البطارية الشمسية DIY (خطوة بخطوة، الصورة). تجميع البطارية الشمسية في المنزل

ربما لا يوجد شخص لا يرغب في أن يصبح أكثر استقلالية. القدرة على إدارة وقتك بشكل كامل، والسفر دون معرفة الحدود والمسافات، وعدم التفكير في مشاكل السكن والمالية - هذا ما يمنحك الشعور بالحرية الحقيقية. سنتحدث اليوم عن كيفية استخدام الإشعاع الشمسي للتخلص من عبء الاعتماد على الطاقة. كما خمنت، سنتحدث عن الألواح الشمسية. ولكي نكون أكثر دقة، حول ما إذا كان من الممكن بناء محطة طاقة شمسية حقيقية بيديك.

تاريخ الخلق وآفاق الاستخدام

لقد رعت البشرية فكرة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء منذ فترة طويلة. كانت المنشآت الحرارية الشمسية هي أول من ظهر، حيث قام البخار المسخن بواسطة الأشعة الشمسية المركزة بتدوير توربينات المولدات. ولم يصبح التحويل المباشر ممكنا إلا في منتصف القرن التاسع عشر، بعد أن اكتشف الفرنسي ألكسندر إدموند باكاريل التأثير الكهروضوئي. محاولات إنشاء خلية شمسية عاملة على أساس هذه الظاهرة توجت بالنجاح بعد نصف قرن فقط، في مختبر العالم الروسي المتميز ألكسندر ستوليتوف. كان من الممكن وصف آلية التأثير الكهروضوئي بشكل كامل حتى في وقت لاحق - فالإنسانية تدين بذلك لألبرت أينشتاين. بالمناسبة، كان لهذا العمل الذي حصل على جائزة نوبل.

باكاريلي وستوليتوف وأينشتاين هم العلماء الذين وضعوا أساس الطاقة الشمسية الحديثة

تم الإعلان عن إنشاء أول خلية ضوئية شمسية تعتمد على السيليكون البلوري للعالم من قبل موظفي مختبرات بيل في أبريل 1954. هذا التاريخ، في الواقع، هو نقطة البداية للتكنولوجيا، والتي ستتمكن قريبا من أن تصبح بديلا كاملا للوقود الهيدروكربوني.

وبما أن التيار الكهربائي للخلية الكهروضوئية الواحدة يبلغ ملي أمبير، فإنه لتوليد كهرباء ذات طاقة كافية يجب توصيلها في هياكل معيارية. محمي من تأثير خارجيمصفوفات الخلايا الكهروضوئية الشمسية هي عبارة عن بطارية شمسية (نظرًا لشكلها المسطح، يُطلق على الجهاز غالبًا اسم اللوحة الشمسية).

إن تحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء ينطوي على آفاق هائلة، لأنه في مقابل كل ذلك متر مربع سطح الأرضويمثل هذا ما متوسطه 4.2 كيلووات/ساعة من الطاقة يوميًا، مما يوفر ما يقرب من برميل واحد من النفط سنويًا. تم استخدام هذه التقنية في البداية فقط لصناعة الفضاء، وأصبحت شائعة جدًا في الثمانينيات من القرن الماضي لدرجة أن الخلايا الكهروضوئية بدأ استخدامها للأغراض المنزلية - كمصدر للطاقة للآلات الحاسبة والكاميرات والمصابيح وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، " تم إنشاء منشآت الطاقة الشمسية الكهربائية الخطيرة. تعلق على أسطح المنازل، مما جعل من الممكن التخلي تماما عن الكهرباء السلكية. اليوم يمكننا أن نلاحظ ولادة محطات توليد الطاقة، وهي عبارة عن حقول متعددة الكيلومترات من ألواح السيليكون. فالطاقة التي تولدها يمكن أن تغذي مدنًا بأكملها، لذلك يمكننا أن نقول بثقة أن المستقبل يكمن في الطاقة الشمسية.

محطات الطاقة الشمسية الحديثة عبارة عن حقول متعددة الكيلومترات من الخلايا الكهروضوئية القادرة على توفير الكهرباء لعشرات الآلاف من المنازل.

البطارية الشمسية: كيف تعمل

بعد أن وصف أينشتاين التأثير الكهروضوئي، تم الكشف عن البساطة الكاملة لهذه الظاهرة المعقدة على ما يبدو للعالم. ظاهرة فيزيائية. يعتمد على مادة تكون ذراتها الفردية في حالة غير مستقرة. عندما "تقصف" فوتونات الضوء، يتم إخراج الإلكترونات من مداراتها - وهذه هي مصادر التيار.

لمدة نصف قرن تقريبًا، لم يكن للتأثير الكهروضوئي أي تطبيق عملي لسبب واحد بسيط، وهو عدم وجود تكنولوجيا لإنتاج مواد ذات بنية ذرية غير مستقرة. ولم تظهر آفاق إجراء المزيد من الأبحاث إلا مع اكتشاف أشباه الموصلات. تحتوي ذرات هذه المواد إما على فائض من الإلكترونات (الموصلية n) أو تفتقر إليها (الموصلية p). عند استخدام بنية مكونة من طبقتين مع طبقة من النوع n (الكاثود) وطبقة من النوع p (الأنود)، فإن قصف فوتونات الضوء يؤدي إلى إخراج الإلكترونات من ذرات الطبقة n. تترك أماكنها، وتندفع إلى المدارات الحرة لذرات الطبقة p ثم تعود إلى مواقعها الأصلية من خلال الحمل المتصل. ربما يعرف كل واحد منكم أن حركة الإلكترونات في حلقة مغلقة هي كهرباء. لكن من غير الممكن إجبار الإلكترونات على التحرك بفضلها حقل مغناطيسيكما هو الحال في المولدات الكهربائية، ولكن بسبب تدفق جزيئات الإشعاع الشمسي.

تعمل اللوحة الشمسية بفضل التأثير الكهروضوئي الذي تم اكتشافه في بداية القرن التاسع عشر.

نظرًا لأن طاقة وحدة كهروضوئية واحدة ليست كافية لتشغيل الأجهزة الإلكترونية، يتم استخدام اتصال متسلسل للعديد من الخلايا للحصول على الجهد المطلوب. أما بالنسبة للقوة الحالية، يتم زيادتها عن طريق التوصيل المتوازي لعدد معين من هذه التجمعات.

يعتمد توليد الكهرباء في أشباه الموصلات بشكل مباشر على كمية الطاقة الشمسية، لذلك لا يتم تركيب الخلايا الضوئية فقط تحتها في الهواء الطلقولكن حاول أيضًا توجيه سطحها بشكل عمودي على الأشعة الساقطة. ومن أجل حماية الخلايا من الأضرار الميكانيكية والتأثيرات الجوية، يتم تركيبها على قاعدة صلبة ومحمية بالزجاج في الأعلى.

تصنيف وخصائص الخلايا الكهروضوئية الحديثة

تم تصنيع أول خلية شمسية على أساس السيلينيوم (Se)، لكن الكفاءة المنخفضة (أقل من 1٪) والشيخوخة السريعة والنشاط الكيميائي العالي لخلايا السيلينيوم الشمسية أجبرت على البحث عن مواد أخرى أرخص وأكثر كفاءة. وتم العثور عليها على شكل سيليكون بلوري (Si). وبما أن هذا العنصر من الجدول الدوري هو عازل، فقد تم ضمان توصيله من خلال إدراج العديد من المعادن الأرضية النادرة. اعتمادًا على تكنولوجيا التصنيع، هناك عدة أنواع من خلايا السيليكون الضوئية:

• أحادي البلورية.
• متعدد البلورات.
• من غير متبلور سي.

يتم تصنيع الأول عن طريق قطع أنحف الطبقات من سبائك السيليكون ذات أعلى درجة نقاء. خارجيًا، تبدو الخلايا الضوئية أحادية البلورية مثل ألواح زجاجية زرقاء داكنة أحادية اللون مع شبكة قطبية واضحة. تصل كفاءتها إلى 19%، ومدة خدمتها تصل إلى 50 عامًا. وعلى الرغم من أن أداء الألواح المصنوعة على أساس البلورات الأحادية يتراجع تدريجياً، إلا أن هناك أدلة على أن البطاريات المصنعة منذ أكثر من 40 عاماً لا تزال عاملة حتى اليوم، حيث توفر ما يصل إلى 80% من طاقتها الأصلية.

الخلايا الشمسية أحادية البلورية لها شكل موحد لون غامقوقطع الزوايا - هذه العلامات لا تسمح بالخلط بينها وبين الخلايا الكهروضوئية الأخرى

في إنتاج الخلايا الشمسية متعددة البلورات، يتم استخدام السيليكون الأقل نقاءً ولكن الأرخص. يؤثر تبسيط التكنولوجيا على مظهر الألواح - فهي لا تحتوي على ظل موحد، ولكن نمط أفتح يتكون من حدود العديد من البلورات. كفاءة هذه الخلايا الشمسية أقل قليلاً من تلك أحادية البلورية - لا تزيد عن 15٪، وعمر الخدمة يصل إلى 25 عامًا. ويجب القول أن الانخفاض في مؤشرات الأداء الأساسية لم يؤثر على الإطلاق على شعبية الخلايا الشمسية متعددة البلورات. إنهم يستفيدون من السعر المنخفض والاعتماد الأقل على التلوث الخارجي والسحب المنخفضة والتوجه نحو الشمس.

الخلايا الشمسية متعددة البلورات لها ولاعة لون أزرقوالنمط غير المتجانس هو نتيجة لحقيقة أن بنيتها تتكون من العديد من البلورات

بالنسبة للخلايا الشمسية المصنوعة من مادة Si غير المتبلورة، لا الهيكل البلوريولكن عبارة عن طبقة رقيقة من السيليكون يتم رشها على الزجاج أو البوليمر. وعلى الرغم من أن طريقة الإنتاج هذه هي الأرخص، إلا أن هذه الألواح تتمتع بأقصر عمر، وهو ما يحدث بسبب بهتان وتدهور الطبقة غير المتبلورة في الشمس. هذا النوع من الخلايا الكهروضوئية أيضًا غير سعيد بأدائه - حيث لا تزيد كفاءته عن 9٪ وتنخفض بشكل ملحوظ أثناء التشغيل. إن استخدام الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون غير المتبلور له ما يبرره في الصحاري - فالنشاط الشمسي العالي يعوض الانخفاض في الإنتاجية، وتسمح المساحات الشاسعة بوضع محطات الطاقة الشمسية بأي حجم.

إن القدرة على رش هيكل السيليكون على أي سطح تجعل من الممكن إنشاء ألواح شمسية مرنة

إن التطوير الإضافي لتكنولوجيا إنتاج الخلايا الكهروضوئية مدفوع بالحاجة إلى خفض الأسعار وتحسين خصائص الأداء. تتمتع الخلايا الكهروضوئية السينمائية اليوم بأعلى مستويات الأداء والمتانة:

• على أساس تيلورايد الكادميوم.
• من البوليمرات الرقيقة
• باستخدام الإنديوم وسيلينيد النحاس.

من السابق لأوانه الحديث عن إمكانية استخدام الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة في الأجهزة محلية الصنع. اليوم، يشارك عدد قليل فقط من الشركات "المتقدمة" من الناحية التكنولوجية في إنتاجها، لذلك في أغلب الأحيان يمكن رؤية الخلايا الشمسية المرنة كجزء من الألواح الشمسية الجاهزة.

ما هي أفضل الخلايا الكهروضوئية للخلية الشمسية وأين يمكن العثور عليها؟

ستكون الألواح الشمسية محلية الصنع دائمًا متخلفة بخطوة عن نظيراتها المصنوعة في المصنع، وهناك عدة أسباب لذلك. أولاً، تقوم الشركات المصنعة المعروفة باختيار الخلايا الكهروضوئية بعناية، مما يؤدي إلى التخلص من الخلايا ذات المعلمات غير المستقرة أو المنخفضة. ثانيا، في تصنيع البطاريات الكهربائية الشمسية، يتم استخدام زجاج خاص مع زيادة نقل الضوء وتقليل الانعكاس - يكاد يكون من المستحيل العثور عليه للبيع. وثالثًا، قبل البدء في الإنتاج التسلسلي، يتم اختبار جميع معلمات التصاميم الصناعية باستخدام النماذج الرياضية. ونتيجة لذلك، يتم تقليل تأثير تسخين الخلية على كفاءة البطارية، وتحسين نظام إزالة الحرارة، وإيجاد المقطع العرضي الأمثل لقضبان التوصيل، واستكشاف طرق لتقليل معدل تدهور الخلايا الكهروضوئية، وما إلى ذلك. لحل مثل هذه المشاكل دون وجود مختبر مجهز والمؤهلات المناسبة.

تتيح التكلفة المنخفضة للألواح الشمسية محلية الصنع إنشاء تركيب يسمح لك بالتخلي تمامًا عن خدمات شركات الطاقة

ومع ذلك، فإن الألواح الشمسية المصنوعة ذاتيًا تظهر نتائج أداء جيدة ولا تتخلف كثيرًا عن نظيراتها الصناعية. أما بالنسبة للسعر، فلدينا هنا ربح أكثر من الضعف، أي أنه بنفس التكلفة، ستوفر المنتجات محلية الصنع ضعف كمية الكهرباء.

ومع أخذ كل ما سبق في الاعتبار، تظهر صورة أي الخلايا الشمسية مناسبة لظروفنا. لم تعد الأفلام متاحة بسبب عدم توفرها للبيع، والأفلام غير المتبلورة بسبب عمرها الافتراضي القصير وكفاءتها المنخفضة. ما تبقى هو خلايا مصنوعة من السيليكون البلوري. يجب أن أقول أنه في أول جهاز محلي الصنع من الأفضل استخدام "البلورات المتعددة" الأرخص. وفقط بعد اختبار التكنولوجيا والتعرف عليها، يجب عليك التحول إلى الخلايا الأحادية البلورية.

تعتبر الخلايا الشمسية الرخيصة ودون المستوى المطلوب مناسبة لاختبار التقنيات - تمامًا مثل الأجهزة عالية الجودة، يمكن شراؤها على منصات التداول الأجنبية

أما بالنسبة لمسألة مكان الحصول على خلايا شمسية رخيصة الثمن، فيمكن العثور عليها على منصات التداول الأجنبية مثل Taobao وEbay وAliexpress وAmazon وما إلى ذلك. ويتم بيعها هناك على شكل خلايا شمسية فردية ذات أحجام وأداء مختلف، وفي مجموعات جاهزة لتجميع الألواح الشمسية بأي قوة.

غالبًا ما يقدم البائعون ما يسمى بالخلايا الشمسية من الفئة "B"، وهي خلايا شمسية تالفة أحادية أو متعددة البلورات. ليس للرقائق الصغيرة أو الشقوق أو الزوايا المفقودة أي تأثير تقريبًا على أداء الخلايا، ولكنها تسمح لك بشرائها بتكلفة أقل بكثير. ولهذا السبب، فهي الأكثر ربحية للاستخدام في أجهزة الطاقة الشمسية محلية الصنع.

هل يمكن استبدال الألواح الكهروضوئية بشيء آخر؟

نادرا ما يفعل أي شخص بارع في المنزللا يوجد صندوق عزيز به مكونات راديو قديمة. لكن الثنائيات والترانزستورات من أجهزة الاستقبال وأجهزة التلفزيون القديمة لا تزال هي نفس أشباه الموصلات ذات الوصلات p-n، والتي، عند إضاءتها، ضوء الشمستوليد التيار. ومن خلال الاستفادة من هذه الخصائص وتوصيل العديد من الأجهزة شبه الموصلة، يمكنك صنع بطارية شمسية حقيقية.

لتصنيع بطارية شمسية منخفضة الطاقة، يمكنك استخدام قاعدة العناصر القديمة لأجهزة أشباه الموصلات

سوف يسأل القارئ اليقظ على الفور ما هو المصيد. لماذا تدفع ثمن الخلايا الأحادية أو متعددة البلورات المصنوعة في المصنع عندما يمكنك استخدام ما هو موجود تحت قدميك حرفيًا. كما هو الحال دائما، فإن الشيطان يكمن في التفاصيل. الحقيقة هي أن أقوى ترانزستورات الجرمانيوم تسمح لك بالحصول على جهد لا يزيد عن 0.2 فولت في ضوء الشمس الساطع عند تيار يقاس بالميكروأمبير. من أجل تحقيق المعلمات التي تنتجها الخلية الشمسية المصنوعة من السيليكون المسطح، ستحتاج إلى عشرات أو حتى مئات من أشباه الموصلات. البطارية المصنوعة من مكونات الراديو القديمة مناسبة فقط لشحن مصباح LED للتخييم أو بطارية صغيرة تليفون محمول. لتنفيذ مشاريع واسعة النطاق، لا يمكنك الاستغناء عن الخلايا الشمسية المشتراة.

ما مقدار الطاقة التي يمكن أن تتوقعها من الألواح الشمسية؟

عند التفكير في بناء محطة الطاقة الشمسية الخاصة بك، يحلم الجميع بالتخلي تمامًا عن الكهرباء السلكية. ومن أجل تحليل حقيقة هذه الفكرة، سنقوم ببعض الحسابات الصغيرة.

من السهل معرفة استهلاكك اليومي من الكهرباء. للقيام بذلك، ما عليك سوى إلقاء نظرة على الفاتورة المرسلة من قبل منظمة إمدادات الطاقة وتقسيم عدد الكيلووات المشار إليها هناك على عدد أيام الشهر. على سبيل المثال، إذا عرض عليك أن تدفع مقابل 330 كيلووات ساعة، فهذا يعني أن الاستهلاك اليومي هو 330/30 = 11 كيلووات ساعة.

رسم بياني لطاقة البطارية الشمسية حسب الإضاءة

في حساباتك، يجب عليك بالتأكيد أن تأخذ في الاعتبار حقيقة أن الألواح الشمسية ستولد الكهرباء فقط خلال ساعات النهار، مع ما يصل إلى 70% من التوليد يحدث بين الساعة 9 صباحًا و4 مساءً. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد كفاءة الجهاز بشكل مباشر على زاوية الإصابة أشعة الشمسوحالة الغلاف الجوي.

ستؤدي الغيوم الخفيفة أو الضباب إلى تقليل كفاءة الإنتاج الحالي لتركيب الطاقة الشمسية بمقدار 2-3 مرات، في حين أن السماء الملبدة بالغيوم المستمرة ستتسبب في انخفاض الأداء بمقدار 15-20 مرة. في ظل الظروف المثالية، ستكون البطارية الشمسية بسعة 11/7 = 1.6 كيلو واط كافية لتوليد 11 كيلو واط ساعة من الطاقة. مع الأخذ في الاعتبار تأثير العوامل الطبيعية، ينبغي زيادة هذه المعلمة بنحو 40-50٪.

بالإضافة إلى ذلك، هناك عامل آخر يجبرنا على زيادة مساحة الخلايا الكهروضوئية المستخدمة. أولا، لا ينبغي أن ننسى أن البطارية لن تعمل في الليل، مما يعني أن هناك حاجة إلى بطاريات قوية. ثانيا، للتغذية الأجهزة المنزليةأنت بحاجة إلى جهد تيار 220 فولت، لذلك ستحتاج إلى محول جهد قوي (العاكس). يقول الخبراء أن الخسائر الناتجة عن تراكم وتحويل الكهرباء تصل إلى 20-30٪ من إجمالي حجمها. ولذلك، ينبغي زيادة الطاقة الفعلية للبطارية الشمسية بنسبة 60-80% من القيمة المحسوبة. وبأخذ قيمة عدم الكفاءة 70%، نحصل على الطاقة المقدرة للوحة الشمسية لدينا تساوي 1.6 + (1.6×0.7) = 2.7 كيلو واط.

استخدام الجمعيات ذات التيار العالي بطاريات الليثيومهي واحدة من أكثر الطرق أناقة، ولكنها ليست بأي حال من الأحوال أرخص وسيلة لتخزين الكهرباء الشمسية

لتخزين الكهرباء، ستحتاج إلى بطاريات منخفضة الجهد مصممة لجهد 12 أو 24 أو 48 فولت. ويجب أن تكون قدرتها مصممة لاستهلاك الطاقة اليومي بالإضافة إلى خسائر التحويل والتحويل. في حالتنا، سنحتاج إلى مجموعة من البطاريات المصممة لتخزين 11 + (11×0.3) = 14.3 كيلووات×ساعة من الطاقة. إذا كنت تستخدم بطاريات سيارات عادية بقدرة 12 فولت، فستحتاج إلى مجموعة بقدرة 14300 وات/12 فولت = 1200 أمبير في الساعة، أي ست بطاريات بقوة 200 أمبير/ساعة لكل منها.

كما ترون، حتى من أجل توفير الكهرباء للاحتياجات المنزلية لأسرة متوسطة، سوف تحتاج إلى تركيب جدي للطاقة الشمسية الكهربائية. أما بالنسبة لاستخدام الألواح الشمسية محلية الصنع للتدفئة، فإن هذه الفكرة في هذه المرحلة لن تصل حتى إلى حدود الاكتفاء الذاتي، ناهيك عن حقيقة أنه يمكن حفظ شيء ما.

حساب حجم البطارية

ويعتمد حجم البطارية على الطاقة المطلوبة وأبعاد مصادر التيار. عند اختيار هذا الأخير، سوف تنتبه بالتأكيد إلى مجموعة متنوعة من الخلايا الكهروضوئية المقدمة. للاستخدام في الأجهزة محلية الصنع، من الأنسب اختيار الخلايا الشمسية متوسطة الحجم. على سبيل المثال، تم تصميم الألواح متعددة البلورات مقاس 3x6 بوصة لجهد خرج يبلغ 0.5 فولت وتيار يصل إلى 3 أمبير.

عند تصنيع بطارية شمسية، سيتم توصيلها بشكل متسلسل إلى كتل مكونة من 30 قطعة، مما سيجعل من الممكن الحصول على الجهد المطلوب لشحن بطارية السيارة من 13 إلى 14 فولت (مع مراعاة الخسائر). الطاقة القصوى لواحدة من هذه الوحدات هي 15 فولت × 3 أمبير = 45 واط. وبناء على هذه القيمة، لن يكون من الصعب حساب عدد العناصر اللازمة لبناء لوحة شمسية بقوة معينة وتحديد أبعادها. على سبيل المثال، لبناء مجمع كهربائي شمسي بقدرة 180 وات، ستحتاج إلى 120 خلية ضوئية بمساحة إجمالية تبلغ 2160 مترًا مربعًا. بوصة (1.4 متر مربع).

بناء لوحة شمسية محلية الصنع

قبل البدء في تصنيع الألواح الشمسية، يجب عليك حل مشاكل وضعها وحساب الأبعاد والتحضير المواد الضروريةوأداة.

من المهم اختيار موقع التثبيت الصحيح

نظرًا لأن اللوحة الشمسية سيتم تصنيعها يدويًا، فإن نسبة العرض إلى الارتفاع يمكن أن تكون أي شيء. يعد هذا أمرًا مريحًا للغاية، حيث يمكن دمج جهاز محلي الصنع بنجاح أكبر في السطح الخارجي أو التصميم منطقة الضواحي. لنفس السبب، يجب عليك اختيار مكان لتثبيت البطارية قبل البدء في أنشطة التصميم، مع مراعاة مراعاة عدة عوامل:

• انفتاح المكان لأشعة الشمس خلال ساعات النهار؛
• غياب المباني المظللة والأشجار العالية.
• الحد الأدنى للمسافة إلى الغرفة التي يتم فيها تركيب طاقة التخزين والمحولات.

وبطبيعة الحال، تبدو البطارية المثبتة على السطح أكثر عضوية، ولكن وضع الجهاز على الأرض له مزايا أكثر. في هذه الحالة، يتم القضاء على احتمال تلف مواد التسقيف عند تثبيت الإطار الداعم، ويتم تقليل تعقيد تثبيت الجهاز، ويصبح من الممكن تغيير "زاوية هجوم أشعة الشمس" في الوقت المناسب. والأهم من ذلك، أنه مع وضع أقل، سيكون من الأسهل بكثير الحفاظ على سطح اللوحة الشمسية نظيفًا. وهذا ضمان أن التثبيت سيعمل بكامل طاقته.

إن تركيب الألواح الشمسية على السطح يكون مدفوعًا بضيق المساحة أكثر من الضرورة أو سهولة الاستخدام.

ما سوف تحتاجه أثناء عملية العمل

عند البدء في صنع لوحة شمسية محلية الصنع، يجب عليك تخزين ما يلي:

• الخلايا الضوئية.
• الأسلاك النحاسية المجدولة أو قضبان التوصيل الخاصة لتوصيل الخلايا الشمسية؛
• جندى.
• صمامات شوتكي الثنائية، المصممة للإخراج الحالي لخلية ضوئية واحدة؛
• زجاج أو زجاج شبكي عالي الجودة مضاد للانعكاس ؛
• الشرائح والخشب الرقائقي لصنع الإطار؛
• تسرب السيليكون.
• المعدات؛
• طلاء وتركيبة وقائية لمعالجة الأسطح الخشبية.

ستحتاج في العمل إلى أبسط أداة تكون في متناول اليد دائمًا لمالك المنزل - مكواة لحام، قاطع زجاج، منشار، مفك براغي، فرشاة طلاء، إلخ.

تعليمات التصنيع

لصنع أول بطارية شمسية، من الأفضل استخدام الخلايا الكهروضوئية ذات الخيوط الملحومة بالفعل - وفي هذه الحالة، يتم تقليل خطر تلف الخلايا أثناء التجميع. ومع ذلك، إذا كنت ماهرًا في استخدام مكواة اللحام، فيمكنك توفير بعض المال عن طريق شراء خلايا شمسية ذات نقاط اتصال مفتوحة. لبناء اللوحة التي نظرنا إليها في الأمثلة أعلاه، سوف تحتاج إلى 120 لوحة. وباستخدام نسبة عرض إلى ارتفاع تبلغ حوالي 1:1، ستكون هناك حاجة إلى 15 صفًا من الخلايا الكهروضوئية يتكون كل منها من 8 صفوف. في هذه الحالة، سنكون قادرين على توصيل كل "عمودين" على التوالي، وتوصيل أربع كتل من هذا القبيل بالتوازي. بهذه الطريقة يمكنك تجنب تشابك الأسلاك والحصول على تركيب سلس وجميل.

مخطط الأسلاك الكهربائية لمحطة الطاقة الشمسية المنزلية

إطار

يجب أن يبدأ تجميع الألواح الشمسية دائمًا بتصنيع الهيكل. للقيام بذلك، سنحتاج إلى زوايا من الألومنيوم أو شرائح خشبية لا يزيد ارتفاعها عن 25 مم - وفي هذه الحالة لن تلقي بظلالها على الصفوف الخارجية للخلايا الكهروضوئية. استنادًا إلى أبعاد خلايا السيليكون التي تبلغ 3 × 6 بوصات (7.62 × 15.24 سم)، يجب أن يكون حجم الإطار 125 × 125 سم على الأقل. إذا قررت استخدام نسبة عرض إلى ارتفاع مختلفة (على سبيل المثال، 1:2)، يمكن تعزيز الإطار بشكل أكبر باستخدام العارضة المصنوعة من اللوح في نفس القسم.

يجب تغطية الجانب الخلفي من العلبة بالخشب الرقائقي أو لوحة OSB، ويجب حفر فتحات التهوية في الطرف السفلي من الإطار. ستكون هناك حاجة إلى الاتصال بين التجويف الداخلي للوحة والجو من أجل معادلة الرطوبة - وإلا فلن يكون من الممكن تجنب تعفير الزجاج.

لتصنيع غلاف الألواح الشمسية هو الأنسب مواد بسيطة- شرائح خشبية وخشب رقائقي

يتم قطع لوحة من زجاج شبكي أو زجاج عالي الجودة بدرجة عالية من الشفافية وفقًا للحجم الخارجي للإطار. وفي الحالات القصوى، يمكن استخدام زجاج النوافذ الذي يصل سمكه إلى 4 مم. لتثبيته، يتم إعداد أقواس الزاوية، حيث يتم إجراء الحفر للتثبيت على الإطار. عند استخدام زجاج شبكي، يمكنك عمل ثقوب مباشرة في اللوحة الشفافة - وهذا سوف يبسط عملية التجميع.

لحماية الجسم الخشبي للبطارية الشمسية من الرطوبة والفطريات، يتم تشريبه بمركب مضاد للبكتيريا ومطلي بالطلاء الزيتي.

لسهولة تجميع الجزء الكهربائي، يتم قطع الركيزة من اللوح الليفي أو أي مادة عازلة أخرى وفقًا للحجم الداخلي للإطار. في المستقبل، سيتم تركيب الخلايا الضوئية عليه.

لوحات لحام

قبل البدء في اللحام، يجب عليك "معرفة" مكان الخلايا الكهروضوئية. في حالتنا، سنحتاج إلى 4 صفائف خلايا تحتوي كل منها على 30 لوحة، وسيتم وضعها في خمسة عشر صفًا في العلبة. سيكون التعامل مع مثل هذه السلسلة الطويلة غير مريح، ويزداد خطر تلف الألواح الزجاجية الهشة. سيكون من المنطقي توصيل 5 أجزاء لكل منها، وإكمال التجميع النهائي بعد تركيب الخلايا الكهروضوئية على الركيزة.

من أجل الراحة، يمكن تركيب الخلايا الكهروضوئية على ركيزة غير موصلة مصنوعة من القماش أو الزجاج الزجاجي أو الألواح الليفية

بعد توصيل كل سلسلة، يجب عليك التحقق من وظائفها. للقيام بذلك، يتم وضع كل التجمع تحت مصباح الطاولة. من خلال تسجيل القيم الحالية والجهد، لا يمكنك مراقبة أداء الوحدات فحسب، بل يمكنك أيضًا مقارنة معلماتها.

للحام نستخدم مكواة لحام منخفضة الطاقة (بحد أقصى 40 واط) ولحام جيد منخفض الذوبان. نطبقه بكميات صغيرة على الأجزاء الرصاصية من اللوحات، وبعد ذلك، مع مراعاة قطبية الاتصال، نقوم بتوصيل الأجزاء ببعضها البعض.

عند لحام الخلايا الكهروضوئية، ينبغي توخي الحذر الشديد، لأن هذه الأجزاء هشة للغاية.

بعد جمع السلاسل الفردية، نديرها بظهرها نحو الركيزة ونلصقها على السطح باستخدام مادة مانعة للتسرب من السيليكون. تم تجهيز كل وحدة خلية ضوئية بجهد 15 فولت بصمام ثنائي شوتكي. يسمح هذا الجهاز بتدفق التيار في اتجاه واحد فقط، لذلك لن يسمح للبطاريات بالتفريغ عندما يكون جهد اللوحة الشمسية منخفضًا.

يتم إجراء الاتصال النهائي للسلاسل الفردية من الخلايا الكهروضوئية وفقًا لما ورد أعلاه رسم بياني كهربائي. لهذه الأغراض، يمكنك استخدام حافلة خاصة أو الأسلاك النحاسية الذين تقطعت بهم السبل.

يجب تأمين العناصر المعلقة للبطارية الشمسية باستخدام مادة لاصقة تذوب ساخنة أو براغي ذاتية التنصت.

تجميع اللوحة

يتم وضع الركائز التي تحتوي على خلايا ضوئية عليها في السكن ويتم تثبيتها بمسامير. إذا تم تعزيز الإطار بعضو متقاطع، فسيتم إجراء العديد من الحفر فيه أسلاك التثبيت. يتم تثبيت الكبل الذي يتم إخراجه بشكل آمن على الإطار وملحوم بأطراف التجميع. لتجنب الخلط بين القطبية، من الأفضل استخدام أسلاك ذات لونين، لتوصيل الطرف الأحمر بالبطارية "زائد"، والأزرق بـ "ناقص". يتم تطبيق طبقة مستمرة من مانع التسرب السيليكوني على طول الكفاف العلوي للإطار، ويتم وضع الزجاج فوقه. بعد التثبيت النهائي، يعتبر تجميع البطارية الشمسية مكتملاً.

بعد تثبيت الزجاج الواقي على المادة المانعة للتسرب، يمكن نقل اللوحة إلى موقع التثبيت

تركيب و توصيل بطارية شمسية للمستهلكين

لعدة أسباب، تعد اللوحة الشمسية محلية الصنع جهازًا هشًا إلى حد ما، وبالتالي تتطلب إطارًا داعمًا موثوقًا به. سيكون الخيار المثالي هو التصميم الذي يسمح بتوجيه مصدر الكهرباء المجانية في كلا المستويين، ولكن تعقيد مثل هذا النظام غالبًا ما يكون حجة قوية لصالح نظام مائل بسيط. إنه إطار متحرك يمكن ضبطه بأي زاوية للضوء. يتم عرض أحد الخيارات للإطار المصنوع من عوارض خشبية أدناه. يمكنك استخدام الزوايا المعدنية والأنابيب والإطارات وما إلى ذلك لتصنيعها - كل ما هو في متناول يدك.

رسم إطار البطارية الشمسية

لتوصيل اللوحة الشمسية بالبطاريات، ستحتاج إلى وحدة تحكم بالشحن. سيقوم هذا الجهاز بمراقبة حالة شحن وتفريغ البطاريات، ومراقبة خرج التيار والتحويل إلى مصدر الطاقة الرئيسي في حالة حدوث انخفاض كبير في الجهد. جهاز القوة المطلوبةويمكن شراء الوظائف المطلوبة من نفس منافذ البيع بالتجزئة التي تُباع فيها الخلايا الكهروضوئية. أما بالنسبة لتشغيل المستهلكين المنزليين، فسوف يتطلب ذلك تحويل الجهد المنخفض إلى 220 فولت. ويمكن لجهاز آخر - العاكس - التعامل مع هذا بنجاح. يجب أن يقال أن الصناعة المحلية تنتج أجهزة موثوقةمع خصائص أداء جيدة، لذلك يمكن شراء المحول محليًا - وستكون المكافأة في هذه الحالة بمثابة ضمان "حقيقي".

لن تكون بطارية شمسية واحدة كافية لتزويد منزلك بالطاقة الكاملة - ستحتاج أيضًا إلى بطاريات وجهاز تحكم في الشحن وعاكس

للبيع يمكنك العثور على محولات من نفس القوة، تختلف في السعر عدة مرات. يتم تفسير هذا التشتت من خلال "نقاء" جهد الخرج، وهو شرط ضروري لتشغيل الأجهزة الكهربائية الفردية. تتمتع المحولات ذات الموجة الجيبية النقية بتصميم أكثر تعقيدًا، ونتيجة لذلك، تكلفة أعلى.

فيديو: صنع لوحة شمسية بيديك

يعد بناء محطة طاقة شمسية منزلية مهمة غير تافهة وتتطلب تكاليف مالية ووقتية، بالإضافة إلى الحد الأدنى من المعرفة بالهندسة الكهربائية الأساسية. عند البدء في تجميع اللوحة الشمسية، يجب عليك مراعاة أقصى قدر من الاهتمام والدقة - فقط في هذه الحالة يمكنك الاعتماد على حل ناجح لهذه المشكلة. وأخيرا، أود أن أذكركم أن تلوث الزجاج هو أحد العوامل التي تؤثر على الإنتاجية. تذكر تنظيف سطح اللوحة الشمسية في الوقت المناسب، وإلا فلن تتمكن من العمل بكامل طاقتها.

اليوم من الصعب أن نتصور منزل الأجازةاو حتى داشا صغيرةمن دون كهرباء. ولكن حتى لو كان منزلك متصلاً بشبكة كهرباء مركزية، يمكنك محاولة تقليل تكاليف الكهرباء - ثم في أحد الأيام تفكر في كيفية صنع الألواح الشمسية. يمكنك أيضًا شراء مجمع طاقة شمسية جاهز، لكنه سيكلف أكثر بكثير من جهاز محلي الصنع، كما أن صنعه بنفسك أمر بسيط للغاية.

بطارية محلية الصنع

وفقا للحسابات، في يوم مشمس، يولد متر مربع واحد من الألواح الشمسية حوالي 120 واط من الكهرباء. وبناء على ذلك، تنتج لوحة طولها عشرة أمتار حوالي كيلووات. في منزل إقامة دائمة لعائلة مكونة من 3-4 أشخاص، يتم استهلاك 300-350 كيلووات من الكهرباء شهريًا. لذلك، إذا أصبحت البطارية الشمسية هي المصدر الرئيسي للطاقة، المساحة الكليةيجب أن لا تقل مساحة ماسك الأشعة الشمسية عن 20 مترًا مربعًا.

ما هو المجمع الشمسي وكيف يعمل؟

حسب التصميم، فإن المجمع الشمسي هو مجرد حاوية يتم فيها تثبيت العديد من الألواح الصغيرة والهشة للغاية - الخلايا الشمسية. الكهرباء التي تولدها تعيد شحن البطارية، وهي مصدر الطاقة.

لوحات فوتوغرافية

تأتي اللوحات الفوتوغرافية بأحجام وأشكال مختلفة، ولكن:

• بغض النظر عن الشكل والحجم، فإن العناصر من نفس النوع تولد نفس الجهد؛
• العناصر ذات المساحة الأكبر تولد تيارًا أكبر؛
• يتم حساب قوة المجمع باستخدام صيغة "زمن الجهد المولد للتيار".

وبالتالي، فإن البطارية المصنوعة من خلايا شمسية كبيرة بنفس الجهد ستنتج طاقة تيار أكبر من تلك التي يتم تجميعها من الخلايا الصغيرة، ولكنها ستكون أثقل وأضخم. تسمح البطارية الخلوية الصغيرة بجامع أخف وزنًا. ولكن لكي تحصل على الطاقة المطلوبة يجب أن تكون مساحتها أكبر.

لا تستخدم الخلايا في لوحة شمسية واحدة مقاسات مختلفة. الحد الأقصى للتيار الذي ستحصل عليه منه محدود بتيار أصغر خلية. لن تعمل القطاعات الأكبر بكامل طاقتها.

المواد والأدوات

لتجميع بطارية شمسية في المنزل، تحتاج أولاً إلى لوحات فوتوغرافية. تتضمن مجموعة الخلايا الشمسية (المكونة من 36 و72 عنصرًا)، بالإضافة إلى الألواح نفسها، كل ما تحتاجه للتجميع - الموصلات وقضبان التوصيل وثنائيات شوتكي وعصا اللحام بالحمض. يمكن شراء كل هذه المكونات بشكل منفصل.

قوة هذه البطارية 60 واط. الجهد - 18 فولت. طاقة البطارية المشحونة منها تكفي لعدة ساعات من تشغيل المصابيح والتلفزيون وشواحن الهاتف وما إلى ذلك. لتقليل استهلاك الطاقة، لا تقم بتركيب مصابيح الفلورسنت العادية، ولكن الاقتصادية في المنزل.

يمكنك العثور في المتاجر عبر الإنترنت على ما يسمى بـ "وحدات النوع B". تحتفظ هذه الألواح المرفوضة في الإنتاج الصناعي بجميع خصائصها ولكنها أرخص بكثير. من الأفضل شراء لوحات ذات موصلات ملحومة بالفعل - فعملية لحام الأسلاك هي التي تستغرق معظم الوقت.

الإجراء العام

في الأساس، يعتبر غلاف المجمع الشمسي مجرد صندوق ذو جوانب منخفضة لن يحجب لوحات التصوير الفوتوغرافي عندما تسقط الأشعة بزاوية. يمكن تصنيعه على أساس إطار مصنوع من الألومنيوم (الجزء السفلي عبارة عن لوح من البولي كربونات، زجاج شبكي، وما إلى ذلك)، أو يمكن تصنيعه من الخشب الرقائقي العادي مقاس 10 مم وكتل خشبية.

إطار خشبي لتجميع الطاقة الشمسية

1. على طول المحيط ورقة الخشب الرقائقيالغراء بالإضافة إلى ذلك، قم بربط القضبان بمقطع عرضي 2 سم بمسامير، وهو أكثر ملاءمة لتركيب الألواح ليس في مجموعة واحدة، ولكن في مجموعات مكونة من 18 قطعة. للقيام بذلك، قم بتثبيت شريط فاصل في المنتصف. الصندوق مطلي من الداخل والخارج بطلاء مقاوم للماء.
2. باستخدام لقمة ثقب مقاس 6 مم، قم بحفر فتحات تهوية في الجزء السفلي من العلبة وفي شريط التقسيم. سيمر سلك يربط أجزاء البطارية عبر إحدى الفتحات الموجودة في حاجز التقسيم، ويمكن صنعه مع مراعاة سمك السلك.
3. يتم تجميع "فسيفساء" من شظايا الخلية على ركيزة مصنوعة من أي مادة رقيقة وصلبة وغير موصلة (على سبيل المثال، اللوح) ويتم تركيبها في غلاف. يمكن العثور على مقاطع فيديو حول التجميع الصحيح في بعض المواقع المتخصصة. قبل التجميع، يتم طلاء الركيزة أيضًا على كلا الجانبين.
4. تتم إزالة حزمة الأسلاك المشتركة من البطارية من خلال فتحة في الأسفل أقرب إلى قمتها. لمنعهم من السقوط من السكن، من الأفضل ربط الأسلاك في عقدة وتأمينها بمادة مانعة للتسرب. بعد أن يجف، يمكنك إرفاق اللوحة الواقية العلوية. إذا قمت بتغطية البطارية وعزلها قبل أن يجف السيليكون، فسوف يتكون فيلم على السطح الداخلي للشاشة الواقية من أبخرتها، مما يقلل من شفافية الشاشة.
5. الجانب الأمامي للمجمع النهائي مغطى بزجاج شبكي أو مادة شفافة متينة أخرى. يتطلب كل جزء من الإطار ورقة منفصلة. يتم تثبيتها بمسامير ومعزولة حول المحيط باستخدام مادة مانعة للتسرب من السيليكون.

الركيزة (ورقة اللوح المثقبة)

كيفية إزالة الشمع من لوحات التصوير الفوتوغرافي؟

وبما أن الخلايا الشمسية هشة للغاية، فإن بعض البائعين يملؤونها بالشمع قبل شحنها لحمايتها من الصدمات. قبل البدء في العمل مع هذه اللوحات، يجب تنظيفها. يتم ذلك باستخدام الماء الساخنوحمامات الصابون.

ضع الخلايا الضوئية ماء باردوقم بتسخينها ببطء، دون أن تغلي - عند الغليان، سوف تضرب بعضها البعض. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة أيضًا إلى إتلاف جهات الاتصال. من السهل فصل لوحات الصور الفوتوغرافية باستخدام ملقط بلاستيكي (وليس معدني) وملعقة.

يتم نقل الألواح المنفصلة إلى حاوية ثانية بها ماء وصابون، حيث يتم تنظيفها بعناية من بقايا الشمع. بعد ذلك يتم غسلها نظيفة ماء دافئووضعها على منشفة لتجف. يجب توخي الحذر بشكل خاص عند التعامل مع اللوحات التي تكون الموصلات ملحومة بها بالفعل: عند فصلها، قد تنكسر الموصلات.

تركيب الخلايا الضوئية

يبدأ التثبيت برسم "شبكة" على سطح التركيب وعلى الركيزة. قم بلصق الصلبان البلاستيكية الصغيرة المستخدمة لوضع البلاط في زوايا كل خلية محددة على سطح التثبيت. ثم لن تتحرك اللوحات أثناء التثبيت.

ضع العناصر مع الجانب الخلفي لأعلى على مسافة 3-5 ملم من بعضها البعض. يجب أن تكون لوحات الصور الفوتوغرافية في كل مجموعة مكونة من 18 قطعة متصلة على التوالي. بعد ذلك، للحصول على الجهد المحدد، يتم توصيل المجموعات أيضًا على التوالي. إذا قمت بتوصيل اللوحات ومجموعاتها على التوازي، سيكون التيار أعلى وستكون الطاقة أقل من التوصيل المتسلسل.

الخلايا الكهروضوئية المثبتة على الركيزة

للحام، استخدم مكواة لحام منخفضة الطاقة ولحام قضيب مع قلب الصنوبري. يتم تشحيم نقطة اللحام بقلم رصاص متدفق قبل اللحام. تتميز الألواح الضوئية بأنها رقيقة جدًا وهشة، لذا لا يمكنك الضغط على مكواة اللحام.

يتم لحام مجموعة واحدة معًا في "سلاسل" مكونة من 6 عناصر. نظرًا لأنهما متصلان في سلسلة، يجب تدوير السلسلة الوسطى بعناية بمقدار 180 درجة مقارنة بالسلسلتين الأخريين. إذا قررت ربط السلاسل مع ناقل خاص (سلك مسطح عريض)، فلن تحتاج إلى قلب الصف الأوسط.

مخطط تجميع الخلايا الشمسية (توصيل السلاسل بالحافلة)

لماذا هناك حاجة إلى الثنائيات شوتكي؟

كما ذكرنا سابقًا، تبيع شركة Solar مجموعات، بالإضافة إلى الخلايا الشمسية نفسها ومواد اللحام، بما في ذلك ما يسمى بثنائيات شوتكي (ثنائيات التحويل). ما هي وهل من الضروري تثبيتها؟ ببساطة، تمنع هذه الثنائيات تفريغ البطارية ليلاً وفي الطقس الغائم.

من المفترض أنه من المستحسن لحام مثل هذا الصمام الثنائي في كل خلية، ولكن في الواقع يتم تثبيته على البطارية بأكملها ("ناقص" الصمام الثنائي ملحوم بـ "زائد" البطارية). من الأمثل تثبيت صمام ثنائي شوتكي على كل نصف البطارية الموصوف أعلاه.ثم إذا كان جزء منه في الظل، فإن الجزء الثاني سيستمر في العمل. من الأفضل تركيب الثنائيات الالتفافية داخل البطاريات وليس خارجها - فهي تعمل بكفاءة أكبر في درجات الحرارة المرتفعة.

لصق الألواح

الآن يمكنك لصق سلاسل الألواح على الركيزة. ضع حبة من مانع التسرب السيليكوني في منتصف كل لوحة من اللوحات الستة في السلسلة. اقلب السلسلة وجهًا للأعلى وضعها على العلامات. اضغط برفق حتى "يثبت" مانع التسرب. السلسلة مرنة للغاية، لذا حتى لا تنكسر الأسلاك الرفيعة، فمن الأفضل أن تقلبها معًا.

كن حذرا مع مانع التسرب! قطرة من المادة المانعة للتسرب في وسط اللوحة ستلصقها بقوة على القاعدة. ولكن إذا قمت بتطبيق مادة لاصقة على كامل مساحة اللوحة، فسوف تنكسر مع مرور الوقت. يحدث هذا لأنه عند تسخينها وتبريدها، تتوسع القاعدة والألواح وتتقلص بشكل مختلف.

هناك طريقة أخرى للصق اللوحة الناتجة على الركيزة وهي استخدام شريط تثبيت بوليمر ناعم على الوجهين مثل Rollfix. انها مناسبة للاستخدام على في الهواء الطلق. قطع قطع صغيرة من الشريط، والتي (بنفس طريقة منع التسرب) توضع في وسط اللوحات.

زجاج واقي

كلما كانت المادة الواقية للبطارية الشمسية أكثر شفافية، كلما كان ذلك أفضل. يمكنك استخدام زجاج النوافذ السميك العادي، أو يمكنك المشاركة في نافذة زجاجية مزدوجة قياسية لغطاء الألواح الشمسية. لكن الزجاج يمكن أن ينكسر أثناء عاصفة برد، وتغيير اللوحة الواقية على المجمع أمر صعب للغاية.

أفضل مادة للشاشة الواقية هي زجاج شبكي أو زجاج شبكي. يمكنك تأمين الورقة باستخدام مادة مانعة للتسرب من السيليكون، أو يمكنك استخدام نفس شريط التثبيت Rollfix. يستخدم عمال الزجاج طريقة ذكية للصق الزجاج مما يسمح بلصقه بسرعة وبشكل متساوٍ.

قم بتطبيق شريط التثبيت حول محيط الصندوق، لكن قم بإزالة حافة الحماية فقط من الطبقة اللاصقة العلوية. الآن ضع قطعة من الزجاج أو زجاج شبكي أو زجاج شبكي وارفعها قليلاً واسحبها بالكامل فيلم واقية. سوف تقع الورقة في مكانها. الآن كل ما تبقى هو إغلاق الوصلات بمادة مانعة للتسرب، والبطارية جاهزة.

منذ عقود، ظلت البشرية تبحث عن مصادر طاقة بديلة يمكن أن تحل محل المصادر الموجودة جزئيًا على الأقل. ويبدو أن أكثر الأمور الواعدة اليوم هما اثنان: طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

صحيح أنه لا يمكن لأحد ولا الآخر توفير إنتاج مستمر. ويرجع ذلك إلى تقلبات الرياح والتقلبات الموسمية والطقس اليومي في شدة التدفق الشمسي.

تقدم صناعة الطاقة اليوم ثلاث طرق رئيسية للحصول عليها طاقة كهربائيةولكن جميعها ضارة بالبيئة بشكل أو بآخر:

• صناعة الوقود الطاقة الكهربائية- الأكثر تلويثاً للبيئة، ويصاحبها انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون والسخام والحرارة غير المفيدة إلى الغلاف الجوي، مما يتسبب في انخفاض طبقة الأوزون. كما أن استخراج موارد الوقود يسبب ضرراً كبيراً للبيئة.
• الطاقة الكهرومائيةيرتبط بتغيرات كبيرة جدًا في المناظر الطبيعية، وفيضانات في الأراضي المفيدة، ويسبب أضرارًا لموارد مصايد الأسماك.
• الطاقة النووية- الأكثر صداقة للبيئة من بين الثلاثة، ولكنه يتطلب تكاليف كبيرة جدًا للحفاظ على السلامة. قد يرتبط أي حادث بالتسبب في ضرر طويل الأمد لا يمكن إصلاحه للطبيعة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يتطلب اتخاذ تدابير خاصة للتخلص من نفايات الوقود المستخدم.

بالمعنى الدقيق للكلمة، هناك عدة طرق للحصول على الكهرباء من الإشعاع الشمسي، ولكن معظمها يستخدم تحويله الوسيط إلى طاقة ميكانيكية، وتدوير عمود المولد، وعندها فقط إلى طاقة كهربائية.

توجد محطات توليد الطاقة هذه، وتستخدم محركات احتراق خارجي من نوع "ستيرلنغ"، وتتمتع بكفاءة جيدة، ولكن لديها أيضًا عيبًا كبيرًا: من أجل جمع أكبر قدر ممكن من طاقة الإشعاع الشمسي، من الضروري تصنيع مرايا مكافئة ضخمة مزودة بأنظمة لتتبع الأشعة الشمسية. موضع الشمس.

ولا بد من القول إن هناك حلولاً لتحسين الوضع، لكنها كلها مكلفة للغاية.

هناك طرق تجعل من الممكن تحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى تيار كهربائي. وعلى الرغم من أن ظاهرة التأثير الكهروضوئي في السيلينيوم أشباه الموصلات قد تم اكتشافها بالفعل في عام 1876، إلا أنه في عام 1953 فقط، مع اختراع خلية السيليكون الضوئية، ظهرت الإمكانية الحقيقية لإنشاء خلايا شمسية لتوليد الكهرباء.

في هذا الوقت، كانت هناك نظرية مكنت من شرح خصائص أشباه الموصلات وإنشاء تكنولوجيا عملية لإنتاجها الصناعي. وقد أدى هذا حتى الآن إلى ثورة حقيقية في أشباه الموصلات.

يعتمد تشغيل البطارية الشمسية على التأثير الكهروضوئي لوصلة pn من أشباه الموصلات، وهو في الأساس صمام ثنائي سيليكون عادي. عند الإضاءة، يظهر الجهد الكهروضوئي من 0.5 إلى 0.55 فولت عند أطرافه.

عند استخدام المولدات الكهربائية والبطاريات، من الضروري مراعاة الاختلافات الموجودة بينهما. من خلال توصيل محرك كهربائي ثلاثي الطور بالشبكة المناسبة، يمكنك مضاعفة طاقة خرجه ثلاث مرات.

باتباع بعض التوصيات، وبأقل التكاليف من حيث الموارد والوقت، من الممكن تصنيع جزء الطاقة من محول النبض عالي التردد من أجل الاحتياجات المنزلية. يمكنك دراسة المخططات الهيكلية والدوائرية لمصادر الطاقة هذه.

من الناحية الهيكلية، يتم تصنيع كل عنصر من عناصر البطارية الشمسية على شكل رقاقة سيليكون بمساحة عدة سم2، حيث يتم تشكيل العديد من هذه الثنائيات الضوئية المتصلة بدائرة واحدة. كل لوحة من هذه اللوحات عبارة عن وحدة منفصلة تنتج جهدًا وتيارًا معينًا عند تعرضها لأشعة الشمس.

ومن خلال توصيل هذه الوحدات بالبطارية والجمع بين اتصالها التسلسلي المتوازي، يمكنك الحصول على نطاق واسع من قيم طاقة الخرج.

العيوب الرئيسية للألواح الشمسية:

• تفاوت كبير وعدم انتظام في إنتاج الطاقة حسب الطقس والارتفاع الموسمي للشمس.
• يحد من طاقة البطارية بأكملها إذا كان جزء واحد منها على الأقل مظللاً.
• الاعتماد على اتجاه الشمس في أوقات مختلفة من اليوم. للحد الأقصى الاستخدام الفعالويجب التأكد من أن البطارية موجهة دائمًا لأشعة الشمس.
• فيما يتعلق بما سبق، هناك حاجة إلى تخزين الطاقة. يحدث أكبر استهلاك للطاقة في وقت يكون فيه إنتاجها في حده الأدنى.
• مساحة كبيرة مطلوبة لهيكل ذو طاقة كافية.
• هشاشة تصميم البطارية، والحاجة إلى تنظيف سطحها باستمرار من الأوساخ والثلج وغيرها.
• تعمل الوحدات الشمسية بكفاءة أكبر عند درجة حرارة 25 درجة مئوية. أثناء التشغيل، يتم تسخينها بواسطة الشمس إلى درجة حرارة أعلى بكثير، مما يقلل بشكل كبير من كفاءتها. للحفاظ على الكفاءة المثلى، يجب أن تظل البطارية باردة.

تجدر الإشارة إلى أن تطورات استخدام الخلايا الشمسية أحدث الموادوالتكنولوجيا. يتيح لك ذلك التخلص تدريجيًا من العيوب الكامنة في الألواح الشمسية أو تقليل تأثيرها. وهكذا، فإن كفاءة أحدث الخلايا التي تستخدم الوحدات العضوية والبوليمرية قد وصلت بالفعل إلى 35% وهناك توقعات بوصولها إلى 90%، وهذا يجعل من الممكن الحصول على طاقة أكبر بكثير بنفس أبعاد البطارية، أو مع الحفاظ على كفاءة الطاقة، لتقليل أبعاد البطارية بشكل ملحوظ.

وبالمناسبة، فإن متوسط ​​كفاءة محرك السيارة لا يتجاوز 35%، مما يشير إلى أن الألواح الشمسية فعالة للغاية.

هناك تطورات في العناصر المعتمدة على تقنية النانو والتي تعمل بنفس القدر من الفعالية عند زوايا مختلفة من الضوء الساقط، مما يلغي الحاجة إلى تحديد موضعها.

وهكذا يمكننا اليوم أن نتحدث عن مميزات الألواح الشمسية مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى:

• لا يوجد تحويلات طاقة ميكانيكية أو أجزاء متحركة.
• الحد الأدنى من تكاليف التشغيل.
• المتانة 30 ~ 50 سنة.
• تشغيل هادئ، لا توجد انبعاثات ضارة. الحفاظ على البيئة.
• إمكانية التنقل. يمكن وضع البطارية اللازمة لتشغيل الكمبيوتر المحمول وشحن بطارية مصباح يدوي LED في حقيبة ظهر صغيرة.
• الاستقلال عن وجود مصادر تيار ثابتة. القدرة على إعادة شحن بطاريات الأجهزة الحديثة في الميدان.
• المتساهلة للعوامل الخارجية. يمكن وضع الخلايا الشمسية في أي مكان، وفي أي منظر طبيعي، طالما أنها تتلقى ما يكفي من ضوء الشمس.

وفي المناطق الاستوائية من الأرض، يبلغ متوسط ​​تدفق الطاقة الشمسية في المتوسط ​​1.9 كيلووات/م2. في وسط روسيا يتراوح بين 0.7 إلى 1.0 كيلووات/م2. لا تتجاوز كفاءة خلية السيليكون الكهروضوئية الكلاسيكية 13٪.

كما تظهر البيانات التجريبية، إذا تم توجيه لوحة مستطيلة بمستواها نحو الجنوب، إلى نقطة الحد الأقصى للطاقة الشمسية، فإنها لن تتلقى أكثر من 42٪ من إجمالي التدفق الضوئي بسبب التغيير خلال يوم مشمس مدته 12 ساعة. في زاوية سقوطها.

وهذا يعني أنه مع متوسط ​​تدفق شمسي يبلغ 1 كيلو واط/م2، يمكن الحصول على كفاءة البطارية بنسبة 13% وكفاءتها الإجمالية البالغة 42% خلال 12 ساعة بما لا يزيد عن 1000 × 12 × 0.13 × 0.42 = 622.2 واط ساعة، أو 0.6 كيلو واط ساعة يوميا من 1 م 2. هذا بافتراض يوم مشمس كامل، وفي الطقس الغائم يكون أقل بكثير، وفي أشهر الشتاء يجب تقسيم هذه القيمة على 3 أخرى.

مع الأخذ في الاعتبار خسائر تحويل الجهد، وهي دائرة أتمتة توفر تيار الشحن الأمثل للبطاريات وتحميها من الشحن الزائد، والعناصر الأخرى، يمكن أخذ الرقم 0.5 كيلووات ساعة / م 2 كأساس. باستخدام هذه الطاقة، يمكنك الحفاظ على تيار شحن البطارية 3 أمبير بجهد 13.8 فولت لمدة 12 ساعة.

وهذا يعني أنه لشحن بطارية سيارة مفرغة تمامًا بسعة 60 آه، ستكون هناك حاجة إلى لوحة شمسية بمساحة 2 م 2، و50 آه - حوالي 1.5 م 2.

من أجل الحصول على هذه الطاقة، يمكنك شراء الألواح الجاهزة المنتجة في نطاق الطاقة الكهربائية من 10 إلى 300 واط. على سبيل المثال، لوحة واحدة بقوة 100 واط لمدة 12 ساعة من ضوء النهار، مع مراعاة معامل 42٪، ستوفر 0.5 كيلووات في الساعة.

مثل هذه اللوحة الصينية الصنع المصنوعة من السيليكون أحادي البلورية ذات الخصائص الجيدة جدًا تكلف الآن حوالي 6400 روبل في السوق. أقل فعالية في الشمس المفتوحة، ولكن أداء أفضل في الطقس الغائم، متعدد البلورات - 5000 روبل.

إذا كانت لديك مهارات معينة في تركيب ولحام المعدات الإلكترونية، فيمكنك محاولة تجميع هذه البطارية الشمسية بنفسك. في الوقت نفسه، لا يستحق الاعتماد على ربح كبير للغاية في السعر، بالإضافة إلى ذلك، فإن الألواح النهائية هي جودة المصنع، سواء العناصر نفسها أو تجميعها.

لكن بيع هذه الألواح غير منظم في كل مكان، ويتطلب نقلها شروطًا صارمة للغاية وسيكون مكلفًا للغاية. بالإضافة إلى ذلك، مع الإنتاج الذاتي، يصبح من الممكن، بدءًا من الحجم الصغير، إضافة الوحدات تدريجيًا وزيادة طاقة الإخراج.

اختيار المواد لإنشاء لوحة

تقدم المتاجر الصينية عبر الإنترنت، بالإضافة إلى مزاد eBay، أكبر تشكيلة من العناصر للألواح الشمسية ذاتية الصنع مع أي معلمات.

حتى في الماضي القريب، اشترى العمال المنزليون لوحات تم رفضها أثناء الإنتاج، وكانت تحتوي على رقائق أو عيوب أخرى، ولكنها كانت أرخص بكثير. إنها فعالة جدًا، لكن إنتاجها من الطاقة منخفض قليلاً. ونظراً للانخفاض المستمر في الأسعار، فإن هذا الأمر لا يُنصح به الآن. بعد كل شيء، بخسارة 10% من الطاقة في المتوسط، نفقد أيضًا في منطقة اللوحة الفعالة. نعم و مظهرتبدو البطارية، المكونة من ألواح ذات قطع مكسورة، وكأنها مؤقتة تمامًا.

يمكنك أيضًا شراء مثل هذه الوحدات من المتاجر الروسية عبر الإنترنت، على سبيل المثال، يقدم موقع molotok.ru عناصر متعددة البلورات مع معلمات تشغيل بتدفق ضوئي قدره 1.0 كيلو واط/م2:

• الجهد: الخمول - 0.55 فولت، التشغيل - 0.5 فولت.
• التيار: دائرة قصر - 1.5 أمبير، العمل - 1.2 أمبير.
• قوة التشغيل - 0.62 واط.
• الأبعاد - 52x77 ملم.
• السعر 29 فرك.

نصيحة: من الضروري مراعاة أن العناصر هشة للغاية وقد يتضرر بعضها أثناء النقل، لذا عند الطلب يجب عليك توفير بعض الاحتياطي لكميتها.

صنع بطارية شمسية لمنزلك بيديك

لصنع لوحة شمسية، نحتاج إلى إطار مناسب يمكنك صنعه بنفسك أو التقاط إطار جاهز. أفضل المواد المستخدمة له هي الدورالومين، فهو لا يتعرض للتآكل، ولا يخاف من الرطوبة، ومتين. مع المعالجة والطلاء المناسبين، يكون كل من الفولاذ وحتى الخشب مناسبين للحماية من هطول الأمطار.

نصيحة: لا تجعل اللوحة شديدة أحجام كبيرة: سيكون من غير المناسب تجميع العناصر وتركيبها وصيانتها. بالإضافة إلى ذلك، تتميز الألواح الصغيرة بانحراف منخفض للرياح ويمكن وضعها بشكل أكثر ملاءمة في الزوايا المطلوبة.

نحن نحسب المكونات

دعونا نقرر أبعاد إطارنا. لشحن بطارية حمضية بقوة 12 فولت، يلزم جهد تشغيل لا يقل عن 13.8 فولت، لنأخذ 15 فولت كأساس، وللقيام بذلك، سيتعين علينا توصيل 15 فولت / 0.5 فولت = 30 عنصرًا على التوالي.

نصيحة: يجب توصيل مخرج اللوحة الشمسية بالبطارية من خلال الصمام الثنائي الواقي لتجنب التفريغ الذاتي الوقت المظلمأيام من خلال الخلايا الشمسية. وبالتالي فإن خرج اللوحة لدينا سيكون: 15 فولت – 0.7 فولت = 14.3 فولت.

للحصول على تيار شحن قدره 3.6 أمبير، نحتاج إلى توصيل ثلاث سلاسل من هذا القبيل بالتوازي، أو 30 × 3 = 90 عنصرًا. سيكلفنا 90 × 29 روبل. = 2610 فرك.

نصيحة: يتم توصيل عناصر الألواح الشمسية بالتوازي والتسلسل. ومن الضروري الحفاظ على المساواة في عدد العناصر في كل سلسلة متتالية.

مع هذا التيار يمكننا توفير وضع الشحن القياسي لبطارية فارغة تمامًا بسعة 3.6 × 10 = 36 أمبير.

في الواقع، سيكون هذا الرقم أقل بسبب عدم انتظام ضوء الشمس طوال اليوم. وبالتالي، لشحن بطارية سيارة قياسية بقوة 60 أمبير، سنحتاج إلى توصيل لوحتين من هذا القبيل بالتوازي.

هذه اللوحة يمكن أن توفر لنا الطاقة الكهربائية 90 × 0.62 واط ≈ 56 واط.

أو خلال يوم مشمس مدته 12 ساعة مع مراعاة معامل التصحيح 42% 56 × 12 × 0.42 ≈ 0.28 كيلو وات في الساعة.

دعونا نضع عناصرنا في 6 صفوف من 15 قطعة. لتثبيت جميع العناصر نحتاج إلى سطح:

• الطول - 15 × 52 = 780 ملم.
• العرض - 77 × 6 = 462 ملم.

لاستيعاب جميع اللوحات بحرية، سنأخذ أبعاد الإطار الخاص بنا: 900×500 مم.

نصيحة: إذا كانت هناك إطارات جاهزة بأبعاد أخرى، فيمكنك إعادة حساب عدد العناصر وفقًا للمخططات المذكورة أعلاه، واختيار عناصر ذات أحجام قياسية أخرى، ومحاولة وضعها من خلال الجمع بين طول وعرض الصفوف.

سنحتاج أيضًا إلى:

• مكواة لحام كهربائية 40 وات.
• اللحيم، الصنوبري.
• سلك التثبيت.
• مانع تسرب السيليكون.
• شريط مزدوج.

مراحل التصنيع

لتثبيت اللوحة، من الضروري إعداد مكان عمل مستوي بمساحة كافية مع إمكانية الوصول بسهولة من جميع الجوانب. من الأفضل وضع لوحات العناصر بشكل منفصل على الجانب، حيث سيتم حمايتها من الصدمات والسقوط العرضي. وينبغي أن تؤخذ بعناية، واحدة تلو الأخرى.

تعمل الأجهزة الحالية المتبقية على تحسين سلامة النظام الكهربائي في منزلك عن طريق تقليل احتمالية حدوث صدمات كهربائية وحرائق. مقدمة مفصلة للميزات المميزة أنواع مختلفةسوف تخبرك المفاتيح الحالية المتبقية بالشقق والمنازل.

عند استخدام عداد كهربائي، تنشأ المواقف عندما يحتاج إلى استبداله وإعادة توصيله - يمكنك أن تقرأ عن هذا.

عادةً، لإنتاج لوحة، يتم استخدام طريقة لصق ألواح العناصر الملحومة مسبقًا في دائرة واحدة على ركيزة أساسية مسطحة. نحن نقدم خيارًا آخر:

1. نقوم بإدخاله في الإطار ونربطه جيدًا ونغلق الحواف بالزجاج أو بقطعة من زجاج شبكي.
2. ضعها عليها بالترتيب المناسب، وألصقها شريط مزدوج، لوحات العناصر: الجانب العامل من الزجاج، ويؤدي اللحام إلى الجانب الخلفي من الإطار.
3. من خلال وضع الإطار على الطاولة مع وضع الزجاج لأسفل، يمكننا بسهولة لحام أطراف العناصر. نقوم بتنفيذ التركيبات الكهربائية وفقًا لمخطط الدائرة المحدد.
4. أخيرًا نلصق الألواح الموجودة على الجانب الخلفي بشريط لاصق.
5. نضع نوعًا من وسادة التخميد: صفائح مطاطية، كرتون، لوح ألياف، إلخ.
6. نقوم بإدخال الجدار الخلفي في الإطار ونغلقه.

إذا رغبت في ذلك، بدلا من الجدار الخلفي، يمكنك ملء الإطار الخلفي بنوع من المركب، على سبيل المثال، الايبوكسي. صحيح أن هذا سيقضي على إمكانية تفكيك اللوحة وإصلاحها.

وبطبيعة الحال، فإن بطارية واحدة بقدرة 50 واط لا تكفي لتوفير الطاقة حتى منزل صغير. ولكن بمساعدتها أصبح من الممكن بالفعل تنفيذ الإضاءة باستخدام مصابيح LED الحديثة.

للحصول على حياة مريحة لسكان المدينة، هناك حاجة الآن إلى ما لا يقل عن 4 كيلوواط ساعة من الكهرباء يوميا. للعائلة - حسب عدد أفرادها.

وبالتالي فإن البطارية الشمسية لمنزل خاص لعائلة من ثلاثة أشخاصيجب أن توفر 12 كيلو واط ساعة. إذا كان من المفترض أن يتم تزويد المنزل بالكهرباء فقط من الطاقة الشمسية، فسنحتاج إلى بطارية شمسية بمساحة لا تقل عن 12 كيلو وات ساعة / 0.6 كيلو وات ساعة / م2 = 20 م2.

ويجب تخزين هذه الطاقة في بطاريات بسعة 12 كيلووات ساعة / 12 فولت = 1000 أمبير، أو ما يقرب من 16 بطارية سعة كل منها 60 أمبير.

للتشغيل العادي للبطارية المزودة بلوحة شمسية وحمايتها، يلزم وجود وحدة تحكم بالشحن.

لتحويل 12 فولت تيار مستمر إلى 220 فولت تيار متردد، ستحتاج إلى عاكس. على الرغم من وجود الآن بالفعل كمية كافية من المعدات الكهربائية في السوق لجهد 12 أو 24 فولت.

نصيحة: في شبكات إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض، تعمل التيارات بقيم أعلى بكثير، لذلك عند توصيل الأسلاك إلى معدات قوية، يجب عليك اختيار سلك ذو مقطع عرضي مناسب. يتم تنفيذ الأسلاك للشبكات ذات العاكس وفقًا لدائرة 220 فولت المعتادة.

استخلاص النتائج

مع مراعاة التراكم والاستخدام الرشيد للطاقة، بدأت الأنواع غير التقليدية من الطاقة الكهربائية اليوم في خلق زيادة كبيرة في الحجم الإجمالي لإنتاجها. بل يمكن للمرء أن يجادل بأنهم أصبحوا تقليديين تدريجياً.

مع الأخذ في الاعتبار الانخفاض الكبير مؤخرامستوى استهلاك الطاقة الحديثة الأجهزة المنزلية، واستخدام الموفرة للطاقة تركيبات الإضاءةوزيادة كفاءة الألواح الشمسية للتكنولوجيات الجديدة بشكل كبير، يمكننا القول أنها قادرة بالفعل على توفير الكهرباء لمنزل خاص صغير في البلدان الجنوبية مع كمية كبيرةالأيام المشمسة في السنة.

في روسيا، يمكن استخدامها كمصادر طاقة احتياطية أو إضافية في أنظمة إمداد الطاقة المشتركة، وإذا كان من الممكن زيادة كفاءتها إلى 70٪ على الأقل، فسيكون من الممكن استخدامها كموردين رئيسيين للكهرباء.

فيديو عن كيفية صنع جهاز لتجميع الطاقة الشمسية بنفسك

كثير من الناس مهتمون بكيفية التحول طاقة شمسيةفي الكهرباء. لطالما شغلت مصادر الطاقة البديلة عقول الناس، واليوم أصبح بإمكان الجميع الحصول على الطاقة الشمسية. سنخبرك في المقالة بكيفية صنع لوحات المحولات بنفسك من الوسائل المرتجلة (في المنزل)، وسنقدم لك تعليمات خطوه بخطوهلتجميع الهيكل.

كيف تعمل

مصدر الطاقة البديل هو مولد يعمل على أساس التأثير الكهروضوئي. يسمح لك بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. عندما تسقط الكمات الضوئية على رقائق السيليكون، وهي مكونات البطارية الشمسية، فإنها تؤدي إلى إزاحة الإلكترونات من المدارات الأخيرة لكل ذرة سيليكون. وهكذا يمكنك الحصول على عدد كبير من الإلكترونات الحرة التي تشكل تيارًا كهربائيًا.

قبل البدء في تصنيع الألواح الشمسية، تحتاج إلى تحديد وحدات المحول التي سيتم استخدامها: أحادية أو متعددة البلورات أو غير متبلورة. الأكثر سهولة هي الخيارين الأول والثاني. من أجل اختيار العناصر المناسبة، عليك أن تعرف خصائصها الدقيقة:

1. تعطي الرقائق متعددة البلورات المصنوعة من السيليكون كفاءة منخفضة إلى حد ما - لا تزيد عن 8-9٪. ومع ذلك، لديهم ميزة القدرة على العمل حتى أثناء الطقس الغائم أو الغائم.
2. توفر الألواح أحادية البلورية كفاءة تبلغ حوالي 13-14٪، ومع ذلك، فإن أي غيوم، ناهيك عن الطقس الغائم، يقلل بشكل كبير من قوة البطارية المجمعة من هذه اللوحات.

كلا النوعين من اللوحات مختلفان طويل الأمدالخدمة - من 20 إلى 40 سنة.

عند شراء رقائق السيليكون للتجميع الذاتي، يمكنك أن تأخذ عناصر ذات عيوب طفيفة - ما يسمى بوحدات النوع B. يمكن استبدال بعض مكونات اللوحات، وبالتالي تجميع البطارية مقابل أموال أقل بكثير.

تصميم الألواح الشمسية

عند التخطيط لوضع المحولات، تحتاج إلى اختيار مكان لتثبيته بحيث يقع بزاوية، ويستقبل أشعة الشمس بشكل أو بآخر بشكل عمودي. الطريقة المثالية هي وضع البطاريات بطريقة يمكنك من خلالها ضبط زاوية ميلها. يجب أن تكون موجودة على الجانب الأكثر إضاءة من الموقع، وكلما ارتفع كلما كان ذلك أفضل - على سبيل المثال، على سطح المنزل. ومع ذلك، لا يمكن لجميع الأسطح أن تتحمل وزن البطارية الشمسية الكاملة، لذلك يوصى في بعض الحالات بتركيب حوامل دعم خاصة للمحولات.

يمكن حساب الزاوية المطلوبة التي يجب أن توضع بها البطارية بناءً على الموقع الجغرافي للمنطقة، وكذلك مستوى الانقلاب في المنطقة.

مواد للإنتاج

سوف تحتاج:

• وحدات تحويل من النوع B،
• زوايا من الألومنيوم أو إطارات جاهزة لبطارية مستقبلية،
• طلاء وقائي للوحدات.

يمكنك صنع إطارات الدعم بنفسك باستخدام إطارات الألومنيوم، أو يمكنك شراء إطارات جاهزة بأحجام مختلفة.

قد لا يكون هناك طلاء واقي للألواح الشمسية، ولكن قد يكون:

• زجاج،
• البولي كربونات,
• زجاج شبكي,
• زجاج شبكي.

في الأساس كل شيء الطلاءات الواقيةيمكن استخدامه دون خسائر كبيرة في الطاقة المحولة، ومع ذلك، فإن زجاج شبكي ينقل الأشعة بشكل أسوأ من جميع المواد المدرجة.

تثبيت

يعتمد حجم إطار اللوحة الشمسية على عدد الوحدات التي سيتم استخدامها. عند التخطيط لترتيب العناصر، من الضروري ترك مسافة 3-5 ملم بين الوحدات للتعويض عن التغيرات المحتملة في الحجم بسبب التغيرات في درجات الحرارة.

• بعد حساب البيانات واستلامها الأحجام المطلوبةيمكنك البدء في تثبيت الإطار. إذا كنت تستخدم إطارات جاهزة، فأنت بحاجة فقط إلى تحديد الوحدات التي تملأها بالكامل. تتيح لك زوايا الألومنيوم إنشاء بطارية بأي حجم.
• يتم تجميع الإطار من زوايا الألومنيوم باستخدام السحابات. يتم تطبيق مانع التسرب السيليكوني على الجزء الداخلي من الإطار. يجب أن يتم تطبيقه بعناية، دون فقدان ملليمتر واحد - يعتمد عمر البطارية بشكل مباشر على هذا.
• المقبل، لوحة من المحدد مادة واقية. يوصى بتثبيت المادة بشكل آمن على الإطار باستخدام الأجهزة. للقيام بذلك سوف تحتاج إلى مسامير ومفك البراغي. عند الانتهاء من العمل يجب تنظيف الزجاج أو ما يعادله من الغبار والحطام.
• قد تحتوي الوحدات المشتراة أو لا تحتوي على جهات اتصال ملحومة بالفعل. على أي حال، يوصى بإجراء اللحام من نقطة الصفر، أي ثلاث مرات - لمزيد من الموثوقية - باستخدام حمض اللحام واللحام، أو إجراء اللحام بمكواة لحام.
• يمكن تجميع البطارية الشمسية إما مباشرة على إطار مُجهز، أو أولاً على ورق مقوى مميز. بعد وضع العناصر على الزجاج بالطريقة المطلوبة، تحتاج إلى توصيلها عن طريق اللحام: على جانب واحد، مسارات تحمل التيار، مع علامة زائد؛ من ناحية أخرى - بعلامة الطرح. يجب توجيه جهات اتصال العناصر الأخيرة إلى موصل فضي عريض، يسمى الحافلة.

• بعد اكتمال اللحام، من الضروري التحقق من العمل والقضاء على جميع المشاكل بعناية، والتأكد من أن اللوحة تعمل بشكل صحيح.

ستكون المرحلة النهائية من العمل هي إغلاق الألواح المصنعة باستخدام مادة مانعة للتسرب مرنة خاصة. جميع الوحدات المتصلة مغطاة بالكامل بهذا الخليط. بعد أن يجف تماما، تحتاج إلى تثبيت لوحة ثانية من المواد الواقية، وكذلك وضع المصدر الناتج طاقة بديلةبالزاوية المطلوبة في الموقع المخطط.

فيديو

تعليمات الفيديو الكاملة لصنع بطارية شمسية لمنزلك:

صورة

ومن أجل الاهتمام بالبيئة وتوفير المال، بدأت البشرية في استخدام مصادر الطاقة البديلة، والتي تشمل على وجه الخصوص الألواح الشمسية. شراء مثل هذه المتعة سيكون مكلفا للغاية، لكن صنع هذا الجهاز بيديك ليس بالأمر الصعب. لذلك، لن يضرك أن تتعلم كيفية صنع الألواح الشمسية بنفسك. حول هذا و سنتحدثفي مقالتنا.

البطاريات الشمسية هي أجهزة تولد الكهرباء باستخدام الخلايا الكهروضوئية.

قبل أن نتحدث عن كيفية صنع بطارية شمسية بيديك، عليك أن تفهم هيكل ومبادئ عملها. تشتمل البطارية الشمسية على خلايا ضوئية متصلة على التوالي وعلى التوازي، وبطارية تخزن الكهرباء، وعاكس يقوم بالتحويل العاصمة.إلى متغير ووحدة تحكم تراقب شحن البطارية وتفريغها.

وكقاعدة عامة، تُصنع الخلايا الشمسية من السيليكون، لكن تنقيته باهظة الثمن، لذلك بدأ مؤخرًا استخدام عناصر مثل الإنديوم والنحاس والسيلينيوم.

كل خلية ضوئية هي خلية منفصلة تولد الكهرباء. الخلايا مترابطة وتشكل حقلاً واحدًا تحدد مساحته طاقة البطارية. أي أنه كلما زاد عدد الخلايا الكهروضوئية، زاد توليد الكهرباء.

من أجل جعل لوحة شمسيةبيديك في المنزل، تحتاج إلى فهم جوهر هذه الظاهرة مثل التأثير الكهروضوئي. الخلية الكهروضوئية عبارة عن صفيحة من السيليكون، عندما يضربها الضوء، تطرد إلكترونًا من آخر مستوى طاقة لذرات السيليكون. وتنتج حركة تدفق هذه الإلكترونات تيارًا مباشرًا، والذي يتم تحويله لاحقًا إلى تيار متردد. هذه هي ظاهرة التأثير الكهروضوئي.

مزايا

تتمتع الألواح الشمسية بالمزايا التالية:

• صديق للبيئة؛
• متانة؛
• عملية صامتة
• سهولة التصنيع والتركيب.
• استقلال إمدادات الكهرباء عن شبكة التوزيع؛
• جمود أجزاء الجهاز.
• تكاليف مالية بسيطة؛
• وزن خفيف؛
• العمل بدون محولات ميكانيكية.

أصناف

تنقسم البطاريات الشمسية إلى الأنواع التالية.

السيليكون

السيليكون هو المادة الأكثر شعبية للبطاريات.

تنقسم بطاريات السيليكون أيضًا إلى:

1. أحادية البلورية: تستخدم هذه البطاريات السيليكون النقي جدًا.
2. متعدد البلورات (أرخص من أحادي البلورات): يتم الحصول على الكريستالات المتعددة عن طريق تبريد السيليكون تدريجياً.

فيلم

وتنقسم هذه البطاريات إلى الأنواع التالية:

1. يعتمد على تيلوريد الكادميوم (كفاءة 10%): يتمتع الكادميوم بمعامل امتصاص عالي للضوء، مما يسمح باستخدامه في إنتاج البطاريات.
2. يعتمد على سيلينيد النحاس - الإنديوم: كفاءة أعلى من سابقاتها.
3. البوليمر.

بدأ تصنيع البطاريات الشمسية من البوليمرات مؤخرًا نسبيًا، وعادةً ما يتم استخدام الفوريلين والبولي فينيلين وما إلى ذلك، وأغشية البوليمر رقيقة جدًا، حوالي 100 نانومتر. على الرغم من كفاءة 5٪، فإن بطاريات البوليمر لها مزاياها: انخفاض تكلفة المواد، والود البيئي، والمرونة.

عديم الشكل

كفاءة البطاريات غير المتبلورة 5%. تصنع هذه الألواح من السيلاني (سيليكون الهيدروجين) وفقًا لمبدأ بطاريات الأفلام، لذلك يمكن تصنيفها على أنها سيليكون وفيلم. تتميز البطاريات غير المتبلورة بالمرونة، وتولد الكهرباء حتى في الأحوال الجوية السيئة، وتمتص الضوء بشكل أفضل من الألواح الأخرى.

مواد

لتصنيع بطارية شمسية ستحتاج إلى المواد التالية:

• الخلايا الضوئية.
• زوايا الألومنيوم
• الثنائيات شوتكي.
• مانعات التسرب السيليكونية؛
• الموصلات.
• مسامير التثبيت والأجهزة؛
• ورقة البولي / زجاج شبكي.
• معدات لحام.

هذه المواد مطلوبة من أجل صنع بطارية شمسية بيديك.

اختيار الخلايا الضوئية

لصنع بطارية شمسية لمنزلك بيديك، عليك اختيار الخلايا الكهروضوئية المناسبة. وتنقسم الأخيرة إلى أحادية البلورية ومتعددة البلورات وغير متبلورة.

وتبلغ كفاءة الأولى 13%، لكن هذه الخلايا الضوئية غير فعالة في الأحوال الجوية السيئة وتظهر على شكل مربعات زرقاء لامعة. الخلايا الشمسية متعددة البلورات قادرة على توليد الكهرباء حتى في الأحوال الجوية السيئة، على الرغم من أن كفاءتها لا تتجاوز 9٪، وهي أغمق في المظهر من الخلايا أحادية البلورة ومقطوعة عند الحواف. الخلايا الكهروضوئية غير المتبلورة مصنوعة من السيليكون المرن كفاءتها 10% ولا يعتمد أدائها على احوال الطقسلكن إنتاج مثل هذه الخلايا مكلف للغاية، لذا نادرًا ما يتم استخدامها.

إذا كنت تخطط لاستخدام الكهرباء المولدة من الخلايا الكهروضوئية في منزلك، فننصحك بتجميع بطارية شمسية بيديك من الخلايا متعددة البلورات، لأن كفاءتها كافية لأغراضك.

يجب عليك شراء خلايا ضوئية من نفس العلامة التجارية، نظرًا لأن الخلايا الكهروضوئية من عدة علامات تجارية يمكن أن تكون مختلفة تمامًا - وهذا يمكن أن يسبب مشاكل في تجميع البطارية وعملها. ويجب أن نتذكر أن كمية الطاقة التي تنتجها الخلية تتناسب طرديًا مع حجمها، أي أنه كلما زاد حجم الخلية الكهروضوئية، زادت كمية الكهرباء التي تنتجها؛ يعتمد جهد الخلية على نوعها وليس على حجمها.

يتم تحديد كمية التيار الناتج من خلال أبعاد أصغر خلية كهروضوئية، لذا يجب عليك شراء خلايا كهروضوئية من نفس الحجم. بالطبع لا يجب عليك شراء منتجات رخيصة الثمن، لأن هذا يعني أنها لم يتم اختبارها. يجب عليك أيضًا عدم شراء الخلايا الكهروضوئية المطلية بالشمع (يقوم العديد من الشركات المصنعة بتغطية الخلايا الكهروضوئية بالشمع لحماية المنتجات أثناء النقل): يمكن أن تؤدي إزالتها إلى إتلاف الخلية الكهروضوئية.

الحسابات والمشروع

إن تركيب لوحة شمسية بيديك ليس بالمهمة الصعبة، والشيء الرئيسي هو التعامل معها بمسؤولية. لصنع لوحة شمسية بيديك، يجب عليك حساب استهلاك الكهرباء اليومي، ثم معرفة متوسط ​​وقت الطاقة الشمسية اليومي في منطقتك وحساب الطاقة المطلوبة. وبالتالي، سوف يصبح من الواضح عدد الخلايا والحجم الذي تحتاج إلى شرائه. بعد كل شيء، كما ذكر أعلاه، يعتمد التيار الناتج عن الخلية على أبعادها.

بمعرفة الحجم المطلوب للخلايا وعددها، تحتاج إلى حساب أبعاد ووزن اللوحة، وبعد ذلك تحتاج إلى معرفة ما إذا كان السقف أو أي مكان آخر تخطط لتثبيت البطارية الشمسية فيه سيدعم الهيكل المخطط.

عند تثبيت اللوحة، لا ينبغي عليك اختيار المكان المشمس فحسب، بل حاول أيضًا تثبيتها بزوايا قائمة لأشعة الشمس.

مراحل العمل

إطار

قبل البدء في صنع لوحة شمسية بيديك، تحتاج إلى بناء إطار لها. يحمي البطارية من التلف والرطوبة والغبار.

يتم تجميع الجسم من مادة مقاومة للرطوبة: الخشب الرقائقي المطلي بعامل طارد للرطوبة، أو زوايا الألومنيوم التي يتم لصقها على زجاج شبكي أو بولي كربونات بمادة مانعة للتسرب من السيليكون.

في هذه الحالة، من الضروري الحفاظ على المسافات البادئة بين العناصر (3-4 ملم)، لأنه من الضروري أن تأخذ بعين الاعتبار توسع المادة مع زيادة درجة الحرارة.

عناصر اللحام

يتم وضع الخلايا الكهروضوئية على الجانب الأمامي من السطح الشفاف، بحيث تكون المسافة بينها من جميع الجوانب 5 ملم: ويؤخذ في الاعتبار التمدد المحتمل للخلايا الكهروضوئية مع ارتفاع درجة الحرارة.

المحولات ذات القطبين ثابتة: إيجابية وسلبية. إذا كنت ترغب في زيادة الجهد، قم بتوصيل العناصر على التوالي، إذا كان التيار - بالتوازي.

لتجنب تفريغ البطارية ليلا، في دائرة واحدة تتكون من الكل التفاصيل الضرورية، قم بتشغيل الصمام الثنائي شوتكي، وربطه بالموصل الإيجابي. ثم يتم لحام جميع العناصر معًا.

حَشد

يتم وضع المحولات الملحومة في الإطار النهائي، ويتم تطبيق السيليكون على الخلايا الكهروضوئية - كل هذا مغطى بطبقة من اللوح الليفي، ومغلق بغطاء، ويتم معالجة مفاصل الأجزاء بمادة مانعة للتسرب.

حتى أحد سكان المدينة يمكنه صنع لوحة شمسية ووضعها على الشرفة بيديه. من المستحسن أن تكون الشرفة مزججة ومعزولة.
لذلك اكتشفنا كيفية صنع بطارية شمسية في المنزل، واتضح أن الأمر ليس بالأمر الصعب على الإطلاق.

أفكار من المواد الخردة

يمكنك صنع بطارية شمسية بيديك من المواد المرتجلة. دعونا نلقي نظرة على الخيارات الأكثر شعبية.

سوف يفاجأ الكثيرون عندما يعلمون أنه يمكن استخدام الرقائق المعدنية لصنع بطارية شمسية بيديك. في الواقع، هذا ليس مفاجئا، لأن احباط يزيد من انعكاس المواد. على سبيل المثال، للحد من ارتفاع درجة حرارة الألواح، يتم وضعها على احباط.

كيفية صنع لوحة شمسية من احباط؟

سنحتاج إلى:

• 2 "التماسيح"؛
• رقائق النحاس؛
• المقياس المتعدد؛
• ملح؛
• زجاجة بلاستيكية فارغة بدون رقبة؛
• فرن كهربائي؛
• تدريبات.

بعد تنظيف الصفيحة النحاسية وغسل يديك، قم بقطع قطعة من الفويل، ثم ضعها على موقد كهربائي ساخن، وقم بتسخينها لمدة نصف ساعة، مع ملاحظة اسودادها، ثم قم بإزالة الفويل من الموقد، واتركها تبرد وانظر كيف تصبح القطع تقشر من الورقة. بعد التسخين، يختفي فيلم الأكسيد، لذلك يمكن إزالة الأكسيد الأسود بعناية بالماء.

ثم يتم قطع قطعة ثانية من الرقائق بنفس حجم القطعة الأولى، ويتم طي الجزأين وخفضهما في الزجاجة بحيث لا تكون هناك فرصة للتلامس.

يمكن أيضًا استخدام الرقائق للتدفئة. للقيام بذلك، تحتاج إلى سحبه إلى الإطار، والذي تحتاج بعد ذلك إلى توصيل الخراطيم المتصلة، على سبيل المثال، بعلبة سقي بالماء.

لذلك تعلمنا كيفية صنع لوح شمسي لمنزلك من ورق الفويل بنفسك.

لدى العديد من الأشخاص ترانزستورات قديمة في المنزل، لكن لا يعلم الجميع أنها مناسبة تمامًا لصنع بطارية شمسية للحديقة بيديك. الخلية الكهروضوئية في هذه الحالة عبارة عن رقاقة شبه موصلة موجودة داخل الترانزستور. كيف تصنع بطارية شمسية من الترانزستورات بيديك؟ تحتاج أولاً إلى فتح الترانزستور، ويكفي قطع الغطاء عنه، حتى نرى اللوحة: وهي صغيرة الحجم، وهو ما يفسر انخفاض كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من الترانزستورات.

القادمة تحتاج إلى التحقق من الترانزستور. للقيام بذلك، نستخدم مقياس متعدد: نقوم بتوصيل الجهاز بالترانزستور مع تقاطع P-N مضاء جيدًا وقياس التيار، يجب أن يسجل المتر المتعدد التيار من بضعة كسور من الملي أمبير إلى 1 أو أكثر بقليل؛ بعد ذلك، قم بتبديل الجهاز إلى وضع قياس الجهد، حيث يجب أن يخرج المقياس المتعدد أعشار فولت.

نضع الترانزستورات التي اجتازت الاختبار داخل غلاف، على سبيل المثال، صفائح بلاستيكية، ونلحمها. يمكنك صنع مثل هذه البطارية الشمسية بيديك في المنزل واستخدامها لشحن البطاريات وأجهزة الراديو منخفضة الطاقة.

الثنائيات القديمة مناسبة أيضًا لتجميع البطاريات. إن صنع بطارية شمسية بيديك من الثنائيات ليس بالأمر الصعب على الإطلاق. تحتاج إلى فتح الدايود، وكشف البلورة، وهي عبارة عن خلية ضوئية، ثم تسخين الدايود لمدة 20 ثانية على موقد الغاز، وعندما يذوب اللحام، قم بإزالة البلورة. كل ما تبقى هو لحام البلورات التي تمت إزالتها بالجسم.

قوة هذه البطاريات صغيرة، لكنها كافية لتشغيل المصابيح الصغيرة.

قد يبدو خيار صنع بطارية شمسية بيديك من مواد مرتجلة غريبًا جدًا بالنسبة لمعظم الناس، لكن صنع بطارية شمسية بيديك من علب البيرة أمر بسيط ورخيص.

سنصنع الجسم من الخشب الرقائقي، الذي سنضع عليه البولي كربونات أو زجاج شبكي، على السطح الخلفي للخشب الرقائقي، سنصلح البلاستيك الرغوي أو الصوف الزجاجي للعزل. ستكون علب الألمنيوم بمثابة خلايا ضوئية. من المهم اختيار علب الألمنيوم، لأن الألومنيوم أقل عرضة للتآكل من الحديد، على سبيل المثال، ولديه نقل أفضل للحرارة.

بعد ذلك، يتم عمل ثقوب في الجزء السفلي من العلب، ويتم قطع الغطاء، ويتم طي العناصر غير الضرورية لضمان دوران الهواء بشكل أفضل. ثم تحتاج إلى تنظيف الجرار من الشحوم والأوساخ باستخدام منتجات خاصة خالية من الأحماض. بعد ذلك، تحتاج إلى إغلاق البرطمانات معًا بإحكام: باستخدام هلام السيليكون الذي يمكنه الصمود درجات حرارة عاليةأو مكواة لحام. تأكد من تجفيف العلب الملصقة جيدًا في وضع ثابت.

بعد أن نعلق العلب على الجسم، نرسمها باللون الأسود ونغطي الهيكل بزجاج شبكي أو بولي كربونات. هذه البطارية قادرة على تسخين الماء أو الهواء ومن ثم إمداده إلى الغرفة.

لقد بحثنا في خيارات حول كيفية صنع لوحة شمسية بيديك. نأمل ألا يكون لديك الآن سؤال حول كيفية صنع بطارية شمسية.

فيديو

كيفية صنع الألواح الشمسية بيديك - فيديو تعليمي.