Сборка солнечных элементов своими руками

Многие считают, что современная солнечная батарея – очень сложное изделие и сделать его самостоятельно не получится. На самом деле это не совсем так, конечно, определенные усилия все же потребуются, но на самом деле процесс не столь трудоемок, как может показаться. Главная трудность, которая ожидает при изготовлении – как собрать солнечные элементы своими руками.

Дело в том, что работа с фотоячейками требует определенных навыков и умений, прежде всего касающихся пайки и бережного обращения с хрупкими элементами. И, разумеется, понадобится соответствующее паяльное оборудование, рассчитанное на пайку тонких проводников. Естественно, изготовить в домашних условиях кремниевые моно- и полипластины не получится, а вот воспользоваться промышленными заготовками вполне можно.

Многие считают, что современная солнечная батарея – очень сложное изделие и сделать его самостоятельно не получится. На самом деле это не совсем так, конечно, определенные усилия все же потребуются, но на самом деле процесс не столь трудоемок, как может показаться. Главная трудность, которая ожидает при изготовлении – как собрать солнечные элементы своими руками.

Дело в том, что работа с фотоячейками требует определенных навыков и умений, прежде всего касающихся пайки и бережного обращения с хрупкими элементами. И, разумеется, понадобится соответствующее паяльное оборудование, рассчитанное на пайку тонких проводников. Естественно, изготовить в домашних условиях кремниевые моно- и полипластины не получится, а вот воспользоваться промышленными заготовками вполне можно.

Выбор фотоячеек

Выбор нужных фотоячеек – первый этап самостоятельной сборки солнечных элементов. Можно использовать и поли- и моноячейки кремния, главное – учитывать их производительность и особенности работы. КПД моноячеек несколько выше, а полиячейки меньше теряют в энерговыработке при пасмурной погоде.

Также нужно обратить внимание на класс солнечных элементов. Существует 4 класса (A, B, C и D), A-класс – это ячейки высшего качества без малейших дефектов, именно они используются в солнечных батареях солидных производителей. Рабочие характеристики таких элементов (КПД, толеранс, неподверженность старению и т.д.) лучше, но и стоимость их гораздо выше.

Нередко для самостоятельного изготовления выбирают солнечные элементы B-класса. Это ячейки, отбракованные при первоклассном промышленном производстве, для которых допустимы минимальные структурные дефекты. Их рабочие параметры, естественно, несколько ниже, чем у A-класса, но и стоят они существенно дешевле. Кстати, многие небольшие фирмы-изготовители готовых солнечных батарей (выступающие в роли обычных сборщиков) используют в своих изделиях именно такие фотоэлементы. Этим зачастую и объясняется пониженная эффективность покупных батарей.

Приобрести нужные фотоэлементы для самостоятельной сборки можно и на крупных интернет-порталах типа Ebay, и в специализированных магазинах. Причем в последних можно купить не только сами солнечные элементы, но и все необходимое для дальнейшей сборки, от соединительных проводников до корпусных рам и закаленного лицевого стекла.

Готовые наборы

Чтобы собрать солнечные элементы своими руками, одних фотоячеек недостаточно. Ведь фотоячейки должны быть соединены между собой по электрической схеме, а для этого потребуются соответствующие проводники (посеребренные) и некоторые дополнительные элементы (запирающие диоды и коммутационные клеммы). Именно поэтому многие производители стали предлагать готовые наборы (в частности, на Ebay можно найти набор Solar Cells), в которых уже собрано все необходимое.

Такой комплект включает в себя 36 или 72 солнечных элемента, соединительные проводники и шины, диоды Шоттки (их включают в схему для предотвращения обратного разряда батареи при затемнениях) и карандаш с паяльной кислотой.

В некоторых наборах проводники уже припаяны к фотоячейкам. В этом случае их останется лишь выложить согласно схеме на корпусе батареи и спаять между собой. Это очень удобный вариант, поскольку солнечные элементы довольно хрупкие и припаять к ним тонкие проводники без повреждений может быть весьма сложно, особенно для неопытных паяльщиков. Более того, подобные фотоячейки нередко имеют дополнительную защиту в виде ламинирующего слоя. Он надежно защищает их от повреждений при транспортировке и установке.

Пайка

Если же элементы и проводники приобретены отдельно, то действия по сборке солнечных элементов своими руками таковы:

• Нарезать заготовки проводников требуемой длины (удобнее это делать по картонному шаблону);
• Осторожно наложить проводник на фотоэлемент;
• Нанести на область припаивания кислоту и припой (для удобства другой конец проводника можно прижать тяжелым предметом, чтобы избежать его смещения);
• Тщательно напаять проводничок (ни в коем случае нельзя нажимать на фотоячейку, так как она очень хрупкая и легко может треснуть).

Это очень кропотливый процесс, вполне возможно, что с первого раза добиться нужного результата не получится, тогда пайку придется повторить. Согласно нормам, серебряное напыление проводников рассчитано на 3 цикла пайки в допустимом температурном диапазоне, на деле же оно разрушается достаточно быстро. Чаще всего это происходит из-за паяльных аппаратов нерегулируемой мощности, их рабочая температура слишком высока для кремниевых контактов.

Даже если производитель утверждал, что на соединителях имеется припой, его лучше нанести дополнительно. Еще один важный момент – нельзя складывать солнечные элементы в стопки, так как от общей массы нижние фотоячейки могут треснуть.

Финишная сборка

Когда все 36 (или 72, в зависимости от требуемых параметров) солнечных элемента снабжены проводниками, можно приступать к финальной сборке.

Выполняется она следующим образом:

• Выложить элементы с проводниками на стеклянную поверхность (внутреннюю сторону заранее закрепленного в раме корпуса закаленного стекла). Между фотоячейками необходимо оставить расстояние в 3-5 мм, это позволит им свободно расширяться/сжиматься без ущерба для соединений. Элементы должны быть выложены ровными рядами, можно даже нанести на стекло соответствующую точечную разметку.
• Спаять фотоячейки согласно электрической схеме. При этом «плюсовые» дорожки проводников размещаются на лицевых сторонах ячеек, «минусовые», соответственно, на тыльных. Также нужно установить элемент VD1 – запирающий диод Шоттки. Клемма монтируется с внешней стороны корпусной рамы.
• Вывести контакты крайних элементов на шины, которые нужно проложить вдоль боковых сторон. Для шин используются более широкие проводники того же типа (они входят во многие наборы, например, в Solar Cells). Но токовыводы можно сделать и из акустических кабелей в силиконовой изоляции. Естественно, их надо тщательно зафиксировать (лучше – силиконом).

На приведенной схеме отображено соединение солнечных элементов при помощи общей шины. Также можно использовать последовательное соединение (в этом случае 2-й и 4-й ряды фотоячеек нужно повернуть на 180˚ относительно 1-го) или соединение «со средней точкой». Это более рациональный вариант, позволяющий поставить дополнительные запирающие диоды (каждый для своей половины солнечной батареи). Это позволит избежать обратных разрядов даже при частичных затенениях

Герметизация

Герметизация изделия – финальный этап сборки солнечных элементов. Однако прежде чем приступить к этому процессу необходимо проверить качество пайки. Для этого с помощью мультиметра проверить рабочие показатели силы тока и выходной мощности собранной панели. Проводить такое тестирование можно как на финальном этапе (целиком), так и после пайки каждой функциональной группы ячеек.

Для герметизации можно использовать высокоэластичный силиконовый герметик. Сначала им обрабатывают места стыков элементов, затем наносят сплошной слой на всю поверхность панели. Удобнее всего на этом этапе наносить герметик кисточкой, но делать это надо лишь после того, как «схватится» смесь на стыках, иначе ячейки сдвинуться. После полного высыхания состава панель закрывается нижней крышкой.