Солнечная батарея для домашней гелиостанции своими руками

Солнечная батарея для частного дома

Желание иметь свой альтернативный источник энергии хозяина частного дома или городской квартиры вполне оправданно. Однако генераторы с двигателями внутреннего сгорания создают шум, вибрации, требуют топлива, выбрасывают в атмосферу вредные продукты сгорания. Гидростанцию можно установить только там, где течет вода, а от нее к месту проживания потребуется тянуть провода. Ветрогенераторы не работают в штиль и при слабом напоре воздуха.

Современная гелиоэнергетика более привлекательна для использования в бытовых целях. Наши советы помогут домашнему мастеру создать оптимальную солнечную станцию из гелио батарей своими руками для нужд частного дома и дачи. После ее ввода жильцы станут меньше зависеть от сбоев питания в электроснабжающей организации, смогут автономно пользоваться собственной электричеством.

Самодельная гелиостанция
Солнечные электрические станции, как альтернативные источники энергии, не имеют в своей конструкции механических деталей, которые совершают постоянное вращательное движение, присущее всем остальным видам генераторов. За счет этого они более безопасны, надежны в эксплуатации.


Как спланировать мощность солнечной станции

Чтобы пользоваться автономной гелиостанцией можно пойти двумя путями:

  1. купить в торговой сети готовую конструкцию и нанять специалистов для ее наладки и ввода в работу;
  2. собрать домашнему мастеру своими руками, предварительно просчитав ее комплектацию по мощности под свои нужды.

Рассмотрим второй вариант.

Состав гелиостанции

Комплект гелиобатареи, состоящий из целого ряда последовательно и параллельно соединенных элементов, преобразовывает энергию солнечного света в постоянный электрический ток. Его величина в амперах и напряжение в вольтах зависит от количества модулей и способа их монтажа.

Состав солнечной станции
Выработанную энергию необходимо расходовать: потреблять или накапливать. Для этого используются потребители и накопители. Последними служат аккумуляторные батареи.

Потребители электрической энергии частного дома подразделяют на два вида тока:

  1. постоянного;
  2. переменного синусоидального.

Поскольку ячейка солнечные батареи и аккумулятор вырабатывают только постоянный электрический ток, то для питания потребителей переменного 220 вольт необходимо использовать специальное устройство, которое называют инвертором.

Для постоянного управления процессами электроснабжения домашней станции в автоматическом режиме необходим контроллер.

Не стоит пренебрегать работой защит:

Они могут работать в схеме питания дома. В этом случае потребуется конкретизировать их уставки, уточнить зону срабатывания или добавить новые защиты.

Рекомендации по подбору составных частей

Исходим из того, что для правильной работы следует точно определиться с мощностью электроэнергии, которую должна вырабатывать солнечная станция. Превышать эту величину можно незначительно: сразу возрастет общая стоимость оборудования. Если же ее занизить, то она просто не будет справляться с теми задачами, для которых создается.

Как рассчитать мощность солнечной станции

Для этого потребуется определить ее конфигурацию и подобрать:

  • потребители для ее подключения;
  • аккумулятор, инвертор и контроллер по техническим характеристикам;
  • тип и количество фотоэлементов для гелиостанции.
Учет тока бытовых потребителей

Придется внимательно проанализировать все домашние электроприборы, которые необходимо использовать, записать их списком или таблицей на листе бумаги, пометить мощность потребления каждого. Если просто механически сложить все эти значения, то получится довольно большая величина.

Однако они все сразу не работают, хотя и включаются случайным образом. Причем, даже постоянно работающий холодильник использует два режима:

  1. нагнетания холода в морозильной и холодильной камере, когда работает его электродвигатель (максимальное потребление мощности);
  2. контроля температуры с работой только электронной схемы управления (минимальный расход тока).

Это учитывают индивидуально в каждом конкретном случае. Думайте сами. Однако часть мощных потребителей, возможно, следует исключить из этого списка и не пользоваться ими для работы от солнечной станции, например, мощные электрические плиты.

Сэкономить электроэнергию можно за счет:

  1. исключения двойного преобразования мощности для электронных устройств;
  2. использования экономных светильников со светодиодными лампами.

В первом случае для питания ноутбука, стационарного телефона, телевизора, компьютера и подобных гаджетов используют прямое подключение постоянного напряжения от аккумулятора солнечной станции через управление контроллером. За счет этого исключается из работы мощность инвертора и блока питания.

Разъемы питания ноутбука
Второй случай значительно сократит расходы на работу освещения.

Светодиодные лампы на 12 вольт
Допустим, что все скрупулезно учтено и рассчитано. Получилась какая-то потребная мощность, например, 3 кВт, или другая. Ее величину придется брать за основу для подбора энергии солнечной станции и элементов ее батареи.

Учет мощности инвертора, аккумулятора и контроллера

Все эти устройства должны эффективно перерабатывать электрические потоки и выдерживать их нагрузки длительно. Поэтому небольшой запас мощности с учетом КПД будет полезен при возникновении тока критического режима, связанного с большим подключением приборов.

Выбор инвертора

Следует учесть, что дешевые модели обычно создают простой меандр, который плохо сказывается на работе электродвигателей.

Чистый синус и меандр
Преобразователи, вырабатывающие чистый синус тока, лучше подходят для бытовых приборов и домашнего использования. Но они стоят дороже.

Выбор аккумулятора

В составе солнечной станции вполне можно использовать автомобильные свинцово кислотные АКБ. Они будут выполнять свои функции, но ресурс их работы будет сокращен.

Объясняется это тем, что они созданы для экстремальных условий эксплуатации, связанных с огромными токами разряда для запуска автомобильного двигателя в сильный мороз с помощью стартера, периодической подзарядке от автогенератора во время движения и другими транспортными нагрузками.

Гелевый аккумулятор для солнечной батареи
Поэтому для длительного применения в гелиостанции используют специализированные марки гелевых аккумуляторов разных типов. Они приспособлены к условиям заряда от ячеек солнечных батарей и питания потребителей через инвертор.

Выбор контроллера

Его силовые цепи должны надежно коммутировать ток нагрузки, а электроника обеспечивать выполнение всех функций работы оборудования.


Как определить количество элементов для солнечной батареи

Немного теории

Ячейки солнечной батареи работают как и другие источники электрического тока, хотя не особо боятся режима КЗ. Они обладают нелинейной вольтамперной характеристикой, которая не вписывается в привычный закон Ома.

Вольтамперная характеристика элемента солнечной батареи
Холостой ход одного элемента составляет порядка 0,6 вольта, а ток нагрузки зависит от многих факторов:

  • площади элемента;
  • интенсивности облучения и ряда других ситуаций.

Кривая мощности и тока имеют пиковую характеристику, соответствующую напряжению порядка 0,47 вольта. При такой величине обеспечивается максимальная эффективность ячейки в составе солнечной батареи.

Характеристика мощности элемента солнечной батареи
Усредненная площадь 10х10 см может выдать порядка 1÷1,6 Вт при КПД 10÷16%. Температурный режим оказывает влияние на работу: при нагреве снижается напряжение ячейки. При холоде и морозе полупроводниковый элемент солнечной батареи работает лучше.

Влияние температуры на работу солнечной батареи

Характеристики элемента солнечной батареи

Для полупроводниковых переходов фотоэлементов применяются разнообразные материалы. Они вырабатывают разные потоки электронов.

Готовые элементы солнечных батарей даже у каждого производителя различных марок обладают своими индивидуальными характеристиками. Их надо изучить и учесть при сборке гелиостанции.

Пример расчета солнечной батареи

Возьмем за исходные данные небольшую гелиостанцию с мощностью 120 ватт, которую можно использовать даже в городской квартире, а не только в частном доме или на даче.

Вырабатываемой ею электроэнергии хватит для подзарядки автомобильного аккумулятора, работы мощного ноутбука и других электронных гаджетов.

За основу ячейки станции выберем элемент на 4 ампера. В продаже есть на 2 А и другие токи. Его напряжение составляет 0,5 вольта.

Элементы для солнечной батареи
Последовательно соединим 30 элементов. Они дадут 15 вольт. Сделаем еще такую же цепочку и подключим ее параллельно. Получим ток работы 8 ампер, а мощность 15*8=120 ватт.

Схема соединения элементов гелиостанции
Таким образом, для получения 120 ватт мощности нам потребовалось 60 ячеек, каждая из которых вырабатывает 0,5 вольта и ток 4 ампера.


Как смонтировать солнечную батарею

Ячейки при эксплуатации будут находиться на открытом воздухе. Их необходимо защитить от атмосферных осадков, пыли, механических повреждений. Для этого изготавливают герметичный короб с прозрачной стеклянной поверхностью.

Изготовление корпуса

Потребуется разместить на плоскости все элементы и рассчитать площадь, которую они займут с учета интервалов между ячейками.

Равномерный воздушный зазор между элементами солнечной батареи необходим для исключения режима их короткого замыкания. Кромки ячеек не должны соприкасаться.

По этому размеру вырезают оконное стекло.

Корпус самодельной гелиостанции
Его вклеивают в дюралевые уголки строительным силиконовым клеем, обеспечивающим герметичность соединения, которые дополнительно скрепляют винтами для повышения прочности общей конструкции.

Работа с силиконовым клеем
Если использовать деревянную раму, то потребуется ее пропитывать составами, препятствующими гниению и учесть возможность усыхания реек.

Сборка схемы

Подготовка фотоэлементов

Ячейки солнечной батареи могут быть с:

  1. просто залуженными контактными площадками для пайки;
  2. припаянными токопроводящими отводами.

В первом случае придется контакты пропаять для соединения монтажной проволокой. Производители фотоэлементов предусматривают специальный припой с флюсом на водной основе, который легко смывается с поверхности ячейки и ленточные проводники. Если работать канифолью, то ее следы останутся, убрать их не получится.

Кремниевые пластины обладают высоким теплоотводом, а при длительном касании паяльника хорошо остужают его жало. Работать надо быстро, но аккуратно.

Паяльник выбирают с мощностью порядка 40 ватт, а его жало необходимо поддерживать в чистоте.

Пайка фотоэлементов солнечной батареи
Для монтажа можно использовать проволоку от кабеля витой пары. Ее потребуется предварительно залудить.

Если нет хороших навыков в пайке, то элемент можно легко повредить.

Плохая пайка фотоэлементов солнечной батареи
Поэтому необходимо иметь резерв для замены испорченных ячеек или покупать уже пропаянные в заводских условиях модули с токоотводами.

Монтаж фотоэлементов

Раскладка фотоэлементов солнечной батареи
Сами ячейки раскладывают лицевой стороной на стекло внутри корпуса и приклеивают к нему по углам каплями силиконового клея.

Приклеивание элементов солнечной батареи
Затем паяют все элементы между собой в общую схему и подключают соединительные провода.

Пайка элементов солнечной батареи между собой

Заключительные операции

Остается проверить электрические характеристики собранной станции под нагрузкой.

Проверка солнечной батареи под нагрузкой
Важно также замерить выходное напряжение на каждом элементе. Оно должно иметь одно и то же значение. Когда оно меньше, то надо разбираться с дефектным элементом солнечной станции.

Останется защитить тыльную стороны полиэтиленовой пленкой от попадания пыли и мусора на ячейки, установить солнечную станцию на южной стороне дома.

Защита солнечной батареи пленкой
Работа будет закончена после подключения инвертора, контроллера и аккумулятора с проверкой их эксплуатационных возможностей на различных режимах.

Мини гелиостанция на солнечной батарее
Для направления тока от солнечной батареи для заряда аккумулятора в цепь питания врезают диод, который исключает перетекание энергии в обратном направлении. Меньший нагрев и потери электричества обеспечивает диод Шотки.

Чтобы материал лучше запомнился рекомендуем посмотреть видеоролик «5 ошибок сборки солнечной батареи».

Задавайте вопросы в комментариях и делитесь материалом статьи с друзьями в соц сетях.

  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(4 голоса, в среднем: 5 из 5)

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *