Сделай сам. Солнечная батарея своими руками

В то время как в Беларуси все больше и больше говорится об энергосбережении, субсидируемые тарифы на электроэнергию для населения далеки еще от уровня, при котором широкое использование альтернативной энергетики станет рентабельным. Солнечные модули и ветроустановки пока еще слишком дороги, чтобы получать с их помощью энергию для индивидуального потребления. Тем не менее альтернативная энергетика постепенно развивается и занимает свою нишу, позволяя экономить деньги.

В качестве примера можно привести недавно появившиеся на трассе "Брест – Москва" знаки, предупреждающие о пешеходном переходе. Они оборудованы светодиодной подсветкой, видной издалека. Над знаком установлен солнечный модуль, заряжающий в дневное время аккумулятор, который, в свою очередь, отдает энергию ночью.


Альтернативная энергетика выгодна там, где невозможно или очень дорого провести обыкновенную электролинию. В вышеописанном случае тянуть электричество к знаку перехода пришлось бы на многие километры, потратив при этом десятки миллионов рублей, в то время как солнечный модуль обошелся в несколько сотен долларов. Таких примеров можно привести множество: в южных странах уже появляются базовые станции сотовой связи на солнечных батареях, рекламные щиты с подсветкой и даже светодиодные фонари дорожного освещения.

Своими руками

У автора давно назрела необходимость в автономном источнике питания. Летом, выезжая на природу на пикник, хорошо иметь с собой прохладные напитки и свежие продукты. Для этих целей в свое время был куплен автохолодильник, который подключается к прикуривателю автомобиля. В дороге, когда вокруг жара, в холодильнике всегда прохладно, и продукты доезжают к пикнику свежими и охлажденными. Но дальше возникали проблемы: включенным в машине холодильник надолго не оставишь – потребляя энергию, как автомобильная фара, он быстро посадит аккумулятор. В общем, к середине жаркого дня от холода не оставалось и следа.

Солнечная батарея как нельзя лучше должна подойти для вышеописанного случая. Ведь выезды на пикники происходят обычно в солнечную погоду, и отдача от солнечной батареи должна быть максимальной. Вот так возникла идея с помощью солнца получать холод.

Готовые солнечные модули, к сожалению, все еще очень дороги. Судя по паспорту, автохолодильник потребляет 48 ватт, и нужный по мощности модуль будет стоить никак не меньше 300 долларов. Это в России. В Беларуси такая диковинка будет стоить еще больше. Дороговато для пикника.

Выход был найден на блоге одного американского умельца, который для своей экспериментальной установки самостоятельно собрал солнечную батарею из некондиционных модулей. Такие в бесчисленном множестве продаются на известном аукционе eBay с пометкой "DIY" (что расшифровывается как Do It Yourself, "сделай сам"). Для поиска предложений достаточно ввести словосочетание "solar cells". Обычно продаются плохо порезанные некондиционные модули с неровными кромками (sharpen edges). Качество модуля от этого сильно не страдает, и их вполне можно использовать для построения своей батареи.

Для сборки стандартной батареи мощностью 50 ватт обычно используют 36 модулей размером 3x6 дюймов с КПД 11%. Каждый модуль вырабатывает 0,5 вольт, ток – около 3 ампер. Соединяя модули последовательно, можно получить батарею мощностью около 50 ватт (напряжение при этом будет 18 вольт, а ток – до 3 ампер). Почему 18 вольт? Потому что это наилучшее напряжение для зарядки стандартных 12-вольтовых аккумуляторов. Ведь солнечная батарея обычно работает в связке с аккумулятором, который накапливает вырабатываемую энергию, позволяя расходовать ее, когда это нужно потребителю.

В нашем же случае мы можем обойтись и без аккумулятора, так как потреблять энергию мы будем днем, в солнечную погоду, непосредственно от солнечной батареи. Преобразователь на 12 вольт нам тоже не нужен, потому как автохолодильник не критичен к уровню напряжения и его стабильности. Более того, автохолодильник создаст такую нагрузку, что напряжение "просядет" до нормативных 12 вольт. Или даже ниже. Как показывают дальнейшие опыты, такие предположения оправданны.


Итак, необходимые 36 модулей были куплены на eBay с помощью банковской карты за 48,9 доллара (без торга, по "Buy It Now"). Доставка из США обошлась в 17,64 доллара. Хочу заметить, что за посылки стоимостью более 120 евро (включая стоимость доставки) придется платить таможенную пошлину. Поэтому не стоит заказывать много элементов сразу. При доставке выбирайте USPS – это почтовая служба США. Доставка экспресс-службами DHL, UPS и прочими будет стоить дороже, к тому же придется платить пошлину.

Посылка пришла на удивление быстро. Меньше чем за две недели. Модули, несмотря на их хрупкость, оказались целыми – видимо, благодаря хорошей упаковке. Более того, продавец положил два запасных, на всякий… Забегая вперед, скажу, что они оказались не лишними. Модули действительно очень хрупкие. Достаточно неаккуратно нажать пальцем, и модуль разлетается на мелкие осколки, как кусочек слюды. В итоге два модуля по неосторожности расколол при монтаже.

Сначала на ровном столе спаял 4 цепочки по 9 модулей. Затем начал их монтировать. На заводах солнечные модули монтируют твердую поверхность, закрывая сверху специальным каленым стеклом. В дождь с градом панель использовать не собираюсь, поэтому из подручных материалов подойдет и оргстекло. В качестве подложки использовал обыкновенную фанеру. Вырезав куски 66 на 77 см, с помощью строительного скотча прикрепил все 4 цепочки модулей к оргстеклу. Далее спаял все 4 цепочки между собой, прикрепил колодку с винтиками, выведя туда провода.

По краям оргстекла был проложен вспененный двухсторонний двухмиллиметровый скотч. То же самое было сделано и в промежутках между цепочками. Сверху накрыл все фанерой. Получился такой "пирог": фанера, воздух, модули, оргстекло. Толстый скотч не дает соприкасаться фанере и оргстеклу, сохраняя пространство для хрупких модулей. Ведь их очень легко раздавить.

Вот что получилось:


В следующие же выходные выехали на Вилейку на тестирование. День был не самый удачный. По России гудели пожары, а у нас была легкая дымка, изредка скрывающая солнце пеленой так, что на него можно было смотреть. Тем не менее батарея показала неплохие результаты.

Для тестирования в качестве нагрузки был использован холодильник, потребляющий автомобильные 12 вольт, 4 ампера. Замерялось напряжение, выдаваемое батареей при подключенном холодильнике, и его потребляемый ток:

Ясная солнечная погода	10 вольт, 3 ампера
Легкая дымка	8 вольт, 2,2-2,7 ампер
Солнце за тучей (теней уже не видно)	5 вольт, 1 ампер

Как видно, мощность батареи не достигла заявленных идеальных 50 ватт. Этого и стоило ожидать. Все-таки у нас не Сахара, солнце не такое сильное. Также стоит учесть некондиционность модулей и покрытие из примитивного оргстекла.

Однако даже когда скрывалось солнце и тень сливалась с окружающим фоном, холодильник продолжал работать, выдавая холод. Все продукты оставались холодными целый день. Цель достигнута!

Если у вас частный дом

…то об альтернативных источниках энергии можно задуматься уже сейчас.

Первое, с чего нужно начать, – это меры по энергосбережению. Экономичные лампочки, утепление стен, хорошие стеклопакеты, вентиляция с рекуперацией тепла... Неразумно обвешивать дом дорогими солнечными батареями, для того чтобы "раскочегарить" старую "лампочку Ильича" с КПД 5%.


Солнечная энергия – неисчерпаемый источник энергии. Именно она летом "обогревает" нашу половину земного шарика, принося гигантское количество энергии. Считается, что в солнечный день на один квадратный метр поверхности попадает более 1000 ватт солнечной энергии. Если всю ее суметь преобразовать, то за пару минут можно вскипятить литр воды (сравните, мощность одного чайника обычно составляет 2000 ватт).

На практике КПД распространенных солнечных элементов составляет около 20%. То есть с 1 квадратного метра батареи вы получите около 200 ватт электрической энергии. Возьмите среднюю стоимость батареи такой площади, умножьте на количество нужных вам ватт. Добавьте сюда хитрую электронику (стоимостью в тысячи долларов), которая позволяет накапливать энергию либо отдавать излишки во внешнюю сеть… Сделайте поправку на количество ясных дней в Беларуси (их около 30-40 в год). И поймете, что сэкономить на электричестве, используя солнечные батареи, вам не удастся. Разве что питать "халявной" энергией некритичные источники: светодиодные светильники на лужайке в саду.

Для отопления дома и подогрева горячей воды есть другие, более эффективные способы. Солнечные коллекторы. Их все больше и больше устанавливают в Европе. КПД вакуумных солнечных коллекторов (а именно такие лучше всего использовать в наших условиях) достигает 80%. По свидетельству пользователей, в минских условиях, в летнее время и в межсезонье, в частных домах удается забыть о подогреве горячей воды с помощью традиционных видов топлива. Принцип работы вакуумного коллектора заключается в том, что солнце через прозрачную колбу с разреженным воздухом нагревает трубку с жидкостью-теплоносителем. Поскольку трубка с горячей жидкостью отделена от окружающей среды, потерь тепла не происходит. Такие коллекторы могут работать даже в солнечный зимний день.

Солнечные перспективы

Для того чтобы оценить перспективы развития солнечной энергетики в Беларуси, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Какую нишу может занять солнечная энергетика?
2. Каковы перспективы развития солнечных технологий?

Как было показано выше, уже сейчас имеет смысл использовать солнечные батареи в местах, удаленных от линий электропередач и не критичных к постоянному наличию электроэнергии. Со временем солнце может занять свою нишу и в большой энергетике. На данный момент основными генерирующими мощностями в Беларуси являются ТЭЦ и ГРЭС. И если КПД ТЭЦ, благодаря когенерации тепловой энергии, достигает 80-90%, то КПД ГРЭС не превышает 40%. ТЭЦ являются основными источниками энергии в отопительный период, ГРЭС – летом. Также стоит отметить, что потребление энергии днем в 2 раза превышает потребление ночью. Получается, что дороже всего электроэнергия обходится нам летним днем, то есть в период максимальной выработки энергии солнечными батареями. Вопрос, как всегда, в цене.


В последнее время солнечные технологии переживают бурное развитие. Достаточно сказать, что максимально достижимый КПД солнечных элементов за последние 10 лет увеличился с 32 до 42%. Объемы производства растут на 60-100% каждый год. Даже в кризисный 2009 год, когда цена нефти упала до 30$ за баррель, рынок солнечных элементов вырос на 25%. Также постоянно снижается и их себестоимость. Появляются новые дешевые способы производства солнечных батарей. При средней стоимости солнечных модулей 4$ за ватт установленной мощности в США уже продаются тонкопленочные модули с ценой 1$/Вт. Причем уже достигнута себестоимость производства 0,3$/Вт. Средняя себестоимость киловатт-часа солнечной энергии в США сегодня составляет 19 центов и снизилась более чем на 10% за последние два года. Для сравнения: на сегодняшний день субсидируемый тариф на электричество для населения в Беларуси равен 125 рублям, или 4 центам.

Вместе с тем тариф для нужд отопления и горячего водоснабжения с присоединенной мощностью оборудования более 5 кВт равен 865 рублям, или 29 центам. В условиях Беларуси при себестоимости 0,3$/Вт стоимость солнечного аналога проектируемой АЭС составит $4-7 млрд при сравнимом сроке эксплуатации и практически нулевых эксплуатационных затратах. На практике заменить АЭС на СЭС, конечно же, не получится ввиду непостоянства выработки энергии на СЭС.

Таким образом, достигнутый уровень развития солнечных технологий и его динамика позволяют сделать вывод о том, что солнечная энергетика рано или поздно появится и в Беларуси. На данном этапе в Беларуси целесообразно принять закон об альтернативной энергетике, который бы стимулировал развитие этого направления. Также необходим пересмотр технических стандартов электросетей и оборудования с тем, чтобы предоставить возможность отдачи выработанной локально, с помощью солнечных батарей, энергии в общую сеть.

Другие источники

Первое, что приходит на ум после солнечных установок, – это использование ветра. К сожалению, ветряки – очень дорогое удовольствие. И установишь их не на каждом подворье. Более перспективной для обогрева дома зимой представляется… геотермальная энергия. Да-да, в Беларуси, где нет вулканов и подземных озер с кипятком.

Появился целый класс установок, называемых тепловыми насосами. Тепловой насос позволяет "выкачивать" из земли тепловую энергию и пустить ее на обогрев дома. Внешний контур насоса закладывается в землю, на уровень, где почва всегда остается положительной температуры. Внутренний контур обогревает дом. Для описания принципа работы теплового насоса часто приводят аналогии "холодильника наоборот". Выкачивая малые доли тепла из-под земли, насос нагревает внутренний контур отопления до температуры около 30 градусов Цельсия.

Стоимость тепловых насосов для частных домов на текущий момент упала ниже десяти тысяч евро, что в свете повышения цен на топливо представляется рентабельным. Многие продавцы заявляют о 200-300% КПД таких установок. Потребляя из сети около 3 киловатт энергии, установка дает тепла в 2-3 раза больше. К сожалению, в Беларуси есть проблемы с установкой таких устройств. Энергетики считают, что дом отапливается электричеством, и повышают цены на потребляемую электроэнергию в разы. Кроме того, высокие таможенные пошлины на ввоз таких установок не имеют ничего общего с попытками Беларуси стать энергонезависимым государством.