Интересным опытом по самостоятельной сборке недорогой само­дельной солнечной батареи делится Майкла Дэвиса, 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 умозаключениям:

♦ 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 монокристаллйческих 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.

В Примечание.

Да, такое высокое напряжение 18 В действительно необходимо для эффективной зарядки 12 В аккумуляторов.

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.

■■■ Совет.

1ИІ Воск — это головная боль при его удалении. Если у вас есть возмож­ность, ищите элементы, не покрытые воском. Но помните, что они могут получить больше повреждений при транспортировке.

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;

♦ большие по размеру элементы могут генерировать бОлыний 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.

Внимание.

Использование в одной батарее элементов разных размеров — пло­хая идея. Причина в том, что максимальный ток, генерируемый вашей батареей, будет ограничен током самого маленького эле­мента, а более крупные элементы не будут работать в полную силу.

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.

52,7 см

На рис. 3.10 представлен небольшой набросок, показывающий раз­меры СБ. Все размеры в дюймах (простите меня, поклонники метри­ческой системы). Бортики толщиной 20 мм (% 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.

54 см

Рис.3.10. Внешний вид и размеры ящика для солнечной батареи

Внимание.

Эти отверстия должны быть только внизу батареи, иначе дождь и роса попа­дут внутрь.

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.

Внимание.

Убедитесь, что вы хорошо все прокрасили, иначе дерево может покоробиться от влаги. А это может повредить солнечные эле­менты, которые будут приклеены к подложкам.

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.

Ш

Совет.

Вы можете менять мыльную воду и воду для промывки почаще. Только не сливайте использованную воду в канализацию, т. к. воск затвердеет и засорит сток.

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.

Внимание.

Не давите на паяльник! Элементы тонкие и хрупкие, нажмете сильно — сломаете.

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 цепо­
чек автор сделал три, повторив процедуру еще дважды. Всего 18 элементов для первой половины батареи.

Капля ’силикона Элемент • солнечной батареи

Рис. 3.11. Схема нанесения силикона

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.

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.

Внимание.

Каждая солнечная батарея в системе должна быть снабжена блоки­рующим диодом, соединенным последовательно с батареей. Диод нужен для предотвращения разряда аккумуляторов через батарею ночью и в пасмурную погоду.

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 изучёны 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.

Совет.

Важно дать герметику высохнуть до того, как мы будем крепить оргстекло на место. Испарения из силикона могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла и элементов, если вы не дадите силикону высохнуть на открытом воздухе.

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 ветро — генератора. 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.