Солнечные батареи для дома – экологичный, выгодный источник электроэнергии. Виды модулей, расчёт ценовой выгоды, этапы создания солнечных батарей своими руками

Большинство собственников частных домов желают соорудить энергосистему своего жилища, отличающуюся большей экономичностью, эффективностью и экологичностью. Это вынуждает их заниматься поиском и разработкой новых источников, в первую очередь, электрической энергии.

Одним из современных, креативных модернизирующих решений является сборка и грамотный монтаж специальных солнечных батарей, приспособленных трансформировать энергию солнечного излучения в нужный нам электрический ток.

Сегодня технологии представляют великолепную альтернативу дорогостоящему, промышленному оборудованию – энергопреобразующая солнечная батарея, собранная своими руками. Если грамотно выполнить её монтаж и правильно установить, то она позволит реально экономить каждый месяц финансы семейного бюджета.

Рассмотрим подробнее, как можно соорудить такое устройство, обозначим важные нюансы и расскажем, как обойти возможные подводные камни.

Разработка проектной программы для индивидуальной солнечной электростанции

Выполнение проектирования необходимо для лучшей оптимизации расположения панельных преобразователей на поверхности домашней крыши.

Важно! Чем большее количество прямых солнечных лучей попадёт на рабочую поверхность батарейных модулей, тем больше электрической энергии они смогут производить. На эффективность работы оказывает непосредственное влияние и интенсивность поглощаемого излучения!

Устанавливать преобразующие панели лучше на южной стороне кровли. Оптимальной будет такая ориентация, при которой солнечное излучение будет падать, большую часть дня, на поверхность батареи под прямым (90 град) углом. Поэтому, непосредственно перед установкой системы, необходимо тщательно проанализировать наилучшее положение модулей, при котором их КПД будет максимальным.

Особенности различных видов преобразовательных модульных систем для солнечных батарей

Основное отличие самостоятельно изготовленной солнечной батареи, от заводского аналога состоит в наличие у последнего специальных концентраторов и автоматических датчики движения. Хотя, ничто не мешает самому изготовить ручной механизм управления углом наклона рабочих модулей батареи. Это позволит ориентировать батареи практически вертикально зимой, когда над горизонтом солнце стоит очень низко, и опускать блоки летом, во время наибольшего солнцестояния. Помимо этого, такое зимнее расположение выполняет защитную функцию – не допускается скапливание наледи и снега на панелях. Любые загрязнения и накопления осадков значительно снижают эффективность функционирования преобразователей, уменьшая их эксплуатационный период.

Рекомендация! Можно усовершенствовать энергетическую продуктивность модульной конструкции путём создания специального механизма управления. Такое решение позволит качественно изменять угловой наклон рабочих светопреобразующих элементов батареи в соответствии с суточным положением солнца или сезонным временем года!

Вполне возможно, что непосредственно перед размещением батарей потребуется дополнительное укрепление крыши. Для обычной конструкции будет сложно удерживать довольно массивный комплект из нескольких панелей. При этом необходимо в расчётное значение тяжести от батарей внести массу максимально возможного для региона снежного пласта.

Справка! Вес системы солнечной батареи напрямую обусловлен материалами, из которых изготовлена конструкция. Например, стальная основа (при одинаковом качестве сборки) будет намного тяжелее дюралюминиевого аналога, хотя цена и сложность монтажа примерно одинакова!

Что касается количественно-качественного вопроса, то здесь, размер и количество солнечных панелей рассчитывается исходя из желаемой мощности установки. К примеру, квадратный метр преобразующего модуля способен продуцировать около 122 Вт электроэнергии. Её хватит для работы 1 мощной или двух 60 Вт лампочек. Приблизительно 1 кВт энергии (это 10 кв. м. панелей) позволит нормально функционировать компьютеру, телевизору и нескольким осветительным приборам.

Если подсчитать, то батарея с полезной площадью 22 кв. м. вполне может обеспечить электроэнергией среднестатистическую семью из 3 человек. Именно на такие размеры необходимо рассчитывать для энергообеспечения частного домовладения, в котором будет проживать обычная семья.

Пояснение! Собственноручное изготовление солнечно-энергетической батареи не ограничено только первоначальной сборкой. По мере необходимости активные элементы можно приумножать (добавлять модули), поднимая тем самым производительность и КПД полезной установки!

Виды модулей для собственноручной сборки системы

Изначальное и наиболее ведущее предназначение солнечной панели состоит в улавливании энергии солнечных лучей и генерации из неё электрический ток. Созданная электроэнергия являет собой направленный поток несвязанных (свободных) электронов, освобождённых световыми волнами, обладающими импульсной энергией.

Оптимальным вариантом для собственноручной сборки батарей являются поли- и монокристаллические преобразователи. Существуют другие, аморфные аналоги, однако, их применение нецелесообразно, поскольку происходит потеря (на 24–43%) мощности после двух–трёх лет эксплуатации таких панелей.

Классические поли(моно-)кристаллические преобразовательные элементы обладают размерами 15,0х7,5 см и характеризуются очень хрупкой структурой. По этой причине, осуществлять всякие манипуляции с такими батареями нужно предельно аккуратно и бережно.

Достоинста и недостатки пластин

Все разновидности кремниевых пластин отличаются определёнными достоинствами и недостатками:

1. Поликристаллические пластины имеют достаточно низкое КПД, равное максимум 9,8%. Они сохраняют мощностные показатели в условиях сильной облачности, но служат не более 12,5 лет.

2. Полезность монокристаллических панелей достигает 14,1%. У этого варианта резко падает КПД при снижении уровня прямой инсоляции, но работать они способны около 25,6 лет.

3. Модули из аморфного (расплывчатого) кремния – производительность всего 5,2–8,1%. Кроме того, КПД прогрессивно снижается со временем и через 5,5–6,2 года работа аморфного светопреобразователя полностью прекращается.

Если обобщать информацию раздела, можно резюмировать, что выгоднее приобретать готовую, собранную солнечную панель, разумеется, при наличии достаточных средств. При бюджетном варианте, где все детали покупаются по отдельности, придётся потратить время на пайку, вникание в особенности схемы и надёжную сборку всех частей в единый комплекс.

Варианты фотоэлектрических систем для загородного дома

Использование солнечных батарей в качестве альтернативных источников бесплатной электроэнергии подразумевает создание в доме одного из трёх вариантов фотоэлектрических систем:

— автономная – как правило, состоит из аккумуляторного накопителя, топливного генератора и солнечных батарей;

— безаккумуляторная – использует ночью центральное или генераторное электропитание, а днём – от солнечных батарей;

— гибридная – использует аккумуляторную, центральную и генераторную подачу электричества.

Когда дом имеет работающее подключение к централизованной энергосети, наилучшим вариантом будет гибридная (смешанная) система. В ней дневное питание осуществляется от специальных батарей, преобразующих излучение от солнца в ток. Ночью, работают аккумуляторы, и домашняя энергосистема может, при необходимости, подключаться к центральной сети. В этом случае, центральная сеть является резервным источником. В качестве запасного источника энергии могут использоваться дизельные или бензиновые генераторы.

Дополнительные узлы в такой энергосистеме обязательно должны присутствовать:

— контроллер – будет предотвращать сбои и короткое замыкание во время чрезмерных нагрузок;

— инвертор – распределяет и подаёт ток к потребляющим устройствам;

— аккумулятор – накапливает излишки не потреблённой электроэнергии.

Выбирая конкретный, удачный вариант, следует учитывать активное, в плане энергопотребления, время суток:

1. Если пик потребления тока приходится на вечер (солнце уже ушло) – логично и рационально будет подключать сеть к топливным генераторам.

2. В дневное время (солнце светит) – выгоднее будет эксплуатировать систему солнечных батарей.

3. Разумеется, когда топлива нет, и аккумуляторы абсолютно разряжены, останется лишь переход на общие энергосети.

4. Ещё одним полезным прибором, удобным для обустройства бесперебойного электропитания дома является специальная автоматическая энергосберегающая система. Она способна без участия хозяев самостоятельно подключаться к подходящим источникам электричества. Например, при заходе солнца, она отключает солнечные батареи и включает топливный генератор, а при его поломке ночью, подключается к центральной сети. Если система качественная, перебои со светом совершенно незаметны.

Элементы и детали для солнечной батареи. Где лучше покупать?

Самостоятельно исполненная конструкция должна быть безопасной, надёжной и функциональной, поэтому детали лучше покупать по отдельности. Перед тем как пойти в профессиональный магазин, желательно заглянуть на специализированные интернет-ресурсы, где по приемлемой цене можно легко приобрести рабочие или слегка бракованные модули.

Есть множество незначительных, некритичных поломок в таких деталях, несущественно снижающих качество работы, но значительно уменьшающих ценовую стоимость на элемент. К примеру, слегка подержанный, работоспособный монокристаллический Solar Cells-модуль в интернете стоит около 2 долларов, а такой же новый – примерно 4,2 доллара.

Стеклотекстолитовая батарея содержит 72 таких элементов и если составлять её из подержанных деталей, выгода составит 158 долларов. При этом батарея будет работать хуже новой всего на 18–22 %.

Небольшая хитрость! Можно на сэкономленные деньги собрать вторую батарею и в сумме получим больше энергии за ту же стоимость!

Технология собственноручного изготовления солнечного энергопреобразователя

Способов и методик самостоятельного создания солнечных батарей придумано немало. Грамотная технология состоит из множества нюансов и определяющих факторов:

— количество солнечных элементов;

— качество панелей;

— элементы корпуса;

— фиксирующие детали;

— специальные изолирующие составы и т. п.

Рассмотрим изготовление качественной, экономичной солнечной батареи для дома своими руками детально, подробно, анализируя каждый этап очень подробно.

1. Монтирование модульного каркаса

Размеры и дизайн модулей определяются индивидуально и могут быть совершенно произвольными, поэтому точных цифровых параметров здесь дать не получится. Лучше ориентироваться на фотографии уже готовых батарей и вносить в их проекты собственные коррективы.

Самыми бюджетными вариантами являются солнечные батареи с панелями без проводников. Чтобы подготовить их к установке на платформу, необходимо изначально припаять множество контактных проводов к выводам активных (преобразующих) элементов. Процесс этот кропотливый и долгий.

Чтобы собрать надёжную основу, внутри которой будут установлены солнечные элементы, следует подготовить такой инструмент и материалы:

— плиты ДВП;

— фанерные листы предварительно выбранного размера;

— древесный или универсальный клей, обеспечивающий надёжную фиксацию;

— рейки для невысоких бортиков;

— дрель и саморезные винты;

— уголки для крепежа;

— подходящая краска;

— куски оргстекла.

Переходим к процессу сборки:

Берём подготовленный лист фанеры, предназначенный для обустройства основания под модули. По его периметру приклеиваем реечные бортики. Краевые элементы не должны затенять солнечные элементы, поэтому их высота никак не должна превышать 18,5–20,0 мм. Обеспечить надёжную фиксацию помогут саморезы, закрепляющие бортики. Углы дополнительно скрепляем металлическими углами.

Совет! Наиболее экономичный и доступный вариант основы для солнечных элементов – это деревянный каркас, однако, его можно при желании заменить изолированным металлическим или стеклянным листом, снабжённым прочной обрамляющей рамой!

Чтобы обеспечить должную естественную вентиляцию, необходимо высверлить небольшие отверстия в бортах и по площади основания. Они нужны для коррекции уровня давления и влажности внутри батарейного каркаса.

В крышке никаких дефектов (дырки, трещины и т. п.) быть не должно, поскольку это чревато проникновением воды, порче элементов и замыканием системы. Обычно все компоненты фиксируются на покрашенные листы ДВП. Можно использовать прочий материал, покрытый надёжным изолятором, не проводящим электроток.

Наружную крышку стоит вырезать из нового (абсолютно гладкого) оргстекла, аккуратно подгоняя размеры крышки под габариты корпуса. Не рекомендуется устанавливать обычное стекло, поскольку оно довольно хрупкое и может быстро разбиться.

Деревянные поверхности покрываются несколькими слоями лака, специальной пропитки или краской, чтобы защитить материал от разрушения (сырость, вредители, рассыхание и т. п.). Гармоничное оформление можно сделать, если подобрать цвет краски для корпуса (остова) солнечной батареи аналогичный цвету кровли.

Разъяснение! Осуществление покраски выполняет больше защитное предназначение, нежели эстетическую функцию. Все детали нужно покрывать несколькими слоями красителя (минимум два), чтобы предотвратить коробление древесины от пересушки, перегрева или влажностного пересыщения!

2. Сборка преобразующих элементов

Раскладываем все подготовленные солнечные модули параллельными, ровными рядами на мягкой подложке (тыльная сторона вверх). Так удобно будет выполнять качественную пайку контактных поверхностей.

Здесь для работы понадобятся:

— любая модель паяльника;

— флюс для пайки (канифоль, ортофосфорная кислота, бура и т. п.);

— припой (оловянно-свинцовый, оловянно-цинковый и т. п.).

Все места пайки необходимо обработать флюсом и нанести небольшое количество припоя. Затем, на подложке, последовательной цепочкой спаиваются в единую структуру все свободные концы проводов. Должна в итоге получиться своеобразная «змейка».

Нюанс! Каждый элемент следует размещать исключительно по разметке так, чтобы проводники близлежащих элементов контактировали только в местах выполненной пайки!

После соединения всех элементов, нужно аккуратно их перевернуть вверх лицевой стороной. Когда собирается воедино большое количество модулей лучше пригласить помощников, иначе велик риск разбития некоторых деталей. Перед этим следует обработать клеевой массой тыльные поверхности модулей для прочной фиксации элементов к базовой панели.

Лучше применять силиконовый герметик в качестве клеевого фиксатора. Наносить его можно только в одной центральной точке каждого элемента, иначе рабочие пластины повредятся, если случится деформация корпуса батареи. Это особенно актуально для фанеры, которая легко разбухает или прогибается по причине изменения влажности. Прочно зафиксированные элементы могут треснуть, что сделает их полностью негодными.

После закрепления на поверхности подложки светопреобразующих элементов, требуется проведение опытного запуска панельной конструкции для опробования её функциональности.

Далее, нужно поместить основу в каркас и зафиксировать всё рейками при помощи саморезных винтов.

Немаловажно! Чтобы предотвратить разрядку аккумуляторного накопителя через панели солнечной батареи, необходимо установить блокировочный диод (диод Шоттки), зафиксировав его на поверхности панели силиконовым герметиком!

Для качественного соединения всех электроцепочек воедино, лучше использовать оплетение кабеля или отдельный медный провод. Они могут фиксировать каждый элемент со сторон, с последующим закреплением герметиком.

Запомнить! Предварительное тестирование позволяет выполнить предварительные ориентирные расчёты. Хороший результат – без нагрузки, под прямыми солнечными лучами батарея даёт 18,889 В!

3. Установка защитного экрана

После окончательного завершения монтажа элементов, полного высыхания герметика и проведения всех проверок выполняется установка защитного листа из оргстекла. Перед прочной его фиксацией рекомендуется ещё раз протестировать конструкцию. Между прочим, проверять работоспособность элементов можно во время установки модулей и пайки проводов – отдельными группами по 5–10 штук.

Выводной провод снабжаем двухконтактным разъёмом для подключения контроллера. Вот одна панель и собрана, готова к работе полностью.

Заключение

Солнечная батарея, состоящая из многих специальных модулей – это устройство для преобразования солнечной энергии в электрический ток. Такая установка очень полезна на загородных участках, экономит финансы, удобная для размещения и несложная в самостоятельном изготовлении.

Все элементы и материалы, приобретённые (для 1 панели) в интернете, обходятся примерно в 150 долларов. Сделанные своими руками, грамотно размещённые на крыше блоки способны обеспечить дом бесплатной электроэнергией на много лет. Со временем можно полностью электрифицировать частный дом и экономить на оплате электричества – например, 1кв. м батареи при КПД = 16,1%, в сутки будет производить 200 Вт.

Сегодня люди только начинают осознавать достоинства новейших разработок в энергоосветительной сфере, позволяющих обрести абсолютную автономность без всякой потери домашнего комфорта. Можно использовать несколько источников электроэнергии сменяющих друг друга, при необходимости, в течение суток. Солнечные батареи являют собой действительно эффективный источник электроэнергии, особенно в загородных постройках!