Солнечная электростанция своими руками

Обновлено: 08.07.2024

Особенно актуальным такое приспособление является в областях с большим количеством солнечных дней в году и жарким климатом. Однако и в России комплекс солнечных батарей нередко ставят на здания ввиду его экологичности и возможности создания единого комплекса электроснабжения.

Для обеспечения бесперебойного снабжения небольшой семьи энергией вам нужно будет купить панели площадью 15—20 кв. м. Один её квадратный метр на доме сможет дать энергии на 120 Вт. В месяце при этом должно быть около 20 ясных дней, а площадь крыши дома составлять не менее 40 кв. м. Стоимость всего комплекса, согласно отзывам, окупается уже за первые несколько лет.

Солнечная электростанция HR950/v 2.0

Устройство солнечных элементов

Солнечная батарея предполагает преобразование солнечной радиации в необходимое для человечества электричество. Она будет весьма выгодной как в частном строении, так и в офисных зданиях.

Состоят все батареи из солнечных элементов. Они представляет собой полупроводники — пару кремниевых пластин, которые присоединяются друг к другу. В кремний добавляются примеси для получения нужных свойств конструкции. Например, одна пластинка будет иметь в избытке валентные электроны, а у второй будет наблюдаться их недостаток. Таким образом, полупроводниковый слой получит отрицательно и положительно заряженные частицы. Граница, где элементы соприкасаются, содержит запирающий слой, который предотвращает переход избытка электронов.

При подключении источника питания извне электроны преодолеют зону замыкания, а проводник будет проводить ток. Нечто похожее происходит, когда на солнечный элемент батареи действует энергия солнца. При попадании на поверхность конструкции фотона от него будет передаваться энергия высвобождающимся электронам. А на место появления так называемой дырки станут перемещаться электроны из второй части проводника.

Устройство и принцип работы солнечной батареи

Соответственно, сила тока, которую может создать элемент, будет разной в зависимости от количества фотонов, попавших его поверхность. Количество попадающих на поверхность фотонов, в свою очередь, зависит от:

площади батареи;
интенсивности солнечного света;
срока использования;
коэффициента полезного действия конструкции;
температуры (если она значительно повышается, проводимость конструкции снижается).

Несмотря на то что отзывы об установленных покупных батареях положительные, многие хотят снизить стоимость панелей, собрав устройства для преобразования солнечного света самостоятельно. Это достаточно трудоемкий процесс, и лучшим вариантом будет приобретение готового комплекта.

Разновидности

Солнечные батареи на доме могут быть:

автономными. Предусматривают отсутствие централизованной сети подачи электроэнергии и не предполагают ее дальнейшего подключения;
комбинированными. Используются параллельно с традиционной электросетью по причине экономии средств или экологичности.

Кроме того, батареи для преобразования солнечной радиации в зависимости от мощности и стоимости делятся на:

конструкции с малой мощностью. Их хватит на зарядку смартфона, а также на запитку многих электронных устройств. Однако их редко выбирают из-за не очень выгодного соотношения между мощностью и ценой;
универсальные устройства. Они более популярны среди владельцев умного дома, так как не только помогают обеспечить энергию для работы нескольких приборов, но и отличаются необычным внешним видом. Часто покупаются для использования в полевых условиях или туристами;
солнечные панели. Представляют собой фотопластины, которые закрепляются на специальной основе. Крепятся на крыше и в солнечную погоду. Судя по отзывам, позволяют на 100% удовлетворить потребность в электроэнергии.

Солнечные панели для солнечной электростанции

инвертор для преобразования напряжения;
аккумулятор. Используется для накопления солнечных лучей;
устройство для контроля над зарядом.

Комплект солнечной электростанции пиковой мощности 3 кВт

Схема сборки и подключения

Солнечная электростанция своими руками собирается так:

Схема подключения солнечных панелей и бытовой нагрузки

Правила монтажа

Монтаж преобразователей солнечной радиации нужно проводить, придерживаясь следующих правил:

Монтаж солнечных батарей

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

Попытаемся понять подход к выбору автономной солнечной системы, какие факторы имеют большее, а какие меньшее значение.

Прежде всего, надо определить, сколько энергии вам понадобится в месяц, и, чтобы стоимость солнечной электростанции не стала фантастически высокой, по мере возможности уменьшить потребности. Затем необходимо определить, сколько солнечной энергии можно получить в той местности, где будет работать солнечная установка. Примерные данные приводятся в метеорологических справочниках, кое-какую информацию по солнечной инсоляции можно найти в Интернете. Обычно уровень солнечной инсоляции выражается в Ваттах/м2 с разбивкой по месяцам. Причём сезонные колебания могут быть очень значительными.

Солнечные электростанции. Схема электроснабжения дома от солнечных батарей

Как выбирать солнечную батарею?

Если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, расчёт надо производить по месяцам с наихудшими параметрами по инсоляции (конечно, если предполагается использовать только солнечную энергию). КПД солнечных батарей для расчётов надо принимать не выше 14% (а лучше 12%), т.к., несмотря на КПД элементов 16 или даже 17 % (а чаще используются элементы с КПД 14-15%), часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы (даже если используется антибликовое стекло), часть излучения погасится в толщине стекла, т.к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами (между ними есть зазоры 2-3 мм). Кроме этого некоторые элементы имеют обрезанные углы, что также уменьшает полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.

Карта инсоляции России. Продолжительность солнечного сияния.

Теперь, чтобы определить количество солнечных батарей, необходимо разделить желаемую потребность в энергии на возможную выработку энергии одной батареей в те месяцы, когда будет использоваться солнечная электростанция. Естественно, расчёт ведется по самым наихудшим параметрам по инсоляции.

Например, установка будет эксплуатироваться круглогодично, потребность в энергии 100 кВт час/месяц, одна батарея из выбранных вами произведёт в декабре не более 2 кВт-час энергии, 100 : 2 = 50 батарей. При тех же условиях, но неизвестной производительности батареи, а известной её площади 0,7 м², определяем, что за месяц будет произведено примерно 20 х 0,7 х 0,12(КПД) = 1,68 кВт-час энергии (инсоляция в декабре составляет примерно 20 кВт-час/м²). Для определения количества солнечных батарей необходимо разделить желаемое количество энергии на выработку одной батареи: 100 : 1,68 =59,5 шт., округляем в большую сторону 60 шт.

Следует отметить, что все эти расчёты носят приблизительный, ориентировочный характер, т.к. количество солнечных дней может сильно отличаться в разные годы. Всегда надо учитывать, что запас только улучшает параметры системы.

Увеличение производительности солнечных батарей – это отдельная большая тема. Можно отметить только несколько способов увеличения производительности:

Выбор оптимального угла установки. Желательно, чтобы поверхность солнечной батареи располагалась перпендикулярно к лучам солнца, с максимальным отклонением в ту или иную сторону на не более, чем 15°. В связи с тем, что солнце в течении года постоянно меняет высоту над горизонтом, желательно устанавливать солнечные батареи под тем углом, который обеспечивает максимальный выигрыш по производительности в нужное время. Например, если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, то батареи устанавливают под углом + 15° к широте местности, а если только в летние месяцы, то под углом – 15° от широты местности.

Поворот солнечной батареи вслед за солнцем в течение дня(применим только для небольших систем), таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.

Применение контроллера заряда с функцией ОТММ (Отслеживания Точки Максимальной Мощности, по-английски MPPT (Maximum Power Point Tracking)). Такой контроллер при наличии достаточной освещённости не препятствует поступлению энергии от солнечных батарей на аккумуляторы, а при недостатке освещённости накапливает энергию и подаёт её на аккумулятор порциями с оптимальными значениями тока и напряжения.

Немного коснёмся принципов конструирования систем автономного электроснабжения на солнечных батареях. Мы уже пробовали рассчитать необходимое количество солнечных батарей, теперь перейдём к остальным компонентам системы. Энергия, полученная от солнечных батарей, направляется на зарядку аккумуляторов. Это необходимо по двум причинам:

- сглаживание неравномерности поступления энергии, например, в облачную погоду;

- реализация потребности в электроэнергии тогда, когда нет солнечного излучения (ночью и в пасмурные дни).

Для подбора количества и типа аккумуляторов также используются два параметра: конструкция инвертора (напряжение на низкой стороне) и ток зарядки, который может поступать от нескольких источников и не должен превышать 10 % от номинальной ёмкости для кислотных аккумуляторов и 25-30% от номинальной ёмкости для щелочных. Если в инверторе имеется зарядное устройство от сети, то оно должно автоматически регулировать зарядный ток в зависимости от степени заряда аккумуляторов. Кроме этого, особенно если подзарядка от существующей сети отсутствует, необходимо, чтобы аккумуляторы не боялись сульфатации пластин, иначе подзарядка маленьким током, который часто бывает в не очень ясную погоду, быстро выведет аккумуляторы из строя.

К необходимым свойствам аккумуляторов, применяемых в солнечных электростанциях, добавим и низкий уровень саморазряда (иногда изготовители указывают эту отличительную черту). Обычный кислотный аккумулятор требует подзарядки не реже чем один раз в шесть месяцев, иначе выходит из строя. Через год после начала эксплуатации уровень саморазряда обычного кислотного аккумулятора достигает 1,5% в день от его номинальной ёмкости. Поэтому к аккумуляторам, применяемым в солнечных системах, предъявляются специфические требования.

Теперь перейдём к инверторам. Вообще, идеальной конструкцией солнечной электростанции следует считать ту, где разные группы нагрузок получают питание от разных инверторов, и количество и мощность инверторов соответствует количеству и мощности автоматических выключателей в распределительном щитке. Эти параметры выбираются при конструировании домашней электросети. Например, в распределительном щитке - 4 автомата на 16 А (максимально допустимая нагрузка на бытовые сети: розетки и освещение) и 2 автомата на 25 А (для питания силовой техники). Идеальным считаем применение 4 инверторов мощностью 16А х 220В=3520 Ватт и двух инверторов мощностью 25А х 220В=5500 Ватт. Причём питание эти инверторы могут получать от одной группы аккумуляторов, заряжаемых одной группой солнечных батарей.

Некоторые инверторы имеют встроенное зарядное устройство от существующей сети, другие могут осуществлять подпитку сети и направлять энергию, полученную от солнца, в сеть. Вообще, конструкция инвертора может быть самой разнообразной.

Но в целом качественный инвертор должен выдавать чистый синусоидальный сигнал с искажениями меньше 3 %, не менять значение амплитуды напряжения при подключении нагрузки более 10 %, осуществлять двойное преобразование (первое - постоянного тока, второе – переменного), иметь аналоговую часть вторичного преобразования с качественным трансформатором, иметь значительный запас по перегрузке и набор защитных функций от короткого замыкания в нагрузке, от неправильного подсоединения к аккумуляторам, от перегрузки, от неисправности аккумуляторов, не допускать глубокого разряда аккумуляторов. Все остальные функции могут быть, а могут и отсутствовать. Иногда лишние сервисные функции затрудняют пользование подобным прибором, пользователь должен в идеале включить прибор и забыть об его существовании.

Ещё один достаточно важный вопрос, на который необходимо обратить внимание при выборе солнечных систем, вопрос запаса параметров. При использовании солнечной энергии мы применяем непредсказуемые природные явления. Поэтому для обеспечения стабильности электроснабжения необходимо иметь запас по источникам энергии (солнечным батареям), по хранилищам энергии (аккумуляторам) и по преобразователям энергии (инверторам). Естественно, подходить к вопросу избыточности надо разумно. Иногда бывает лучше и дешевле применять гибридную схему электроснабжения с применением других источников энергии: разного рода генераторов, существующего подключения к электросети и т.д.

В заключение можно сделать вывод, что в условиях, когда традиционные энергоносители дорожают, а на горизонте истощение природных ресурсов, обоснованность и необходимость применения альтернативных источников электроснабжения возрастает многократно.

Особенно актуальным такое приспособление является в областях с большим количеством солнечных дней в году и жарким климатом. Однако и в России комплекс солнечных батарей нередко ставят на здания ввиду его экологичности и возможности создания единого комплекса электроснабжения.

Солнечная электростанция HR950/v 2.0

Устройство солнечных элементов

Солнечная батарея предполагает преобразование солнечной радиации в необходимое для человечества электричество. Она будет весьма выгодной как в частном строении, так и в офисных зданиях.

Устройство и принцип работы солнечной батареи

площади батареи;
интенсивности солнечного света;
срока использования;
коэффициента полезного действия конструкции;
температуры (если она значительно повышается, проводимость конструкции снижается).

Разновидности

Солнечные батареи на доме могут быть:

автономными. Предусматривают отсутствие централизованной сети подачи электроэнергии и не предполагают ее дальнейшего подключения;
комбинированными. Используются параллельно с традиционной электросетью по причине экономии средств или экологичности.

Кроме того, батареи для преобразования солнечной радиации в зависимости от мощности и стоимости делятся на:

конструкции с малой мощностью. Их хватит на зарядку смартфона, а также на запитку многих электронных устройств. Однако их редко выбирают из-за не очень выгодного соотношения между мощностью и ценой;
универсальные устройства. Они более популярны среди владельцев умного дома, так как не только помогают обеспечить энергию для работы нескольких приборов, но и отличаются необычным внешним видом. Часто покупаются для использования в полевых условиях или туристами;
солнечные панели. Представляют собой фотопластины, которые закрепляются на специальной основе. Крепятся на крыше и в солнечную погоду. Судя по отзывам, позволяют на 100% удовлетворить потребность в электроэнергии.

Солнечные панели для солнечной электростанции

инвертор для преобразования напряжения;
аккумулятор. Используется для накопления солнечных лучей;
устройство для контроля над зарядом.

Комплект солнечной электростанции пиковой мощности 3 кВт

Схема сборки и подключения

Солнечная электростанция своими руками собирается так:

Схема подключения солнечных панелей и бытовой нагрузки

Правила монтажа

Монтаж преобразователей солнечной радиации нужно проводить, придерживаясь следующих правил:

Монтаж солнечных батарей

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Идея автономного дома будоражит умы многих владельцев загородных коттеджей. И это неудивительно: коммунальные услуги дорожают дважды в год, а между тем – вот она, вода под ногами, термальное тепло и солнечная энергия. Сама природа даёт нам всё необходимое, так почему бы не воспользоваться её дарами? Взять, к примеру, энергию нашего космического светила. Это же буквально бесплатные киловатты, которые можно получить, если сделать своими руками солнечные батареи. Можно и купить, конечно, но самостоятельное изготовление – это значительная экономия. Итак, разберёмся, как сделать электростанцию для дома.

Читайте в статье

Как устроены и работают солнечные батареи

Как устроена солнечная батарея? Это, собственно, сами кремниевые панели, системы преобразования энергии электронов, аккумуляторные батареи для сохранения этой энергии и дополнительные элементы, которые позволяют извлекать эту энергию на пользу владельцу. Блоки преобразователей, они же фотоэлементы, они же кремниевые панели – это и есть полупроводники. Кремний может быть нанесён монокристаллическим методом, о котором уже было сказано, или поликристаллическим – менее эффективным в работе.

Для сохранения энергии потребуются аккумуляторы, причём их должно быть два (второй выполняет роль резервного). Первый аккумулятор собирает и направляет энергию сразу на расход к приборам потребления, а второй нужен для того, чтобы сохранить излишки этой энергии. Как только начинает падать напряжение в сети, подключается резерв.

При самостоятельной сборке комплекса солнечных батарей нельзя пренебрегать никакими элементами. Каждый из них, пусть даже самый маленький, выполняет важную задачу. Вот, к примеру, диоды. Казалось бы, не так они и нужны, а на самом деле они выполняют ответственную задачу защиты блоков от перегрева.

Виды фотоэлементов и их особенности

Кремниевые панели для солнечных батарей бывают поликристаллическими и монокристаллическими. Разберёмся, в чём их отличия и какие являются наиболее эффективными:

Монокристаллические элементы стоят дороже своих аналогов, так как их изготовление требует применения самых передовых технологий. Такие пластины имеют КПД до 25% и могут проработать как минимум четверть века. Это очень приличный срок для таких элементов. При этом за 25 лет они потеряют только около 5% от своей эффективности, что несущественно. Монокристаллические панели захватывают солнечную энергию всей поверхностью и продолжают работать даже при облачной погоде. По факту эти батареи хоть и стоят дороже, но окупают себя намного быстрее поликристаллических. Кроме того, они требуются в меньшем количестве, то есть для получения определённого количества электроэнергии вы можете занять меньше площади фотоэлементами из монокристаллического кремния.

Поликристаллические батареи уступают монокристаллическим хотя бы потому, что в них используется менее качественный кремний. Процесс изготовления более примитивен, а это напрямую сказывается на эффективности готового продукта. Зачастую поликристаллические батареи просто делают из отходов монокристаллического производства. Они имеют синеватый оттенок, их легко отличить. Поликристаллические элементы на 20% менее эффективны, а КПД не поднимается выше 18%. Получается, что для извлечения требуемого количества энергии потребуется большая площадь. Но, несмотря на очевидно малую эффективность, поликристаллические фотоэлементы покупают чаще. И дело не только в цене. Они показывают отличные результаты в пасмурную погоду – лучше, чем монокристаллические.

Плёночные батареи – новинка на рынке фотоэлементов, которая пока только набирает популярность. Стоимость этих панелей пока слишком высока для массового спроса, но стоит обратить на них внимание по нескольким причинам:

Плёночные элементы на основе теллурида кадмия – это космические технологии, которые прошли успешные испытания на внеземных аппаратах. Небольшой нюанс всё-таки присутствует – при нагреве кадмий выделяет ядовитые испарения. В солнечных батареях они минимальны и практически безопасны на открытом воздухе.
А вот элементы на основе CIGS – другое дело. Они безопасны, так как состоят из меди, селена, индия и галлия. Преимуществом этого типа является отличная гибкость. И, кстати говоря, и этот вид активно применялся на космических спутниках, а сейчас стал мегапопулярным среди потребителей продукции для активного туризма. Эффективность небольших источников питания на солнечных батареях CIGS достигает 20%.

Ещё один тип солнечных накопителей – аморфные батареи. Они тоже имеют в своей основе кремний, но он наносится особым способом горячего парового напыления, который исключает выращивание кристаллов и значительно ускоряет процесс. Самые современные аморфные модули показывают КПД в 12%, но пока они не так популярны из-за высокой стоимости. У аморфных модулей есть существенное преимущество перед всеми остальными – они способны работать даже при экстремальном нагреве и рассеянном освещении.

Анализируя виды солнечных батарей, можно сделать вывод, что на сегодняшний день самым оптимальным выбором будут монокристаллические фотоэлементы.

Какие материалы потребуются для создания солнечных батарей

Для сборки солнечной батареи вам потребуются, помимо фотоэлементов, листы ДСП или ОСБ, уголки и рейки из алюминия, лист поролона высокой жёсткости, герметик на основе из силикона, клеммы, транзистор, диоды и провода.

Для работы нужен минимальный набор инструментов: паяльник, отвёртки (лучше шуруповёрт с насадками), ножовки по металлу и дереву. Чтобы проверить эффективность батареи, потребуется тестер.

Панели модулей собирают с помощью профиля из алюминия. Неразумно приобретать батареи разного размера – так вам будет непросто собрать всё воедино. Кроме того, такой вариант сборки неблагоприятно скажется на эффективности комплекса, так как максимальный вырабатываемый ток будет ограничен показателями самых маленьких модулей.

Для каркаса можно использовать не только рейки из алюминия, но и дерево. Однако алюминий предпочтителен по нескольким причинам: он не боится коррозии, насекомых, гнили и грибка. Он не впитывает, как дерево, воду и не деформируется после дождя или снегопада. И самое главное, алюминий лёгкий и прочный – как раз то, что нужно для каркаса. Основание – лучше всего ОСБ: эти панели также не боятся сырости, особенно если их предварительно покрасить любой водостойкой эмалью.

Важно и правильно подобрать защитное стекло для солнечных батарей. Есть несколько вариантов: обычное стекло, плексиглас, оргстекло или поликарбонат. Все это дешёвые варианты, которые не обеспечивают хорошей прозрачности и тем самым снижают эффективность фотоэлементов. Если есть возможность, подберите антибликовое стекло – это будет оптимальный вариант. Нет возможности – тогда обычное стекло, которое используют для окон.

Герметик нужен для фиксации фотоэлементов на стекле. Самым надёжным вариантом считается эпоксидный компаунд, но это недешёвое средство, поэтому многие заменяют его силиконовым аналогом.

Что касается аккумуляторов, тут только один совет: не экономьте на качественном устройстве. Хороший аккумулятор и прослужит намного дольше и в работе покажет себя достойно. Чтобы подключить солнечные батареи в качестве источника питания, вам будет нужен преобразователь в 220 Вольт или, как его ещё называют, инвертор.

А теперь о том, как сделать в домашних условиях солнечные батареи.

Солнечная батарея от проекта до включения

Прежде чем приступать к сборке солнечной батареи, нужно хотя бы минимально набросать схему будущего устройства, только тогда вы будете знать, как самостоятельно собрать из модулей работоспособную панель.

Предварительное планирование

Такое решение позволит увеличить номинальную мощность комплекса вдвое. Если вы сделали выбор в пользу стационарных рамок, их нужно размещать под наклоном 50–60 градусов. А вот подвижные рамки требуют наклона зимой в 70 и летом в 30 градусов.

Второй существенный момент в планировании – определение количества фотоэлементов. Для этого нужно знать объём генерируемой энергии от одной пластины и вашу потребность. Для примера: фотоэлемент площадью 1 квадратный метр генерирует около 125 Вт. Чтобы получить энергию для нужд небольшого дома, потребуется минимум 2,5 кВт. Вот и считайте, сколько вам потребуется панелей, и думайте, где и как их разместить.

Как собрать фотоэлементы в единый комплекс

Фотомодули нужно объединить в общий комплекс. Для этого контакты каждого элемента припаиваются к проводам-проводникам. Как это правильно сделать:

все модули, которые вы будете соединять, выкладываются на ровную площадку (стол, стекло);

как паять: проводники прилуживаются к контактам. Делать это нужно очень осторожно, чтобы не повредить хрупкие пластины;
некоторые модели проводников продаются уже с соединительными проводами. Это значительно облегчает задачу, так что если есть выбор – берите такие;
остаётся только замерить суммарный ток от полученного комплекса.

Следующий этап – изготовление рамки для батареи. По сути это ящик, в котором есть дно из ОСБ или фанеры, низкие бортики и верхняя крышка – прозрачное стекло.

Подготовьте ОСБ или фанеру такого размера, чтобы поместились все фотоэлементы. В её основании делается несколько отверстий для вентиляции. По периметру крепятся бортики – это могут быть деревянные или алюминиевые рейки. Высота реек 1,5–2 см, не больше, иначе они будут давать тень на фотоэлементы.

Далее солнечные элементы помещают лицевой частью к стеклу. Между модулями оставляют расстояние примерно 5 мм. Чтобы всё получилось идеально ровно, можно предварительно разметить стекло.

Далее соответственно соединяются плюсовые контакты с плюсовыми, минусы – с минусами. Плюс размещают с лицевого края, минус – с внутреннего.

Соединение модулей происходит сверху вниз, чтобы вы нечаянно не повредили тонкие, как фольга, элементы во время соединения. Все вертикальные ряды припаиваются к общей шине.

Все провода фиксируются герметиком, после чего можно собирать рамку. Предварительно на дно короба укладывают поролон, который будет выполнять роль демпфера.

Где лучше всего поставить солнечную батарею

Для установки солнечного комплекса подойдут места, не затенённые кронами деревьев. Если у вас несколько модулей, их нужно ставить так, чтобы они не давали тени друг на друга.

Для максимальной эффективности работы модули должны располагаться перпендикулярно солнечным лучам.

В дополнение – полезное видео по сборке из подручных материалов и установке солнечных батарей:

Читайте также: