кстати! Размеры каркаса подбираются под параметры приобретенных фотоэлементов. Пока их нет, рамы лучше не делать.
Пайка проводов и соединение фотоэлементов
На всех модулях есть контакты, имеющие разную полярность, перед началом работы они протираются спиртом, после чего к ним припаиваются проводники. Только потом их можно объединить между собой, чтобы собрать систему. Если проводники уже припаяны, обязательно проверяются все соединения, нередко там есть брак, который надо исправить перед монтажом. Если используются специальные шины, то инструкция по проведению работы такая:
- Шины нужно нарезать на полоски подходящего размера, если они идут в одном листе. Контакты на пластинах обязательно протираются спиртом для обезжиривания, после чего на них аккуратно наносится небольшой слой флюса.
Шину следует приложить к контакту по всей длине, после чего разогретым паяльником нужно провести по поверхности без нажима, чтобы не испортить панель. После остывания элемент переворачивается и работа повторяется на контакте со второй стороны в том же порядке.
- Чтобы правильно разместить соединения и подобрать подходящую длину, предварительно разложите модули на подготовленном основании и разметьте их положение.
- Подготовить солнечный элемент своими руками не так сложно. После того, как контакты прикреплены, модули ставятся на место и соединяются между собой. Главное – следить за соблюдением полярности.
Если на соединении шины с контактом есть неровности, надо провести по поверхности паяльником еще раз.
Нанесение герметика
В домашних условиях проще всего использовать строительные атмосферостойкие составы, которые продают во всех магазинах. Работа проводится так:
Вначале надо нанести капли состава по краям фотоэлементов через небольшое расстояние. После этого они размещаются на прозрачном основании по меткам, нанесенным ранее
Важно ровно выставить модули и прижать их как можно плотнее к поверхности.
Для фиксации в подходящем положении на места нанесения герметика ставятся любые грузы. Их можно снять после высыхания состава.
Далее необходимо покрыть герметиком все края, а также стыки между элементами, чтобы полностью герметизировать их
При этом важно не попадать на рабочие части.
Сборка панели
Когда герметик высох, можно проводить окончательную сборку. Тут могут быть свои особенности в зависимости от системы, но чаще всего процесс выглядит так:
- В первую очередь в боковой части корпуса крепится разъем для подключения, к которому надо присоединить диоды Шоттки.
- На наружную сторону вырезается экран из прозрачного материала, который лучше всего закрепить на герметике, чтобы обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание влаги внутрь.
- Готовый элемент проверяется на работоспособность. Если все нормально, можно ставить на каркас крепления, чтобы установить батарею в подготовленном месте.
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.
