Наткнулся сегодня на занятную статью  о том, как сделать солнечные батареи своими руками. Надеюсь, что вам, уважаемые читатели, этот материал окажется полезен и интересен. Если у вас что-то не получится или вы передумаете, помните, что купить солнечные батареи никогда не поздно. Выкладываю статью без каких-либо изменений:

“Продолжая тему технологии производства солнечных батарей не могу не коснуться такого интересного направления, как домашняя сборка солнечных элементов в модули. Энтузиастов этого по всему миру очень много, и соответствующих ссылок в сети достаточно. Вот и на форумах IXBT я нашел занятный пример одного легкого технического извращения, описанного неким Nocom’ом. Свои небольшие комментарии для удобства я выделил синим цветом. Наслаждайтесь:  

Общие соображения

 

Давно хотел солнечный зарядник для электровелосипеда, но платить по 5 долларов за ватт мощности мне казалось чересчур. К тому же как все это хозяйство впишется в городской квартире, не говоря уж о мобильном использовании… Потом попалась на глаза статья, в которой человек из Америки описывал, как он спаял самодельную батарею в виде ящика с прозрачным верхом, в общем, идея вдохновила.

С самого начала мне было понятно, что покупать элементы я буду на ebay. Нужна для этого долларовая карта Visa Classic, регистрация на самом ebay и на PayPal - платежной системе, без которой ничего не сделать. PayPal, в отличие от ebay, имеет русский сайт. Самая долгая процедура - так называемая привязка карты на PayPal, с вас снимают доллар с чем-то денег, вы идете в банк и узнаете код операции, который вбиваете в форму на сайте PayPal, после чего можете без проблем с ним работать. Пользоваться всякими там посредниками типа ebaytoday.ru обычно нет никакой необходимости.

В городе Фремонт в штате Калифорния нашлись ячейки фирмы Evergreen:Power (Watts): 1.75 Wp Current (Amps): 3.5 Imax Voltage (Volts): 0.5 Vmax Thickness 190 μm = 0.19 mm Exact dimension: 3 1/4 inches x 6 inches, or 80 mm by 150 mm Weight: Just above 6 grams, or 0.2 oz. Исходя из них, определилась общая конфигурация системы. Собираем 3 панели по 36 ячеек каждая. Они имеют номинальное напряжение 18 В и могут соединяться последовательно, заряжая аккумулятор электровелосипеда на 36 В, или параллельно - для зарядки свинцовокислого аккумулятора 12 В. От него работает инвертор, дающий 220 В для питания компьютера или другой нагрузки. На роль инвертора сразу примыслился недорогой компьютерный ИБП. Заряд велоаккумулятора контролируется по температуре электронным термометром, для свинцовокислого необходим еще контроллер - устройство, не дающее вскипятить в нем электролит и позволяющее постоянно держать солнечную батарею подключенной к нему ни о чем не беспокоясь.

Панели складываются книжкой, для обеспечения мобильного использования. Габарит 520х560 мм. (Да, не портатив. Я бы с собой в велопрогулку такое не взял) Варианты мобильного использования - зарядка электровелосипеда в длительной поездке (3 шт) или работа с ноутбуком где-нибудь на природе (1 шт).

Покупки и бюджет

Вышеупомянутые ячейки Evergreen Solar, с мелкими повреждениями краев (chipped) - 100 шт. за $169 плюс $40 за доставку из США. Реально подавец дает еще 10 ячеек в качестве бонуса, что как нельзя более уместно, ведь нам надо 108 шт. Плоский провод для пайки ячеек и шин (Solar Cells/Panels Tabbing Wire) - 100 футов за 11 долларов плюс $6 - доставка из США. Оргстекло 1100х1300х2 мм - 3 листа по 960 руб\лист. Аккумулятор Leoch DJW12-18 4 штуки с доставкой на дом (из Москвы) - 6000 руб. Необслуживаемый, срок службы 8 лет. Источник бесперебойного питания Ippon Comfo Pro 400 - 1300 руб в соседнем магазине, т.к. понравился ценой. Контроллер на 10 А - за $27+6 от тайваньского производителя. Привлек малым собственным потреблением энергии и возможностью (чисто теоретической, впрочем) конфигурить его через компьютер. Три диода Шоттки 5 А по 20 руб\шт. Профиль алюминиевый, рейка сосновая, краска, винты, гайки, разьемы, провода и т. п. - учету практически не поддаются

Об электросхеме

Провода от солнечных батарей собираются на две трехштырьковые вилки (обычные для сетевых шнуров на компьютерной технике). Вилки соединены изолентой вместе, получается разьем с шестью контактами. Ответные части обьединены в “розетки” - 2 шт. Режим использования меняется переключением вилки в другую “розетку”. На одной из них контакты соединены последовательно, снимается 36 В для электровелосипеда, которые далее идут через амперметр штатного сетевого зарядного устройства на кабель к велосипеду. На тот же кабель подключен и вывод сетевого зарядника (через диод, чтобы на него не попадали 36 В). Таким образом, можно заряжать велосипед от сети (параллельно три цепочки 12 В), либо от солнца (всю батарею 36 В). На другой розетке все три минуса собраны вместе, плюсы также, только не напрямую, а через 3 диода Шоттки, назначение которых - исключить обратный ток через параллельно включаемые солнечные модули. Дальше плюс и минус идут на вход контроллера. К нему также подключена аккумуляторная батарея.

Попытка включать нагрузку на соответствующий выход контроллера не была успешной, т. к. он ограничивает ток на выходе значением 10 А и периодически отключает ИБП в самый неподходящий момент. Пришлось ИБП подключать к батарее напрямую, т. е. минус непосредственно к его входу аккумулятора, а плюс - через два параллельно включенных тумблера. ТВ - 1 - 2. Рычажки тумблеров соединены планкой. Ток идет параллельно через 4 пары контактов с номиналом по 5 А. Собственный ИБПшный аккумулятор (малой емкости) не используется.

ИБП служит в качестве инвертора, к нему не подключено 220В. Его мощность 240 Вт. Он включается в режим “холодный старт”, при подсоединении аккумулятора. Писк при работе можно отключить программно, но я предпочел просто удалить динамик. Кнопка включения выпаяна, на ее место подключен провод с выключателем, выведенный на щиток управления всей системой, честно говоря, в нем нет большой необходимости. Выключается он автоматически через 5 мин. после снятия нагрузки (это называется “Green Power”) Нагрузкой для ИБП в настоящее время служит ноутбук с подключенным к нему внешним дисплеем.

Индикация разряда батареи есть на контроллере - меняется цвет светодиода. ИБП ограничивает разряд батареи не менее 9 В под нагрузкой, чего испытать пока не пришлось. Планируется еще подключить вольтметр на аккумулятор, он мне представляется информативнее чем светодиоды.

Пайка

Первый опыт пайки меня заставил понервничать. Нормального соединения получить не удалось, более того, при повторении попыток пропаять одно и то же место серебряное напыление, к моему ужасу, быстро разрушилось. (Типичная проблема при пайке. По нормативам серебряные контакты должны выдерживать не менее 3 циклов пайка/отпайка, но при правильных температурных режимах) Посмотрев-почитав кое-что, внес поправки в технологию - уменьшил мощность паяльника (изначально 65 Вт). Покупать регулируемый не стал, а просто включил последовательно с ним патрон для лампочки. При лампочке 100 Вт все стало на свои места. Вместо кислоты использовал раствор канифоли в спирте. Стал зачищать контактные площадки. Это сильно влияет на результат. Они не повреждаются при зачистке. Стал наносить припой на соединитель, невзирая на уверения продавца, что на нем уже есть слой припоя. (И правильно сделал, т.к. на шинках нанесен только припой, но его очень мало, что критично при неправильных режимах пайки) Результат меня вполне удовлетворил.

При пайке не повредил ни одной ячейки. Правда, получил трещину на одной, бездумно складывая «готовый продукт» пачкой на дно коробки из гофрокартона. Дно оказалось неровным (слои картона внахлест), и нижняя ячейка треснула под весом всей пачки – около 600 грамм. (Очень повезло, т.к. промышленный процент боя на пластинах меньше 200 микрон вполне может доходить до 5%. Хотя 2% все-таки ближе к норме. А у автора получилось меньше 1% боя. Аккуратно работал, молодец.)

Конструкция панели

Каждая панель состоит из двух половин, складывающихся “книжкой” на дверных петлях. Обе половины - коробки из оргстекла. Оргстекло выбрано из следующих соображений:- Меньший (по сравнению со стеклом или поликарбонатом) коэффициент преломления дает меньшие потери энергии за счет отражения света.- Меньшая прозрачность для инфракрасного излучения снижает ненужный нагрев ячеек , сопровождаемый уменьшением к.п.д.- Легкость и ударостойкость, важные при мобильном использовании- Простота мех. обработки

А недостаток у такого материала один, но самый важный - неоптимальность оптических и спектральных характеристик стекла значительно снижает эффективность фотопреобразования всей конструкции. Но для самоделки и так пойдет.

Резка оргстекла

- Режьте пакет из четырех слоев, лучше и для скорости и для качества. Можно бы, наверно, электролобзиком, но мне пришлось вручную. Разметку нужно на каждом слое, ее можно видеть при резке.- Меняйте полотна, они тупятся довольно быстро. Нормальная скорость резки около 2 мм\сек (один слой)- Опилки собираем на лист бумаги. Растворив их в дихлорэтане, получаем клей для оргстекла

Склейка и подготовка коробки

Полученный пакет из четырех листов (на один модуль) сверлим по периметру диаметром 5.5 мм, разметив верхний лист. После приклеивания окантовки шириной 15 мм (один слой на тыльный лист и два слоя на лицевой) стягиваем листы вместе струбцинами и сверлим окантовки диаметром 3.2 мм по центрам отверстий 5.5 мм. Лицевые и тыльные листы соединяем винтами М3 с полукруглой головкой. Головки и гайки получаются заподлицо с поверхностью листа, гайки не нужно держать, т. к. они входят в отверстия с некоторым натягом. Готовим отверстия под петли, ручки сверху, болты крепления на раме. Клей разводим до густоты канцелярского. Для растворения порошка из оргстекла в дихлорэтане лучше оставить его на 1-1.5 часа. Склеиваем однократным сильным прижатием, выдавливая воздух, хорошо видимый между слоями стекла. Помещать под пресс нет особого смысла

Все хорошо, но только модуль получается негерметичным и вряд ли прослужит 20 лет.

Ячейки и провода

Ячейки соединяем последовательно, 18 шт. на полупанели, обе полупанели также последовательно. Лицевая сторона с двумя длинными дорожками - это минус, тыльная с шестью посеребренными квадратиками - плюс. Заранее распаянные плоским проводом ячейки укладываем лицом на стол, обеспечивая зазор 10 мм с помощью крестиков для укладки кафеля. Паяем ячейки, ряды ячеек соединяем шинами, укладываем провода для выводов наружу и в смежный полумодуль. Провода - акустический кабель в силиконовой изоляции. Для соединения внутренних полостей полупанелей с атмосферой провода с зазором вставлены в 10 см. отрезки силиконовой трубки ( от капельницы, можно купить в аптеке). Трубки при сборке вклеиваются силиконовым герметиком в окантовку.

Сборка панели

На каждую ячейку наносим шприцем по две “капли” силиконового герметика. Размещаем их по линиям плоских проводов, так как по этим линиям будут передаваться усилия от термического расширения панели. Важно, чтобы они замыкались на плоский провод, в минимальной степени воздействуя на тонкий керамический лист ячейки. Плоский провод в зазоре между ячеек сложен слегка гармошкой.

Прижимаем тыльный лист к ячейкам. Благодаря его прозрачности легко видеть результат. Получившиеся пятна контакта после затвердения герметика сохраняют хорошую эластичность, что важно для снижения термонапряжений.

Для большей жесткости всей конструкции на тыльный лист в зазоры между рядами ячеек вклеиваем четыре “опоры” - кубики из оргстекла 5х5х6 мм. Их назначение - исключить возможность “продавить” лицевой лист до касания ячеек каким-либо случайным нажатием.Наносим тонкий слой герметика на боковины и стягиваем винтами тыльную и лицевую панели, ставим петли и ручки.

Рама на балконеВесьма нетривиальный вопрос как оказалось. Всевозможный бытовой (мебельный) алюминиевый профиль имеет, как оказалось, близкую к нулю способность противостоять скручиванию. В общем, только второй вариант конструкции меня устроил. В основе - 4 направляющих, в пазы которых вставляются панели. Каждая из направляющих состоит из соснового прямоугольного бруска 30х12 мм. На передней (узкой) стороне шурупами крепится плоский алюминиевый профиль (в строймагазинах фигурирует как “окантовка порога”), на длинных сторонах - штапик оконный образцового качества, образующий с алюминиевой полосой паз глубиной 10 и шириной 12 мм для панелей. На каждую направляющую ставятся три поперечных опоры ( из 16 мм фанеры), в месте контакта с балконом на них клеился резинка-амортизатор. Средняя из поперечных опор воспринимает вес панели, она имеет углубления - гнезда для несущих болтов, ввернутых в верхнюю полупанель каждого модуля -”книжки”. Внизу алюминиевый профиль изогнут, образуя захват за край балкона. Внутри алюминиевого захвата находится близкий по форме захват, выполненный из упругой стальной полосы, так что для установки в штатное положение необходим некоторый натяг вверх. Это обеспечивает отсутствие люфтов и возможности разбалтывания соединения ветровой нагрузкой. Сверху имеются кронштейны под болты 50х6 мм, которыми направляющие крепятся к балконной раме. Направляющие связаны двумя поперечинами из алюминиевого Т - образного профиля. Все, кроме лицевого алюминия, красится белой нитрокраской.

Последний момент про краску меня смущает. На практике, за время эксплуатации модуль часто подвергается воздействию ветра с песком, что приводит к эффекту пескоструйки. Краска за пару лет облезет. Но для домашего использования это конечно не критично.

Кошмары, страшилки и опасения

Страшилки главная - эффективность всего хозяйства. Продавец ячеек на Ebay рекомендуется как “основной дистрибьютор” компании Evergreen Solar, производителя ячеек и собственно солнечных батарей. Она часто отвечает на вопросы, и из ответов я почерпнул немало сведений, которые мне показались довольно важными. Например:

“Согласно Evergreen Solar 2% несортированных ячеек могут иметь пониженную мощность, и если вы соединяете ячейки последовательно, мощность панели равна мощности самой слабой ячейки, умноженной на число ячеек. Точно так же, как расход воды определяется самой тонкой трубой в трубопроводе.” Тут важно собрать последовательно солнечные элементы с одинаковым током, тогда даже при разной мощности падения эффективности модуля в целом не будет.

“… Вы можете построить большую панель, из 144 ячеек, но, наверное, лучше сделать две панели из 72 ячеек. Почему? Потому что в больших группах, которые вы хотите создать, нужно множество диодов для сегменирования последовательных серий ячеек чтобы свести к минимуму потери энергии в случае выхода из строя одной ячейки, например - если на ячейку падает лист с дерева и она выгорает. Для более крупных панелей настоятельно рекомендуется применять диоды. ”

Также во многих местах этой переписки рекомендуется самостоятельно подбирать ячейки по близкие по мощности для соединения их в панель. Мне эта задача кажется неисполнимой, но рассуждения об узком месте и обводных диодах все же произвели на меня некоторое впечатление. Я получил 110 ячеек для трех панелей из 36 ячеек каждая, так что и подбирать особо нечего. Но мысль об 1-2 “слабых” ячейках из-за которых целая панель будет иметь потери мощности неприятна.

Итак, вытаскиваем панели на травку, ориентируем на солнце и измерям ток в режиме короткого замыкания. Это довольно показательный режим, поскольку максимальная мощность достигается при токе 90% от тока к.з. Получаем 2,88 А на открытой панели (без лицевого стекла), 2.55 А на закрытой (А я что говорил!!! При правильно подобранном стекле такого не происходит). Другие две панели (закрытые) дают 2.58 и 2.52 А. Ячейки сильно греются, так что долго в к.з. лучше не держать. Учитывая широту 54 градуса и шесть часов вечера удовлетворяемся этим результатом.

Реально при зарядке велоаккумулятора от батарей уже в боевой позиции на балконе можно видеть ток 1.8 А при напряжении 45 В. Т. е. заряжает он быстрее сетевого зарядника, но только, если небо чистое. Даже слабое облачко снижает ток раз в 5-10. (Ток прямо пропорционален освещенности!!!) В принципе, это серьезный минус, т. к. NiMH аккумуляторы очень малыми токами заряжать нельзя. На ноутбук с дисплеем часа этак на 4 в день энергии вполне хватает и независимо от погоды, по крайней мере сейчас, летом.Опасения

- Как вообще паять кремниевую пластинку толщиной менее 0,2 мм? Треснет, рассыплется и т. д.– Реально «очень средние» навыки пайки вполне достаточны.

- Толщина панели всего 10 мм, будет ли она достаточно жесткой? - Да, будет

- Размягчение оргстекла в жару?- Пока было до 35 С, не наблюдается. Хотя, наверно в принципе лучше ТОСН вместо ТОСП- Навеска на балкон не выдержит сильного ветра- Было метров до 15, ничего…

Для тех, кто заинтересовался описанным процессом - больше фотографий можно посмотреть на соответствующем форуме.”

Источник: www.solareview.blogspot.com