Солнечная батарея — делаем сами

Итак, спойлер для тех, кто хочет сэкономить время и не читать дальше — Лучше купить. Дальше обо всем по порядку

Мой друг купил где то на ибей набор для самостоятельной сборки солнечной батареи. И этот набор у него лежал сколько-то лет, пока наконец я не согласился собрать ее. Друг покупая набор наивно полагал, что собрать самому — дешевле и выгоднее.

В наборе — 40 элементов 157*79 мм, катушка луженой медной полосы, флюс в виде маркера, катушка луженой полосы пошире и два бутылёчка с заливочным компаундом.

Каждый элемент выдает порядка 0,5В и примерно 2,46 Вт на каждый элемент, Я решил соединить 40 элементов последовательно, так в солнечную погоду можно ожидать порядка 20В. В пасмурную погоду напряжение снизится, но для достаточного для зарядки свинцового аккумулятора уровня. Тут нужно помнить, что солнечная батарея — скорее источник тока, чем напряжения. MPPT контроллер не предполагается.

Сами элементы тонкие и хрупкие, звонкие, требуют бережного обращения. Снизу он целиком металлизирован, сверху — нанесена сетка электродов и антибликовое покрытие (которое и дает синий отлив). Так как генерация тока происходит по всей площади — то в теории элемент можно резать до тех пор, пока на его поверхности остается хоть часть электрода, с которого можно брать ток. Я паял на силиконовом коврике для выпекания — он не плавится от нагрева и мягкий.

Процесс пайки прост — наносим маркером дорожку из флюса, накладываем луженую полосу, проводим плоским жалом по ней — она припаивается к электроду на поверхности. Но это в теории. В реальности это оказалось адовым испытанием выдержки.

Начнем с того, что металлизированное покрытие вело себя странно. Стоило ему соприкоснуться с припоем — верхний слой металлизации растворялся в расплаве и припой скатывался шариками, больше смачивания не было. Так, что бы как на видео, красивый ровный слой припоя у меня не получался. В теории полосу можно хоть вообще положить и прижать, просто надежность будет ниже.

Вторая напасть — неравномерный нагрев, когда я паял я прям слышал треск того, как лопается кристалл, внешне это не видно, но в реальности влияет на эффективность элемента. Если делать как следует — то паять бы следовало на специальном термостоле, который плавно бы нагрел элементы, плавно остыл, сведя термические напряжения к минимуму. Вечер мучений закончился:

Далее идем и ищем стекло. Я использовал обычное оконное стекло. Мне кажется потребность в стекле самодельщикам в нашей стране перекрыта на 30 лет вперед — постоянно выставляют старые окна после замены на стеклопакеты. По уму — стекло должно быть с просветляющим покрытием — это даст немного к эффективности батареи, но делаем из того, что есть

Обрезаем стекло по размеру, чистим, продолжаем пайку, теперь обратных сторон. Выходит полоска с голубой стороны элемента соединяется с задней серой стороной следующего элемента. Учтите, что элементы хрупкие, сразу думайте как будете переворачивать всю цепочку.

Вытаскиваем на улицу цепочки и проверяем, что ток генерируется и он одинаков. Если бы одна из цепочек выдавала ток сильно меньше остальных — это бы означало или непропай, или трещину. Так как все элементы у нас соединены последовательно, то ток в цепи равняется выдаваемому самым слабым элементом.

Продолжаем. Следующий этап — герметизация. В теории можно оставить так, будет работать, но вода + электрический ток = коррозия, поэтому солнечные батареи заливают прозрачным герметиком, он уменьшает потери от преломления света при переходе сред, и защищает от влаги.

Подбор правильного компаунда — это отдельная наука. Он должен быть таким, чтобы:

• Не вызывать коррозии
• Не желтеть на солнце
• Иметь тепловой коэффициент расширения близкий к кремнию. Если компаунд будет на жаре расширяться слишком сильно — он может порвать пластины
• Сохранять свои характеристики в широком диапазоне температур. Особенно это касается нагрева — нам бы не хотелось, что бы элементы отклеились в первый жаркий день

К счастью, в комплекте шел бутылек с двухкомпонентной смолой. Что это за смола — сказать не могу, особого запаха — не было, этикетку китайцы не наклеили.

Хоть смола и густая, она очень текучая и обладает малым поверхностным натяжением, а значит может стечь через мельчайшую щель. Поэтому я по краю стекла наклеил скотчем алюминиевый уголок, залив углы из термопистолета. Сами уголки покрыты тонким слоем масла для отделения от смолы в последующем. Заливаем в центр стекла и разгоняем пластиковой картой тонкий слой. Укладываем на стекло элементы лицевой стороной к стеклу.

Элементы плавают на слое смолы, несильно выдавливаем пальцами лишнюю смолу из под элементов. Помним что они хрупкие! Разгоняем выдавленную смолу тонким слоем, закрывая максимальную площадь. Смолы хватило впритык.

Когда смола затвердеет отдираем ограничительные уголки.

Пузырей почти нет

Вытаскиваем на улицу и делаем тест. Батарея выдала 23,5В, ток зависит от угла падения лучей, если подставить перпендикулярно под лучи — ток около 4А в режиме короткого замыкания.

Далее варим рамку из какого-то хлама.

Батарея готова! Отдаем товарищу

Вот так батарея выглядит в месте установки

А теперь к ответам на вопросы которые могут возникнуть.

Если я соберу солнечную батарею сам, выйдет дешевле?

Нет, не выйдет. Только если свое время бесплатно, а все компоненты продаются рядом. Заказывать компаунд, искать стекло с покрытием, искать алюминиевый профиль — это все время и деньги. При этом стоимость готовых батарей такова, что проще купить готовую.

Если я сделаю батарею сам — она будет лучше?

Нет. Во-первых сами элементы которые вы купите могут быть низкого качества, на них нет никаких паспортных данных за которые отвечает производитель. Во-вторых, если у вас нет опыта — будут непропаи, трещины и прочие прелести, которые скажутся на эффективности элемента. Я уверен, конвеерное изделие покажет лучшие характеристики, нежели мое.

Если я поставлю батарею на балкон/окно, я буду экономить электроэнергию.

Нет, у нас в стране очень дешевая электроэнергия, а вот стоимость каждого солнечного киловатта, да еще и в наших широтах — дорогая. Прибавьте к этому стоимость аккумулятора — и затея резко становится неприбыльной. Аккумулятор — самое слабое звено этой цепи, но без него особенно ничего не сделать. Если у вас есть доступ к электросети — пользуйтесь электросетью. Солнечная энергия целесообразна только если до сетей тянуться далеко (например ближайший столб в 20 километрах), или сложно по какой-то другой причине, например не хочется заключать договор с горсветом ради одной лампочки на рекламном щите.

Так зачем вообще может понадобиться собирать свою?

Только если вам нужна батарея, которую по каким-то причинам купить нельзя. Например в форме полумесяца на узкую полоску крыши туалета. В остальных случаях она не имеет смысла.

А товарищу то она зачем?

А товарищ спохватился, что требуется подсветка балкона, а ремонт уже сделан. Подсветка нужна не часто, так что небольшого АКБ должно хватить.

Я же использую солнечные батареи на даче — небольшой и качественный элемент можно купить за смешные деньги (декоративные фонарики — барахло, батарей оттуда понадобится слишком много). Добавляем ограничитель тока или полноценный контроллер заряда, аккумулятор, преобразователь — и у нас готова подсветка в туалет, сарай и т.д. Это выходит дешевле, чем тянуть линию на 220 вольт и плохо спать ночью, опасаясь охотников за металлом.