Сонячна батарея: джерело енергії в кожен дім

  1. Головна
  2. Статті
  3. Сонячна батарея: джерело енергії в кожен дім
Сонячна батарея: джерело енергії в кожен дім
Плюси та мінуси використання сонячних батарей, як самостійно виготовити сонячну батарею
Сонячна батарея: джерело енергії в кожен дім
Метінвест СМЦ
https://metinvest-smc.com/ua/articles/sonyacna-batareya/
2022-08-26 09:56:08
Сонячна батарея: джерело енергії в кожен дім
21 Серпня 2022

Використання сонячної енергії як допоміжний і основний ресурс швидко перетворилося з незвичного на найперспективніший напрямок завдяки широким можливостям, які не може забезпечити жоден з альтернативних видів енергопостачання. Низька вартість, необмежений обсяг, просте обслуговування та монтаж обладнання, відсутність викидів та багато інших позитивних критеріїв підштовхують користувачів до детального дослідження питання.

У цій статті розповімо, як самому зробити сонячну батарею.

Сонячна енергія в кожен дім - це можливо

У західних країнах рішення перевести електропостачання на сонячну енергетику продиктовано не так економічною вигодою, хоча вона очевидна, як турботою про навколишній світ. У наших умовах користувачі насамперед думають про фінансову доцільність системи, і це зрозуміло.

солнечная батареяЯкщо спиратися на існуючі тарифи на електроенергію без урахування їхнього зростання, то саморобні сонячні батареї, встановлені для сім'ї з 4 осіб, окупають свою вартість через 4–5 років. Фотоелементи прослужать без заміни щонайменше 20 років, акумулятори потрібно буде замінити в середньому через 6–7 років.

Для свого будинку це ідеальне рішення навіть без урахування постійно зростаючих рахунків на електроенергію.

Принцип роботи

Пристрій сонячної батареї отримує енергію сонячних променів і переводить її в електричну. В основу покладено явище фотоелектричного ефекту. Процес перетворення протікає в напівпровідникових кремнієвих пластинах між умовними шарами.

Для того, щоб представити принцип роботи, необхідно знати, з чого складається сонячна батарея. До системи домашньої електростанції входять:

  • інвертор
  • стабілізатор
  • контролер
  • акумулятор

Під дією світлового потоку частина електронів постійно переходить з одного шару на інший. Електрика, що утворюється, накопичується в акумуляторних батареях. Контролер аналізує рівень заряду, підключаючи та відключаючи систему. В інверторі відбувається перетворення прямого струму на змінний, що дозволяє використовувати отриману енергію в побутових цілях. Стабілізатор слугує для захисту системи від перепадів напруги.

как устроена солнечная батарея

Оскільки працює сонячна батарея від фотоелементів, виробники пропонують кілька альтернативних рішень. Кремнієві пластини відрізняє висока ефективність, але вони і найдорожчі за рахунок способів очищення основного матеріалу. Елементи з міді, індія, кадмію, галію дешевші, але їх продуктивність нижча. ККД становить 13–20%, і цього достатньо, щоб забезпечувати чистою енергією не лише побутові потреби, а й виробничі потреби.

Які матеріали знадобляться

Власну електростанцію на даху можна зібрати самостійно, оскільки система будується за модульним принципом.

Для виготовлення сонячної батареї в домашніх умовах потрібні такі елементи:

  • Акумулятори, що накопичують зібрану енергію.
  • Контролери, які відстежують заряд батарей і перешкоджають його перевищенню.
  • Інвертори, що перетворюють струм і видають необхідну потужність.
  • Фотоелементи.
  • Профілі для збирання каркасу.
  • Аркуші ДСП як основа.
  • Прозорий захист (наприклад, скло), щоб закрити поверхню фотоелементів.

Як виготовити каркас

Для того, щоб сонячна батарея в домашніх умовах витримувала експлуатаційні навантаження, потрібно створити надійний каркас. Рекомендується брати сталеві або алюмінієві профілі.

  • Модулі розраховані на високі навантаження.
  • Не схильні до впливу атмосферних факторів.
  • Не створюють навантаження на покрівлю за рахунок перфорації за довжиною.
  • Прості у збиранні.

Бажано, щоб площа готової панелі не перевищувала 1 м2 — міра забезпечує міцність конструкції.

установка солнечной батареиОптимальним рішенням для виготовлення каркасу невеликих панелей побутового призначення є профілі, виготовлені з тонколистової оцинкованої сталі марок S220GD, S250GD, S280GD, DX51D та ін. час, під час створення несучої підстави габаритніших установок, зокрема. промислових сонячних електростанцій можуть застосовуватися:

  • оцинковані рулони та листи марок S320GD та S350GD за стандартом ДСТУ EN 10346;
  • круглі та профільні труби зі сталей S235JRH, S275J0H, S355J2H та ін. ДСТУ EN 10219;
  • сортові профілі (кутникшвелер тощо) у марках S235, S275, S355, S460 і т.д. ДСТУ EN 10025.

З метою забезпечення довговічності елементів каркасу, виготовлених із чорного непокритого прокату, на них після виготовлення наносять захисне металевіета/або лакофарбове покриття.

Фотоелементи для батареї

Покриття фотоелементів обирають за показником поглинання теплового випромінювання та заломлення сонячного світла. Для того, щоб зробити сонячну батарею своїми руками максимально надійною, необхідно захистити елементи від нагрівання. Найкраще з цим справляються скло з ІЧ-придушенням, оргскло з термопоглинанням та звичайне скло.

Заперечення впливає на ККД: чим нижчий показник, тим більша продуктивність панелей. Мінімальне значення заломлення в оргскла та плексигласу. З урахуванням обох критеріїв оптимально закрити фотоелементи прозорим склом з покриттям антивідблиску.

солнечная_батареяЕлементи перетворення сонячної енергії на електричну діляться на три типи:

  • аморфні
  • монокристалічні
  • полікристалічні

Фотоелементи для сонячних батарей, що працюють на полікристалах, найменш продуктивні. ККД складає всього 10–12%, при цьому модулі цього типу мають суттєвий плюс — ресурс не знижується з часом. Термін служби складає 10 років.

У монокристалів ресурс у 2,5 рази вищий — 25 років, а ККД тримається на рівні 13–25%, при цьому продуктивність елементів щорічно знижується.

Найдосконаліший варіант з аморфним кремнієм. У цьому типі фотоперетворювальний елемент напилюють або закріплюють наплавленням на полімерні гнучкі поверхні. І хоча у систем невисокий ККД (загалом 5–6%), зате їх дуже зручно монтувати. Ще один плюс — низька вартість, проте споживчі якості губляться швидше за моно- і полікристалічні модулі.

Найчастіше сонячна батарея своїми руками в домашніх умовах збирається з елементів класу B (з незначними дефектами). Такі модулі коштують на 40–60% дешевше. Елементи виготовляють одного розміру, оскільки струм, що генерується, визначається по найменшій панелі. Розмір 3x6 дюймів видає близько 3А, лише 36 таких частин забезпечать 60 Вт потужності.

Інша електроніка

Бо зробити сонячну батарею з вітчизняних комплектуючих досить затратно, доводиться купувати елементи через аукціони у Китаї та США. Як накопичувач енергії доцільно використовувати літій-феро-фосфатні акумулятори. Звичні свинцево-кислотні не підходять, оскільки розраховані на інші режими роботи.

Для роботи електростанції використовують автономні, мережні та багатофункціональні інвертори. Перші не вимагають підключення до електроживлення, другі працюють із спільною мережею у синхронному режимі, коригуючи вхідні параметри. У гібридних моделях об'єднані переваги першого та другого типу, при цьому ККД близький до 100%.

Серед контролерів вибирають PMW-тип із ступінчастою зарядкою акумулятора (може губитися до 40% заряду) або MPPT-варіант, що регулює процес перетворення для забезпечення максимального заряду АКБ.

Вибір проекту та розташування системи

Система може виробляти електрику в повному обсязі для потреб будинку лише в регіонах із тривалим світловим днем. У північних регіонах електростанція з чистою енергією є допоміжним джерелом, доповнюючи послуги основного постачальника ресурсу.

Фактори, що впливають на обсяг вироблення енергії:

  • потужність установки;
  • розмір, кут нахилу та кількість панелей;
  • чистота поверхні. Забруднені або частково засипані модулі не беруть участі у генерації струму;
  • тип та ємність акумуляторної батареї (для зимового часу в регіонах з коротким світловим днем ​​необхідні два елементи).

сонячна батарея
Робота сонячної панелі залежить від температури: що більше прогріто повітря, то нижче ККД. Одночасно з кількістю сонячного світла, яке падає на панель, слід забезпечувати максимально помірний тепловий режим.

Як зібрати та встановити сонячну батарею

Для того, щоб сонячна батарея своїми руками виробляла енергію цілий рік, слід розрахувати необхідне енергоспоживання, вибрати місце та змонтувати установку.

Вибір місця встановлення

Для того, щоб установка сонячних батарей своїми руками принесла максимальну віддачу, слід вибрати відповідну ділянку. Майданчик під установку має бути максимально освітленим. Покрівля — одне з найкращих місць, проте установку із наземним розташуванням простіше обслуговувати.

солнечня батарея зимойЗалежно від сезону (положення Сонця над горизонтом) бажано змінювати кут повороту панелей. Моно- та полікристалічні елементи працюють з максимальною ефективністю при перпендикулярному падінні променів на поверхню. Проте, можна використовувати установку із постійним нахилом фотоелементів, вираховуючи середню продуктивність. Так як зробити сонячну батарею, що постійно працює на максимумі, не вийде, доведеться зменшити експлуатаційний параметр удвічі. Установка на 7 кВт із постійним кутом в ідеальних умовах (3–4 місяці на рік) видає близько 3 кВт у звичайному режимі (8–9 місяців).

Рекомендовані кути нахилу для середньої смуги:

  • 50–60 градусів для монтажу у стаціонарному положенні.
  • 30 градусів влітку, 50–60 навесні та восени, 70 взимку в системах зі змінним нахилом.

Розрахунки

Перш ніж вирішити, як зробити сонячну панель, визначають необхідну потужність системи. У середньому 10 м 2 системи генерують 1 кВт, що дозволяє працювати освітлювальним приладам та комп'ютеру. Далі потрібно додавати потужність техніки, яку ви плануєте підключити до електростанції. Сім'ї з 3-х осіб достатньо 25-30 м 2 у будинку з постійним проживанням.

Складання каркасу

Рамку збирають із жорсткої основи (листи фанери або ДСП), невисоких бортиків із сталевого або алюмінієвого профілю та захисного скла, що накриває фотоелементи.

Розмір основи підбирають залежно кількості елементів. Для вентиляції висвердлюють наскрізні отвори на однаковій відстані.

Монтаж сонячних елементів

Підготовлені сонячні модулі одного розміру (фотоелементи з провідниками) викладають лицьовою стороною вниз і виробляють пайку провідників. Елементи з'єднують послідовно, припаюючи один до одного сусідні частини майбутньої панелі.

Після з'єднання всіх фотоелементів, виворот промазується силіконовим герметиком, і зібраний модуль перевертають лицьовою стороною вгору. Клей наносять по центру в одній точці. Якщо клеїти по краю, фотоелемент легко зламається через незначну деформацію.

Монтаж сонячної батареї

Сонячні панелі встановлюють з урахуванням матеріалів, використаних для збирання системи. Монокристалічні фотоелементи помітно погіршують продуктивність, якщо поверхня знаходиться в тіні або забруднена. Для монтажу слід вибирати максимально освітлене місце.

солнечная батарея работаПанелі на полікристалах менш залежні від зовнішніх факторів, тому можуть ставитися на майданчиках із негустим тимчасовим затіненням. У цьому випадку важливо, щоб режим температур витримувався. Сильні денні перепади погіршують роботу станції.

Переваги самостійного складання

  • Конфігурація проектується залежно від місця встановлення.
  • Вартість комплектуючих та монтажу відчутно нижча готових систем.
  • Електростанцію на сонячній енергії, зібрану своїми руками, простіше відремонтувати — всі етапи збирання знайомі майстру.

Недоліки

  • ККД системи залежить від використаних комплектуючих. Фотоелементи класу В (з незначними дефектами) характеризуються меншою продуктивністю, що знижує ефективність готової системи.
  • Установка займає більше місця, оскільки для досягнення необхідної потужності потрібно збільшити площу панелей.
  • Кустарне складання не забезпечує однакову генерацію струму з усіх елементів. Залежно від якості виконаної роботи, розрахункова потужність може сильно відрізнятися від номінального показника.
  • Відсутність гарантії.

Основні помилки монтажу

Продуктивність сонячних батарей знижується в таких випадках:

  • Установка виконана без урахування залежності матеріалу фотоелементів від зовнішніх факторів.
  • Не забезпечено достатньої вентиляції.
  • Неправильна орієнтація по сторонах світла (правильне положення суворо у південному напрямку).
  • Помилковий вибір кута нахилу (має відповідати географічній широті).

Для того, щоб сонячна панель своїми руками приносила очікувану віддачу, необхідно використовувати в роботі якісні комплектуючі, підбирати модулі в залежності від особливостей місця встановлення, акуратно виконувати складання та монтаж.

Усього пара помилок, допущених у процесі підготовки системи, здатні звести нанівець переваги використання сонячної енергії. А неправильний вибір матеріалів для каркаса, що несе, і недостатній їх захист від атмосферних впливів можуть призвести до аварійного обвалення всієї конструкції. У той же час дотримання всіх правил і розрахунків допоможе організувати автономне енергопостачання з гарантією доступності дешевого ресурсу в будь-яку погоду.

Ми раді, що ви зацікавилися інформацією з нашого блогу. І даємо згоду на використання матеріалів для навчальних цілей або особистого користування. Проте попереджаємо, що копіювання інформації для публічного розповсюдження – це порушення авторського права та інших прав інтелектуальної власності згідно з Бернською конвенцією та Законом України про авторське право №3792-XII.