Альтернативная энергетика - солнечные батареи своими руками.

adv

Вступление.
Если Вы уже решили, что Вам нужна солнечная батарея(СБ), но ещё не знаете купить готовый вариант или собрать самому, эта статья будет Вам полезна.
Основываясь на своём опыте и информации собранной с интернета могу сказать, что собрать солнечную батарею можно и своими руками, это займёт определённое время, потребует кое-каких материалов, но будет стоить в разы меньше, чем купить готовую. Сразу скажу, что батарея расчётной мощностью в 60 ватт, собранная своими руками мне обошлась в пределах 3000 рублей, в то время как готовый вариант стоил не менее 10000 рублей (осень 2010 года). Но в этой статье речь пойдёт больше о втором варианте, собранном уже в 2013 году с учётом недостатков выявленных в ходе эксплуатации первой версии батареи.

Немного теории.
Для начала о размерах батареи. Стандартная схема СБ состоит из 36 одинаковых элементов собранных в шесть цепочек по шесть элементов. Возможен вариант 3х12, но с такой длинной цепочкой хрупких элементов сложнее работать в ходе сборки. Сами элементы - размером 3х6 дюйма (примерно 7,3х14,5 мм) имеют следующие параметры: напряжение холостого хода: 0,5 вольта; ток короткого замыкания: 3-3,5 ампера. Параметры могут немного варьироваться в зависимости от качества самого элемента. В сумме получается СБ напряжением ХХ 18 вольт и током 3,5 ампера. По мощность это как раз получается около 60 ватт. На практике у меня выходило около 40 ватт в хороших погодных условиях.

Выбор солнечных элементов.
Купить сами солнечные элементы сейчас не представляет особого труда. На аукционах e-bay множество предложений от разных продавцов. Любые комплектации, количества и качества. Я остановился на монокристаллических элементах размером 3х6 дюйма, так как они наиболее распространены и по цене самые привлекательные.

Основное отличие предложений - паяные или чистые элементы. Для соединения элементов между собой к каждой пластине должен быть припаян плоский проводок(шина) с двух сторон. Это можно сделать самому, если есть время, желание и кое-какой опыт пайки. Но стоит быть очень аккуратным и осторожным, такак как солнечные элементы очень хрупкие и чувствительные к перегреву. Если чуть сильнее прижать паяльником или даже просто пальцем, то элемент может треснуть. Тогда он уже не будет выдавать всей своей мощности. При перегреве на элементе выгорает тонкий слой, предназначенный для пайки. Если место пайки выгорает полностью, то к нему уже припаяться почти нереально. Поэтому вариант с заводской пайкой я считаю предпочтительней. Такие элементы нужно будет просто соединить между собой (спаять сами выводы). Я заказывал попарно спаянные элементы (заводская пайка с двух сторон). Паяльной работы с ними было совсем немного, только с криво спаянными экземплярами или с сильно короткими выводами. Попутно потренировался на треснутых элементах в пайке провода к поверхности и понял, что не зря заказал уже спаянные.

Выбор материалов.
Основные компоненты солнечной батареи: сами солнечные элементы; соединения элементов в цепочки(плоские провода); соединения цепочек между собой (тоже плоский провод, но более толстый в сечении - шина); подложка для солнечные элементы; стекло для защиты элементов от внешнего воздействия; каркас; крепёж; клей или лента для крепления элементов. Вариантов выбора компонентов может быть множество. Первую свою батарею я решил собирать из оргстекла. Причём использовать оргстекло я тогда решил как для подложки, так и для защиты. Доводы в пользу были следующие: оргстекло менее хрупкое чем простое стекло, более лёгкое по весу. Минусы - со временем появляются царапины, которые ухудшают прозрачность. И главный выявленный минус - от перепадов температур оргстекло выгибается и элементы постоянно двигаются относительно друг друга. Это приводит к тому, что соединения между элементами периодически ломаются от постоянного растяжения-сжатия. Первый вариант батареи у меня нормально проработал несколько месяцев, потом начал пропадать контакт и периодически приходилось разбирать и пропаивать элементы. Поэтому второй вариант я решил собирать уже на жёсткой подложке из фанеры толщиной 10-мм. Она не должна выгибаться от нагрева на солнце, но её надо обязательно защищать от воздействия осадков. Можно хотя бы пропитать чем-то для защиты от влаги и солнца. Я пропитывал лаком для наружных работ в два слоя. После высыхания подложку можно использовать как рабочее место для пайки элементов.

Для соединения цепочек элементов между собой я в первом варианте использовал простые провода(даже скорее проволоку). Это неудобно в плане пайки и не надёжно. Во втором варианте уже использовал специальную шину. Паять одно удовольствие.

Защитное стекло для второго варианта я решил взять уже простое, толстое (5мм). Это добавило весу, но должно защитить от изгибания при нагреве.

Для каркаса брал П-образный алюминиевый профиль(25х30х25), так как необходимо стягивать подложку и защитное стекло. Первый вариант был проще, там использовал уголок (30х30), а стяжку подложки и защитного стекла делал болтами М6 прямо сквозь уголка и оргстекла. Ещё возможен вариант заказать стекло в размер и сразу с просверленными дырками, но это будет очень хрупкий вариант, так как отверстия будут близко к раю. Даже на оргстекле при затяжке болтов местами появлялись трещины.

Для крепления солнечных элементов к подложке можно использовать силиконовой герметик или двустороннюю клейкую ленту на вспененной основе. Достаточно небольшого квадратика размером 2х2 см по центру элемента. По периметру подложки и защитного стекла тоже проклеивал такую же ленту. В первом варианте делал каркас вообще максимально герметичным, склеивал эту ленту между собой, но потом при ремонте батареи это доставило дополнительные трудности при разборке. Поэтому решил второй вариант сразу делать разборным (просто с этой ленты не снимал защитную бумажную полоску). Двойной толщины такой ленты вполне достаточно для создания зазора(под толщину самих элементов) между подложкой и защитным стеклом.

Для стяжки использовал болты и гайки М6 с шагом в 10 см. В первом варианте просто стягивал всё насквозь болтиками. Во втором использовал П-образный профиль для прижатия стекла к фанере.

Сборка.
Порядок работы был следующий:
Подготовить подложку. Покрыть фанеру лаком в два слоя, высушить её. Проклеить периметр фанеры и стекло лентой.

Стекло проклеивал с обеих сторон.

Если есть из чего выбирать, то выбрать элементы с максимальными параметрами (я мерил каждый элемент по току короткого замыкания, светя большим зеркалом на сам элемент).


Разложить элементы лицом вниз, спаять их в цепочки.

Раскладывать можно или на стекле или на запасной фанере. Спаять цепочки между собой при помощи шины. Сделать выводы питания наружу используя ту же шину.

Приклеить к элементам кусочки клейкой ленты. Выровнять их по габаритам подложки, накрыть подложкой и всё это дело перевернуть. Убрать стекло и аккуратно прижать элементы к подложке, чтобы клейкая лента хорошо прикрепилась к подложке.

Далее накрываем опять всё стеклом и крепим каркас по периметру.

Каркас - П-образный алюминиевый профиль. Обрезаем профиль нужной длины.

Углы можно делать под 45 градусов либо соединять встык. Сверлим отверстия с шагом в 10 см, отступая от края 5 см. Отверстия только с одной стороны профиля.

Для дальнейшего крепления каркаса на крыше сделал по углам "ножки" из того же профиля. Они и продольной жёсткости добавляют.

Болты вставляются с задней стороны батареи в отверстие в профиле. Затягивая нижнюю гайку болт упирается в фанеру и прижимает её к стеклу.

Чтобы не сильно портить лаковое покрытие я под болт подкладывал обрезки профиля. Потом второй гайкой фиксируем болтик в профиле.

Перед установкой профиля не забываем изолировать выводы шины, чтобы не было замыкания выводов между собой через каркас.

Выводы лучше дополнительно прикрепить к каркасу или подложке через какие-то клеммы. Чтобы в случае случайного натяжения проводов не вырвать шину (в первом варианте батареи это не было предусмотрено и потом было проблематично ремонтировать её, когда она упала от ветра и вырвало провод).

Проверка.
Проверял уже после обеда, часа в 4. Ток 2,2 ампера.
с

Напряжение под нагрузкой аккумулятора 13,8 вольта.

Первый вариант СБ давал тока 3-3,5 ампера. Но тогда к выбору элементов подходил более скурпулёзно.
(поправка спустя неделю проверок) Когда день ясный, то тока батарея даёт тоже 3,5 ампера.

Практика.
Надёжность данного исполнения покажет только время. Первый вариант разочаровал тем, что от нагрева оргстекла оно выгибалось и элементы двигались относительно друг друга. Это в итоге приводило к обрыву соединений. В скором времени отремонтирую соединения и дополнительно прикреплю сзади жёсткую фанеру. Возможно это исправит проблему.

Плюсы.
Получилась жёсткая конструкция. Простое стекло лучше пропускает свет, чем оргстекло.

Минусы.
Тяжелая. По весу килограмм 15. Раза в два тяжелее первого варианта.

Советы.
Если подложка жёсткая, то думаю для защиты элементов можно использовать и оргстекло. Но где-то в середине каркаса надо предусмотреть упор (можно взять проклеить ленту) от прогиба оргстекла внутрь. От нагрева защитное оргстекло всё равно может деформироваться, а так как периметр зажат, то ему придётся выгибаться и давить на элементы.

Выводы.
Постепенно прихожу к мысли, что лучше всё-таки купить готовый вариант. Это будет надёжнее, качественнее, КПД выше. В ближайших планах отремонтировать старую батарею, купить готовую новую и сравнивать между собой как оно будет работать в течение года.

Важная составляющая любой солнечной энергосистемы - аккумуляторы и контроллер заряда. Об этом поговорим в других статьях.
Другие статьи по теме. (элементы, контроллеры, аккумуляторы)

Тип записи для меню: