среда, 9 марта 2011 г.

Самодельная солнечная батарея на 50 Вт.


В свое время, начитавшись в интернете разных статей о самодельных солнечных батареях, я тоже увлекся идеей собрать что-нибудь своими руками. Последней каплей, подтолкнувшей меня к реальным действиям, стала статья американца Майкла Дэвиса о сборке солнечной батареи из элементов, купленных на аукционе eBay. 
Первым делом, я купил на аукционе сотню солнечных элементов, точно таких, которые Майкл описывал в своей статье. Эти элементы оказались еще и самыми дешевыми и доступными.


В добавок мне пришлось у другого продавца заказать специальный карандашный флюс, припой, а также плоские соединительные проводники.

Далее пошел длительный и утомительный процесс припаивания проводников к элементам. Эта работа заняла очень много времени. Несколько раз я делал перерывы на неделю-другую, а то пайка проводов уже начинала сниться по ночам. Если соберетесь пойти по моим стопам и собрать свою солнечную батарею, послушайте моего совета – покупайте элементы с уже припаянными проводниками! Сбережете время и нервы.

В процессе пайки, я увидел на YouTube как с такими же элементами мучаются другие самодельщики. Поэтому решал заснять парочку видеороликов, чтобы поделиться своим опытом. Вот как выглядит процесс пайки проводников, если вы уже «набили руку»:


Комментарии к видео на английском, но думаю, что все понятно.
Припой без содержания свинца для пайки солнечных батарей, который сейчас активно продается на eBay, я использовать не рекомендую. Такое ощущение, что он имеет высокую температуру плавления. В результате, при использовании маломощного паяльника паять элементы очень трудно. Элемент при пайке работает как радиатор – вы касаетесь его паяльником и припой моментально затвердевает, а расплавить его паяльник нормально не может – элемент отводит тепло в воздух. Именно поэтому все американцы рекомендуют использовать мощный паяльник – 60-90 Вт.

Я же, как видите, обошелся 25-ти ваттным, т.к. использовал обычный отечественный припой ПОС-61. У этого припоя низкая температура плавления и мощности паяльника вполне хватает, чтобы поддерживать его в расплавленном состоянии пока вы ведете пайку.

Еще совет – припой берите в виде тонкой проволоки (1-3 мм). С прутковым припоем работать неудобно – для маломощного паяльника его приходится резать на кусочки.

Далее еще парочка видео-советов.


Тут показано как определить какой длинны нам нужны отрезки соединительных проводов. Просто я в сети постоянно встречал ошибочный совет взять удвоенную ширину элемента и прибавить ширину зазора между элементами. Эти советчики не учитывают, что на обратной стороне провод припаивается к контактной площадке, которая примерно на 1,5 см отстоит от края. На каждый элемент надо 2 провода,  сэкономив 1,5 см на каждом мы получим около 3 метров (!!!) экономии провода на сотне элементов.

Но экономия в этом вопросе – не главное. Просто в последствии, когда вы будете объединять элементы в батарею, вы все-равно отрежете лишние сантиметры провода, чтобы он не болтался и не приводил к короткому замыканию, касаясь соседних проводов. Так зачем нам потом делать лишнюю работу?

Второй совет касается того, как именно из длинного провода нарезать отрезки одинаковой расчетной длины.


Мне нужны были отрезки по 155 мм, я взял две полоски картона толщиной 3 мм и шириной примерно 71-72 мм, намотал на эту катушку провод. Каждый виток, получился примерно 155 мм. Ну а то, как просто теперь это все режется, вы видите сами. Гораздо проще, чем измерять линейкой каждый отрезок.

Ну ладно… Провода к элементам припаяны, идем дальше.


Первым делом надо определиться с материалами, которые мы будем использовать для нашей солнечной батареи.

В своей статье Майкл Дэвис рекомендует использовать дерево и фанеру. Безусловно, это материалы доступны и легко обрабатываются. Но они также очень сильно подвержены воздействию окружающей среды. Как вы не прокрашивайте дерево оно рано или поздно у вас облезет и начнет гнить. Поэтому я искал материал, который не будет боятся условий окружающей среды.

Стекло – хороший выбор. Материал прочный, его можно резать и клеить, а при наличии сноровки даже сверлить. Если использовать в качестве фронтального покрытия солнечной батареи специальное стекло или даже обычное, но высокой чистоты, то можно уменьшить потери и повысить итоговую выходную мощность. Но со стеклом есть одна проблема – оно хрупкое и бьется. Раз в несколько лет у нас стабильно случается град, стекло может не выдержать и тогда работа нашей батареи закончится – осколки разбившегося стекла повредят хрупкие солнечные элементы.

В итоге, выбирая материал который не проводит электричество, обладает эластичностью, легко обрабатывается, не гниет, достаточно прочный и при этом легко доступен, я остановил свой выбор на обычном оргстекле. Фронтальное покрытие – тонкое оргстекло 2 мм, подложка – толстое 4 мм. В качестве подложки можно использовать текстолит, но мне не удалось найти в продаже листы подходящей толщины и размера.

В промышленных солнечных батареях применяют герметизацию, стекло спекается со специальной пленкой, что придает ему дополнительную прочность. Фактически, промышленная СБ представляет собой триплекс. Сильный град конечно может повредить батарею, но разлета осколков стекла не будет. К сожалению, такой метод герметизации в домашних условиях не доступен.

Еще я рассматривал различные варианты герметизации по технологии пленочного и заливного триплекса (стекольщики знают), но все это оказалось дорого и нереализуемо в домашних условиях.
Американцы советуют для герметизации использовать прозрачный эпоксидный кампаунд «Sylgard 184″. Купить его можно на том же eBay по 50 баксов за банку. Проблема только в том, что этой банки хватит лишь на заливку одной солнечной батареи. Продавец пишет, что хватит на две – не верьте.

Короче, я решил совсем отказаться от идеи герметизации элементов. Это конечно ведет к уменьшению мощности, но зато сильно упрощает конструкцию.

Для того, чтобы в солнечной батарее элементы шли ровными рядами я сделал простую сборочную панель из фанеры.


Элементы имеют размер 81х150 мм, на зазоры я оставил по 5 мм, поэтому на фанере  нарисовал сетку с ячейками 86х155 мм. Чтобы при сборке проще было укладывать элементы и они не съезжали,  я приклеил обычные пластиковые крестики, применяемые при укладке керамической плитки.
Немного напишу о размерах. Я исходил из имеющихся материалов. Оргстекло мне удалось купить размером 76х68 см. В такой размер помещается 4 цепочки по 8 элементов – всего 32 шт. Вообще-то, для сборки солнечной батареи на 12 В рекомендуется использовать 36 элементов (4х9). Однако, учитывая, что я все-равно буду собирать цепочку СБ и использовать «умный» контроллер, я решил немного пожертвовать напряжением и мощностью. Зато изделие получилось из легкодоступных материалов.

32 солнечных элемента позволят получить батарею мощностью примерно 50 Вт. Каждый элемент имеет пиковую мощность порядка 1,75 Вт (в сумме 56 Вт), но часть мощности потеряется из-за отражения на стекле и отсутствия подбора элементов по параметрам.
Также отмечу, что количество цепочек элементов в солнечной батарее желательно делать четным, чтобы полюса оказались с одной стороны и их можно было компактно вывести в одну коммутационную коробку. Если сделать, например, три цепочки, то полюса батареи у вас окажутся по диагонали друг к другу.

Продолжаем сборку: устанавливаем получившуюся сборочную панель на горизонтальную поверхность и укладываем солнечные элементы.


После этого надо опять немного поработать паяльником. У меня на пайку ушло 2 вечера, часа по 2 каждый день.


Цепочки между собой соединяются при помощи специальной шины – более широкого плоского провода. Этими же шинами делается вывод полюсов батареи наружу. Помимо двух полюсов я решил сделать еще и вывод «средней точки». Чуть позже объясню зачем. Вывод наружу делается через отверстия в подложке.


Для приклеивания элементов к подложке я решил использовать найденную в магазине монтажную ленту. Она из какого-то пористого полимерного материала, мягкая и имеет с двух сторон клейкий слой. Держит очень крепко и предназначена для работы на открытом воздухе.


Нарезаем ленту на небольшие кусочки и приклеиваем их ко всем элементам ровно по центру. Пайка на контактных площадках у меня получилась выпуклой, поэтому я клеил ленту в два слоя.


Надо чтобы клейкая площадка возвышалась над контактами и над пластиковыми «крестиками» сборочного стола. Потом, когда мы на элементы приложим подложку и прижмем ее, клейкие площадки приклеятся к ней и каждый элемент окажется надежно закреплен на подложке. После приклеивания элементов, поднимаем подложку (с ней поднимаются и все элементы), переворачиваем и видим вот такую красоту.


В последствии я при помощи кусочков монтажной ленты еще и шины закрепил на подложке, чтобы не болтались.

Теперь как-то надо закрепить фронтальное стекло. Для этих целей я использовал ту же монтажную ленту, но только более широкую. Цвет значения не имеет  у меня оказалась светлая.


Борта я тоже делал из двух слоев ленты, как и клейкие площадки для элементов, чтобы они получились примерно такой же высоты.

Наклеив второй слой ленты на борта я оставил сверху защитную бумажную пленку по всей длине ленты. Дело в том, что к оргстеклу она приклеивается очень быстро и прочно, если накладывать фронтальное стекло прямо на клейки слой, его не получится выложить ровно с подложкой – обязательно будет какой-то перекос.

В решении этой проблемы помогла хитрость, подсмотренная у стекольщиков, занимающихся изготовлением заливного триплекса. На каждом бортике мы отрываем бумажный слой только на концах и загибаем его вот так:


После этого накладываем фронтальное стекло и выравниваем его края с краями подложки.


А дальше просто вытягиваем защитную бумажную пленку, слегка приподнимая край стекла. После опускания оно моментально приклеивается.


Стык получается ровный и красивый.


Как видите, я пока оставил на оргстекле защитную пленку. Планирую оставить ее до самого последнего момента – до установки, чтобы свести к минимуму количество возможных царапин при хранении и транспортировке.

Вот как выглядит моя солнечная батарея на текущий момент. Вид спереди:


А вот как она выглядит сзади. Прозрачная подложка позволяет визуально контролировать все контакты, а в случае появления трещин в элементах, их будет видно на просвет.


В верхней части с обратной стороны батареи прикреплена клеммная планка на 3 контакта. В нее выведены полюса солнечной батареи и «средняя точка».


Зачем, спрашивается, нужен этот третий контакт? В принципе, можно обойтись и без него. Но с ним можно сделать две хитрости:
  • В случае необходимости, можно будет включить в работу только половину  солнечной батареи и получить 6 В, вместо 12.
  • Но главное, третий контакт позволяет поставить на каждую половину батареи отдельный шунтирующий диод.
Зачем нужен шунтирующий диод? Если кратко, то он не позволяет элементам батареи, на которые падает тень, расходовать мощность, генерируемую остальными элементами, на которые светит солнце. В идеале, шунтирующий диод должен стоять на каждом элементе, но на практике это делают редко. Обычно ставят  шунтирующий диод на всю батарею. Хотя еще чаще его вообще не ставят, предполагая, что батарея будет стоять там, где на нее тень упасть не может. Ну а я решил поставить шунтирующие диоды на каждую половину батареи – если одна половина попадет в тень, вторая будет работать.

А теперь о том, что еще осталось сделать.
Я планирую сделать для батареи рамку. Для этого я уже подыскал алюминиевый профиль «уголок».


Надо лишь выпилить 4 отрезка на каждую сторону солнечной батареи: 2 по 76 см и 2 по 68 см. Спилы делаются под углом 45 градусов, чтобы потом они ровно стыковались друг с другом.


Вчера, как видите, начал пилить. Пилил ножовкой. Думал, что алюминий пилить будет легко, но где там. Пока сделал один отрезок (два пропила), весь взмок и сломал полотно. Короче, рамка пока откладывается.
Кстати, можно также заказать рамку в багетной мастерской. У них есть толстый алюминиевый профиль, из которого рамы для картин делают. Там же дадут специальные прижимные пружины, уголки и «ушки». Но если хочется сделать самому – используйте просто алюминиевый уголок. Ушки можно сделать из него же, а закрепить это все винтами, думаю – не проблема.

Итого:
Для удобства, все цены буду приводить в долларах.
  • Элементы куплены на eBay, в посылке было 110 штук. Цена 199$. Однако сверху пришлось оплатить доставку – 40$ и таможенную пошлину – 60$. Итого около 300$ за сотню элементов (несколько сломались). На батарею пошло 32 элемента, что в деньгах – 96$
  • Там же были куплены шины, карандашный флюс, припой и диоды Шоттки. Все вместе с доставкой от разных продавцов в пересчете на одну батарею обошлось примерно в 30$
  • Оргстекло – примерно 20$ за два листа.
  • Монтажная лента: половина катушки шириной 9-мм и полторы катушки шириной 2 см – примерно 5$
  • Алюминиевый профиль – 5$ за две «палки» по 2 метра.
  • Канифоль, отечественный припой, клемная планка, винты/гайки -  накинем еще 3-4$
Итого у меня получается примерно 160$ на одну солнечную батарею.
Сейчас, покупая элементы небольшими партиями (чтобы не платить таможенную пошлину) и с уже припаянными проводами и шинами в комплекте, я думаю, что можно уложиться и в меньшую сумму. Но даже 160 баксов за солнечную батарею в 50 Ватт – это неплохой результат – солнечная батарея промышленного производства мощностью 50 Вт стоит до 350$.

Не надо только забывать, что для сборки собственной солнечной батареи нужно ВРЕМЯ!!!
P.S. Испытать батарею в реальных условиях у меня пока не получилось – весь день работаю а вечером, солнце уже не то. Если получится, и если позволит погода, проведу испытания на выходных. Пока я лишь убедился в ее работоспособности – вечером на закате провел замеры у себя на балконе.


Напряжение открытого контура 14 вольт. Работает!

Источник: Germarator.ru

1 комментарий:

  1. Отопление я пока по деньгам не осилила, а вот подогрев воды солнечными батареями у меня дома есть! Все чудесно и я всем рекомендую, потому что это не просто экономно , но еще очень быстро!

    ОтветитьУдалить