Vymanit se z otroctví společností dodávajících elektřinu do našich domovů je snem doslova každého obyvatele planety. Každý rok je pro potřeby domácností potřeba více a více elektřiny. A v souvislosti s poptávkou po něm rostou i náklady na služby. Každý obyvatel naší země proto sní o přechodu na alternativní napájení. Zvažte, jak si vyrobit solární baterii sami, co k tomu potřebujete a jak ji správně připojit k baterii.
Zařízení a princip činnosti
Albert Einstein dostal Nobelovu cenu za popis mechanismu fotoelektrického jevu. A první přeměna slunečního světla na elektřinu byla možná v polovině devatenáctého století, kdy tento jev objevil Francouz Alexander Becquerel. Pravda, trvalo dalších 50 let, než se ruskému vědci Alexandru Stoletovovi podařilo získat praktický výsledek ve své laboratoři.
První krystalický křemíkový solární článek byl vyvinut společností Bell Laboratories v roce 1954. Právě od tohoto okamžiku odstartovala technologie, díky které očekávají úplné odstranění uhlíkového paliva z každodenního života. A vyhlídky jsou opravdu obrovské. Z metru čtverečního zemského povrchu za den můžete získat 4.2 kW / h sluneční energie. Což odpovídá spotřebě jednoho barelu ropy.
Jeden fotovoltaický článek produkuje proud, který se měří v miliampérech. A aby bylo možné vyrobit solární panel, který vyrábí elektřinu dostatečného výkonu, jsou takové spoje spojeny do modulární konstrukce. Celá pole z různého počtu fotobuněk tvoří solární baterii.
Vzhledem ke složitosti a vysokým nákladům na výrobu nacházela technologie zpočátku uplatnění pouze v kosmickém průmyslu. Když ale přišli na způsob, jak vyrobit fotovoltaické články z levnějších materiálů, přišla solární baterie i do našich domácností. Nejprve pro přenosné kalkulačky, poté pro fotoaparáty a malé lampy.
Brzy se technologie přesunula z vesmíru na Zemi. Začaly vznikat geoelektrické instalace, které byly upevněny na střechách domů. Díky této inovaci byly tyto budovy odpojeny od drátové elektřiny a staly se autonomními. A nyní není neobvyklé potkat mnoho kilometrů polí s nainstalovanými křemíkovými panely. Takové elektrárny jsou schopny zásobovat elektřinou celá města.
Komplexní fotoelektrický jev se ukázal jako extrémně jednoduchý. Ale to je pro dnešek. Vždyť ještě před 50 lety neexistovala technologie, která by umožňovala získat materiály s nestabilní atomovou strukturou. Totiž tato vlastnost hmoty je klíčem k získávání energie. Když jsou jednotlivé nestabilní atomy bombardovány fotony světla, elektrony jsou vyřazeny z jejich drah. Poslední jmenované jsou aktuálním zdrojem.
Objev polovodičů byl obrovským skokem ve vývoji průmyslu pro získávání alternativních zdrojů elektřiny. Tyto materiály mají atomy, které mají buď příliš mnoho elektronů, nebo velmi málo. Rozdělení na katodu (přebytek) a anodu (nedostatek) a umožňuje při vypalování fotony světla vyrážet částice z atomů s přebytkem elektronů.
Tímto způsobem je katoda přenese na volné dráhy k anodě. A pokud vytvoříte zátěž, pak se elektrony vrátí na svá původní místa. Pohyb částic v uzavřeném okruhu tedy vytváří elektrický proud. A obvyklé magnetické pole u objemných elektrických generátorů je nahrazeno proudem částic slunečního záření.
Typy panelů a jejich výhody
Podívejme se, z čeho jsou vyrobeny solární panely. K výrobě úplně prvního článku byl použit selen. Ale výsledné fotočlánky měly velmi vysokou chemickou aktivitu a rychle stárly. Navíc účinnost byla směšná – pouhé 1 %. Při hledání náhrady byl zkoušen krystalický křemík. Ale tento prvek je dielektrikum. Kvůli vodivosti se proto musely přidávat různé kovy vzácných zemin.
K dnešnímu dni existují tři typy křemíkových fotovoltaických článků:
- na monokrystalech;
- polykrystalické;
- amorfní.
Každý typ má svou vlastní výrobní technologii. V prvním případě procházejí křemíkové ingoty nejvyšším stupněm čištění. A teprve poté jsou z nich odříznuty nejtenčí vrstvy. A v konečné fázi se získají tmavě modré desky, podobné sklu a s výraznou elektrodovou mřížkou na povrchu.
Nejvyšší účinnost mají monokrystalické solární články – 19 %. A životnost se odhaduje na 50 let. Jakýkoli křemíkový článek časem ztrácí výkon. A v tomto případě vedou amorfní. Ale monokrystaly to dělají velmi pomalu. Baterie vyrobené z nich před 40 lety stále fungují a zachovaly si 80 % svého původního výkonu.
Pokud jsou k napájení domu připojeny solární panely s polykrystalickými fotočlánky, pak bude po 25 letech nutná jejich výměna. Účinnost takového zařízení, i když je menší než monokrystal, je stále docela dobrá – 15%. Pokles parametrů je způsoben tím, že v tomto případě je použit levnější křemík. A není tak čistý. Proto se vyrobené desky získávají se světlejším vzorem, který tvoří hranice mezi krystaly.
Ale polykrystalické solární články mají své výhody. Za prvé je to relativně nízká cena než u monokrystalických. Za druhé, nejsou tak silně závislé na nízké oblačnosti a orientaci ke hvězdě. A také snáze snáší vnější znečištění. Díky tomu jsou polykrystalické solární články pro uživatele mnohem oblíbenější.
Amorfní křemík nemá krystalickou strukturu. Při výrobě se nejtenčí vrstva chemického prvku nanáší buď na sklo, nebo na polymer. Tyto panely dlouho nevydrží. Amorfní vrstva na slunci rychle vyhoří a zcela degraduje. A účinnost je pouze 9%. A časem to rychle opadne. Ale levný způsob výroby poněkud ospravedlňuje jejich použití v některých oblastech. Například rychlý pokles účinnosti je kompenzován vysokou sluneční aktivitou v pouštích.
Jelikož je toto odvětví považováno za vysoce perspektivní, jeho studium a rozvoj je v plném proudu. Pokračuje hledání nových materiálů, které sníží výrobní náklady a maximalizují efektivitu. A k dnešnímu dni již byla získána nová technologie pro výrobu filmových fotobuněk, které mají velmi dobrou životnost. A jejich výkon je vyšší než u těch vyrobených z křemíku.
Tenkovrstvé solární články jsou vyrobeny z:
- telurid kadmia;
- polymery;
- selenid india a mědi.
Připojení takových solárních panelů v soukromém sektoru je pouze v plánu. Mezitím se jejich vydáním zabývá pouze několik lídrů v tomto odvětví. Flexibilní solární články jsou ještě vzácnější. Proto je jejich využití v nezávislém modelování možné až v budoucnu.
Fotobuňky a jejich výměna
Řemeslná výroba solární baterie bude nevyhnutelně horší než výrobky průmyslových podniků. I když použijete ty nejlepší materiály. Faktem je, že výrobci zavedli pečlivý výběr fotobuněk, všechny odmítli, se sebemenším podceněním parametrů.
A k ochraně modulárních článků se používá speciální sklo. Má maximální schopnost propouštět světlo. Ale reflexní složka v něm je snížena. Takový materiál se do obchodních řetězců prostě nedostane.
Nejdůležitější složkou je ale přítomnost laboratoře. Před uvedením vzorku do sériové výroby je testován na různých matematických modelech. Zlepšením systému odvodu tepla, snížením závislosti výkonu na teple. A také se hledá optimální průřez propojovacích přípojnic a způsob, jak snížit degradaci fotobuňky.
Ale mezitím vlastní solární panely mají právo na život. Pokud neberete v úvahu příliš úzké momenty, pak provizorní baterie nevykazuje tak špatné výsledky. A nárůst ceny je více než dvojnásobný. Hlavní je najít nejvhodnější fotobuňky.
Film pro domácí výrobu zmizí i pro ty, kteří nejsou omezeni náklady. Prostě nejsou na prodej. Ty amorfní nestojí za pohled. Příliš nízká účinnost a rychlá degradace neospravedlní ani nízké náklady. Proto se musíte zaměřit na krystalický křemík. A musíte začít s levnějšími polykrystaly. Kromě oprávněných úspor má tato volba ještě jeden důvod. Chcete-li pracovat s monokrystalem, potřebujete dobrou dovednost.
K dnešnímu dni již trh široce nabízí výrobky z krystalického křemíku. Kromě hlavních výrobců existuje mnoho malých firem, navíc v našich tuzemských prostorách, které obchodují jak s hotovými výrobky, tak s jejich komponenty. Další věc je, že zboží není vždy kvalitní a jeho cena je stále příliš vysoká.
Proto se musíte poohlédnout po zahraničních obchodních platformách. Taobao, Ebay, Aliexpress a Amazon budou vždy nabízet levný produkt v širokém sortimentu. Navíc si můžete samostatně zakoupit nejen požadovaný počet fotobuněk, ale i polotovar. Mnoho prodejců nabízí praktické sady pro vlastní montáž solárních panelů. Dokonce si můžete vybrat výkon, který potřebujete.
Někdy je velmi výhodné zakoupit produkt třídy „B“. Prodejce nabízí solární článek s mechanickými závadami. Je třeba říci, že malé čipy a dokonce i praskliny nijak výrazně neovlivňují výkon fotovoltaických článků. Ale jejich cena je mnohem nižší.
Zkušení radioamatéři přitom vědí, že suroviny pro solární baterii najdou doslova pod nohama. A dokonce kvalitní. Mluvíme o starých rádiových součástkách. Ukazuje se, že krystalický pazourek lze pájet z diod a tranzistorů. Pokud ale uvažujete rozumně, tato metoda si zaslouží malou pozornost.
I ten nejvýkonnější germaniový tranzistor obsahuje křemík, který na nejjasnějším slunci dá proud jen pár mikroampérů. Sestavení sítě několika stovek polovodičů se budete muset pořádně zapotit. A v praxi to dopadne tak, že vyrobí solární článek, kromě nabíjení mobilu. Ale pokud existuje touha ve formě experimentu a získání dovedností, můžete to zkusit.
Kalkulace a projekt
Než budete moci nainstalovat solární panel u vás doma, musíte udělat spoustu práce. A v první řadě je potřeba provést výpočty. Každý má touhu opustit kabelovou elektřinu a pořídit si vlastní elektrárnu. Musíte však pečlivě analyzovat možnost realizace takového závazku.
Nejprve si prostudujeme fakturu k úhradě od dodavatele elektřiny. Udává, kolik kilowattů je potřeba ke splacení dluhu. Toto číslo je třeba vydělit 30 (počet dní v měsíci). Můžete tak zjistit průměrnou denní potřebu elektřiny. A předpokládejme, že máme 10 kW za den.
Za ideálních podmínek by k pokrytí naší potřeby byla potřeba 1,5 kWh baterie. Musíte ale vzít v úvahu všechny nepřátelské okolnosti. A je jich hodně. Za prvé, baterie bude vyrábět elektřinu pouze během dne. Navíc největší účinnost připadá na čas od devíti ráno do čtyř odpoledne. A to je jen 70 % generace denní normy.
Za druhé, i lehký opar v atmosféře sníží proudový výkon 2-3krát. Nepřetržitá oblačnost způsobí, že výkon okamžitě klesne 15-20krát. Proto je již potřeba navýšit kapacitu baterie minimálně o 40 %. Ale to není vše.
K akumulaci elektřiny budete potřebovat velkou baterii a stejně výkonný měnič napětí. Bez toho druhého se neobejdete, protože všechny domácí spotřebiče jsou napájeny proudem 220 V. Ale akumulace a transformace jsou nevyhnutelně doprovázeny ztrátami. Odborníci uvádějí, že dosahují až 30 %. Proto k dříve přidaným 40 % připočítáváme i toto číslo. A nakonec už budete potřebovat solární baterii od 2,5 do 3 kW s výkonem.
Dále vypočítáme počet baterií. Navíc potřebujeme nízkonapěťové, určené pro napětí 12, 24 a 48 voltů. Pokud používáte obvyklou verzi automobilu (12 V), pak s ohledem na denní sazbu a nevyhnutelné ztráty budete potřebovat 6 kusů. Samozřejmě můžete vzít ty nejlepší, na 48 V, ale to jen navýší celkové náklady na celou instalaci.
Okamžitě musíte vyvrátit mýtus o používání solárních panelů k vytápění domu v zimě. Pokud k výpočtům přidáme výpočty pro instalaci elektrických topných prvků, budeme nakonec potřebovat velmi seriózní solární elektrárnu. A jeho soběstačnost, a ještě větší úspory, bude muset čekat řadu let.
Co se týče rozměrů baterie, ty opět závisí na jejím výkonu, stejně jako na typu fotobuňky. Pokud vezmeme prvky s polykrystalickými články, které produkují napětí 0,5 V a proud 3 A, tak takový mini panel bude o stranách 3 krát 6 palců. K nabití baterie bude zpravidla nutné je připojit v blocích po 30 kusech. Vzhledem k tomu, že výkon jednoho takového modulu je 45 W, lze již snadno vypočítat potřebný počet jednotek pro vytvoření potřebného výkonu pro pokrytí denní potřeby.
Výrobní instrukce
Podrobně pochopíme, jak vyrobit solární baterii sami. Vzhledem k výše uvedeným výpočtům bude potřebovat 120 desek. Pro instalaci je nejvhodnější použít jejich umístění v poměru 1: 1. Proto musíte položit 15 řad po 8 prvcích. V tomto případě jsou dva sousední sloupy zapojeny do série. A výsledné 4 bloky lze snadno paralelně ukotvit.
Корпус
Montáž je nutné zahájit vytvořením rámu. K tomu dle naší velikosti vyrobíme rám z hliníkových rohů. Můžete použít dřevěnou čtvercovou kolejnici s průřezem ne větším než 25 × 25 mm. Aby strany rámu nevrhaly stín na krajní prvky. Stejnou kolejnici můžete umístit doprostřed rámu pro vyztužení.
Rubová strana korpusu je pokryta překližkou nebo OSB. Ze spodního konce jsou vyvrtány větrací otvory pro vyrovnání vlhkosti. Jinak se zamlžení skla nelze vyhnout. Ty by měly být co nejkvalitnější a s nejvyšší mírou transparentnosti. Řezá se podle vnějších rozměrů korpusu. K upevnění se používají úhelníky.
Můžete použít plexisklo. Poté se připevní k rámu vyvrtáním otvorů pro samořezné šrouby podél jeho okrajů. Dřevěné pouzdro je nutné ošetřit antibakteriální impregnací a překrýt olejovou barvou. To jej ochrání před vlhkostí a plísní.
Pájení desek
Protože pokládka bude prováděna v 15 řadách, je racionálnější spojit pouze 5 desek k sobě. Aby nedošlo k poškození křehkých částí. A konečná montáž se provádí na podkladu. Pro pájení potřebujete nízkopříkonovou páječku (40 W) a kvalitní nízkotavnou pájku. Při spojování dílů k sobě je třeba dbát na polaritu.
Po shromáždění malého řetězu jej musíte otestovat. K tomu položíme destičky pod zapnutou lampu a odečteme voltmetrem. Záznam hodnot proudu a napětí vám umožní porovnávat parametry modulů.
Poté se na zadní stranu desek nanese silikonový tmel. Moduly lepíme na podklad z obyčejné dřevovláknité desky, který je nutné předem připravit vyříznutím rámu podle vnitřních rozměrů. Konečné připojení prvků se provádí podle schématu uvedeného na samém začátku pokynů. A každý 15voltový blok je dodáván se Schottkyho diodou. Tím se zabrání vybití baterie při poklesu napětí panelu.
Montáž panelu
Sestavený substrát je umístěn uvnitř pouzdra a upevněn samořeznými šrouby. V příčné liště jsou předvrtány otvory pro montáž drátů, které slouží jako výztuha rámu. Kabel je vyveden a připájen ke svorkám sestavy. Je lepší použít dvoubarevná jádra. To pomůže neudělat chybu s polaritou.
Na vnější přední stranu rámu je nanesena souvislá vrstva silikonového tmelu. A sklo už je na něm. Pro spolehlivost je upevněn pomocí rohových držáků. A přebytečný tmel, který vyšel, je odstraněn.
Popis videa
Video ukáže, jak se vyrábějí solární panely „udělej si sám“:
Instalace a připojení
V soukromém sektoru je panel obvykle umístěn přímo na svahu střechy domu a bezpečně jej připevňuje na střechu. V tomto případě zvolte nejslunnější stranu. Ale efektivnější je instalovat baterii na rovnou rovinu, která nemá stín v kteroukoli denní dobu. A k tomu potřebujete další design, který lze vyrobit z jakýchkoli pevných materiálů.
V průmyslovém měřítku se používají automatizované stojany, které jsou vybaveny elektromotory a různými senzory. Ty monitorují polohu slunce a předávají příkazy motorům. A ty mění úhel panelu. Pro domácí použití je sestavena jednoduchá, ale pevná nakloněná konstrukce, jejíž polohu budete muset několikrát denně změnit sami.
Zvažte, jak připojit solární baterii k bateriím a spotřebitelům. K tomu v prvním případě potřebujete regulátor nabíjení. Zařízení řídí proudový výstup a automaticky přepne dům na napájení ze sítě, když napětí v bateriích klesne. Regulátor se volí podle výkonu montované elektrárny.
Pro napájení domácích spotřebičů je nutné propouštět nízkonapěťové výstupní napětí baterie přes střídač. Transformuje ho na 220 V. Obě zařízení je možné zakoupit lokálně a nemusíte je hledat na západních tržištích. Domácí vzorky jsou docela spolehlivé a mají všechny potřebné vlastnosti. Takový nákup je navíc podpořen skutečnou zárukou.
Popis videa
Video ukáže, jak připojit solární panel k baterii:
Nejdůležitější znaky
Sestavit solární baterii svépomocí je obtížné pouze na první pohled. Pokud nevyrábíte fotobuňky, ale kupujete hotové desky, pak si s instalací modulů poradí člověk bez speciálních úzce zaměřených znalostí. Je žádoucí mít zkušenosti s páječkou.
Před montáží je nutné provést výpočty pro stanovení požadovaného výkonu panelu. To je nezbytné pro výpočet počtu fotobuněk, které budou potřebné pro instalaci. K tomu se odebírá průměrná hodnota spotřebované elektřiny za den a upravuje se směrem nahoru o nevyhnutelné ztráty při transformaci a akumulaci a také o povětrnostní podmínky.
Ne každý ví, že jakákoli polovodičová dioda je schopna přeměnit sluneční energii na elektrickou energii. Hlavní věc je, že sluneční světlo dopadá na krystal zařízení. Jednoduchý příklad toho, jak lze postavit jednoduchý diodový solární článek v průhledném skleněném pouzdře.
Bude to trvat
- Pulzní diody, typ 1N4148 – http://alii.pub/5piyt2
- Hliníková páska – http://alii.pub/5piywr
- Oboustranná lepicí páska o tloušťce 1 mm – http://alii.pub/5piyyi
- Karton.
- Pájka.
- Dráty.
Výroba solární baterie z diod vlastníma rukama
Jako základ bude použit kartonový podklad. Na karton nalepíme dva pruhy fóliové pásky – poslouží jako odrazka.
Na každý proužek nalepíme dva proužky lepicí pásky – ty poslouží jako stojánek na diody.
Z nalepených pásek odstraňte druhou ochrannou vrstvu.
Bereme 2 balení diod po 40 kusech. Nakrájíme je na 4 skupiny po 20 kusech. Diody lepíme tak, že skupiny natočíme šachovnicově, aby bylo výhodnější je zapojit do série.
Nejprve zapájíme všechny diody v každé skupině paralelně a teprve potom zapojíme všechny skupiny do série „plus“ až „mínus“.
Solární baterie je připravena. Pro kontrolu provozu připojíme k výstupu multimetr.
Při jasném slunečním světle produkuje solární baterie o něco více než 300 mV.
Stačí pouze zavřít světlo rukou, protože napětí okamžitě klesne, což indikuje provoz solární baterie.
