Как сделать солнечную батарею

В рускоязычных интернетах практически отсутствует нормальная информация о том как сделать своими руками солнечную электрическую батарею. Сайтов по этой тематике море, но все оказываются говносайтами не для людей. Дело пришлось мне брать в свои руки когда я решил искать способы сэкономить на электричестве.

Для производства электричества из света нужны солнечные элементы, способные осуществить такое преобразование. Хочешь не хочешь, а их прийдется покупать. Бесполезные и бесперспективные варианты вроде спиливания транзисторов тут рассматривать не будем.

При изучении вопроса получения дармовой солнечно-электрической энергии выяснились следующие варианты

1. Приобретение готовой солнечной панели
Меня этот вариант смутил заоблачной ценой за пригодную в хозяйстве мощность, которая начинается от четырезначных сумм в долларах. В принципе, срок окупаемости таких инвестиций около 10 лет и если бы я жил в частном доме, возможно всерьез провел бы все калькуляции рентабельности солнечной энергии: оплатил электричество на 10 лет вперед, а пользуешься и 20 и 30 лет. Дальше уже мощность батарей ухудшается. Уверен, что к той поре на всех крышах уже будут зарезервированы все места и самое дорогое в солнечной энергии будет место под солнечные панели.

2. Покупка готовых защищенных солнечных ячеек
Я приобрел такую ячейку на Dealextreme.com

17$ за 6V, 200mAh - это как и первый вариант чрезвычайно бесполезно и дорого

3. Покупка через Ebay.com солнечных монокристалов

Эти ячейки не являются готовой к употреблению солнечной батареей, требуют подготовки и кропотливой работы прежде чем они смогут давать электричество. Вполне адекватная стоимость мотивирует взять в руки паяльник и другой инструмент: примерно 1$ за ватт. Кроме того, цена на солнечные элементы все время падает и эффективность их увеличивается. Я не спроста говорю, что через какой то десяток лет будет идти борьба за место под солнцем в прямом смысле. Более того, сейчас ведутся разработки солнечных батарей которые преобразуют в электричество широкий спект невидимой энергии включающий инфракрасное излучение. Такие элементы способны производить электричество даже ночь преобразовывая инфракрасное излучение звезд.

Вернувшись к нашим скромным батареям с КПД всего 17% скажу что пункт с монокристалами кремния - отличный вариант, но его я отложил в связи с наличием следующего варианта. Дальнейшие инструкции подходят как к пункту 3 так и к 4.

4. Покупка через Ebay.com битых солнечных монокристалов
Именно на этом варианте я остановился и о нем раскажу все детали.

Дело в том, что если хрупкий кристал расколоть на несколько частей, то он все равно будет давать электричество. С любой оставшейся площади можно будет снять выработаную электроэнергию с условием что на осколке монокристала имеется контактная площадка для подпаивания проводов. Более того, независимо от площади кристал дает одинаковое напряжение (при превышении минимума освещения естественно).

Я купил вот такие кристалы для солнечной панели

Одна такая целая ячейка дает 0.5V x 8A = 4 watt мощности. Расколотая на две части ячейка будет давать вдвое меньший ток и вдвое меньшую мощность.

На Ebay.com битые солнечные монокристальные ячейки ищутся по словам "broken solar cells". Как покупать на ибее я расказывал тут http://www.newmoldova.com/node/484

Кроме самих ячеек настойчиво рекомендую сразу заказать плоский луженный медный провод, который понадобится для подпаивания к ячейкам. Называется он "solar tabbing wire". Я пробовал подпаяться к кремниевым кристалам другим проводом и у меня ничего не вышло. Возможно просто не хватило мощности паяльника. Но тут вопрос не только в удобстве подпайки, но и в том, что провод действительно должен быть мощным чтоб не создавать потерь на большом токе и плоским так как он будет находиться между стеклом самодельной солнечной панели и хрупким кристалом.

Кроме этого я для удобства заказал карандаш с флюсом Kester (называется он flux pen) и мощный диод для защиты аккумулятора от разрядки в то время, когда батарея не дает электричество в темное время суток. Это все обычно продается в одном комплекте.

Пока ждете посылочку с ячейками все что вы можете сделать это найти кусок стекла на каких то развалинах или стройках. А то и купить в магазине!

Я заказал один килограмм битых кристалов суммарной мощностью около 300-400 ватт. Обошлись они около 150$ с доставкой. Каждый кристал имеет толщину около одной трети миллиметра. Они очень хрупкие. Именно поэтому в продажу поступает огромное количество таких колотых элементов, которые являются браком производства.

Пока что я решил не рисковать всеми куплеными солнечными кристалами и собрать ради эксперимента маленькую солнечную батарею на стекле размером примерно 20см x 30см.

Для начала нужно подпаять провода к той стороне ячейки, которая будет обращена к солнцу. У меня она синяя. Для этого очень желателен паяльник 40-60 ватт. Мне было проблематично паять 25 ваттным паяльником: припой быстро застывал и никак не хотел плавиться на кристале.

Вот так выглядит колотая ячейка после подпаивания проводов для использования в нормальной "взрослой" солнечной панели которую реально применить в хозяйстве.

Но так как я для начала собирал лишь лабораторный эксперимент, то подпаивать провода надо было к "уменьшеным" кусочкам.

С обратной стороны кристал выглядит таким образом. В процессе подготовки к ней подпаивать провода пока не нужно.

Тыльная сторона подпаивается когда подготовленый кристал уже кладется на стекло и подпаивается в последовательную батарею.

Я использовал 14 кусочков колотых ячеек каждый из которых дает 0.5 вольт. Соединив их последовательно я получил в сумме 7 вольт. Выкладываем кусочки на стекло. После чего они подпаиваются таким образом, что проводки исходящие с верхней части каждого кристала подпаиваются к нижней части последующего кристала. На фотографии это не видно, поэтому я обращаю внимание КРИСТАЛЫ НЕ ВИСЯТ НА ОДНОМ ПРОВОДЕ!

Спаяв цепь я зафиксировал всю конструкцию солнечной батареи термоклеем.

Солнечная батарея готова к производству электрической энергии. 7 вольт вполне достаточно чтоб крутить на относительно высоких оборотах кулер от компьютера.

В результате эксперимента я выявил одну серьезную проблему связаную с разным размером кусков. При подключении более серьезной нагрузки напряжение на выходе солнечной батареи проседало вопреки моим расчетам. Я предположил, что если средний размер куска равен 1/8 доле полной ячейки, то средний ток выдаваемый батареей тоже должен быть не меньше 1 ампера. Моя панель не дала даже 0.5 ампер. Я замерял напряжение на каждом из 14 кусков: 13 из них давали напряжение 0.5 вольт как и полагается, а четырнадцатый потреблял этот ток и показал напряжение -3 вольта. Как оказалось, максимальный ток всей панели ограничен вырабатываемым током самого минимального по площади элемента. Решается эта проблема установкой приблизительно одинаковых по площади кусков или запаралеливанием нескольких мелких если нет подходящего по размеру крупного.

Обратите внимание какой формы куски. Я пробовал ломать и резать ячейки в нужном мне направлении: это заведомо провальный вариант. Но стоит лишь немного приложить усилие в направлении по диагонали, как мы получаем чистый и ровный скол. Раскалывание ячеек управляется и это уже хорошо для того чтоб подготовить кусочки необходимой площади.

Если вы дочитали заметку без пропуска абзацев, уверен что вы уже однозначно решили не связываться с колотыми ячейками. Я конечно предупредил о возможных проблемах, но есть и радостная новость. Из 90 полученых мной ячеек большинство из них просто имеют лишь трещины, царапины, сколы и лишь немногие имеют отсутствие больше четверти площади. О состоянии элементов обычно честно пишется в описании лота. Брать надо элементы которые гарантированно аккуратно сложены дабы избежать дополнительных повреждений в процессе доставки. Так, моя посылка была тщательно упакована в большой ящик с разными защитными наполнителями, а фактическая толщина стопки кристалов 90+ шт составила примерно 1.5 - 2см.

Когда панель будет стабильно давать 12-18 вольт необходимой мощности для ее преобразования в 220В понадобится либо инвертор либо старый UPS. Так же не помешают аккумуляторы для накопления энергии, которые обычно подключаются через диод во избежании разряда в темное время суток. А для полноценной домашней энергетической системы нужен будет контроллер, который сможет задавать приоритеты откуда подавать в розетку электроэнергию: с солнечной батареи, с ветрогенератора, с аккумулятора или от электросети. Так же контроллер задает оптимальный режим нагрузки на батарею, когда батарея работает с наилучшим КПД. Но об этом уже в следующий раз.

На мой взгляд, уже настало время вплотную заниматься источниками альтернативной энергии. Я даже рискну вынести панель за такие деньги на крышу своего многоэтажного многоквартирного дома в спальном районе. В процессе обретения опыта буду делиться информацией на своем блоге www.newmoldova.com.