Солнечные панели (батареи) для дома. Обзор солнечных панелей российского производства Шаг #3 – монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Выгода солнечной энергетики очевидна, об этом сказано уже весьма много и сомнений в этом не осталось. Именно по этой причине многие люди уже сегодня установили на своих домах панели, в то время как другие только мечтают об этом. Солнечные батареи – это, безусловно, выгодно, однако такие устройства имеют достаточно высокую стоимость, из-за чего далеко не каждый может позволить себе такую роскошь. Благодаря этому многие задаются вопросом, - как сделать солнечную батарею своими руками, возможно ли это, и что для этого необходимо?

Ответ – конечно же, это вполне реально. Причем на сегодняшний день существует несколько способов, которые помогут вам изготовить солнечные батареи своими руками. Выбор метода зависит от того, какая производительность вам нужна.

1. Подготовка исходных материалов

• Элементы, изготовленные из поликристаллического кремния;
• Монокристаллические фотоэлементы.

Первый вариант обладает более низким уровнем коэффициента полезного действия (КПД), который составляет около 7-9%. Однако панели, состоящие из таких элементов, не теряют эффективности, даже в пасмурную погоду. Они практически одинаково продуктивны как в солнечные дни, так и в дождливую погоду.

Монокристаллические панели в свою очередь имеют более высокий уровень КПД, который составляет около 13%. Однако они более эффективны только при условии солнечной погоды, а случае облачности или затемнения их производительно достаточно сильно уменьшается. Благодаря таким особенностям, наиболее часто для того, чтобы получилась достаточно мощная самодельная солнечная батарея, которая будет одинаково эффективная при любых погодных условиях, используются именно поликристаллические фотоэлементы.

Настоятельно рекомендуется приобретать фотоэлементы от одного производителя. Это объясняется тем, что устройства разных марок вполне могут иметь отличия по эффективности, что в свою очередь создает дополнительные трудности в момент определения общей мощности батареи. Помимо этого, расчетный период работы элементов также может иметь отличия.

Самым простым и распространенным на сегодняшний день методом приобретения необходимых элементов являются аукционы типа еВау. Здесь можно приобрести уже готовые наборы фотоячеек, при этом они будут иметь вполне приемлемую стоимость . Для того чтобы собрать солнечные батареи для дома своими руками из имеющихся подручных материалов, вам потребуются специальные проводники, которыми фотоэлементы соединяются между собой. Помимо этого потребуются паяльник и приспособления для пайки.

Вполне возможно приобрести немного поврежденные фотоячейки, так как они абсолютно не теряют производительности, но при этом имеют гораздо более низкую стоимость. Конечно же, такие элементы имеют менее эстетичный вид.

Для изготовления корпуса батареи наиболее подходящим материалом являются алюминиевые уголки, которые имеют небольшую высоту. Конечно, вполне возможно сделать солнечные батареи своими руками из подручных средств, не покупая уголки, а используя, к примеру, деревянные бруски. Однако стоит понимать, что самодельные солнечные батареи будут постоянно использоваться, а значит, подвергаться различным погодным условиям. Дерево при этом может крайне быстро испортиться, благодаря чему придется переделывать корпус.

Размеры солнечной батареи зависят от количества фотоэлементов, которые будут использоваться. Внешнее защитное покрытие панели должно быть прозрачным и при этом достаточно прочным и долговечным. В качестве такого покрытия лучше всего использовать оргстекло либо поликарбонат. Можно, конечно, использовать и прочное закаленное стекло, однако с такими панелями стоит быть более аккуратным. Также, будет лучше, если эта защита не будет пропускать инфракрасные лучи, так как благодаря такой защите уменьшается нагрев панели во время использования.

2. Пайка проводников

После того, как вы приобрели все необходимые материалы, можно переходить к выполнению сборки самодельной солнечной батареи. В первую очередь, вам нужно припаять проводники к фотоэлементам. Данный процесс является весьма трудоемким и потребует от вас определенного терпения и аккуратности. В процессе пайки могут возникнуть некоторые трудности, связанные с хрупкостью структуры фотоячеек. Гораздо проще будет купить элементы, которые уже имеют припаянные проводники, однако, даже при самостоятельной пайке, в скором времени вы ”набьете” руку и с легкостью справитесь с этой задачей. К тому же, уже паяные фотоэлементы могут иметь более высокую стоимость.

В том случае, если вы планируете осуществлять пайку проводников самостоятельно, вам нужно знать следующий порядок действий:

• Первым делом следует нарезать имеющиеся проводники на необходимую длину (более удобно делать это по картонному шаблону);
• Далее нужно аккуратно поместить на фотоэлемент вырезанный проводник;
• После этого следует нанести паяльную кислоту, а также припой на то место, где будет выполняться пайка;
• Аккуратно и внимательно провести пайку проводника. При этом ни в коем случае не следует нажимать на кристалл. Пайка делается легко и быстро. Это придет с опытом.

Данный процесс не является быстрым, из-за чего изготавливая самодельные солнечные батареи для дома, вам потребуется некоторое количество времени, а также терпения.

3. Сборка корпуса и установка фотоэлементов

Как уже говорилось, для изготовления рамы, имеющей требуемый размер, необходимы алюминиевые уголки, а также крепежные материалы (метизы). Лучше всего брать уголки с низкой высотой, так как в противном случае они будут закрывать Солнце, и создавать тень на фотоячейках. Помимо этого, используя слишком высокие уголки, у вас получится неоправданно широкий корпус для панели.

На внутренние грани скрепленных профилей необходимо нанести силиконовый герметик. Это необходимо для того, чтобы самодельная солнечная батарея была герметичной. На нанесенный герметик следует уложить вырезанный по размерам лист оргстекла, плотно прижимая его и фиксируя. После того, как герметик высохнет, оргстекло можно дополнительно зафиксировать метизами.

После выполнения вышеперечисленных действий необходимо разместить на внутренней плоскости прозрачного листа фотоэлементы с припаянными проводниками. При этом между ячейками необходимо выдерживать небольшое расстояние (около 5 мм). Это объясняется тем, что элементы в процессе использования могут расширяться под воздействием температуры. К тому же, благодаря этим отступам исключается возможность нарушения контактов. Для того чтобы солнечная батарея для дома своими руками была правильно собрана, к данному процессу необходимо подходить со всей внимательностью. Помимо этого, для облегчения работы можно предварительно разметить подложку.

4. Объединение фотоэлементов в единую систему

Спаивать все фотоячейки в одну систему необходимо соблюдая электрическую схему. На сегодняшний день известно несколько схем:

• Последовательное соединение;
• Соединение с общей шиной;
• Соединение с выведенной средней точкой.

Также существуют и другие схемы, поэтому, лучше всего предварительно выбрать наиболее подходящий вариант. При этом главное, чтобы в схеме присутствовали шунтирующие диоды, которые необходимо устанавливать на общем ”+” проводнике. Эти диоды требуются для того, чтобы исключить разрядку устройства в темное время суток либо при частичном затемнении. Для этих целей лучше всего использовать диоды Шоттки. В качестве токовыводящих проводов можно использовать обычные кабели, имеющие силиконовую изоляцию. Конечно же, их необходимо надежно и прочно закрепить.

После объединения фотоэлементов по выбранной схеме полученную солнечную батарею необходимо протестировать на силу тока и напряжение. Для этого понадобится обычный амперметр и вольтметр, либо мультиметр, который имеет обе эти функции. Если проверка пройдена успешно, то значит, что соединение элементов выполнено правильно и все контакты целы.

После проверки следует зафиксировать все фотоячейки и выполнить герметизацию панели. Самый легкий способ заключается в нанесении на каждый элемент монтажный силикон, после чего устройство необходимо закрыть панелью, которая может быть изготовлена из прочного пластика. При этом если использовать прозрачный пластик, то у вас будет возможность следить за возможным появлением дефектов либо трещин в элементах. После того как силикон высохнет, заднюю панель необходимо зафиксировать в предварительно изготовленной алюминиевой раме. Все швы конструкции также необходимо загерметизировать при помощи силикона. Для фиксации фотоячеек можно использовать и двухстороннюю липкую ленту. Главное правило заключается в том, чтобы толщина этой ленты (либо слоя силикона) превышала высоту пайки. Это поможет избежать повреждения контактов.

5. Солнечная батарея своими руками из транзисторов

На сегодняшний день существует возможность сделать солнечную батарею своими руками, не используя покупные фотоэлементы. К примеру, ее можно изготовить из транзисторов либо диодов. Конечно, из этих материалов невозможно сделать солнечную батарею, которая сможет обеспечить энергией целый дом, однако такое устройство вполне способно питать небольшие и компактные электроприборы.

Итак, как сделать самодельную солнечную батарею? Весьма просто. Для изготовления самодельной панели вам потребуются старые транзисторы, лучше всего взять устройства типов ”П” либо ”КТ”. В первую очередь необходимо предельно аккуратно спилить верхнюю часть корпуса таким образом, чтобы солнечный свет смог попадать на р-n переходы. В случае использования транзисторов ”П”, из него дополнительно потребуется высыпать порошок и продуть внутреннюю часть.

Далее, полученные фотоэлементы необходимо объединить в блоки. Соединение проводится последовательно – для повышения напряжения, и параллельно – для повышения силы тока. Соединяя таким образом транзисторы, вполне возможно создать солнечную батарею своими руками, которая будет иметь необходимые параметры. Фиксировать такие элементы удобно на текстолитовой подложке путем навесной установки.

Помимо этого, возможно собрать гелиобатарею из диодов, к примеру Д223Б. При этом их даже не нужно разбирать, вполне достаточно просто стереть краску при помощи ацетона. Под краской вы обнаружите стеклянный корпус. Благодаря маленьким размерам таких диодов достигается высокая плотность установки элементов. Впаивать диоды в подложку необходимо вертикально, так как это позволит достичь максимальной освещенности кристалла, а, следовательно, и предельной производительности.

6. Солнечная батарея своими руками: Видео

В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO 2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

Солнечные батареи можно выпускать серийно с затратами в десять раз более низкими, чем это происходит сейчас. О проверке оригинальной технологии сообщила группа физиков и химиков, ведомая Брайаном Коргелем из университета Техаса в Остине.

Вместо традиционного осаждения состава из газовой фазы в вакуумной камере учёные разработали метод распыления на подложку краски, состоящей из армии фоточувствительных наночастиц.В роли воспринимающего свет состава был применён селенид меди-индия-галлия CIGS.

Нанесение генерирующих электричество наночернил на подложку. Коргель и его коллеги разработали и отшлифовали метод синтеза частиц CIGS, которые по размеру в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Взвесь таких частиц превращается в краску, которую легко нанести на основу будущей батареи при комнатной температуре.

Но пока даже простая окраска готовой полимерной подложки демонстрирует путь получения недорогих солнечных преобразователей. Брайан и его коллеги изготовили несколько таких фотоэлектрических ячеек. Их КПД, увы, был невелик всего 1%, но американские учёные считают, что смогут поднять его до 10% оптимизацией технологии.

В сочетании со стоимостью, в десять раз более скромной, чем у классических панелей, это откроет дорогу к коммерческому успеху новации. Технология может добраться до рынка в течение 3-5 лет, считает Коргель. Он также добавляет, что новые чернила полупрозрачны, что позволит поэкспериментировать и с созданием генерирующих ток оконных стёкол.

Технология производства сверхдешёвых солнечных батарей

Солнечные батареи можно выпускать серийно в десять раз дешевле, чем сейчас. О проверке оригинальной технологии сообщила группа физиков и химиков под руководством Брайана Коргеля из университета Техаса в Остине.

Чтобы уменьшить стоимость солнечных ячеек, исследователи совместили оптимальный полупроводниковый материал с более простой и недорогой технологией его обработки.

Вместо традиционного осаждения состава из газовой фазы в вакуумной камере учёные разработали метод распыления на подложку краски, состоящей из фоточувствительных наночастиц.

В роли воспринимающего свет состава был применён селенид меди-индия-галлия CIGS.

Коргель и его коллеги разработали и отшлифовали метод синтеза частиц CIGS, которые по размеру в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Взвесь таких частиц превращается в краску, которую легко нанести на основу будущей батареи при комнатной температуре.

Если будет создан ещё и способ аналогичного распыления подложки и других необходимых батарее элементов, откроется путь к нанесению солнечных батарей прямо на крыши домов в виде нескольких слоёв краски.

Но пока даже простая окраска готовой полимерной подложки демонстрирует путь получения недорогих солнечных преобразователей. Брайан и его коллеги изготовили несколько таких фотоэлектрических ячеек. Их КПД был невелик всего 1%, но американские учёные считают, что смогут поднять его до 10% оптимизацией технологии.

В сочетании со стоимостью, в десять раз более скромной, чем у классических панелей, это откроет дорогу к коммерческому успеху новации. Технология может добраться до рынка в течение 35 лет, считает Коргель. Он также добавляет, что новые чернила полупрозрачны, что позволит поэкспериментировать и с созданием генерирующих ток оконных стёкол.

Солнечные батареи в России

Прогнозы писателей-фантастов начинают сбываться - в мире пришли к пониманию экологически чистой неиссякаемой энергии Солнца - будущее человечества. Сегодня из всех возобновляемых источников энергии активнее всего развивается гелиоэнергетика. Именно в солнечном электричестве ученые видят альтернативу нефти и газу, запасы, которых не безграничны. Фотоэлектрические преобразователи для солнечных батарей начали производить на заводе металлокерамических приборов в Рязани.

Новая производственная линия на рязанском заводе будет делать модули для солнечных батарей мощностью 230 ват для крупных сетевых электростанций. Комплектующие - пластины с антибликовым покрытием синего и черного цвета. Сырьем для них служит один из самых распространенных природных элементов кремний, всем известный песок. Но чтобы стать полупроводником ему нужно пройти 4 стадии очистки. Основные производители поликристаллического кремния Япония США и Германия - мировые лидеры внедрения солнечной энергетики.

Строительство солнечных домой и станций стало одним из приоритетных направлений энергетики и в последние годы мир испытывает дефицит поликремния. На рынке биоэнергетики развернулась борьба за этот материал, у России есть шанс оказаться в аутсайдерах. Необходимые средства для строительства завода в Рязани удалось найти благодаря тому, что холдинг Российская электроника и Рязанский завод металлокерамических приборов вошли в корпорацию «Ростехнология». В перспективе создать полномасштабное производство от начала и до конца. От производства кремния до производства тех или иных элементов солнечных батарей, сборка панелей и дальше сборка электростанций на солнечной энергии.

Это предприятие электронной отрасли не случайно выбрано базовым для создания производства солнечных батарей. Еще 10 лет назад здесь впервые занялись выпуском солнечных модулей и применили новый способ их герметизации - пластиковый. Это ноу-хау, запатентованные технологии.

Хотя наша страна располагается не в самых солнечных широтах, планируется, что через 10 лет в России производство электроэнергии из возобновляемых источников увеличится в несколько раз.

Какая технология производства солнечных батарей?

Технология производства солнечных батарей слишком сложна, чтобы ее можно было подробно описать на данном ресурсе. Но в общем она не отличается от производства других полупроводниковых приборов: из монокристаллов особо-чистого кремния, как правило, p-типа, то есть легированный бором или алюминием, режутся тонкие пластины, после чего они полируются, травятся и на них формируются полупроводниковые структуры -- p-n переход с одной стороны, p-p+ переход с обратной стороны. Затем формируются контактная решетка из слоев титана, палладия и серебра с лицевой стороны и слой серебра-палладия с обратной, и наконец, на поверхность напыляется просветляющий слой.

Таким образом получается простейший солнечный элемент, типа тех, что серийно производились в 1980-е годы в СССР. С тех пор структура солнечных элементов значительно усложнилась -- применяется многослойное просветление и текстурирование поверхности кремния, заметно увеличивающее эффективность светосбора, более сложная полупроводниковая структура, более совершенные системы токосъема.

Источники: www.membrana.ru, www.megawt.ru, sunbat.narod.ru, alternativenergy.ru, www.bolshoyvopros.ru

Исчезнувшие колена Израиля. Часть5

Легенда о созвездии Гончие Псы

Змеи-наги

Замки Бретани. Часть3

Автоматическая станция Луна-13

«Луна-13» — советская межпланетная станция для изучения Луны и космического пространства. 21 декабря 1966 года осуществлён пуск ракеты-носителя «Молния», которая вывела...

Коварная Марена

После смерти Майи Златогорки Даждьбог долго жил в одиночестве, пока ему не приглянулась богиня смерти Марена. Сын Перуна так влюбился в...

Римская культура

Культура древнего Рима кратко изучается во всех гуманитарных курсах цивилизационной направленности, однако все многообразие вряд ли можно увидеть в обзорном курсе. ...

Автомобильная радиосистема Pioneer

Почему Вы должны выбрать именно автомагнитолу Pioneer? Можете ли Вы воспроизводить компакт-диски или только MP3? Есть ли у вас технология...

Культура 17 века в России

Вся средневековая духовная жизнь находилась под полным вниманием православной церкви. Произошли изменения в социально - экономической жизни общества. Жизнь...

- производить солнечные батареи , такие батареи всегда будут пользоваться спросом, поскольку солнечная энергия неисчерпаема, и кремний, из которого в основном изготавливаются солнечные батареи, является очень распространенным веществом.

Единственный минус этой бизнес идеи – это неразвитость технологического процесса изготовления солнечных батарей , которая пока не позволяет снизить стоимость батареи.
Производство солнечных батарей требует наличия основного сырья - кварцевого песка, содержащего значительную концентрацию двуокиси кремния и хорошо поддающегося обработке.

Далее в зависимости от вида кремния: аморфного, монокристаллического и поликристаллического применяется своя технология производства. Для получения монокристаллического кремния с однородной структурой кристалла, его выращивают с помощью затравочного монокристалла. В специальной печи, определенным образом вращая.

Менее затратные по деньгам технологии применяются при производстве поликристаллического кремния, у которого структура неоднородна. Для получения поликристаллического кремния производят осаждения пара, что заставляет молекулы застывать свободно и неупорядоченно.

Изготовленные батареи на поликристаллическом кремнии имеют сравнительно небольшую цену.
Затем происходит обрезка получившихся в результате процесса производства дисков монокристаллического кремния до квадратной формы. Дальше алмазными дисками режут квадратной формы монокристаллический кремний тонкими пластинками толщиной 0,2 до 0,4 мм.

Затем их подвергают тщательной очистке, обтачиванию, шлифованию и очищению. Потом проводится тестирование пластинок монокристаллического кремния. Далее пластинки кремния соединяют, образуя элементы солнечных батарей. Затем на поверхности кремниевых частей батарей накладываются защитные покрытия из крепкого стекла для предупреждения
негативного воздействия окружающей среды. Далее поверхности металлизируют, потом накладывают антирефлексионное покрытие специальным ламинатом.

Для достижения необходимых электрических параметров, в частности уровня напряжения и силы тока, элементы солнечных батарей последовательно объединяют. Этот процесс происходит в соответствие с стекло-пленочной технологией, вписанной бизнес-план производства солнечных батарей. Пленка крепится к обратной стороне получающейся конструкции из фотоэлектрических пластин, затем герметизируются края пленки, что гарантирует качество солнечных батарей.

Под действием энергии солнца происходит генерирование тока фотоэлектрическими элементами солнечных батарей. Затем происходит аккумуляция тока, и его уже можно использовать для электропитания других электрических приборов.

Как сделать солнечную батарею – видео:

Кстати сами солнечные элементы можно заказать с известных интернет аукционов.

Идеи для Бизнеса из раздела:

Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.

Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.

Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:

• Топливная электроэнергетика — самая экологически грязная, сопровождается значительными выбросами в атмосферу углекислого газа, сажи и бесполезной теплоты, вызывая сокращение озонового слоя. Добыча топливных ресурсов для нее также наносит значительный вред природе.
• Гидроэнергетика связана с очень значительными ландшафтными изменениями, затоплением полезных земель, причиняет ущерб рыбным ресурсам.
• Атомная энергетика — самая экологически чистая из трёх, но требует очень значительных расходов на поддержание безопасности. Любая авария может быть связана с нанесением непоправимого долголетнего вреда природе. К тому же требует специальных мер по утилизации отходов использованного топлива.

Строго говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.

Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.

Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.

Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.

В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.

Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.

При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между . Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.

Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно .

Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2 , на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.

Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.

Основные недостатки солнечных батарей:

• Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
• Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
• Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
• В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
• Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
• Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
• Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.