Избранные главы из книги В. Германович, А. Турилин «Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы».
Продолжение
Начало читайте здесь:
Часть 1 – Введение
Часть 2 – Можно ли использовать бесплатный ветер?
Часть 3 – Как оценить скорость ветра для ветрогенератора
Часть 4 – Достоинства солнечной электроэнергетики
| Заказать книгу можно в интернет-магазине издательства |  |
Постройка самодельных солнечных батарей из элементов с eBay
Интересным опытом по самостоятельной сборке недорогой самодельной солнечной батареи делится Майкл Дэвис, США (русский перевод В. Германовича, http://germarator.ru/post/56).
М. Девис построил ветрогенератор для электрообеспечения участка, удаленного от цивилизации в Аризоне (см. гл. 1). Этот ветрогенератор работает хорошо, когда ветер дует. К сожалению, бывает нужно больше энергии. И эта энергия должна быть более стабильна.
В Аризоне более 300 солнечных дней в году, поэтому солнечная батарея кажется очевидным дополнением к ветрогенератору. К сожалению, солнечные батареи недешевы, поэтому было решено сделать все саму. Использовались самые обычные инструменты и недорогие распространенные материалы. В итоге удалось сделать батарею, конкурирующую с коммерческими образцами по мощности, но не оставляющую им никакого шанса по цене.
Солнечная батарея (СБ) – это контейнер, содержащий массив солнечных элементов. Солнечные элементы, это те штуки, которые на самом деле делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо достаточно много. Также, солнечные элементы ОЧЕНЬ хрупкие. Поэтому их и объединяют в СБ.
Батарея содержит достаточное количество элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения. Звучит не слишком сложно.
Проект был начат, как обычно, с поиска в сети информации по самодельным СБ. Ее оказалось очень мало.
Стартовые умозаключения:
- главное препятствие в постройке СБ – это приобретение солнечных элементов за разумную цену;
- новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги;
- дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на eBay и других местах гораздо дешевле;
- солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи.
В итоге работа была начата с покупки элементов на eBay.
Купил несколько блоков монокристаллических солнечных элементов размером 3×6 дюйма. Чтобы сделать СБ, необходимо соединить последовательно 36 таких элементов. Каждый элемент генерирует порядка 0.5 В. 36 элементов, соединенных последовательно дадут нам около 18 В, которые будут достаточны для зарядки батарей на 12 В.
|
|||||
Солнечные элементы этого типа тонкие как бумага, хрупкие и ломкие как стекло. Их очень легко повредить. Продавец этих элементов окунул наборы из 18 шт. в воск для стабилизации и доставки без повреждений.
|
|||||
Ищите элементы с уже припаянными проводниками. Даже с такими элементами вам нужно быть готовым много поработать паяльником. Если же вы купите элементы без проводников, приготовьтесь работать паяльником раза в 2–3 больше. Короче, лучше переплатить за уже припаянные провода.
Солнечные элементы продаются самого широкого спектра форм и размеров. Вы можете использовать более крупные или мелкие, чем рассматриваемые 3×6 дюймов. Просто помните:
- элементы одного типа производят одинаковое напряжение независимо от их размера, поэтому для получения заданного напряжения всегда потребуется одинаковое количество элементов;
- бóльшие по размеру элементы могут генерировать бóльший ток, а меньшие по размеру, соответственно – меньший ток.
Общая мощность вашей батареи определяется так: напряжение умноженное на генерируемый ток.
Использование больших по размеру элементов позволит получить большую мощность при том же напряжении, но батарея получится крупнее и тяжелее. Использование меньших элементов позволит уменьшить и облегчить батарею, но не сможет обеспечить такую же мощность.
|
|||||
Солнечные элементы, которые были выбраны, имеют размер 3×6 дюйма и способны генерировать ток примерно 3 А. Планируется соединить последовательно 36 таких элементов, чтобы получить напряжение чуть больше 18 В. В результате должна получиться батарея, способная выдавать мощность порядка 60 Вт на ярком солнце.
Причем, это 60 Вт каждый день, когда светит солнце. Эта энергия будет идти на зарядку аккумулятора, который будет использоваться для питания светильников и небольшой аппаратуры всего несколько часов после наступления темноты.
После того как вы купите солнечные элементы, спрячьте их в безопасное место, где они не разобьются, не попадут детям для игр и не будут съедены вашей собакой до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в СБ. Элементы очень хрупкие. Грубое обращение превратит ваши дорогие солнечные элементы в маленькие синенькие блестящие и ни для чего непригодные осколочки.
Итак, солнечная батарея – это просто неглубокий ящик. Может быть сделан он из фанеры толщиной, например, 10 мм с бортиками из реек толщиной 20 мм. Бортики приклеены и привинчены на место. Батарея будет содержать 36 элементов размером 3×6 дюймов (примерно 7.5×15 см). Элементы были разделены на две группы по 18 шт. просто для того, чтобы их было проще паять в будущем. Отсюда и центральная планка посередине ящика.
На рис. 3.10 представлен небольшой набросок, показывающий размеры СБ. Все размеры в дюймах (простите меня, поклонники метрической системы). Бортики толщиной 20 мм (¾ дюйма) идут вокруг всего листа фанеры. Такой же бортик идет по центру и делит батарею на две части. Но в принципе, размеры и общий дизайн не критичны. Можете свободно все варьировать в своем эскизе. Следует сделать небольшие отверстия в бортиках. Это вентиляционные отверстия, предназначенные для выравнивания давления воздуха внутри и снаружи СБ и служащие для удаления влаги.
 |
|
| Рис. 3.10. | Внешний вид и размеры ящика для солнечной батареи |
|
|||||
Такие же вентиляционные отверстия должны быть сделаны в центральной разделительной планке.
Чтобы защитить батарею от погодных неприятностей, лицевую сторону закрываем оргстеклом или стеклом. Стекло тоже можно использовать, но стекло бьется. Град, камни и летящий мусор могут разбить стекло, а от оргстекла просто отскочат.
После этого, нужно окрасить все деревянные части солнечной батареи несколькими слоями краски, чтобы защитить их от влаги и воздействия окружающей среды. Ящик следует красить внутри и снаружи. При выборе типа краски и ее цвета был использован научный подход. Подложки тоже нужно окрасить в несколько слоев с обеих сторон.
|
|||||
Теперь, когда готова основа для СБ, самое время подготовить солнечные элементы.
Удаление воска с солнечных элементов – это настоящая головная боль. После нескольких проб и ошибок автор все-таки нашел неплохой способ.
Первый шаг, это «купание» в горячей воде, чтобы растопить воск и отделить элементы друг от друга. Не дайте воде закипеть, иначе пузырьки пара будут сильно бить элементы один о другой. Кипящая вода также может быть слишком горячей, в элементах могут быть нарушены электрические контакты. Рекомендуется погружать элементы в холодную воду, а потом медленно их нагревать, чтобы исключить неравномерный нагрев.
Пластиковые щипцы и лопатка помогут отделить элементы, когда воск растает. Постарайтесь сильно не тянуть за металлические проводники – могут порваться.
Итак, «горячая ванна» предназначена для растапливания воска.
Второй шаг. Обработка в горячей мыльной воде и в чистой горячая вода. Температуры во всех кастрюлях ниже температуры кипения воды. Сначала в растапливаем воск, переносим элементы по одному в мыльную воду, чтобы удалить остатки воска, после чего промываем в чистой воде.
Третий шаг. Выкладываем элементы для просушки на полотенце.
|
|||||
Этот процесс удалил практически весь воск с солнечных элементов. Только на некоторых остались тонкие пленки, но это не помешает пайке и работе элементов. Промывка растворителем, возможно, удалит остатки воска, но это может быть опасно и зловонно.
После разделения и удаления защитного воска из-за своей хрупкости они стали удивительно сложными в обращении и хранении. Рекомендуется оставить их в воске до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в СБ. Это позволит вам не разбить их до того, как вы сможете их использовать.
Начать нужно с отрисовки сетки на каждой основе, для упрощения процесса установки каждого элемента. Потом следует выложить элементы по этой сетке обратной стороной вверх, так их можно спаять вместе. Все 18 элементов для каждой половины батареи должны быть соединены последовательно, после чего обе половины также должны быть соединены последовательно для получения требуемого напряжения.
Спаивать элементы между собой поначалу сложно. Начинайте только с двух элементов. Разместите соединительные проводники одного из них так, чтобы они пересекали точки пайки на обратной стороне другого. Также нужно убедиться, что расстояние между элементами соответствует разметке.
Используйте маломощный паяльник и прутковый припой с сердцевиной из канифоли. Также перед пайкой смажьте флюсом точки пайки на элементах при помощи специального карандаша.
|
|||||
Повторите пайку до тех пор, пока не получится цепочка из 6-ти элементов. Соединительные шины от сломанных элементов автор припаял к обратной стороне последнего элемента цепочки. Таких цепочек автор сделал три, повторив процедуру еще дважды. Всего 18 элементов для первой половины батареи.
Три цепочки элементов должны быть соединены последовательно. Поэтому среднюю цепочку поворачиваем на 180 градусов по отношению к двум другим. Ориентация цепочек получилась правильной (элементы все еще лежат обратной стороной вверх на подложке). Следующий шаг – приклеивание элементов на место.
Приклеивание элементов потребует некоторой сноровки. Наносим небольшую каплю силиконового герметика в центре каждого из шести элементов одной цепочки (рис. 3.11). После этого переворачиваем цепочку лицевой стороной вверх и размещаем элементы по разметке, которую нанесли раньше. Легонько прижмите элементы, надавливая по центру, чтобы приклеить их к основе. Сложности возникают в основном при переворачивании гибкой цепочки элементов. Вторая пара рук тут не повредит.
 |
|
| Рис. 3.11. | Схема нанесения силикона |
Не наносите слишком много клея и не приклеивайте элементы нигде, кроме центра. Элементы и подложка, на которой они смонтированы, будут расширяться, сжиматься, гнуться и деформироваться при изменении температуры и влажности. Если вы приклеите элемент по всей площади, он со временем сломается. Приклеивание только в центре дает элементам возможность свободно деформироваться отдельно от основы. Элементы и основа могут деформироваться по-разному, и элементы не сломаются.
Автор использовал медную оплетку от кабеля для соединения первой и второй цепочки элементов.
Можно использовать специальные шины или даже обычные провода. Такое же соединение делаем с обратной стороны между второй и третьей цепочкой элементов. Каплей герметика желательно прикрепить провод к основанию, чтобы он не «гулял» и не гнулся.
Тест первой половины солнечной батареи на солнце показал, что при слабом солнце в дымке эта половина генерирует 9.31 В.
После того как обе основы с элементами будут готовы, можно установить их на место в подготовленную коробку и соединить.
Каждая из половин помещается на свое место. Были использованы 4 небольших шурупа для крепления основы с элементами внутри батареи.
Провод для соединения половин батареи удобно пропустить через одно из вентиляционных отверстий в центральном бортике. Тут тоже пара капель герметика поможет закрепить провод на одном месте и предотвратить его болтание внутри батареи.
|
|||||
В авторской версии использован диод Шоттки на 3.3 А. Диоды Шоттки имеют гораздо более низкое падение напряжения, чем обычные диоды. Соответственно, будут меньше потери мощности на диоде.
Сначала планировалось присоединить диод снаружи батареи. Но после того, как были изучены технические характеристики диодов, решил поместить их внутри батареи. У этих диодов падение напряжения уменьшается с ростом температуры. Внутри батареи будет высокая температура, диод будет работать более эффективно. Используем еще немного силиконового герметика, чтобы закрепить диод.
Просверлите отверстие в днище батареи ближе к верху, чтобы вывести провода наружу. Провода рекомендуется завязать на узел, чтобы предотвратить их вытягивание из батареи, и закрепить герметиком.
|
|||||
И еще немного герметика для герметизации выходного отверстия. На выходной провод автор прикрутил двухконтактный разъем. Розетка этого разъема будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторов, который был использован для установленного уже ветрогенератора. Таким образом, солнечная батарея сможет работать с ним параллельно.
Оргстекло на этапе настройки и пробной эксплуатации не герметизируйте. У автора по результатам тестов потребовался доступ к внутренностям батареи, там обнаружилась проблема. На одном из элементов отошел контакт. Может быть, это произошло из-за перепада температур или из-за неаккуратного обращения с батареей. Кто знает? Пришлось разобрать батарею и заменить этот поврежденный элемент. С тех пор проблем не было. Затем следует герметизировать стыки под оргстеклом при помощи герметика или закрыть их алюминиевой рамкой.
Вот результаты тестирования напряжения законченной батареи на ярком зимнем солнце. Вольтметр показывает 18.88 В без нагрузки. А вот тест по току в тех же условиях (яркое зимнее солнце): амперметр показывает 3.05 А – ток короткого замыкания. Это как раз недалеко от расчетного тока элементов.
Солнечная батарея прекрасно работает! Солнечная батарея в работе. Она обошлась чуть дороже 100 долларов. Не так уж и плохо! Это лишь малая часть стоимости серийной СБ такой же мощности. И это очень просто!
Источник – http://www.mdpub.com/SolarPanel/index.html, где можно посмотреть фотографии всех этапов работы и узнать подробности.
Из книги В. Германович, А. Турилин «Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы».
Окончание читайте здесь.
