Как собрать электростанцию на солнечных батареях. Сборка солнечной электростанции своими руками. Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому

Решил представить вашему вниманию статью о том, как сделать солнечную электростанцию своими руками .

Конструкция отличается от подобных электростанций улучшенной электронной начинкой :

• аккумуляторы имеет большую емкость;
• эффективный контроллер заряда;
• улучшенная электрическая безопасность;
• больше выходов;
• цифровые дисплеи показывают количество потребленной и генерированной электроэнергии.

Если вы хотите изготовить электростанцию или просто вас заинтересовало строение данного устройства, то тогда вам будет интересна данная статья.

Шаг 1: Что необходимо для того, чтобы построить такую систему

Первое, что нужно сделать, приступая к планированию проекта – это определиться , какую мощность вы желаете получить от системы. Обеспечить электроэнергией весь дом, было бы замечательно, но тогда эта система будет дорогой и утратить свою мобильность. Моя электростанция может обеспечивать энергией лишь небольшие ЖК-телевизор, пару 12 Вт энергосберегающих лампочек, цифровой ресивер, проигрыватель компакт-дисков и радиоприемник. Также есть возможность заряжать мобильные телефоны и другие маломощные устройства.

Очень важно определить цены на компоненты, что будут использоваться в проекте. Хотелось сделать все как лучше, поэтому остановил выбор на контроллере PS-30M 30 Amp Morningstar Charge.

Этот контроллер заряда использует широтно-импульсный модулятор для плавной подзарядки батареи, после полной зарядки системы.

Для батарейного блока было приобретено два Trojan T-105 , в одном 6 В , а суммарный вольтаж 12 В и 225 Aч . Ёмкость аккумулятора огромная и достаточная для питания большего количества электроприборов.

Важность выбора основных элементов системы заключается в том, что их параметры необходимы для расчета величины генерированной энергии. ЖК-телевизор и ресивер потребляют 2,2 А постоянного тока на 12 В, энергоэффективное освещение потребляет всего 1 А для 12 Вт лампочки. В то время, как телефон/ GPS во время зарядки потребляет в разы меньше энергии.

Пользуясь телевизор по 3 часа в день, он будет потреблять 6.6 Aч. Освещение в течении 4-5 часов потребляет до 4 Aч, в то время как зарядка портативных устройств потянет на 2 Aч. Суммарная величина будет 12.6 Aч. Заряд батареи глубокого цикла не должен опускаться ниже 50% от полной ёмкости. Для продления срока службы батарей в работе следует использовать меньший цикл разрядки. Поэтому батареи с 30Aч будет достаточно.

В моем регионе на земля солнечный свет падает в течении 6 часов . Поэтому для восстановления заряда батарей потребуется 50 Вт с солнечных панелей и приблизительно 5 часов солнечной активности.

Воспользовавшись формулой мощности Вт = В*А , рассчитаем среднею величину тока с солнечной панели при максимальной мощности 50 Вт/17 В = 2.94 А

Для того, чтобы зарядить батареи при использовании солнечных панелей необходимо затратить 13 Aч / 2.94 А = 4.76 часа прямого солнечного света.

В реальном мире все будет по-другому:

• Панели закрыты защитными покрытиями;
• Пасмурная погода;
• Температура батарей;
• Сечение проводов;
• Длина проводки;
• Другие потери.

Поэтому эффективнее использовать аккумулятор с большим емкостным зарядом. В таком случае можно использовать такую систему несколько раз, без последствий для её элементов, если погодные условия на следующий день не будут подходить для эффективной зарядки с помощью солнечных панелей. 225 Aч хватит с излишком, но лучше иметь больше, чем нужно.

Шаг 2: Планируем проект

Следующий шаг заключается в планировании того, как будет выглядит проект. Экспериментируя с вариантами дизайна установки, были проработаны различные конструкции. Для проектирования пользовались программой Microsoft Word. Это поможет понять расстановку компонентов и проявит аспекты дизайна, которые не будут функциональными.

Было приобретено два Turnigy ваттметра , что наиболее часто используются в авиа моделировании. Эти индикаторы с интеллектом показывают напряжение, силу тока, ватт-часы, ампер-часы, минимальное напряжение и максимальное значение потребляемого тока, что идеально подходят для использовании в системе солнечных панелей. Используя один прибор можно будет контролировать, сколько ватт энергии и сколько ампер-часов в сутки производят солнечные панели, а другой – сколько ватт используется и какой ёмкостной заряд остался в батареях.

После различных вариантов по компоновке элементов, что смонтированы в отдельных отсеках, внешних и внутренних аккумуляторных батарей, широких и узких установок, был принят вариант с наклонной приборной панелью, вертикально установленным контроллером заряда и отдельным батарейным блоком для удобства транспортировки.

Шаг 3: Изготавливаем кожух батарейного блока

Первым этапом будет создание внешнего блока батарей. Для строительства использовалась 12 мм ДСП , общая масса конструкции вместе с батареями составила 56 кг . Ролики и ручки установлены для перемещения установки.

Имея размеры установки, расчертим большом лист ДСП. После чего вырезаем элементы тумб и собираем их, как показано на изображениях.

Шаг 4: Основной блок

После того, как был собран батарейный блок, пришло время построить основную часть. Повторяем процедуру: большой лист ДСП размечаем его по размерам. Вырезаем все с помощью пилой по дереву .

Это самый простой способ, чтобы вырезать длинные прямые линии. Таким образом, большой кусок ДСП разбивается на более мелкие куски, которыми легко управлять. После использования пилы по дереву, необходимо воспользоваться наждачной бумагой для снятия заусенцев.

Вместо пилы, можно использовать электролобзик , с ним работа пойдет быстрее и легче, но линии от лобзика могут быть не такими ровными.

После того, как все элементы панелей вырезаны, необходимо проверить соответствие размеров и форм разработанному плану-модели. Для каркаса устройства используем бруски 20*20 мм , для их соединения воспользуемся 30 мм шурупами.

После завершения основной конструкции, приступаем к монтажу электронных компонентов. Сначала устанавливаем разъёмы на переднюю панель, так как они легче монтируется. Соединением два гнезда для вилок и три для автомобильной зарядки, что наиболее подходят для питания устройств непосредственно от 12 В.

Следующее, что подключаем:

• Переключатели;
• Радио;
• Контроллеры заряда;
• Счетчики.

Счетчики поставляемые Turnigy заключены в пластиковый корпус, который легко снимается, путем выкручивания четырех маленьких винтов. ЖК-дисплеи счетчиков припаяны непосредственно к плате, это означает, что не надо возиться с припаиваем шлейфа от дисплея к контактным площадкам на микросхеме.

Для защитных дисплеев счетчиков воспользуемся 3 мм оргстеклом . Для его резки можно воспользоваться ножом или пилой по металлу . Рамы защитных стекол монтируются на передней панели и закрепляться с помощью горячего термоклея .

В проекте используются хромированные металлические переключатели с двумя положениями работы. Красочные светодиодные кольца подсвечивают гнезда 12 В зарядки.

Контроллер заряда просто прикручен к задней панели с помощью болтов. Наиболее дорогим элементом проекта выступают батареи, поэтому за ними нужен особый уход.

Задняя часть блока выступает основой для множества портов, восьми входов/выходов для радио, включая четыре акустических выхода, два выхода предусилителя, 1 вход для микрофона и 1 выход для сабвуфер.

Еще пару десятков лет назад солнечные электростанции для дома рассматривались как нечто из области фантастики. Сейчас же это направление активно развивается и никого не удивляет. Несмотря на приличную стоимость, такие энергоносители пользуются спросом, поскольку позволяют сэкономить и создать собственный автономный источник энергии. Рассмотрим особенности этих установок, их изготовление и монтаж своими руками.

Особенности

Солнечные электростанции для дома в комплекте выгодны тем, что не требуют дополнительных расчетов. Конструкция предоставляется в готовом виде с определенной выходной мощностью, которую нужно правильно подобрать при монтаже. Подобные системы стоят на порядок дороже, чем аналогичные компоненты по отдельности, однако не требуют особых усилий при установке. В любом случае придется выбирать между несколькими модификациями.

Лучше это сделать со знанием дела, не доверяясь вслепую продавцу. При выборе солнечной электростанции для дома, необходимо учитывать не так уж много факторов. В общем, получится четыре основных аспекта. Ниже рассмотрим эти показатели подробнее.

Мощность и тип панелей

Определиться с показателем мощности довольно просто. Она рассчитывается с учетом самого мощного потребителя в жилище (редко бытовые приборы потребляют более 3 кВт). К выбранному значению добавляется небольшой запас, требуемый показатель готов. Если взять наглядный пример, то в солнечный день можно будет включить стиральную машину и холодильник. В итоге для небольшого дома хватит электростанции с выходной мощностью порядка 3 кВт.

Вторым критерием выбора солнечной электростанции для частного дома является тип панелей. Известно три вида современных конструкций: пленочные, монокристаллические и поликристаллические модели. Самым слабым по качеству считается пленочный вариант, он постепенно уходит с рынка. Выбор между моно и поликристаллическими панелями зависит от средней облачности региона. Вторая модификация в условиях слабого солнечного света работает эффективнее.

Инвертор и контроллер

Следующим элементом, на который стоит обратить внимание при выборе солнечных электростанций для дома, является инвертор. Приспособление предназначено для повышения напряжения 6, 12 или 24 вольта, которое выдают стандартные панели. На выходе получается привычный показатель в 220 вольт. На выбор этого устройства влияет два основных фактора:

1. Мощность. Она должна позволять выдерживать требуемую нагрузку с запасом.
2. Тип выходного сигнала.

Чтобы избежать поломок бытовой техники, необходимо выбирать панели с чистой, а не модифицированной синусоидой на выходе.

Еще один рабочий элемент конструкции - контроллер. Приспособление распределяет электричество и следит за зарядкой аккумуляторов. Если непосредственной раздачи электричества с панелей нет или вся энергия задействована, контроллер дает заряд на аккумуляторы. В случае нехватки солнечной энергии, прибор забирает энергию из емкостей. По факту, устройство делает монотонную, но важную работу, без которой вся система работать не сможет.

Как сделать дома солнечную электростанцию своими руками?

Для самостоятельного изготовления конструкции потребуются указанные выше материалы и некоторые дополнительные приспособления (специальная проводка с коннекторами и разъемами, гелиевые аккумуляторные батареи, установочные детали).

Сборка самодельной солнечной станции начинается с монтажа установочных элементов. Они представляют собой жесткую раму из профильной трубы. Конструкция этой детали зависит от места установки, но общая конфигурация имеет стандартную компоновку. Представляет элемент собой прямоугольник, с прикрепленными к нему специальными прижимными приспособлениями с резиновой подушкой. Конструкцию можно собрать непосредственно на крыше или на земле.

Основной этап

На следующей стадии возведения автономной солнечной электростанции для дома потребуется выполнить крепление панелей. Сложного в этом ничего нет. Каждый элемент фиксируется винтами. Главное, не проявить чрезмерное усердие, чтобы не деформировать панель.

Затем выполняется коммутация закрепленных деталей в единую цепь. Для этого панельные элементы последовательно соединяются между собой. В точках фиксации устанавливаются тройники с коннекторами. Необходимо помнить, что после попадания солнечного света, конструкция начинает вырабатывать энергию. Во избежание травмирования токовым разрядом, следует строго соблюдать последовательность сборки. Подключение начинают от контроллера, а перед ним монтируют выключатель-автомат. Первым делом прокладывается основная магистраль с установкой тройников в необходимых местах. Только после завершения этих работ, монтируются короткие кабели с коннекторами, через которые панели подключаются к тройникам.

Завершающие работы

На финишном этапе монтажа солнечной электростанции для дома к контроллеру подсоединяется блок аккумуляторных батарей. Чем их больше в связке, тем лучше (это позволит сделать значительный запас энергии). Аккумуляторы следует приобретать специальные (автомобильные низкоемкостные аналоги не подходят). Они представляют собой электрические резервуары объемом не менее 150 А/часов. Оптимальным вариантом станут гелиевые модели, которые соединяются между собой параллельно. Подсоединяя между собой плюс с плюсом и минус с минусом, вы сможете сохранить вольтаж, при этом увеличится суммарная емкость.

Далее непосредственно к аккумуляторам подключается инвертор по такому же принципу. В противном случае элемент не будет функционировать. Инверторный выход с напряжением 220 вольт подсоединяют через выключатель-автомат к домашней сети. В этом и заключается весь процесс создания солнечной электростанции для дома (6 кВт). Главное, правильно спланировать процесс и вникнуть в принцип работы конструкции.

Стоит отметить, что пока еще на отечественном пространстве расчеты рентабельности рассматриваемых источников энергии не очень радужные. Если излишки энергии не продавать соседям по адекватной цене, система полностью не окупается. Классическая форма поставки неиспользованной энергии в городскую сеть за копейки никаких положительных результатов не приносит.

Использовать готовые солнечные электростанции для дома государство не запрещает, хотя и никак не поощряет. По этой причине монтаж таких конструкций оптимален там, где сетевое электричество отсутствует совсем.

Описанных действий по установке и сборке солнечной электростанции вполне достаточно для того, чтобы правильно выбрать подходящую модификацию. Дополнительно сэкономить можно, если выполнить сборку своими руками из отдельных частей. Расчеты мощности также не составляют проблем. В крайнем случае можно нанять специалиста, который за умеренную плату составит все чертежи и схемы.

Солнечные электростанции для дома: отзывы

Как свидетельствуют отклики владельцев, солнечные электростанции просты в монтаже. Их можно устанавливать не только на крышу, но и на стены с солнечной стороны. За пару дней всю конструкцию может собрать и смонтировать один человек. В комплекте идет крепежная фурнитура, позволяющая крепить панели в различных позициях.

Если система поступления энергии смешанная (сетевой плюс солнечный вариант), отметьте те розетки и приборы, которые работают от панелей, и через месяц подсчитайте экономию. Как отмечают владельцы, несмотря на то, что сначала придется прилично вложиться в проект финансово, результат не заставит себя долго ждать с учетом того, что автономную энергию не надо оплачивать. Наоборот, ее можно продавать.

Потребители отмечают, что если аккумуляторов для запаса энергии недостаточно, не спешите полностью отказываться от центрального подключения. Поскольку ресурс солнечных станций составляет не менее 20 лет, окупаемость будет существенной, хотя и долгосрочной.

В этой статье я хочу рассказать как можно самостоятельно собрать небольшую автономную электростанцию на солнечных панелях, что для этого понадобится, и почему выбор пал на те или иные составляющие электростанции. Допустим нам нужно сделать электричество в (дачном домике, вагончике охраны, в гараже, и т.п.), но бюджет ограничен, и хочется за минимум средств получить хоть что-то. И как минимум нам нужен свет, питание и зарядка мелкой электроники, а так-же иногда мы хотим к примеру пользоваться электро-инструментом.

Солнечная электростанция

Фото солнечных панелей на крыше домика, две панели по 100 Ватт

Для этого по минимуму нам понадобится солнечные панели на 200-300 Ватт, можно конечно и на 100ватт всего, и даже меньше, если вам требуется совсем немного энергии. Но лучше брать с запасом, и сразу определится на какое напряжение строить систему. К примеру если вы хотите все питать от напряжения 12вольт, то лучше покупать панели на 12вольт, а если все будет питаться через инвертор, то систему можно стоить на 24/48 вольт. Например две панели по 100 Ватт, которые смогут дать 700-800 Ватт энергии за световой день. Когда есть солнце тут и от одной панели энергии много, но лучше брать сразу 2-3 штуки чтобы и в пасмурную погоду, и зимой энергия тоже была, так-как в пасмурную погоду выработка падает в 5-20 раз и чем больше панелей будет тем лучше.

На 12вольт есть масса электроники и различных зарядных устройств, у нас большинство автомобилей имеют бортовую сеть 12v и для этого напряжения есть практически все, и это доступно. К примеру от 12v работают светодиодные ленты, которые хорошо подходят для освещения, есть светодиодные лампочки 12v в любом магазине. Так-же для зарядки телефонов и планшетов есть автомобильные адаптеры, которые из 12/24v делают 5v. Такие адаптеры имеют или USB выход один или два и более, или с проводом под конкретную модель телефона или планшета, в общем заряжать электронику от 12-ти вольт проблем нет.

Если вам нужно питать от 12вольт ноутбук, то для этого тоже есть автомобильные зарядные адаптеры, которые из 12v делают 19v. В общем практически все есть чтобы питаться от двенадцати вольт, даже кипятильники, холодильники и электро чайники. Так-же есть и телевизоры на 12вольт, которые диагональю 15-19 дюймов и обычно ставятся на кухню. Но конечно если мощность солнечных панелей небольшая и емкость аккумуляторов тоже, то рассчитывать на то можно постоянно пользоваться мощными потребителями не приходится, разве что летом. фото потребители на 12в

Приборы и адаптеры на 12v

Для примера некоторые виды преобразователей работающих от 12 вольт, и некоторые приборы работающие от 12 вольт, такие как чайник, кипятильник, холодильник. Освещение на 12вольт

Если все делать на 12v, то тут преимущество в экономии электроэнергии, так-как инвертор 12/220 вольт тоже имеет свой КПД около 85-90%, и дешевые инверторы на холостом ходу потребляют 0,2-0,5 А, а это 3-6 ватт/ч., или 70-150 ватт в сутки. Согласитесь что просто так 70-150 ватт энергии в сутки тратить не хочется, этого же к примеру хватит чтобы дополнительно еще несколько часов светила светодиодная лампочка, проработал телевизор часов 5-7, зарядить телефон раз двадцать этой энергией можно. Плюс к тому еще при работе на инверторе теряется 10-15% энергии, и в итоге общее количество энергии теряющейся на инверторе получается существенной. И особенно это не рационально когда мы из 12вольт делаем 220вольт, а потом в розетку включаем блок питания на 12вольт, или 5вольт. В этом случае КПД всей системы очень низок так-как много энергии тратится на преобразователях.

Единственное неудобство в том что на 12 вольт мало электроинструмента, и он не распространен, так-же в продаже трудно найти холодильники, насосы и пр. По-этому если нужно питать от своей автономки что-то еще кроме всякой мелкой электроники, то без инвертора 12/220 вольт не обойтись. И тут нужно учитывать что и сам инвертор имеет КПД, и некоторые приборы не особо экономичны. Все это влечет за собой необходимость увеличивать пропорционально потреблению емкость аккумуляторов, и мощность солнечных панелей.

Тут как-бы два варианта, или оптимизировать все на низкое напряжение 12вольт, или тогда сразу переводить все на 220вольт. Ну еще можно просто установить инвертор и пользоваться им когда это нужно, а все что работает постоянно (свет, телевизор, зарядные) питать от 12 вольт. В этом случае может подойти даже дешевый инвертор с модифицированной синусоидой.

Через инверторы с модифицированным синусом часто отказываются работать насосы и холодильники, так-как частота и форма напряжения не подходит для требовательного оборудования. Но через такие инверторы нормально работают лампочки любые на 220вольт, электроинструмент (дрели, болгарки и пр.), и электроника с импульсными блоками питания (современные телевизоры и прочая электроника). Вообще чтобы точно не было проблем лучше сразу брать инвертор с чистой синусоидой на выходе, а то если что-то выйдет из строя из-за инвертора - то убытка больше будет чем экономии.

Контроллер заряда аккумуляторов, инверторы

Не смотря на то что к примеру у нас небольшая мощность солнечных панелей, но контроллер лучше брать с двукратным запасом по мощности, особенно если покупать дешевый контроллер. Выход из строя контроллера может повлечь за собой еще много проблем, он может испортить аккумуляторы, или неправильно их заряжать от чего они быстро потеряют емкость. Так-же если контроллер подаст все напряжение от СП в сеть, то может испортится электроника питающаяся от 12в, так как СП в холостую дают до 20вольт. Подробнее про контроллеры - Контроллеры для солнечных батарей

Кстати если вы будете питать все через инвертор, то систему можно строить не только на 12вольт, но и к примеру на 24 или 48 вольт. Основное отличие при этом в том что толщина проводов требуется значительно меньше так-как ток по проводам будет меньше. К примеру если у нас система на 12вольт, то ток зарядки по проводам будет доходить до 12 Ампер, а если через MPPT контроллер, то до 18А. И чтобы провода не грелись и не-было потерь, сечение провода должно быть толстым, и чем дальше солнечные панели от аккумуляторов тем провод должен быть толще.

Так к примеру для тока в 6 Ампер сечение провода должно быть 4-6кв. а если у нас ток 12А, то уже нужен провод 10-12кв. А если у нас будет 50 Ампер, то и провода должны быть толще чем сварочные (50кв.), чтобы не грелись и не-было потерь. Вот чтобы экономить на толщине и не терять энергию, систему строят на 24v 48v. В случае с 48 вольт толщину провода можно уменьшить в четыре раза и на этом прилично сэкономить. А инверторы есть и на 24v и на 48v. Так-же есть и контроллеры, думаю вам понятно, основной смысл это экономия в проводах и меньше потери на передаче электроэнергии от солнечных панелей до аккумуляторов.

Контроллеров существует два типа, это MPPT и PWM контроллеры. Первый тип может с солнечных панелей выжимать до 98% мощности, но стоит дороже. А PWM контроллеры простые и заряжают тем током что есть, то-есть с ними мощность от солнечных батарей всего 60-70%. MPPT контроллер работает лучше при ярком солнце и из высокого напряжения СП делает более низкое 14в и больше тока. А обычные PWM не могут преобразовывать, но зато в пасмурную погоду, когда ток с панелей совсем маленький, такие контроллеры дают немного больше энергии в аккумуляторы.

Какой контроллер покупать тут я думаю четко не определить, кому-то нужно с солнца брать всю энергию, а у кого-то при солнце и так энергии с запасом приходит, а вот в пасмурную погоду хочется хоть немного, но по-больше. В принципе если вместо дорогова MPPT купить еще одну солнечную панель, то как-раз и компенсируются преимущество MPPT, и плюс в пасмурную погоду толку больше будет. Я лично склоняюсь больше к обычным контроллерам, так-как когда есть солнце энергию и так девать некуда, а когда его нет, то тут лишняя солнечная панель очень поможет. К примеру три панели по 100ватт дадут с обычным контроллером 18А, а с MPPT дадут 27А. Но когда будет пасмурная погода, то три панели через MPPT дадут к примеру 3А, а с обычным контроллером уже около 3,6А, а если купить вместо MPPT четвертую панель, то 4,8А.

Это все я привожу для примера, разница конечно для солнечного дня 18 и 27 А большая, но если и при 18А все равно аккумуляторы за день заряжаются, то зачем тогда больше мощности, все равно ведь когда зарядятся контроллер отключит панели и они просто так будут освещаться солнцем. А вот когда нет солнца, то и лишнему амперу радуешься, по-этому лучше больше панелей чем дорогой контроллер.

Про аккумуляторы для автономных систем

Аккумуляторы это наверно самая дорогая и важная часть системы, они очень капризны и быстро портятся, их много типов и с ними нужно относится нежно, иначе они быстро теряют емкость и портятся. По этому и контроллер нужно покупать умный, чтобы его можно было настраивать на разные типы, или там уже должны быть пред-установлены настойки для работы с разными типами АКБ.

К приму автомобильные стартерные аккумуляторы очень быстро теряют емкость в автономных системах, всего 1-2 года и они уже теряют 90% емкости. Это связано с глубокими разрядами, так-как дешевые контроллеры отключают потребителей при 10вольт, а автомобильные АКБ не рассчитаны на это, по-этому если уж их использовать, то не разряжать их более 110,8-12,0 вольт.

Щелочные аккумуляторы очень выносливы, но и очень дорогие. И если свинцовые АКБ имеют КПД 85-90% то щелочные аккумуляторы здесь немного проигрывают, а если их эксплуатировать заряжая и разряжая большими токами, то их КПД заметно ухудшается. Не выгодны такие аккумуляторы особенно зимой, тут и так энергии мало приходит, да еще и аккумуляторы отдают на 30% меньше энергии чем получают от солнечных батарей. Хотя сейчас вроде появились щелочные АКБ с улучшенным КПД, но картина в общем такая.

Литий-железо-фосфатный АКБ самые перспективные для автономных систем, они имеют высокий КПД 95-98%, и при этом совсем не боятся недо зарядов, глубоких разрядов, и больших токов разряда-заряда. Но они тоже дорогие и требуют дополнительно BMS систему контроля состояния ячеек. Если такой аккумулятор зарядить или разрядить ниже положенного, то он безвозвратно теряет емкость или ячейка вообще перестает работать. Но за состоянием акб следит БМС и она так-же занимается балансировкой заряда аккумулятора, по-этому если что-то пойдет не так, то она защитит аккумулятор и все отключит, и он не испортится.

В одной статье все не опишешь, но основное я постарался упомянуть и описать чтобы было понятно тем кто с этим совсем не знаком. Более подробно можно почитать в других статьях из раздела. Но в общем на данный момент судя по своему опыту строить небольшую электростанцию без инвертора и всю электронику питать от 12вольт выгоднее, а если уж все переводить на 220вольт, то строить систему на 48в. Особенно зимой даже немного лишней энергии очень нужно. Так-же и аккумуляторы у меня этой зимой литий-железо-фосфатные (lifepo4), и явно энергии в общем заметно больше чем при использовании автомобильных АКБ, плюс к тому lifepo4 совсем не испортились и потери емкости нет, хотя они целый месяц не заряжались до конца и постоянно разряжались до отключения.

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.

Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

• Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
• Минимальные расходы на эксплуатацию.
• Долговечность 30~50 лет.
• Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
• Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
• Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
• Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2 . В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м 2 . КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.

Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.

Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м 2 , 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м 2 . Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.

Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м 2 . Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.

То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м 2 , а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .

Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.

Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.

При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.

Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.

Подбор материалов для создания панели

В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.

Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:

• Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
• Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
• Рабочая мощность — 0,62 Вт.
• Габариты — 52х77 мм.
• Цена 29 р.

Совет: Надо учитывать, что элементы очень хрупкие и при транспортировке часть из них может быть повреждена, поэтому при заказе следует предусмотреть некоторый запас по их количеству.

Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.

Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.

Рассчитываем комплектующие

Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.

Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.

Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.

Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.

Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.

Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.

Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:

• Длина — 15 x 52 = 780 мм.
• Ширина — 77 x 6 = 462 мм.

Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.

Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.

Также нам потребуются:

• Паяльник электрический 40 Вт.
• Припой, канифоль.
• Монтажный провод.
• Силиконовый герметик.
• Двусторонний скотч.

Этапы изготовления

Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.

Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, для квартиры и дома.

При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать .

Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:

1. Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
2. Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
3. Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
4. Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
5. Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
6. Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.

При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.

Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.

Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.

Следовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .

Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.

Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.

Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.

Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.

Делаем выводы

При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.

Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.

В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.

Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому

Солнечная энергия это уже дано не новшество, а реальность, которая на сегодняшний день доступна почти каждому.
В этом мастер-классе я покажу вам как сделать полностью автономную систему электропитания гаража. Хотя в гараже имеется стационарная электрическая сеть, но я решил от неё отказаться, так как слишком большие перебои в её работе… Часто света по долгу нет.

Одним из главных плюсов солнечной электростанции является её полная автономность и независимость. Учитывая то что я не целые сутки нахожусь в гараже, то мощности моей системы хватает с головой для всех нужд.
Я использовал мощную солнечную батарею мощность 100Вт, поэтому аккумулятор способен заряжаться даже в пасмурную погоду. Конечно, хватило бы солнечной панели и на 10Вт, но я решил взять с запасом, на случай если вдруг придется увеличивать мощность всей системы.

Что же обеспечивает солнечная система?

• - Светодиодный свет в гараже. Учитывая потребляемый ток светодиодными лентами (не более 2 А) время непрерывного свечения будет где-то 25 часов, что в два раза больше чем нужно, учитывая среднюю продолжительность ночи 12 часов.
• - Сеть с тремя розетками на 220 В с нагрузочной способностью 400 Вт. Используется инвертор для преобразования тока. На выходе стабильное синусоидальное напряжение. Плюс в инверторе имеются два USB входа для питания мобильных устройств, с током до 3,1 А.
• - Свет включается автоматически при поднятии ворот, что очень удобно, особенно в ночной период.

Все элементы автономной системы электропитания куплены, за исключением распределительных коробок, труб для проводов и т.п.
Я привожу список со ссылками на магазин:
Панель солнечных 100 Вт готовая, можно конечно собрать самому, но я купил –
Контроллер зарядки -
Аккумуляторная батарея 12 В 100 АЧ – в ближайшем автомагазине.
Клеммы для аккумулятора -
Инвертор 400 Вт -
Геркон с магнитом -
Светодиодная лента –

Схема солнечной электростанции

Солнечная панель и аккумулятор подключены к контроллеру. Контроллер управлять зарядкой аккумулятора, дает оптимальный ток и не дает полностью разряжаться. Светодиодные ленты и инверторы подключены на выход контроллера.
Чтобы сделать автоматическое включение света я использовал геркон. Так как светодиодные ленты потребляют ток около 2-х ампер, то их нельзя коммутировать герконом, нужно будет добавить реле, которое возьмет всю нагрузку на себя.
Со схемой, думаю, вопросов не возникнет.

Пару слов о монтаже

Вся система сортирована по стандарту. Провода упакованы трубы, соединители в распределительные коробки.

На фото видно, как крепится герконовый датчик с подвижным магнитом на самих воротах.

Светодиодные ленты просто натянуты и крепится в специальных клипсах.
Отдельно хотеться рассказать про установку солнечной панели. В крыше сверлится отверстие, в который вставляется кусок трубы. Чтобы исключить любое затекание воды, кусок торчит из крыши сверху на небольшом расстоянии. Герметизируем и обмазываем его жидким битумам или гудроном. Подключаем панель, пропускаем провода через эту трубку. Кладём панель горизонтально и промазываем края так же жидким битумом. Всё получилось герметично. Крыша имеет не большой уклон, и вода в любом случае будет скатываться с неё.

Ещё раз скажу, что система полностью автономна и в обслуживании не нуждается. Если только необходимо периодически проверять аккумуляторную батарею.

Итог после нескольких недель эксплуатации

Солнечная электростанция себя отлично зарекомендовала. Её можно сделать для дачи, сарая и др. В общем туда, где нет подвода электричества. Вы можете сами сделать электростанцию на любую мощность и больше ни от кого не зависеть.
Очень здорова ни от кого не зависеть.