Сонячна батарея своїми руками

Отже, що ж таке сонячна батарея? По суті, це контейнер, що містить масив сонячних елементів. Вони перетворюють сонячну енергії в електричний струм. На жаль, для отримання необхідної напруги та потужності, достатньої для практичного застосування, сонячних елементів треба досить багато (один елемент дає лише 0.5 В). Для зарядки 12-ти вольтового акумулятора потрібна напруга біля 18 Вольт. Тому потрібно набрати батарею з 18/0.5В=36 елементів. Зауважимо, сонячні елементи дуже крихкі. Для необхідної потужності та напруги їх об'єднують послідовно, при тому елементи необхідно захистити від механічного пошкодження. Завдання не надто складне і, я впевнений, що це зможе зробити кожен.

Втілення проекту почались, як зазвичай, з пошуку інформації в інтернет- мережі по саморобним сонячним батареям. Після перегляду цікавого відео на каналі YouTube де Марк Патрік із США розповідає і показує технологію виготовлення таких батарей, захотілось повторити саме таку конструкцію.

На фото: монокристалічні та полікристалічні модулі

Панелі на основі полікристалічного кремнію мають досить низький ККД (7-9%), але цей недолік нівелюється тим, що полікристали практично не знижують потужність при хмарності і похмурій погоді, гарантована довговічність таких елементів складає біля 10 років. Панелі на основі монокристалічного кремнію мають ККД близько 13% при терміні експлуатації приблизно 25 років, але ці елементи сильно знижують потужність при відсутності прямого сонячного світла. Причому за весь період експлуатації втрата потужності у кремнієвих моно і полікристалічних елементів складає не більше 10%.

На аукціоні eBay.com у продавця “green_energy2012-S”були придбані 40 штук полікристалічних модулів за ціною$28.00. Тут його сторінка: http://stores.ebay.com/greenenergy2012s

На фото: 40шт 3x6 елементів заводського виготовлення для складання сонячних панелей.

Добрались вони з Китаю до України за три тижні та були досить добре упаковані. Навіть наша “доблесна” пошта не змогла завдати їм пошкоджень. Нижче на фото це гарно видно.

  На фото: коробка з елементами у відкритому стані.

Виготовлення каркаса сонячної батареї

Як каркас сонячної батареї використовується алюмінієвий кутник товщиною 3 мм. Він був придбаний також в інтернет-магазині. Для рамки розміром 805х650 мм знадобилось три метра кутника. По кутах рамка скріплюється тим же кутником за допомогою звичайних болта та гайки.

На фото: рамка виготовлена із алюмінієвого кутника.

Вибір захисного матеріалу та закріплення скла

 При виготовленні сонячної для захисту елементів важливо вибрати прозорий матеріал, який пропускає ІЧ-спектр (інфрачервоний спектр) сонячного променя, таким чином не перешкоджаючи роботі сонячних елементів. Ідеальним матеріалом для панелей вважається той матеріал, які пропускає весь ІЧ-спектр. В нашій конструкції було використано звичайне віконне скло товщиною 3мм.

На внутрішню частину кутника наноситься силіконовий герметик (обов'язково простежте, щоб не було незаповнених місць). Від якості нанесення герметика залежить герметичність і довговічність панелі. Після цього в раму укладається лист скла. Скло потрібно ретельно притиснути і зафіксувати. Важливо дати силікону висохнути на відкритому повітрі, інакше випаровування створять плівку на елементах що негативно вплине на роботу фотоелементів. Каркас сонячної батареї готовий. Перед кріпленням сонячних елементів, необхідно очистити скло від пилу.

Спаювання елементів

На фото: паяння провідників до елемента

     Першими паяються провідники із світлочутливої (лицьової) сторони до контактів кожного сонячного елемента. Довжина їх становить дві ширини фотоелемента. Як провідник слід використовувати мідну фольгу товщиною 0,01-0.05 мм, завширшки трохи меншою як контактні смужки елемента. Змазавши флюсом, без великого зусилля (натиску) слід припаяти провідник. Під час пайки намагайтеся дуже акуратно поводитися з елементами, адже при незначному натиску вони руйнуються (тріскаються).

Монтаж сонячної батареї

Викладаємо елементи фоточутливою стороною до скла. Між ними має бути відстань, що передбачає вільну зміну розмірів конструкції. Елементи потрібно будь-чим делікатно притиснути, щоби зафіксувати.

Пайка проводиться за такою схемою: плюсові струмоведучі доріжки розміщені на лицьовій стороні елементів, мінусові - на зворотному боці. Перед паянням необхідно нанести флюс на контакти елемента. Після того на контактну площину покласти плаский луджений провідник і протягнути паяльником вздовж. За таким принципом з'єднуються всі сонячні елементи.

Схема з'єднання елементів.

На фото: послідовне з'єднання двох елементів

Контакти крайніх елементів виводяться на шину, відповідно, на «плюс» і «мінус». Для шини можна використати смужки одностороннього текстоліту. Послідовно під'єднаний діод на плюсовому виводі необхідний для захисту батареї від зворотньої напруги. Найчастіше в якості таких діодів використовують діоди Шотки які дають меншу втрату в електроенергії.

  На фото: сонячна батарея до герметизації.

До каркаса рами закріплюються клеми та монтується повна схема з'єднання, де до плюсового контакту під'єднується діод.

На фото: клеми з діодом.

Контроль якості елементів

При складанні сонячної панелі обов'язково слід переконатись в якості фотоелементів. Тому пропонується, перед герметизацією панелі, їх протестувати. Перевірку слід робити після під'єднання (пайки) кожної групи елементів. Для того кожен елемент підсвічується лампою розжарення, контролюючи його струм міліамперметром. При однакових умовах освітлення елементи повинні давати приблизно однаковий струм.

Герметизація сонячної панелі

Для герметизації зарубіжні фахівці радять використовувати епоксидний компаунд «Sylgard 184», який дає прозору полімеризовану високоеластичну поверхню. Вартість «Sylgard 184» на еBay.com становить близько 40 доларів. Так, як цей герметик можна купити в США і ціна не включає доставку, а вона не маленька, було придбано аналогічний за хімічним складом реактив під назвою “epoxy resin encapsulation kit for panel DIY” вартістю 32$ з доставкою.

На фото: герметик з високим ступенем еластичності.

Перед початком герметизації потрібно по контуру елементів нанести захисну доріжку із звичайного герметика, аби запобігти витіканню суміші. Далі, розводимо суміш і заливаємо нашу панель починаючи зі стиків. Після фіксації елементів робиться суцільний полімеризуючий шар еластичного герметика, розподілити його можна за допомогою пензлика.

На фото: покрита герметиком конструкція.

Потрібно зауважити, що найкраще герметик розтікається при температурі повітря більше 20 градусів, тому краще всього це робити в теплу пору року в або в теплій кімнаті. Тоді він заповнює всі щілини і конструкція виходить досить герметичною. Час висихання становить майже добу.

Перевірка роботи та експлуатація сонячної батареї.

На початку експлуатації слід перевірити роботу батареї в умовах сонячного освітлення, при тому слід категорично не допускати будь якого затінення окремого фотоелемента або його частини. Такий елемент може вийти з ладу (вигорить).

Під'єднавши дві послідовно з'єднані 12-вольтові лампочки, контролюючи напругу та струм (бажано), забезпечуємо повне, пряме сонячне освітлення всієї панелі. Переконавшись що отримуємо очікуваний результат (напругу, струм), готуємо нашу конструкцію до подальшої експлуатації.

На фото: напруга на 40-ка ватній 12-ти вольтовій лампочці.

На фото: струм короткого замикання.

Якщо сонячна батарея призначається для зарядки акумуляторної батареї та живлення апаратури, необхідно виготовити контролер. А у випадку експлуатації сонячної батареї в стаціонарних умовах - використання контролера обов'язкове. Його можна придбати, а можна й виготовити самому. Гроші витратити ми завжди встигнемо, тому будемо робити самі. Схему знайшли на сайті http://www.cirkits.com/spc3/ і випробували в реальних умовах — все працює!

Залишилось все під'єднати і вперед, на природу!

До зустрічі в ефірі. 73!