Как собрать солнечную панель своими руками

Правильные схемы соединения солнечных панелей, инвертора, контроллера и аккумуляторов. Ничего лишнего.

Схемы соединения солнечных батарей

Всего существует три схемы соединения солнечных панелей, которые могут применяться: параллельное, последовательное и параллельно-последовательное. В зависимости от мощности солнечной электростанции и напряжения постоянного тока может применяться одна из выбранных схем. Остановимся подробнее на каждой и опишем принцип работы.

Комплект солнечной электростанции

Данное оборудование применяется в небольших гелиосистемах которые можно использовать для дома или для дачи. К обязательным компонентам относятся:

• Солнечные панели или батареи – могут быть монокристаллические и поликристаллические. Чем отличаются и какие выбрать читайте здесь.
• Инвертор – для чего он и как его выбрать читайте в этой статье.
• Коннекторы для солнечных батарей – предназначены для быстрого подключения провода к панелям. Если бюджет ограничен, можно использовать пайку, но данное соединение намного удобнее.
• Кабель, используется одножильный медный в двойной изоляции, стойкий к любым атмосферным воздействиям, сечение от 1.5 мм.

Опционный комплектующие, которые не обязательно должны быть в системе и устанавливаются при определенных задачах:

• Аккумуляторные батареи – существует несколько вариантов, какой выбрать описано здесь.
• Контроллер заряда аккумуляторов.
• Реверсный электросчетчик, устанавливается если вы хотите продавать электроэнергию. В некоторых странах существует так называемый “зеленый тариф”, который позволяет зарабатывать, делая это.

Важные характеристики батарей, которые нужно учитывать

• Номинальное напряжение панелей – 12В или 24В.
• Максимальное напряжение при пиковой мощности Vmp.
• Напряжение холостого хода Voc – напряжение, выдаваемое панелями без нагрузки (важно при выборе контроллера заряда аккумулятора).
• Ток Imp – ток при максимальной мощности панели в А.

Основы и состав солнечных станций

Назначение гелиопанелей — сбор и концентрация (притягивание) на себе солнечного света (ультрафиолета), преобразование его через контроллеры, инвертор в электричество и подача его через аккумуляторные батареи или напрямую в сеть 220 В (или 380 В) дома.

Излишки электричества можно продавать. Одно из преимуществ системы — полная автономность, автоматичность. Недостаток — зависимость от погоды, климата, затенения.

Стандартная цель пользователя — подобрать элементы так, чтобы они окупились за наименьший срок. Поэтому очень важна правильная сборка — от нее зависит эффективность оснащения.

Факторы, которые нужно рассмотреть при принятии решения о добавлении солнечных панелей в СУЩЕСТВУЮЩУЮ солнечную электростанцию

Потребности в энергии

Сколько дополнительных солнечных панелей вам нужно? Это один из первых вопросов, на который нужно получить ответ при принятии решения о расширении вашей солнечной электростанции. Посмотрите на ваши счета за электроэнергию, а также информацию по выработке энергии вашей существующей солнечной батареей (логи в сетевом инверторе, или солнечном контроллере дадут вам цифры о выработке энергии солнечными батареями за день, месяц, год). 

Определив требуемое количество энергии, вы можете посчитать, сколько солнечный панелей вам нужно добавить.

Доступное место для новых панелей

Если у вас есть еще место на крыше, которое можно использовать для установки солнечных панелей — это будет самым оптимальным и недорогим вариантом. Если же на вашей крыше нет достаточного места, или она ориентирована так, что нельзя установить солнечные батареи — не опускайте руки. Можно установить дополнительные солнечные панели на отдельно стоящей конструкции, на навесе, беседке, веранде и т.п. Любое хорошо освещенное и незатеняемое место подходит для установки солнечных батарей.

Совместимость солнечных панелей

Ваши существующие солнечные панели наверняка еще не выработали свой ресурс — типичные солнечные батареи работают по 25 и более лет. Поэтому обычно их не заменяют, а добавляют новые солнечные панели к существующим. Как правильно добавить солнечные панели к существующей солнечной электростанции — написано выше. Но попросите установщика дополнительно посчитать, что нужно докупить из монтажных конструкций, проводов и креплений — это мелочи, но для неискушенных потребителей они обычно представляют трудность. Мы поможем вам подобрать это дополнительное оборудование.

Найдите хорошего установщика

Вполне возможно, вы имели не очень хороший опыт с вашим первым установщиком, поэтому не хотите к нему обращаться при расширении вашей системы. Может быть фирма, которая вам делала установку, уже не существует. Нет проблем — ситуация на рынке сейчас такая, что найти нового установщика не составляет труда. Однако будьте внимательны — подавляющее большинство из них не имеет достаточных знаний и опыта. Поэтому мы, конечно же, рекомендуем обратиться к нам — пы поможем вам правильно и за минимальные деньги расширить вашу систему солнечного электроснабжения.

Если потребуется решать вопросы с действующей гарантией на ваше «старое» оборудование — мы тоже поможем вам разобраться в этих вопросах так, что вы не потеряете гарантию на уже установленное у вас оборудование. Хотя бывают случаи, когда имеющееся оборудование установлено настолько плохо или неправильно, что даже мы не сможем взять его на обслуживание. В этом случае всегда есть вариант установить отдельную систему, которая не будет конфликтовать с вашим существующим оборудованием.

Прокачайте свою ленту Дзен — поставьте лайк и подпишитесь на канал

Если вам понравилась эта статья, предлагаю также почитать следующие материалы:

Умрёт ли возобновляемая энергетика в России?

Солнечные элементы n-типа и p-типа. В чем различие?

Солнечный Узбекистан — первая промышленная СЭС

Поддержите проект Solar-News.ru наPatreon

Вступайте в наш телеграм-канал —@SolarNewsRu

Что представляет собой бытовая солнечная батарея

Гелиоэнергетика – это настоящая находка для получения дешевой электроэнергии. Однако даже одна солнечная батарея стоит достаточно дорого, а для того чтобы организовать эффективную систему их нужно немалое количество. Поэтому многие решаются собрать солнечную батарею своими руками. Для этого нужно уметь немного паять, так как все элементы системы собираются в дорожки, а потом крепятся на основание.

Чтобы понять, подходит ли гелиостанция для ваших нужд, надо понимать, что такое бытовая солнечная батарея. Само устройство состоит из:

• солнечных панелей
• контроллера
• аккумулятора
• инвертора

Если устройство предназначено для отопления дома, в комплект будут также включены:

• бак
• насос
• комплект автоматики

Солнечные панели — прямоугольники 1х2 м либо 1,8х1,9 м. Для обеспечения электричеством частного дома с 4-мя жильцами надо 8 панелей (1х2 м) либо 5 панелей (1,8х1,9 м). Устанавливают модули на крышу с солнечной стороны. Угол наклона крыши 45° с горизонтом. Существуют вращающиеся солнечные модули. Принцип работы солнечной батареи с поворотным механизмом аналогичен стационарной, но панели поворачиваются вслед за солнцем благодаря фоточувствительным датчикам. Стоимость их выше, но КПД достигает 40%.

Конструкция стандартных солнечных батарей следующая. Фотоэлектропреобразователь состоит из 2 слоев n и p типа. n-слой изготавливают на основе кремния и фосфора, что приводит к избытку электронов. p-слой делают из кремния и бора, в результате чего образуется избыток положительных зарядов («дыр»). Слои помещают между электродов в таком порядке:

• покрытие против бликов
• катод (электрод с отрицательным зарядом)
• n-слой
• тонкий разделительный слой, препятствующий свободному переходу заряженных частиц между слоями
• p-слой
• анод (электрод с положительным зарядом)

Фотоэлектрические модули производят с поликристаллической и монокристаллической структурами. Первые отличаются большим КПД и высокой стоимостью. Вторые – дешевле, но менее эффективны. Мощности поликристаллических достаточно для освещения/отопления дома. Монокристаллические используются для генерации малых порций электричества (в качестве резервного источника энергии). Существуют гибкие солнечные батареи на основе аморфного кремния. Технология находится в процессе модернизации, т.к. КПД аморфной батареи не превышает 5%.

Как выбрать и где приобрести преобразователи

Дешевле будет приобрести фотоэлементы на китайских интернет-площадках, хоть, конечно же, там зачатую продаются заводские детали, имеющие брак. Для старта и это неплохо, тем более, что цена у них ниже. А после того, как придет опыт в сборке батарей, можно брать более качественные детали с завода.

Некоторые продавцы продают преобразователи все скопом запаянные в воск, дабы во время транспортировки они не повредились, ведь кремниевые пластины хрупкие, как хрусталь. Очищение их от воска – весьма трудоёмкое занятие. Для начала необходимо погрузить их в горячую воду и после того, как воск расплавится, очень осторожно разделить их. После нужно опустить каждый фотоэлемент в мыльный раствор, а потом в чистую горячую воду. И так, пока воск не отстанет от пластин полностью. Потом нужно разложить их сушиться на махровом полотенце. В общем, это лишние хлопоты, так что лучше покупать пластины без воска.

На проверенных китайских площадках Ebay и Alibaba приобретать фотоэлементы для установки солнечных батарей своими руками надёжно. Для покупки нужно зарегистрироваться и вписать в поисковую строку нужный запрос. На экран выведется несколько предложений.

Выбирать нужно не только из тех соображений, что понравился именно этот товар – необходимо обязательно обращать внимание на отзывы и рейтинг продавца. Если нет желания переплатить за товар вдвое из-за платной доставки, нужно посмотреть, есть ли у выбранного товара опция «бесплатная доставка». Если нет – это неподходящий вариант, так как это — чересчур затратное дело.

Деньги за товар нужно перечислить сразу. Продавцу они попадут только после подтверждения о получении товара покупателем. Платить можно прямо платежной картой или через промежуточные сервисы – всё зависит от степени доверия к таким торговым интернет-ресурсам. Возвратить товар тоже можно, но лучше сразу отовариваться у продавца с хорошей репутацией, дабы избежать тяжб по поводу возврата. Посылка может идти и месяц, и полтора – это уже во власти почты.

Пайка солнечных элементов

Самым ответственным этапом сборки солнечных модулей является спаивание фотоэлектрических элементов. Солнечные ячейки изготовлены из очень хрупкого материала, поэтому и обращения они требуют соответствующего. Те люди, которые уже имели с ними дело, впредь при покупке солнечных элементов заказывают себе ячейки с некоторым запасом по количеству (10 – 15%). Например, для изготовления панели, рассчитанной на 36 элементов, они приобретают 39 – 42 ячейки.

Для пайки солнечных элементов рекомендуется приобретать специальные плоские проводники (шинки), на поверхность которых уже нанесен тонкий слой олова.

Тонкие шинки для спаивания солнечных ячеек, более толстые шинки (с помощью которых соседние ряды панели объединяются между собой) и солнечные ячейки лучше приобретать у одного и того же продавца. Это экономит время на поиски подходящих элементов и дает определенные гарантии их совместимости.

Пайка элементов в случае их последовательного соединения производится по следующей схеме.

Отрицательный (лицевой) контакт солнечного элемента припаивается к положительному (тыльному) контакту следующей ячейки и т. д.

Так выглядит готовая панель.

Для работы понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Мощный паяльник 40-60 Вт (не менее).
• Флюс (флюс-маркер) – обязательно должен быть нейтральным (в противном случае припаянные контакты быстро окислятся).
• Шинки разной ширины.
• Резиновые перчатки – чтобы не вымазывать солнечные элементы (особенно их лицевую часть).

Еще нам понадобится олово. Это на тот случай, если шинка будет плохо припаиваться к контактам. Ячейки, с которыми ведется работа, располагаются на твердой и ровной поверхности. Это может быть дощечка или стекло. Для того, чтобы ячейки не скользили по рабочей поверхности стола, их можно зафиксировать с помощью кусочков изоленты, проклеенных по периметру элемента. Клеить изоленту на саму ячейку (особенно на ее лицевую часть) не следует. Свободный конец шинки следует прикрепить к столу с помощью двухстороннего скотча.

Пайка элементов и сборка панелей производятся в следующем порядке: первым делом контактная канавка пластины по всей длине промазывается флюсом. Затем плоская шинка укладывается в канавку и припаивается к контакту пластины по всей ее ширине (на отрицательном полюсе элемента).

Или в трех точках (как правило – на положительном полюсе элемента).

Количество точек припаивания зависит от конструкции элемента.

Поочередно контакты припаиваются ко всем солнечным элементам. Дополнительный припой используется только в тех случаях, когда с первого раза шинку не удается надежно припаять к пластине.

В первую очередь контакты припаиваются к лицевой (отрицательной) стороне каждой ячейки, которая будет ложиться на стеклянный корпус панели.

Шинка необходимого размера подготавливается заранее. Ее длина должна соответствовать ширине 2-х соседних пластин.

Пластины с припаянными контактами выкладываются на стеклянный корпус панели лицевой стороной вниз. После этого их можно припаивать друг к другу согласно полярности («–» каждой ячейки припаивается к «+» соседней ячейки и так далее).

Для того чтобы элементы было удобнее располагать на стеклянном корпусе панели, его поверхность можно предварительно разметить.

Гайки, ключи и другие металлические предметы в данном случае использовались в качестве груза. Зафиксировать ячейки можно также с помощью прозрачного силикона, который наносится на стекло по углам каждого элемента.

Объединяя между собой соседние ряды фотоэлектрических элементов, следует использовать дополнительный припой. Это повысит надежность пайки в местах соединения проводников различной ширины.

Когда все ячейки спаяны между собой, а проводники выведены наружу сквозь алюминиевую рамку панели, можно приступать к заливке солнечных элементов.

Для этого швы между соседними элементами заливаются силиконовым герметиком.

Пользователь Mirosh вместо лака использует для заливки ячеек белый силикон, который наносит на поверхность тонким слоем при помощи шпателя. Результат – вполне удовлетворителен.

Перед окончательной сборкой каждый элемент желательно протестировать на предмет генерируемой им мощности. Сделать это можно с помощью мультиметра. Если существенных различий между силой тока и напряжением, которые генерирует каждая отдельная ячейка, нет, то можно смело включать их в состав фотоэлектрического модуля.

Параметры и характеристики элементов

Схема, порядок подключения, монтажа солнечных батарей загородного дома предполагает правильное соотношение всех элементов системы, совпадение их характеристик — все части должны подходить друг к другу по своим техпараметрам. Это актуально, если покупается не комплект, а детали по отдельности.

Сечение проводников

В соответствии с постулатами электротехники слишком малое сечение проводника может привести к его перегреву и даже к возгоранию. Слишком большое – это неплохо, но приведет к необоснованно завышенному удорожанию автономной системы. Поэтому задача ее создателя – найти «золотую середину».

Начнем с того, что самые толстые проводники следует устанавливать в цепи, соединяющий аккумулятор с инвертором (кстати, чем короче будет этот участок, тем лучше). Именно здесь протекают токи большой силы.

Проводники, соединяющие панели с инвертором, а также соединяющие панели между собой, можно выбирать с малым сечением. На этих участках цепи может присутствовать сравнительно высокое напряжение, но всегда будет малая сила тока.

«Толстый» и «тонкий» – понятия растяжимые, поэтому не будем уходить от стандартов.

Учитывая, что алюминиевые проводники в домашних системах электроснабжения на сегодняшний день использовать запрещено, табличные данные распространяются на медные токопроводящие жилы с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией.

Также, выбирая проводники, следует обращать внимание на рекомендации производителей инверторов, контроллеров и других устройств, задействованных в системе.

Сборка, угол наклона

Саму установку, как соединять солнечные панели опишем вкратце, так как крепления и прочие нюансы также отдельные темы. Монтаж состоит в закреплении панелей на каркасе, есть несколько типов фиксаторов, кронштейнов: на шифер, на металл, черепицу, скрытые на обрешетку крыши.

Опорные рейки, зажимы, прижимы (концевые и центральные) направляющие покупаются или есть в комплекте для выбранного варианта установки.

Соединяющие стыковые элементы создают из фиксирующих реек каркас. Применяют также клеммные элементы и держатели для жил — они объединяют алюминиевые рамки и заземляют их, фиксируют кабели.

Если монтаж производится на крышу с наклоном, то оптимальный угол для панелей 30… 40° в северных широтах больше, например, 45°. В общем, для самоочистки модулей дождем угол должен быть от 15°.

Указанные позиции создают опорными профилями, часто делают удобную сборно-разборную регулируемую, поворачивающуюся конструкцию.

При неравномерно освещении массива, панель на более светлом месте выдает больший ток, который частично расходуется на нагрев СБ нагруженных меньше. Чтобы исключить такое явление, используют отсекающие диоды, впаиваемые между плоскостями с внутренней стороны.

Провод

Подключение солнечных панелей, соединение их между собой делается кабелем с жилой сечением от 4 мм² — это стандартный минимум. Ниже этой цифры опускаться не рекомендовано, хотя иногда применяют и 2.5 мм², но это уже крайний случай (если модуль один, маломощный).

Можно взять толще — электропотери при этом не увеличиваются, а даже, наоборот, уменьшаются, так как снижается сопротивление, но цена возрастет намного. В сети есть специальные калькуляторы.

Провод должен быть стойким к холоду и огню (−30…+120° C), с надежной изоляцией, устойчивой к ультрафиолету. В спецмагазинах продаются уже «заточенные» под СБ кабели.

Экономическая обоснованность

Сроки окупаемости солнечных панелей посчитать несложно. Умножьте суточное количество производимой энергии в сутки на количество суток в году и на срок эксплуатации панелей без снижения мощности — 30 лет. Рассмотренная выше электроустановка способна генерировать в среднем от 52 до 100 кВт·ч в сутки в зависимости от продолжительности светового дня. Среднее значение составляет около 64 кВт·ч. Таким образом, за 30 лет электростанция в теории должна выработать 700 тыс. кВт·ч. При одноставочном тарифе в 3,87 руб. и стоимости одной панели около 15 000 руб, затраты окупятся за 4–5 лет. Но реальность более прозаична.

Дело в том, что декабрьские значения солнечной радиации меньше среднегодовых примерно на порядок. Поэтому для полностью автономной работы электростанции зимой требуется в 7–8 раз больше панелей, чем летом. Это существенно увеличивает вложения, но уменьшает срок окупаемости. Перспектива введения «зеленого тарифа» выглядит вполне ободряюще, но даже на сегодняшний день можно заключить договор на поставку электроэнергии в сеть по оптовой цене, которая втрое ниже розничного тарифа. И даже этого достаточно, чтобы выгодно продавать 7–8 кратный излишек выработанной электроэнергии в летний период.

Видео

Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.

Корпус и стекло

Солнечные батареи для дома имеют алюминиевый корпус. Этот металл не корродирует, при достаточной прочности имеет небольшую массу. Нормальный корпус должен быть собран из профиля, в котором присутствуют, как минимум, два ребра жесткости. К тому же стекло должно быть вставлено в специальный паз, а не закреплено сверху. Все это — признаки нормального качества.

Бликов на корпусе быть не должно

Еще при выборе солнечной батареи обратите внимание на стекло. В нормальных батареях оно не гладкое, а текстурированное. На ощупь — шершавое, если провести ногтями, слышен шорох. К тому же должно иметь качественное покрытие, которое сводит к минимуму блики. Это означает что в нем не должно ничего отражаться. Если хоть под каким-то углом видны отражения окружающих предметов, лучше найдите другую панель.

Как избежать распространенных ошибок

При сборке и монтаже обратите внимание на следующие нюансы:

1. Не нужно осуществлять сборку на каркасе с задней стенкой из брусьев, так как дерево может разбухнуть и конструкция деформируется. Кроме того, брус очень утяжеляет её.
2. Нельзя использовать в качестве крышки оргстекло, так как оно перегревается и за счёт этого контакты между панелями приходят в негодность, а сама система может разгерметизироваться.
3. Соединительные клеммы – не лучший вариант объединения панелей друг с другом, так как в случае ремонта их невозможно будет разъединить — лучше пользоваться специально предназначенными для этого коннекторами.