Kā pašrocīgi izgatavot saules bateriju: pašmontāžas instrukcija

Saules baterijas ir enerģijas avots, ko var izmantot elektroenerģijas vai siltuma ražošanai mazstāvu mājai. Taču saules baterijas ir dārgas un lielākajai daļai mūsu valsts iedzīvotāju finansiāli nepieejamas. Piekrītat?

Cita lieta, ja saules bateriju izgatavo pats – izmaksas ievērojami samazinās, bet šāda konstrukcija darbojas ne sliktāk kā rūpnieciski ražots panelis. Tāpēc, ja nopietni domājat par alternatīva elektrības avota iegādi, pamēģiniet to izveidot pašrocīgi – tas nav pārāk sarežģīti.

Rakstā tiks runāts par saules bateriju izgatavošanu. Mēs pastāstīsim, kādi materiāli un instrumenti būs nepieciešami. Bet nedaudz zemāk Jūs atradīsiet soli-pa-solim instrukciju ar ilustrācijām, kas uzskatāmi parāda darba gaitu.

Īsi par uzbūvi un darbību

Saules enerģiju var pārveidot siltumenerģijā, ja enerģijas nesējs ir siltumnesēja šķidrums, vai elektroenerģijā, ko uzkrāj akumulatoros. Baterija ir ģenerators, kas darbojas pēc fotoelektriskā efekta principa.

Saules enerģijas pārvēršana elektroenerģijā notiek pēc tam, kad saules stari nokļūst uz fotošūnu plāksnēm, kas ir baterijas galvenā daļa.

Tajā brīdī gaismas kvanti “atbrīvo” savus elektronus no attālākajām orbītām. Šie brīvie elektroni rada elektrisko strāvu, kas iet caur kontrolieri un uzkrājas akumulatorā, bet no turienes nonāk pie enerģijas patērētājiem.

Kā fotoelementu plāksnītes tiek izmantoti silīcija elementi. Silīcija plāksnīte no vienas puses ir pārklāta ar ļoti plānu fosfora vai bora slāni – pasīvu ķīmisku elementu.

Šajā vietā saules staru iedarbībā atbrīvojas liels daudzums elektronu, kurus notur fosfora plēve un tie neizkliedējas.

Uz plāksnītes virsmas atrodas metāla “ceļi”, uz kuriem izkārtojas brīvie elektroni, veidojot sakārtotu kustību, t.i., elektrisko strāvu.

Jo vairāk šādu silīcija fotoelementu plāksnīšu, jo vairāk elektriskās strāvas var iegūt. Sīkāk par saules baterijas darbības principu lasiet tālāk.

Fotoelementu plāksnīšu augšējais slānis ir pārklāts ar slāni, kas nepieļauj saules gaismas atstarošanos no plāksnēm, paaugstinot to lietderības koeficientu.

Materiāli saules plākšņu izveidei

Uzsākot saules baterijas būvniecību, jānodrošinās ar šādiem materiāliem:

• silikāta fotoelementu plāksnītes;
• skaidu plātnes, alumīnija stūri un līstes;
• cietās putuplasta loksnes ar biezumu 1,5-2,5 cm;
• caurspīdīgs elements, kas kalpo par pamatu silīcija plāksnēm;
• skrūves, pašvītņgrieznes;
• silikona hermētiķis ārējiem darbiem;
• elektriskie vadi, diodes, spailes.

Nepieciešamo materiālu daudzums ir atkarīgs no jūsu baterijas izmēra, ko visbiežāk ierobežo pieejamo fotoelementu skaits. No instrumentiem jums būs nepieciešams: skrūvgriezis vai skrūvgriežu komplekts, metāla un koka zāģis, lodāmurs. Lai veiktu gatavās baterijas testēšanu, būs nepieciešams testera ampērmetrs.

Tagad aplūkosim svarīgākos materiālus sīkāk.

Silīcija plāksnes jeb fotošūnas

Bateriju fotoelementi ir trīs veidu:

• polikristāliski;
• monokristāliski;
• amorfi.

Polikristāliskās plāksnītes raksturojas ar zemu lietderības koeficientu. Darbības lietderība ir aptuveni 10 – 12 %, taču šis rādītājs laika gaitā nesamazinās. Polikristālu darbības ilgums – 10 gadi.

Saules bateriju montē no moduļiem, kurus savukārt veido fotoelektriskie pārveidotāji. Baterijas ar cietajiem silīcija fotoelementiem ir sava veida sviestmaize ar secīgi izvietotiem slāņiem, kas nostiprināti alumīnija profilā.

Monokristāliskie fotoelementi var lepoties ar augstāku lietderības koeficientu – 13-25% un ilgu darbības laiku – vairāk nekā 25 gadi. Tomēr laika gaitā monokristālu lietderības koeficients samazinās.

Monokristāliskie pārveidotāji tiek iegūti, zāģējot mākslīgi audzētus kristālus, kas arī izskaidro augstāko fotovadītspēju un veiktspēju.

Plēves fotopārveidotājus iegūst, uzklājot plānu amorfa silīcija slāni uz polimēra elastīgas virsmas.

Elastīgās baterijas ar amorfo silīciju – vismodernākās. To fotoelektriskais pārveidotājs ir uzsmidzināts vai uzklāts uz polimēra pamatnes. Efektivitāte ir ap 5 – 6 %, bet plēves sistēmas ir ārkārtīgi ērtas ieklāšanā.

Plēves sistēmas ar amorfo fotopārveidotājiem parādījās salīdzinoši nesen. Tās ir ārkārtīgi vienkāršs un maksimāli lēts veids, taču ātrāk nekā konkurenti zaudē patērētāja īpašības.

Nav lietderīgi izmantot dažāda izmēra fotoelementus. Šajā gadījumā maksimālā strāva, ko saražo baterija, būs ierobežota ar mazākā elementa strāvu. Tātad lielākas plāksnes nedarbosies ar pilnu jaudu.

Pērkot fotoelementus, pajautājiet pārdevējam par piegādes veidu; lielākā daļa pārdevēju izmanto vaskošanas metodi, lai novērstu trauslo elementu bojāšanos.

Visbiežāk pašdarinātām baterijām izmanto mono- un polikristāliskos fotoelementus ar izmēru 3x6 collas, kurus var pasūtīt interneta veikalos, piemēram, eBay.

Fotoelementu izmaksas ir diezgan augstas, bet daudzi veikali pārdod tā sauktos B grupas elementus. Šai grupai piederīgie izstrādājumi ir ar defektiem, bet ir izmantojami, un to cena ir par 40-60% zemāka nekā standarta plāksnēm.

Lielākā daļa interneta veikalu pārdod fotoelementus komplektos pa 36 vai 72 fotoelektriskām pārveidotājplāksnēm. Lai savienotu atsevišķus moduļus baterijā, būs nepieciešamas kopnes; lai pieslēgtu sistēmu, būs vajadzīgas spailes.

Rāmis un caurspīdīgais elements

Rāmi nākotnes panelim var izgatavot no koka līstēm vai alumīnija stūriem.

Otrais variants ir vairāk ieteicams vairāku iemeslu dēļ:

• Alumīnijs – viegls metāls, kas nerada būtisku slodzi atbalsta konstrukcijai, uz kuras plānota akumulatora uzstādīšana.
• Veicot pretkorozijas apstrādi, alumīnijs nav pakļauts rūsas iedarbībai.
• Neuzsūc mitrumu no apkārtējās vides, nepūst.

Izvēloties caurspīdīgo elementu, jāpievērš uzmanība tādiem parametriem kā saules gaismas laušanas koeficients un spēja absorbēt IR starojumu.

No pirmā rādītāja tieši būs atkarīga fotoelementu efektivitāte: jo zemāks laušanas koeficients, jo augstāka silīcija plākšņu efektivitāte.

Minimālais gaismas atstarošanas koeficients ir pleksiglasam vai tā lētākajam variantam – organiskais stikls. Nedaudz zemāks gaismas laušanas rādītājs ir polikarbonātam.

No otrā rādītāja lieluma ir atkarīgs, vai paši silīcija fotoelementi uzkarsīs vai nē. Jo mazāk plāksnes tiek pakļautas sildīšanai, jo ilgāk tās kalpos. IR starojumu vislabāk absorbē īpašais termosūcošais organiskais stikls un stikls ar IR absorbciju. Nedaudz sliktāk – parastais stikls.

Ja ir iespēja, tad optimālākais variants būs izmantot kā caurspīdīgo elementu pretatspīdumu caurspīdīgo stiklu.

Pēc izmaksu attiecības pret gaismas laušanas un IR starojuma absorbcijas rādītājiem organiskais stikls – visoptimālākais variants helioakumulatora izgatavošanai.

Sistēmas projekts un vietas izvēle

Heliosistēmas projekts ietver nepieciešamā saules plāksnes izmēra aprēķinus. Kā jau minēts iepriekš, akumulatora izmērs parasti ir ierobežots ar dārgiem fotoelementiem.

Helioakumulators jāuzstāda noteiktā leņķī, kas nodrošinātu maksimālu saules staru kritumu uz silīcija plāksnēm. Vislabākais variants – akumulatori, kas var mainīt slīpuma leņķi.

Saules plākšņu uzstādīšanas vieta var būt visdažādākā: uz zemes, uz slīpa vai plakana jumta, uz saimniecības ēku jumtiem.

Vienīgais nosacījums – akumulators jānovieto saulainajā, ar augstu koku vaināju neapēnotajā zemes gabala vai mājas pusē. Turklāt optimālais slīpuma leņķis jāaprēķina pēc formulas vai izmantojot specializētu kalkulatoru.

Slīpuma leņķis būs atkarīgs no mājas atrašanās vietas, gadalaika un klimata. Vēlams, lai akumulatoram būtu iespēja mainīt slīpuma leņķi atbilstoši sezonālām saules augstuma izmaiņām, jo tie darbojas visefektīvāk, kad saules stari krīt stingri perpendikulāri virsmai.

Eiropas NVS valstu daļai ieteicamais stacionārais slīpuma leņķis ir 50 – 60 º. Ja konstrukcijā ir paredzēta ierīce slīpuma leņķa maiņai, tad ziemas periodā baterijas labāk novietot 70 º leņķī pret horizontu, vasaras laikā 30 º leņķī.

Aprēķini rāda, ka 1 kvadrātmetrs saules enerģijas sistēmas dod iespēju iegūt 120 W. Tāpēc, veicot aprēķinus, var noteikt, ka vidējas ģimenes nodrošināšanai ar elektroenerģiju 300 kWh apjomā mēnesī ir nepieciešama saules enerģijas sistēma vismaz 20 kvadrātmetru platībā.

Uzreiz uzstādīt šādu saules enerģijas sistēmu būs problemātiski. Bet pat 5 metru baterijas montāža palīdzēs ietaupīt elektroenerģiju un dot savu pieticīgo ieguldījumu mūsu planētas ekoloģijā. Iesakām arī iepazīties ar nepieciešamā saules bateriju daudzuma aprēķināšanas principu.

Saules baterija var tikt izmantota kā rezerves enerģijas avots biežu centralizētās elektroapgādes atslēgumu gadījumā. Automātiskai pārslēgšanai ir jāparedz nepārtrauktās barošanas sistēma.

Šāda sistēma ir ērta ar to, ka, izmantojot tradicionālo elektroenerģijas avotu, vienlaikus tiek veikta saules sistēmas akumulatora uzlāde. Iekārta, kas apkalpo saules bateriju, tiek izvietota mājas iekšienē, tāpēc tai ir jāparedz īpaša telpa.

Novietojot baterijas uz mājas slīpā jumta, neaizmirstiet par paneļa slīpuma leņķi – ideāls variants ir, ja baterijai ir ierīce sezonālai slīpuma leņķa maiņai.

Saules baterijas montāža pa soļiem

Izvēloties vietu saules paneļa un saules sistēmas apkalpošanas iekārtu izvietošanai, kā arī nodrošinoties ar visiem nepieciešamajiem materiāliem un instrumentiem, var sākt baterijas montāžu.

Montāžas laikā ir jāievēro drošības tehnika, īpaši veicot gatavā paneļa uzstādīšanu uz mājas jumta. Apskatīsim soli pa solim algoritmu, kā izgatavot saules bateriju.

Solis #1 – silīcija plākšņu kontaktu lodēšana

Pašdarinātas saules baterijas montāža bieži sākas ar fotoelementu vadītāju lodēšanu. Protams, ja jums ir iespēja, vislabāk ir iegādāties fotoelementus uzreiz ar vadītājiem, jo lodēšana ir ļoti sarežģīts un rūpīgs darbs, kas aizņem daudz laika.

Lodēšana tiek veikta šādi:

1. Tiek ņemts silīcija fotoelements bez vadītājiem un metāla sloksne-vadītājs.
2. Vadītāji tiek sagriezti, izmantojot kartona sagatavi, to garums ir 2 reizes lielāks par silīcija plāksnes izmēru.
3. Vadītājs uzmanīgi tiek izlikts uz plāksnes. Uz vienu elementu – divi vadītāji.
4. Uz vietas, kur tiks veikta lodēšana, ir jāuzklāj skābe darbam ar lodāmuru.
5. Veikt lodēšanu ar lodāmura palīdzību, uzmanīgi pievienojot vadītāju plāksnei.

Lodēšanas procesā nedrīkst spiest uz silikāta elementu, jo tas ir ļoti trausls un var saplīst! Ja jums paveicās un iegādājāties fotoelementus ar gataviem kontaktiem, tad jūs izvairīsieties no ilgstoša un sarežģīta darba, pārejot uzreiz pie rāmja izgatavošanas nākotnes baterijai.

Kontaktu lodēšana B grupas brāķētajiem fotoelementiem tiek veikta tāpat un tajā pašā virzienā kā veselām plāksnēm.

Solis #2 – saules baterijas rāmja izgatavošana

Rāmis – tā ir vieta, kur tiks uzstādīti fotoelementi. Rāmja izgatavošanai izmanto alumīnija stūrīšus un līstes, no kuriem saliek rāmīšus. Ieteicamais stūrīša izmērs – 70–90 mm.

Uz metāla stūrīšu iekšējo daļu uzklāj silikona hermētiķi. Stūrīšu hermētizācija jāveic rūpīgi, no tā ir atkarīga visas konstrukcijas izturība.

Pēc tam, kad alumīnija rāmis ir gatavs, ķeramies pie aizmugurējā korpusa izgatavošanas. Aizmugurējais korpuss ir koka kaste no skaidu plātnes ar zemām apmalēm.

Augsti borti radīs ēnu uz fotoelementiem, tāpēc to augstums nedrīkst pārsniegt 2 cm. Apmales pieskrūvē ar pašvītņgriezējskrūvēm un skrūvgriezi.

Skaidu plātņu kastes-korpusa apakšā izveido ventilācijas caurumus. Attālums starp caurumiem ir aptuveni 10 cm. Alumīnija rāmī uzstāda caurspīdīgu elementu (pleksiglass, pretatstarojošs stikls, organiskais stikls).

Caurspīdīgo elementu piespiež un nostiprina, to stiprināšanai izmanto stiprinājuma detaļas: 4 stūros, kā arī 2 garajās un 1 īsajās rāmja pusēs. Stiprinājuma detaļas nostiprina ar skrūvēm.

Saules baterijas rāmis ir gatavs, un var ķerties pie visatbildīgākās daļas – fotoelementu montāžas. Pirms montāžas jānotīra organiskais stikls no putekļiem un jāattauko ar spirtu saturošu šķidrumu.

Solis #3 – silīcija plākšņu-fotošūnu montāža

Silīcija plākšņu montāža un lodēšana – visdarbietilpīgākā daļa, veidojot saules paneli pašu spēkiem. Vispirms izklāj fotoelementus uz organiskā stikla ar zilajām plāksnēm uz leju.

Ja jūs pirmo reizi saliekat bateriju, tad varat izmantot pamatni marķējuma uzlikšanai, lai novietotu plāksnes vienmērīgi nelielā (3-5 mm) attālumā vienu no otras.

1. Mēs veicam fotoelementu lodēšanu saskaņā ar šādu elektrisko shēmu: “+” celiņi atrodas plāksnes priekšpusē, “-” – aizmugurē. Pirms lodēšanas uzmanīgi uzklājiet plūsmu un lodmetālu, lai savienotu kontaktus.
2. Mēs veicam visu fotoelementu lodēšanu secīgi rindās no augšas uz leju. Rindas pēc tam jāsavieno arī savā starpā.
3. Mēs sākam līmēt fotoelementus. Šim nolūkam uzklājam nelielu daudzumu hermētiķa katras silīcija plāksnes centrā.
4. Mēs apgriežam iegūtās fotoelementu ķēdes ar priekšpusi uz augšu (tur, kur ir zilās plāksnes) un novietojam plāksnes atbilstoši marķējumam, ko iepriekš uzlikām. Uzmanīgi piespiežam katru plāksni, lai to nostiprinātu savā vietā.
5. Kontaktus no galējiem fotoelementiem izvedam uz kopni, attiecīgi “+” un “-“. Kopnei ieteicams izmantot platāku sudraba vadītāju.
6. Saules bateriju nepieciešams aprīkot ar bloķējošo diodi, kas savienojas ar kontaktiem un novērš akumulatoru izlādi caur konstrukciju nakts laikā.
7. Karkasa apakšā izurbjam caurumus vadu izvadīšanai ārpusē.

Vadi jāpiestiprina pie karkasa, lai tie nekarātos; to var izdarīt, izmantojot silikona hermētiķi.

Solis #4 – baterijas testēšana pirms hermetizācijas

Saules paneļa testēšana jāveic pirms tā hermētiskuma nodrošināšanas, lai būtu iespējams novērst defektus, kas bieži rodas lodēšanas laikā. Vislabāk testēšanu veikt pēc katra elementu rindas salodēšanas – tā ir daudz vieglāk atklāt, kur kontakti ir slikti savienoti.

Testēšanai jums būs nepieciešams parasts sadzīves ampērmetrs. Mērījumi jāveic saulainā dienā pulksten 13-14, saule nedrīkst būt aizklāta ar mākoņiem.

Iznesiet bateriju ārā un uzstādiet saskaņā ar iepriekš aprēķināto slīpuma leņķi. Pieslēdziet ampērmetru baterijas kontaktiem un veiciet īsslēguma strāvas mērījumu.

Testēšanas jēga ir tāda, ka elektriskās strāvas darba stiprumam jābūt par 0,5-1,0 A zemākam nekā īsslēguma strāvai. Ierīces rādījumiem jābūt augstākiem par 4,5 A, kas norāda uz saules baterijas darbspēju.

Ja testeris uzrāda mazākus rādījumus, tad kaut kur noteikti ir pārkāpta fotoelementu savienojuma secība.

Parasti paštaisīta saules baterija, kas konstruēta no B grupas fotoelementiem, uzrāda rādījumus 5-10 A, kas ir par 10-20% zemāki nekā rūpnieciski ražotiem saules paneļiem.

Solis #5 – korpusā ievietoto fotošūnu hermetizācija

Hermetizāciju var veikt tikai pārliecinoties, ka akumulators darbojas. Hermetizācijai vislabāk izmantot epoksīda savienojumu, taču, ņemot vērā, ka materiāla patēriņš būs liels, un tā izmaksas ir aptuveni 40-45 dolāru. Ja tas ir pārāk dārgi, tad tā vietā var izmantot to pašu silikona hermētiķi.

Izmantojot silikona hermētiķi, dodiet priekšroku tādam, uz kura iepakojuma ir norādīts, ka tas ir piemērots lietošanai zem nulles temperatūrā.

Pastāv divi hermetizācijas veidi:

• pilna ieliešana, kad paneļi tiek pārlieti ar hermētiķi;
• hermētiķa uzklāšana uz telpas starp fotoelementiem un uz galējiem elementiem.

Pirmajā gadījumā hermetizācija būs uzticamāka. Pēc ieliešanas hermētiķim jāsastingst. Pēc tam uz augšu tiek uzstādīts organiskais stikls un cieši piespiests pie silikonu pārklātajām plāksnēm.

Lai nodrošinātu amortizāciju un papildu aizsardzību starp fotoelementu aizmugures virsmu un skaidu plātnes rāmi, daudzi meistari iesaka uzstādīt starpliku no cietas putuplasta gumijas ar platumu 1,5-2,5 cm.

To darīt nav obligāti, bet vēlams, ņemot vērā, ka silīcija plāksnes ir diezgan trauslas un viegli sabojājamas.

Pēc organiskā stikla uzstādīšanas uz konstrukcijas liek slodzi, kuras ietekmē notiek gaisa burbuļu izspiešana. Saules baterija ir gatava, un pēc atkārtotas testēšanas to var uzstādīt iepriekš izvēlētā vietā un pieslēgt jūsu mājas saules sistēmai.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Fotoelementu apskats, kas pasūtīti Ķīnas interneta veikalā:

Video instrukcija saules baterijas izgatavošanai:

Izgatavot saules bateriju pašu rokām – nav vienkāršs uzdevums. Lielākās daļas šādu bateriju efektivitāte ir par 10-20% zemāka nekā rūpnieciski ražotiem paneļiem. Vissvarīgākais, konstruējot saules bateriju, ir pareizi izvēlēties un uzstādīt fotoelementus.

Nemēģiniet uzreiz izveidot milzīgu paneļa laukumu. Mēģiniet vispirms uzbūvēt nelielu ierīci, lai saprastu visas šī procesa nianses.

Vai jums ir praktiskas iemaņas saules bateriju izveidē? Lūdzu, dalieties pieredzē ar mūsu vietnes apmeklētājiem – rakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Turpat var uzdot jautājumus par raksta tēmu.