Kaip pasidaryti saulės bateriją savo rankomis: savarankiško surinkimo instruktažas

Saulės baterijos – energijos gavimo šaltinis, kurią galima panaudoti elektros ar šilumos gamybai mažaaukščiam namui. Tačiau saulės baterijos yra brangios ir daugumai mūsų šalies gyventojų neprieinamos. Ar sutinkate?

Visai kas kita, kai saulės baterija pagaminta savo rankomis – išlaidos žymiai sumažėja, o tokia konstrukcija veikia ne ką prasčiau nei pramoninės gamybos plokštė. Todėl, jei rimtai svarstote įsigyti alternatyvų elektros energijos šaltinį, pabandykite jį pasigaminti patys – tai nėra labai sudėtinga.

Straipsnyje kalbėsime apie saulės baterijų gamybą. Papasakosime, kokių medžiagų ir įrankių tam prireiks. O šiek tiek žemiau rasite žingsnis po žingsnio instrukciją su iliustracijomis, kurios vaizdžiai parodo darbo eigą.

Trumpai apie įrenginį ir veikimą

Saulės energiją galima paversti šilumine, kai energijos nešiklis yra šilumnešis skystis, arba elektros energija, kaupiama akumuliatoriuose. Baterija yra generatorius, veikiantis fotoelektrinio efekto principu.

Saulės energijos pavertimas elektros energija įvyksta saulės spinduliams patekus ant fotoelementų plokštelių, kurios yra pagrindinė baterijos dalis.

Tuo metu šviesos kvantai “paleidžia” savo elektronus iš kraštinių orbitų. Šie laisvieji elektronai sukuria elektros srovę, kuri praeina per valdiklį ir kaupiasi akumuliatoriuje, o iš ten tiekiama energijos vartotojams.

Kaip plokštelių-fotoelementų vaidmenį atlieka silicio elementai. Silicio plokštelė iš vienos pusės padengta ploniausiu fosforo arba boro sluoksniu – pasyviu cheminiu elementu.

Šioje vietoje, veikiant saulės spinduliams, išsilaisvina daug elektronų, kuriuos sulaiko fosforo plėvelė ir jie neišsisklaido.

Plokštelės paviršiuje yra metaliniai “takeliai”, ant kurių išsirikiuoja laisvieji elektronai, sudarydami tvarkingą judėjimą, t. y. elektros srovę.

Kuo daugiau tokių silicio plokštelių-fotoelementų, tuo daugiau elektros srovės galima gauti. Daugiau apie saulės baterijos veikimo principą skaitykite toliau.

Viršutinis plokštelių-fotoelementų sluoksnis padengtas sluoksniu, kuris neleidžia saulės šviesai atsispindėti nuo plokštelių, didindamas jų efektyvumą

Medžiagos saulės plokštei sukurti

Pradedant statyti saulės bateriją, būtina apsirūpinti šiomis medžiagomis:

• silikatinės plokštelės-fotoelementai;
• medžio drožlių plokščių lakštai, aliuminio kampeliai ir lentjuostės;
• kietas porolonas 1,5-2,5 cm storio;
• skaidrus elementas, atliekantis pagrindo vaidmenį silicio plokštelėms;
• varžtai, sraigtai;
• silikoninis sandariklis lauko darbams;
• elektros laidai, diodai, gnybtai.

Reikalingų medžiagų kiekis priklauso nuo jūsų baterijos dydžio, kurį dažniausiai riboja turimų fotoelementų skaičius. Iš įrankių jums prireiks: atsuktuvas arba atsuktuvų rinkinys, metalo ir medžio pjūklas, lituoklis. Gatavos baterijos bandymams prireiks testerio-ampermetro.

Dabar pažvelkime į svarbiausias medžiagas išsamiau.

Silicio plokštelės arba fotoelementai

Baterijų fotoelementai būna trijų rūšių:

• polikristaliniai;
• monokristaliniai;
• amorfiniai.

Polikristalinės plokštelės pasižymi žemu efektyvumu. Naudingumo koeficientas sudaro apie 10 – 12 %, tačiau šis rodiklis laikui bėgant nemažėja. Polikristalų darbo trukmė – 10 metų.

Saulės baterija surenkama iš modulių, kurie savo ruožtu sudaryti iš fotoelektrinių keitiklių. Baterijos su kietaisiais silicio fotoelementais yra tarsi sumuštinis su nuosekliai išdėstytais sluoksniais, pritvirtintais aliuminio profilyje.

Monokristaliniai fotoelementai gali pasigirti aukštesniu efektyvumu – 13-25% ir ilgu darbo laiku – daugiau nei 25 metai. Tačiau laikui bėgant monokristalų efektyvumas mažėja.

Monokristaliniai keitikliai gaunami pjaunant dirbtinai išaugintus kristalus, o tai paaiškina didžiausią fotolaidumą ir našumą.

Plėveliniai fotokeitikliai gaunami padengiant ploną amorfinio silicio sluoksnį ant polimerinio lankstaus paviršiaus

Lanksčios baterijos su amorfiniu siliciu – pačios moderniausios. Jų fotoelektrinis keitiklis yra purkštas arba lydytas ant polimerinio pagrindo. Naudingumo koeficientas apie 5 – 6 %, tačiau plėvelinės sistemos yra itin patogios klojant.

Plėvelinės sistemos su amorfniais fotokeitikliais atsirado palyginti neseniai. Tai itin paprastas ir maksimaliai pigus tipas, tačiau greičiau nei konkurentai prarandantis vartotojiškas savybes.

Nepageidautina naudoti skirtingų dydžių fotoelementus. Tokiu atveju maksimali baterijos gaminama srovė bus ribojama mažiausio elemento srovės. Vadinasi, didesnės plokštės neveiks visa galia.

Pirkdami fotoelementus, pasiteiraukite pardavėjo apie pristatymo būdą; dauguma pardavėjų naudoja vaškavimo metodą, kad išvengtų trapių elementų suirimo.

Dažniausiai naminėms baterijoms naudojami mono- ir polikristaliniai fotoelementai, kurių matmenys 3x6 colių, kuriuos galima užsisakyti internetinėse parduotuvėse, pavyzdžiui, eBay.

Fotoelementų kaina yra gana aukšta, tačiau daugelis parduotuvių parduoda vadinamuosius B grupės elementus. Šiai grupei priskirti gaminiai turi defektų, bet yra tinkami naudoti, o jų kaina yra 40-60% mažesnė nei standartinių plokščių.

Dauguma internetinių parduotuvių parduoda fotoelementų rinkinius po 36 arba 72 fotoelektrines keitimo plokštes. Atskirų modulių sujungimui į bateriją reikės šynų, o prijungimui prie sistemos reikės gnybtų.

Karkasas ir skaidrus elementas

Būsimo skydo karkasą galima pagaminti iš medinių lentjuosčių arba aliuminio kampinių profilių.

Antrasis variantas yra labiau pageidautinas dėl daugelio priežasčių:

• Aliuminis – lengvas metalas, nesudarantis rimtos apkrovos atraminei konstrukcijai, ant kurios planuojama įrengti bateriją.
• Atliekant antikorozinį apdorojimą, aliuminis nėra veikiamas rūdžių.
• Nesugeria drėgmės iš aplinkos, nepūva.

Renkantis skaidrų elementą, būtina atkreipti dėmesį į tokius parametrus kaip saulės šviesos lūžio rodiklis ir gebėjimas sugerti infraraudonąją spinduliuotę.

Nuo pirmojo rodiklio tiesiogiai priklausys fotoelementų efektyvumas: kuo lūžio rodiklis mažesnis, tuo didesnis silicio plokštelių efektyvumas.

Mažiausias šviesos atspindžio koeficientas yra pleksiglaso arba pigesnio jo varianto – organinio stiklo. Šiek tiek mažesnis šviesos lūžio rodiklis yra polikarbonato.

Nuo antrojo rodiklio dydžio priklauso, ar įkais patys silicio fotoelementai, ar ne. Kuo mažiau plokštelės yra veikiamos šilumos, tuo ilgiau jos tarnaus. Infraraudonąją spinduliuotę geriausiai sugeria specialus termoabsorbuojantis organinis stiklas ir stiklas su IR sugertimi. Šiek tiek prasčiau – paprastas stiklas.

Jei yra galimybė, optimalus variantas būtų naudoti antirefleksinį skaidrų stiklą kaip skaidrų elementą.

Pagal kainos ir šviesos lūžio bei IR spinduliuotės sugerties rodiklių santykį organinis stiklas – pats optimaliausias variantas gaminant saulės bateriją

Sistemos projektas ir vietos pasirinkimas

Saulės energijos sistemos projektas apima reikiamo saulės plokštės dydžio skaičiavimus. Kaip minėta anksčiau, baterijos dydis paprastai yra ribojamas brangių fotoelementų.

Saulės baterija turi būti montuojama tam tikru kampu, kuris užtikrintų maksimalų saulės spindulių pataikymą į silicio plokšteles. Geriausias variantas – baterijos, kurios gali keisti pasvirimo kampą.

Saulės plokščių montavimo vieta gali būti labai įvairi: ant žemės, ant šlaitinio ar plokščio namo stogo, ant pagalbinių patalpų stogų.

Vienintelė sąlyga – baterija turi būti pastatyta saulėtoje, ne užtemdytos aukšta medžių laja sklypo ar namo pusėje. Tuomet optimalų pasvirimo kampą reikia apskaičiuoti pagal formulę arba naudojant specializuotą skaičiuoklę.

Pasvirimo kampas priklausys nuo namo vietos, metų laiko ir klimato. Pageidautina, kad baterija turėtų galimybę keisti pasvirimo kampą pagal sezoninius saulės aukščio pokyčius, nes maksimaliai efektyviai jos veikia, kai saulės spinduliai krenta griežtai statmenai paviršiui.

Europinės NVS šalių dalies rekomenduojamas stacionarus nuolydžio kampas yra 50 – 60 º. Jei konstrukcijoje yra numatytas įtaisas nuolydžio kampui keisti, žiemos sezonu baterijas geriau išdėstyti 70 º kampu horizonto atžvilgiu, o vasaros metu – 30 º kampu.

Skaičiavimai rodo, kad 1 kvadratinis metras heliosistemos suteikia galimybę gauti 120 W. Todėl atlikus skaičiavimus galima nustatyti, kad vidutinės šeimos elektros energijos poreikiui, kuris yra 300 kWh per mėnesį, patenkinti reikia ne mažiau kaip 20 kvadratinių metrų heliosistemos.

Iš karto įrengti tokią heliosistemą būtų problemiška. Tačiau net ir 5 metrų baterijos montavimas padės sutaupyti elektros energiją bei prisidėti prie mūsų planetos ekologijos. Taip pat patariame susipažinti su reikiamo kiekio saulės baterijų apskaičiavimo principu.

Saulės baterija gali būti naudojama kaip atsarginis energijos šaltinis, kai dažnai nutrūksta centralizuotas energijos tiekimas. Automatiniam perjungimui būtina numatyti nepertraukiamo maitinimo sistemą.

Tokia sistema patogi tuo, kad naudojant tradicinį elektros energijos šaltinį, tuo pačiu metu įkraunama heliosistemos baterija. Įranga, aptarnaujanti heliobateriją, įrengiama namo viduje, todėl jai reikia numatyti specialią patalpą.

Išdėstydami baterijas ant nuožulnaus namo stogo, nepamirškite plokštės nuolydžio kampo – idealus variantas, kai baterija turi įtaisą sezoniniam nuolydžio kampo keitimui.

Saulės baterijos montavimas žingsnis po žingsnio

Pasirinkus vietą saulės plokštei ir įrangai heliosistemos aptarnavimui, taip pat turint visus reikalingus medžiagas ir įrankius, galima pradėti baterijos montavimą.

Montavimo metu būtina laikytis saugos technikos, ypač atliekant paruoštos plokštės montavimą ant namo stogo. Apžvelgsime žingsnių po žingsnio algoritmą, kaip pasigaminti saulės bateriją.

Žingsnis #1 – silicio plokštelių kontaktų litavimas

Naminės saulės baterijos montavimas dažnai pradedamas nuo fotoelementų laidininkų litavimo. Žinoma, jei turite galimybę, geriausia pirkti fotoelementus iš karto su laidininkais, nes litavimas – labai sudėtingas ir kruopštus darbas, užimantis daug laiko.

Litavimas atliekamas taip:

1. Paimamas silicio fotoelementas be laidininkų ir metalinė juosta-laidininkas.
2. Laidininkai supjaustomi naudojant kartoninį ruošinį, jų ilgis yra 2 kartus didesnis už silicio plokštelės dydį.
3. Laidininkas atsargiai išdėstomas ant plokštelės. Vienam elementui – du laidininkai.
4. Vietą, kur bus atliekamas litavimas, reikia padengti rūgštimi, skirta darbui su lituokliu.
5. Atlikti litavimą lituokliu, atsargiai prijungiant laidininką prie plokštelės.

Litavimo metu negalima spausti silikatinio elemento, nes jis yra labai trapus ir gali sudužti! Jei jums pasisekė ir įsigijote fotoelementus su paruoštais kontaktais, tuomet apsisaugosite nuo ilgo ir sudėtingo darbo, pereidami tiesiai prie būsimos baterijos karkaso gamybos.

Kontaktų litavimas brokuotiems B grupės fotoelementams atliekamas taip pat ir ta pačia kryptimi, kaip ir sveikoms plokštelėms

Žingsnis #2 – saulės baterijos karkaso gamyba

Karkasas – tai vieta, kur bus montuojami fotoelementai. Karkaso gamybai naudojami aliumininiai kampuočiai ir lentjuostės, iš kurių surenkami rėmeliai. Rekomenduojamas kampuočio dydis – 70-90 mm.

Ant metalinių kampuočių vidinės dalies užtepamas silikoninis sandariklis. Kampuočių sandarinimą reikia atlikti kruopščiai, nuo to priklauso visos konstrukcijos ilgaamžiškumas.

Kai aliumininis rėmas yra paruoštas, pradedame gaminti galinį korpusą. Galinis korpusas yra medinė dėžė iš medžio drožlių plokštės su neaukštais šonais.

Aukšti šonai kris šešėlį ant fotoelementų, todėl jų aukštis neturi viršyti 2 cm. Šonai prisukami savisriegiais varžtais ir atsuktuvu.

Medžio drožlių plokštės dėžės-korpuso dugne padaromos ventiliacinės angos. Atstumas tarp angų maždaug 10 cm. Į aliuminį rėmą įstatomas permatomas elementas (organinis stiklas, antirefleksinis stiklas, pleksiglasas).

Permatomas elementas prispaudžiamas ir fiksuojamas, jo tvirtinimas atliekamas naudojant tvirtinimo detales: 4 kampuose, taip pat po 2 ilgosiose ir po 1 trumpojoje rėmo pusėje. Tvirtinimo detalės tvirtinamos varžtais.

Helio baterijos karkasas yra paruoštas, ir galima pereiti prie atsakingiausios dalies – fotoelementų montavimo. Prieš montuojant būtina nuvalyti organinį stiklą nuo dulkių ir nuriebalinti alkoholio turinčiu skysčiu.

Žingsnis #3 – silicio plokštelių-fotoelementų montavimas

Silicio plokštelių montavimas ir litavimas – daugiausiai darbo reikalaujanti saulės panelės kūrimo savo rankomis dalis. Pirmiausia išdėstome fotoelementus ant organinio stiklo mėlynosiomis plokštelėmis žemyn.

Jei pirmą kartą surenkate bateriją, galite naudoti pagrindą žymėjimui, kad plokšteles išdėstytumėte tolygiai nedideliu (3-5 mm) atstumu viena nuo kitos.

1. Fotoelementų litavimą atlikite pagal šią elektros schemą: “+” takeliai yra plokštelės priekinėje pusėje, “-” – galinėje. Prieš litavimą atsargiai užtepkite fliusą ir lydmetalį, kad sujungtumėte kontaktus.
2. Visų fotoelementų litavimą atlikite nuosekliai eilėmis iš viršaus į apačią. Tada eilės taip pat turi būti sujungtos tarpusavyje.
3. Pradėkite klijuoti fotoelementus. Tam užtepkite nedidelį kiekį sandariklio ant kiekvienos silicio plokštelės centro.
4. Apverskite gautas fotoelementų grandines priekine puse (ten, kur mėlynos plokštelės) į viršų ir išdėstykite plokšteles pagal anksčiau padarytą žymėjimą. Atsargiai prispauskite kiekvieną plokštelę, kad ją fiksuotumėte savo vietoje.
5. Kraštinių fotoelementų kontaktus išveskite į magistralę, atitinkamai “+” ir “-“. Magistralei rekomenduojama naudoti platesnį sidabro laidininką.
6. Saulės bateriją būtina įrengti blokuojančiu diodu, kuris jungiasi prie kontaktų ir neleidžia akumuliatoriams išsikrauti per konstrukciją naktį.
7. Rėmo dugne išgręžkite skyles laidams išvesti į lauką.

Laidus būtina pritvirtinti prie rėmo, kad jie nekabotų; tai galite padaryti naudodami silikoninį sandariklį.

Žingsnis #4 – baterijos testavimas prieš hermetizavimą

Saulės baterijos testavimą reikia atlikti prieš jos sandarinimą, kad būtų galima pašalinti defektus, kurie dažnai atsiranda litavimo metu. Geriausia testuoti po kiekvienos elementų eilės sulitavimo – taip daug lengviau pastebėti, kur kontaktai sujungti blogai.

Testavimui jums reikės paprasto buitinio ampermetro. Matavimus reikia atlikti saulėtą dieną 13-14 val., saulė neturi būti uždengta debesimis.

Išneškite bateriją į lauką ir pastatykite pagal anksčiau apskaičiuotą pasvirimo kampą. Ampermetrą prijunkite prie baterijos kontaktų ir atlikite trumpojo jungimo srovės matavimą.

Testavimo esmė ta, kad elektros srovės darbinė jėga turi būti 0,5-1,0 A mažesnė už trumpojo jungimo srovę. Prietaiso rodmenys turi būti aukštesni nei 4,5 A, o tai rodo saulės baterijos veiksmingumą.

Jei testeris rodo mažesnius rodmenis, vadinasi, kažkur tikrai pažeista fotoelementų jungimo seka.

Paprastai naminė saulės baterija, sukonstruota iš B grupės fotoelementų, rodo 5-10 A, o tai 10-20% mažiau nei pramoniniu būdu pagamintų saulės plokščių.

Žingsnis #5 – korpuso viduje išdėstytų fotoelementų hermetizavimas

Sandarinimą galima atlikti tik įsitikinus, kad baterija veikia. Sandarinimui geriausia naudoti epoksidinį junginį, tačiau atsižvelgiant į tai, kad medžiagos sąnaudos bus didelės, o jos kaina yra maždaug 40–45 dolerių. Jei per brangu, vietoj jo galima naudoti tą patį silikoninį sandariklį.

Naudodami silikoninį sandariklį, teikite pirmenybę tam, kurio pakuotėje nurodyta, kad jis tinkamas naudoti esant neigiamoms temperatūroms.

Yra du sandarinimo būdai:

• visiškas išliejimas, kai plokštės užliejamos sandarikliu;
• sandariklio tepimas ant tarpų tarp fotoelementų ir ant kraštinių elementų.

Pirmuoju atveju sandarinimas bus patikimesnis. Po užliejimo sandariklis turi sukietėti. Tada ant viršaus montuojamas organinis stiklas ir tvirtai prispaudžiamas prie silikonu padengtų plokščių.

Siekiant užtikrinti amortizaciją ir papildomą apsaugą tarp fotoelementų galinio paviršiaus ir medžio drožlių plokštės rėmo, daugelis meistrų pataria įdėti kietos poroloninės tarpinės, kurios plotis 1,5–2,5 cm.

Tai daryti nebūtina, bet pageidautina, atsižvelgiant į tai, kad silicio plokštelės yra pakankamai trapios ir lengvai pažeidžiamos.

Sumontavus organinį stiklą ant konstrukcijos uždedamas svoris, kurio veikiami išspaudžiami oro burbuliukai. Saulės baterija yra paruošta ir po pakartotinio testavimo ją galima montuoti iš anksto pasirinktoje vietoje ir prijungti prie jūsų namų saulės sistemos.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kinijos internetinėje parduotuvėje užsakytų fotoelementų apžvalga:

Vaizdo instrukcija, kaip pasigaminti saulės bateriją:

Pasigaminti saulės bateriją savo rankomis – nelengva užduotis. Daugumos tokių baterijų naudingumo koeficientas yra 10–20% mažesnis nei pramoniniu būdu pagamintų plokščių. Svarbiausia projektuojant saulės bateriją – teisingai parinkti ir sumontuoti fotoelementus.

Nemėginkite iškart sukurti didžiulio ploto plokštės. Pirmiausia pabandykite pagaminti nedidelį įrenginį, kad suprastumėte visus šio proceso niuansus.

Ar turite praktinių saulės baterijų kūrimo įgūdžių? Pasidalinkite, prašau, savo patirtimi su mūsų svetainės lankytojais – rašykite komentarus žemiau esančiame bloke. Ten pat galite užduoti klausimus straipsnio tema.