- Розробка проекту сонячної енергосистеми
- Варіанти модулів для самостійної збірки
- Інструкція по виготовленню сонячної батареї
- Збірка модульного каркаса
- Монтаж сонячних елементів
- Фотоелектричні системи приватного будинку
Бажання зробити систему енергозабезпечення приватного будинку більш ефективної, економічної та чистої з екологічної точки зору змушує шукати нові джерела енергії. Одним із способів модернізації є встановлення сонячних батарей, здатних перетворювати енергію сонця в електричний струм. Існує прекрасна альтернатива дорогому обладнанню - сонячна батарея, зроблена своїми руками, яка дозволить щомісяця економити кошти з сімейного бюджету. Про те, як таку річ спорудити, ми сьогодні і будемо говорити. Позначимо всі підводні камені і розповімо як їх обійти.
Загальну інформацію про конструктивні особливості сонячних батарей дивіться на відео:
Розробка проекту сонячної енергосистеми
Проектування необхідно для більш вдалого розміщення панелей на даху будинку. Чим більше сонячних променів потрапить на поверхню батарей і чим вище їх інтенсивність, тим більше енергії вони справлять. Для установки знадобиться південна сторона покрівлі. В ідеалі промені повинні падати під кутом 90 градусів, тому слід визначити, в якому саме положенні робота модулів принесе більше користі.
Справа в тому, що саморобна сонячна батарея, на відміну від заводської, не має спеціальних датчиків руху і концентраторів. Для зміни кута нахилу існує можливість виготовити механізм на ручному управлінні. Він дозволить встановлювати модулі майже вертикально в зимовий період, коли сонце стоїть низько над горизонтом, і опускати їх влітку, коли сонцестояння досягає свого піку. Вертикальне зимовий розташування має і захисну функцію: воно перешкоджає накопиченню на панелях снігу та криги, чим продовжує термін експлуатації модулів.
Енергоефективність модульної конструкції можна збільшити, якщо створити найпростіший механізм управління, який дозволить змінювати кут нахилу батареї в залежності від пори року і навіть часу доби
Можливо, перед монтажем батарей буде потрібно посилення покрівельної конструкції, так як комплект з декількох панелей має досить велику масу. Необхідно обчислити навантаження на дах з урахуванням тяжкості не тільки сонячних батарей, а й снігового шару. Вага системи багато в чому залежить від матеріалів, які застосовуються при її виготовленні.
Кількість панелей і їх розмір розраховують виходячи з вимагає потужності. Наприклад, 1м модуля виробляє приблизно 120 Вт, цього не вистачить навіть для повноцінного освітлення житлових приміщень. Приблизно 1 кВт енергії при 10м² панелей дозволить функціонувати освітлювальних приладів, телевізора і комп'ютера. Відповідно, сонячна конструкція площею 20м² забезпечить потреби сім'ї з 3 осіб. Приблизно на такі розміри слід розраховувати, якщо приватний будинок призначений для постійного проживання.
Виготовлення сонячної батареї не обов'язково закінчується первісної складанням, в подальшому можна нарощувати елементи, тим самим збільшуючи ККД обладнання
Варіанти модулів для самостійної збірки
Основне призначення сонячної панелі - генерувати енергію сонячних променів і перетворювати її в електричну. Отриманий електрострум є потік вільних електронів, вивільнених світловими хвилями. Для самостійної збірки оптимальним варіантом є моно- і полікристалічні перетворювачі, так як аналоги ще одного виду - аморфні - протягом перших двох років знижують свою потужність на 20-40%.
Стандартні монокристалічні елементи мають розміри 3 х 6 дюймів і досить тендітну структуру, тому працювати з ними потрібно вкрай дбайливо і акуратно
Різні види кремнієвих пластин мають свої плюси і мінуси. Наприклад, полікристалічні модулі відрізняються досить низьким ККД - до 9%, тоді як ККД монокристалічних пластин досягає 13%. Перші зберігають показники потужності навіть у хмарну погоду, але служать в середньому 10 років, потужність друге різко падає в похмурі дні, зате вони прекрасно функціонують протягом 25 років.
Саморобний пристрій повинен бути функціональним і надійним, тому частина деталей краще придбати в готовому вигляді. Перед тим, як зробити сонячну батарею за індивідуальним проектом, загляньте на сайт eBay, де можна виявити величезний вибір модулів з незначним браком. Легка поломка не впливає на якість роботи, зате помітно зменшує вартість панелей. Припустимо, монокристаллический модуль Solar Cells, розташований на стеклотекстолитовую платі, коштує трохи більше 15 доларів, а полікристалічний комплект з 72 штук - близько 90 доларів.
Кращий готовий варіант сонячного елемента - панель з провідниками, які вимагають лише послідовного з'єднання. Модулі без провідників коштують дешевше, але збільшують час збирання батареї в кілька разів
Інструкція по виготовленню сонячної батареї
Варіантів самостійної збірки сонячних батарей безліч. Технологія залежить від кількості сонячних елементів, придбаних заздалегідь, і додаткових матеріалів, необхідних для виготовлення корпусу. Важливо запам'ятати: чим більше загальна площа панелей, тим потужніше обладнання, але разом з тим зростає і вага конструкції. В одній батареї рекомендують застосовувати однакові модулі, так як еквівалентність струму прирівнюється до показників меншого з елементів.
Збірка модульного каркаса
Дизайн модулів, як і їх розміри, можуть бути довільними, тому замість цифр орієнтуватися слід на фото і вибрати будь-який індивідуальний варіант, який підходить для конкретних розрахунків.
Найбільш дешеві сонячні елементи - панелі без провідників. Щоб зробити їх готовими до збірки батареї, необхідно спочатку припаяти провідники, а це довгий і кропіткий процес
Для виготовлення корпусу, всередині якого будуть закріплені сонячні елементи, необхідно підготувати наступний матеріал і інструмент:
- листи фанери обраного розміру;
- невисокі рейки для бортиків;
- клей універсальний або для деревини;
- куточки і саморізи для кріплення;
- дриль;
- плити ДВП;
- шматки оргскла;
- фарба.
Беремо шматок фанери, який буде грати роль підстави, і по периметру приклеюємо невисокі бортики. Рейки по краях листа не повинні загороджувати сонячні елементи, тому стежимо, щоб висота їх не перевищувала ¾ дюйма. Для надійності кожну приклеєну рейку додатково пригвинчуємо саморізами, а кути можна скріпити металевими куточками.
Дерев'яний каркас - найбільш доступний варіант для розміщення сонячних елементів. Його можна замінити рамою з алюмінієвого куточка або купівельними набором рама + скло
Для вентиляції висвердлюємо отвори в нижній частині корпусу і по бортику. Отворів в кришці бути не повинно, так як це загрожує потраплянням вологи. Кріплення елементів буде проводиться на листи ДВП, які можна замінити будь-яким схожим матеріалом, головна умова - він не повинен проводити електрострум.
Маленькі отвори для вентиляції необхідно просвердлити по всій площі підкладки, включаючи бортики і серединну рейку. Воно дозволять регулювати рівень вологи і тиску всередині каркаса
Кришку вирізаємо з оргскла, підганяючи під розміри корпусу. Звичайне скло занадто крихке для розміщення на даху. Для захисту дерев'яних частин використовуємо спеціальне просочення або фарбу, якою слід обробити каркас і підкладку з усіх боків. Непогано, якщо відтінок фарби каркаса буде поєднуватися з кольором покрівельного покриття.
Фарбування виконує не стільки естетичну функцію, скільки захисну. Кожну деталь слід покрити мінімум 2-3 шарами фарби, щоб в подальшому деревина не покоробило від вологого повітря чи перегріву
Монтаж сонячних елементів
Всі сонячні модулі розкладаємо рівними рядами на підкладці зворотною стороною вгору, щоб зробити пайку провідників. Для роботи буде потрібно паяльник і припой. Місця пайки попередньо необхідно обробити спеціальним олівцем. Для початку можна потренуватися на двох елементах, з'єднавши їх послідовно. Так само послідовно, ланцюжком, з'єднуємо всі елементи на підкладці, в результаті повинна вийти «змійка».
Кожен елемент встановлюємо строго по розмітці і стежимо за тим, щоб провідники сусідніх елементів перетиналися в місцях пайки
Поєднавши всі елементи, акуратно повертаємо їх лицьовою стороною вгору. Якщо модулів багато, доведеться запросити помічників, так як одному спаяні елементи, не пошкодивши, повернути досить складно. Але перед цим намазуємо модулі клеєм, щоб міцно закріпити їх на панелі. В якості клею краще використовувати силіконовий герметик, причому наносити його слід строго по центру елемента, в одній точці, а не по краях. Це необхідно для запобігання пластин від поломок, якщо раптом станеться невелика деформація підстави. Лист фанери може прогнутися або розбухнути через зміни вологості, і стабільно приклеєні елементи просто тріснуть і вийдуть з ладу.
Закріпивши модулі на підкладці, можна зробити пробний запуск панелі і перевірити функціональність. Потім основу поміщаємо в готовий вже каркас і фіксуємо по краях шурупами. Щоб виключити розряд акумулятора через сонячну батарею, на панель встановлюємо блокувальний діод, закріплюючи його герметиком.
Для з'єднання ланцюжків можна використовувати мідний провід або оплетку кабелю, які фіксують кожний елемент з обох сторін, а потім закріплюються герметиком
Пробне тестування допомагає зробити попередні розрахунки. В даному випадку вони виявилися вірними - на сонце без навантаження батарея виробляє 18,88 В
Зверху встановлені елементи накриваємо захисним екраном з оргскла. Перед тим, як зафіксувати його, знову перевіряємо працездатність конструкції. До речі, тестувати модулі можна і на протязі всього процесу установки і пайки, групами по кілька штук. Стежимо за тим, щоб герметик просох остаточно, так як його випаровування можуть покрити оргскло непрозорою плівкою. Вихідний провід оснащуємо двоконтактний роз'ємом, щоб в подальшому можна було використовувати контролер.
Одна панель зібрана і повністю готова до роботи. Все обладнання, включаючи куплені в інтернеті елементи, обійшлося в 105 доларів
Фотоелектричні системи приватного будинку
Електричні домашні системи енергозабезпечення з використанням сонячних елементів можна розділити на 3 види:
- автономна;
- гібридна;
- Безакумуляторна.
Якщо будинок підключений до центральної енергомережі, то оптимальним варіантом буде змішана система: днем харчування проводиться від сонячних батарей, а вночі - від акумуляторів. Центральна мережу в даному випадку є резервом. Коли немає можливості підключитися до центрального енергопостачання, його замінюють паливними генераторами - бензиновими або дизельними.
Контролер необхідний для запобігання короткого замикання в момент максимального навантаження, акумулятор - для накопичення енергії, інвертор - для розподілу і подачі її до споживача
При виборі найбільш вдалого варіанту слід враховувати час доби, в яке відбувається максимальне споживання енергії. У приватних будинках піковий період випадає на вечір, коли сонце вже зайшло, тому логічним буде використовувати або підключення до загальної мережі, або додаткове застосування генераторів, так як сонячне енергопостачання відбувається в денний час.
У фотоелектричних системах енергопостачання використовують мережі і з постійним, і зі змінним струмом, причому другий варіант підходить для розміщення приладів на відстані більше 15 м
Для дачників, режим роботи яких часто збігається зі світловим днем, підходить сонячна енергозберігаюча система, яка починає функціонувати разом зі сходом сонця, а закінчує ввечері.
