Как самостоятельно сделать солнечную батарею?

Трудно не думать о перерасходе, когда принимаешь душ, моешь посуду или включаешь отопление в загородном доме, особенно если газ подвести не удается. Сэкономить средства на подогреве воды можно с помощью гелиосистемы, основным элементом которой является солнечный коллектор. Несложная конструкция способна поглощать инфракрасное излучение и передавать энергию теплоносителю. Нагревательные гелиоустановки используют в местах, удаленных от централизованного водоснабжения – загородных коттеджах, небольших бассейнах и теплицах на дачных участках, в туристических трейлерах.

Оглавление:

1. Что представляет собой коллектор?
2. Сборка своими руками по шагам
3. Обзор других возможных вариантов обогрева
4. Особенности функционирования батарей и цена изделий

Конструкция, виды и принцип работы

Объяснить, что такое солнечный коллектор, поможет схема устройства и принцип работы гелиоустановки. По конструктивным особенностям различают вакуумные и плоские системы для подогрева воды и отопления. Первый тип солнечной установки состоит из набора прозрачных колб из боросиликатного стекла, внутри которых расположены медные трубки. Во втором варианте коллектора поглотителем инфракрасного спектра выступает листовой абсорбер. Вакуумная технология имеет высокий КПД, трубная модель занимает меньшую площадь, но собрать своими руками легче плоский водонагреватель.

Цилиндрическая форма трубчатой системы улавливает рассеянные потоки света, при этом вакуум под внешней оболочкой предотвращает тепловые потери. Холодная вода поступает в нижнюю часть под действием насоса. Медные трубки с темным покрытием поглощают тепло инфракрасного излучения, вода или незамерзающая жидкость нагревается и поднимается в бак-накопитель или рекуператор. Используют вакуумный солнечный коллектор для отопления дома и подогрева воды в зимний период.

Плоский коллектор состоит из поглотителя – листовой меди или алюминия, покрытого темной краской или полупроводниковым напылением. Абсорбер спаян с системой медных трубок и заключен в изолированную снизу раму. Верхнее покрытие коллектора выполняют из матового стекла, так как оно не отражает солнечные лучи. Поглощенное медной пластиной, тепло передается на трубы и нагревает воду, которая поступает в бак-аккумулятор для распределения на бытовые нужды.

Для равномерного нагрева теплоносителя трубы укладывают змейкой, что исключает протечки через соединительные гильзы. В самотечных конструкциях бак-накопитель располагают выше коллектора, при нагреве вода поднимается и наполняет емкость. Принудительные установки комплектуют насосами. Горячая вода может подаваться в систему водоснабжения или служить теплоносителем. В накопительном баке для этих целей необходимо сделать медный змеевик.

К преимуществам плоского коллектора относятся: прочность конструкции, простая схема, чтобы изготовить устройство самому, эффективность нагрева воды при положительной температуре воздуха, низкая стоимость. Недостатком являются большие теплопотери и невозможность использования в зимний период для отопления.

Изготовление конструкции плоского типа

На дачном или загородном участке для бытовых нужд семьи из трех человек достаточно установить водонагреватель площадью 2 м2 для бака на 200 л. Чтобы собрать солнечный коллектор своими силами, понадобятся:

• корпус абсорбера из фанеры и деревянных планок;
• листовая сталь, медь или алюминий для поглотителя солнечной энергии;
• решетка из цельнотянутых труб для теплоносителя;
• изоляционный материал (минеральная вата, Пенофол, пенопласт);
• стекло толщиной больше 5 мм;
• емкость на 200 л;
• 6–7 м медной трубки для теплообменника;
• термостойкая черная краска;
• инструменты для работ по дереву и металлу, сварочный аппарат, крепежные материалы, силикон.

Для экономии средств можно обойтись без металлического абсорбера, а в качестве поглотителя инфракрасного излучения использовать заднюю стенку деревянного корпуса, которую необходимо выкрасить в черный цвет. Медные трубы заменяют полипропиленовыми. Стоимость тройников для их соединения намного ниже сварочных работ.

Изготовить солнечный коллектор своими руками поможет поэтапная инструкция:

• Из металлических труб сваривают решетку для теплоносителя.
• Если есть металлический лист абсорбера, к нему приваривают решетку из труб.
• По чертежам раскраивают фанеру и монтируют корпус.
• Если используют пластиковые трубы, их закрепляют с помощью клипс на основе и соединяют между собой фитингами.
• Корпус и решетку с абсорбером покрывают черной краской.
• Под листовой поглотитель прокладывают изоляцию или утепляют нагреватель с внешней стороны.
• Для крепления стекла по периметру корпуса набивают раму из планок, в которых просверливают входные и выходные отверстия для труб.
• Стеклянные части верхнего покрытия коллектора соединяют алюминиевыми уголками.
• Проводят герметизацию силиконом.

Технология изготовления теплообменника заключается в утеплении бака-накопителя, организации входного и выходного отверстия для медного змеевика, по которому будет циркулировать теплоноситель. Устанавливают коллектор на опору из брусьев 50х50 мм, скрепленных металлическими уголками, так как вес конструкции даже без воды довольно внушительный.

Коллекторы из нетрадиционных материалов

Общая схема и руководство по изготовлению классического солнечного водонагревателя дает простор для самостоятельного моделирования конструкции при помощи подручных средств, сотового поликарбоната, пластикового шланга. Сделать самому небольшой коллектор можно из фреонового контура старого холодильника. Змеевик закрепляют в раме, заднюю стенку изолируют, а сверху накрывают стеклом.

Простейший нагреватель для бассейна на дачном участке можно сделать при помощи садового шланга, который скручивают спиралью и укладывают на пенопластовый изолятор. Стекло создает парниковый эффект и пластиковая труба быстро нагревается. Чтобы увеличить производительность системы, несколько спиралей соединяют последовательно между собой.

Собрать самому легкий и прочный солнечный коллектор из поликарбоната не составит труда, если купить:

• сотовые листы поликарбоната 1000х2000 мм толщиной 4 мм – 2 шт (для теплоносителя и защитного покрытия);
• пенопласт для изоляции задней стенки;
• 2 м трубы ПВХ диаметром 32 мм – 2 шт;
• заглушки и уголки с резьбой для труб – по 2 шт.

Изготовить водонагреватель из поликарбоната поможет инструкция:

1. Сделать чертежи и собрать опорную раму, следуя руководству по работе с древесиной.

2. С помощью дрели с дисковой насадкой в трубах необходимо сделать продольные пропилы по ширине листа поликарбоната.

3. Края поликарбоната обрабатывают наждачной бумагой и обезжиривают.

4. В разрезы вставляют пластины так, чтобы они не перекрывали просвет в трубе.

5. Стыки герметизируют термоклеем для пластика.

6. Окрашивают черной краской.

7. Подключают фитинги и проводят испытание.

Преобразование энергии солнца в электричество

Солнечная энергетика развивается в двух направлениях, полупроводниковые преобразователи генерируют электрический ток из дневного света. Гелиосистема работает благодаря фотоэлементам, которые состоят из двух кремниевых пластин с разной проводимостью. В одной наблюдается избыток отрицательных частиц, в другой – недостаток. Под воздействием света между катодом и анодом начинается перемещение электронов и возникает ток. Современная технология позволяет выпускать моно- и поликристаллические кремниевые пластины, первые имеют более длительный срок эксплуатации и высокий КПД, вторые – низкую стоимость.

Производительность отдельного фотоэлемента имеет небольшое значение, поэтому из них набирают солнечные батареи. Простейший генератор энергии света – последовательная цепочка полупроводниковых пластин с суммарным напряжением. Распространенные фотоэлементы имеют параметры 3,6 А и 0,5 В. Стандартную конструкцию можно собрать из 36 таких пластин, которые будут генерировать ток 18 В, что соответствует примерно 60 Вт. Для увеличения силы тока несколько солнечных панелей соединяют параллельно, при этом возрастает мощность системы, а напряжение остается неизменным.

Фотоэлементы работают, как генераторы энергии в светлое время суток, при затемнении они превращаются в токоприемники, могут перегреться и выйти из строя. Чтобы защитить гелиоустановку от дневных потерь и разрядки аккумулятора ночью, к каждой панели последовательно подключают полупроводниковый диод.

Накапливают энергию, которую производят фотоэлементы, в аккумуляторах с меньшим напряжением. Так как солнечные батареи работают с перерывами при затемнении, то их подключают к емкости через контроллер. Он обеспечивает защиту от перезарядки аккумулятора и переключает систему на резистор. Для использования солнечного света в бытовой электрической сети в схему устанавливают инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.

Собрать солнечные батареи своими руками можно из готовых фотоэлементов и самодельной рамы:

1. Мощность системы определяют по предполагаемым нагрузкам, затем подсчитывают необходимое количество пластин и площадь, которую они будут занимать.

2. Дно неглубокого корпуса для размещения фотоэлементов выполняют из фанеры. В бортиках необходимо сделать отверстия для проветривания и выравнивания внутреннего давления.

3. Как подложку под пластины используют ДСП, а для защиты от атмосферных осадков применяют оргстекло, которое выдержит удары града.

4. Фотоэлементы выкладывают лицевой стороной на подложку так, чтобы между ними оставался зазор в 5 мм.

5. Соединительные проводники одной пластины размещают над точками пайки на тыльной стороне другой. Используют маломощный паяльник, припой и флюс.

6. Цепочки фотоэлементов скрепляют последовательно с помощью медной проволоки или специальной шины.

7. Панели переворачивают и вместе с подложкой устанавливают в корпус. Присоединяют диоды и выводят провода через отверстие в дне для подключения к аккумулятору.

8. Накрывают раму оргстеклом, герметизируют стыки силиконом. Производят контрольное испытание батареи.

Купить готовый солнечный коллектор или батарею можно по цене российских и китайских производителей: