Генератор солнечный своими руками, статья

Инструкция по изготовлению солнечного генератора своими руками

Альтернативные источники энергии, позволяющие обеспечить жилое помещение теплом и электричеством в необходимом объеме – недешевое «удовольствие», требующее значительных финансовых затрат на приобретение, монтаж и установку.

Сделать же солнечный генератор своими руками значительно дешевле и вполне по силам многим домашним мастерам. Рассмотрим инструкцию, доступно описывающую все нюансы процесса изготовления.

Как работает генератор солнечной энергии?

Солнечный генератор представляет собой комплекс фотоэлектрических полупроводниковых элементов, напрямую преобразующих энергию солнца в электрическую.

Кванты вырабатываемого лучами света при попадании на фотопластину выбивают электрон с заключительной атомной орбиты рабочего элемента. Этот эффект создает множество свободных электронов, которые и образуют непрерывный поток электрического тока.

Совсем не обязательно, монтируя своими руками солнечный генератор, сразу собирать большой, масштабный комплекс. Можно начать с маленького агрегата, а при необходимости в будущем нарастить объемы

В качестве действующего материала используют кремний. Он отличается высокой эффективностью и обеспечивает коэффициент фотоэлектрического преобразования в обычном режиме на уровне 20%, а при благоприятных условиях – до 25%.

Благодаря выраженной эффективности кремниевых фотоэлементов генераторы, сделанные на их основе, гарантируют высокую отдачу при сравнительно небольшом объеме. Мощность агрегата размером в 1 метр под час выдает 125 Вт, что считается весьма внушительным результатом

На одну сторону пластины кремния наносят тонкое покрытие из пассивных химических элементов – бора или фосфора. Именно на этой поверхности в результате интенсивного воздействия солнечных лучей происходит активное высвобождение электронов. Фосфорная пленка надежно удерживает их в одном месте и не позволяет разлетаться.

На самой рабочей пластине располагаются металлические «дорожки». На них строятся свободные электроны, создавая таким образом, упорядоченное движение, то есть, электрический ток.

К минусам пластин относят только сложность и затратность процесса очистки самого кремния, и, чтобы избежать этих проблем, активно осваивают использование альтернатив в виде галлия, кадмия, индия и различных соединений меди. Однако пока что реальных конкурентов у кремниевых элементов еще нет.

Что нужно для работы?

Для изготовления генератора, состоящего из комплекта солнечных батарей, требуются такие инструменты и материалы, как:

модули для преобразования солнечных лучей в энергию;
алюминиевые уголки;
деревянные рейки;
листы ДСП;
прозрачный элемент (стекло, плексиглас, оргстекло, поликарбонат) для создания защиты для пластин кремния;
саморезы и шурупы разных размеров;
плотный поролон толщиной 1,5-2,5 мм;
качественный герметик;
диоды, клеммы и провода;
шуруповерт либо набор отверток;
паяльник;
ножовка по дереву и металлу (либо болгарка).

В каком объеме понадобятся материалы, будет напрямую зависеть от запланированного размера генератора. Масштабная работа повлечет за собой дополнительные расходы, но в любом случае обойдется дешевле, чем покупной модуль.

Защитную основу для кремниевых пластин можно делать из стекла, оргстекла, поликарбоната или плексигласа. Первые три материала создают минимальную потерю преобразуемой энергии, а вот четвертый пропускает лучи значительно хуже и заметно снижает эффективность всего комплекса

Для конечного тестирования собранного агрегата используют амперметр. Он позволяет зафиксировать реальное КПД установки и помогает определить фактическую отдачу.

Выбор типа фотопреобразователя

Мероприятия по созданию своими руками солнечного генератора начинают с выбора типа фотоэлектрического кремниевого преобразователя.

Эти составляющие бывают трех видов:

аморфные;
монокристаллические;
поликристаллические.

Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки, а выбор в пользу любого из них делают, исходя из объема средств, выделенных на покупку всех компонентов системы.

Особенности аморфных разновидностей

Аморфные модули состоят не из кристаллического кремния, а из его производных (силан или кремниеводород). Путем напыления в вакууме, их тончайшим слоем наносят на высококачественную металлическую фольгу, стекло или пластик.

Готовые изделия имеют блеклый, размыто-серый оттенок. Видимые кристаллы кремния на поверхности не наблюдаются. Основным достоинством гибких солнечных батарей считается доступная цена, однако, КПД их очень невелико и колеблется в диапазоне 6-10%.

Аморфные фотоэлементы, изготовленные на основе кремния, обладают повышенной гибкостью, демонстрируют высокий уровень оптического поглощения (в 20 раз больший, чем у моно- или поликристаллических аналогов) и значительно более эффективно работают в пасмурную погоду

Специфика поликристаллических типов

Поликристаллические солнечные батареи производят при постепенном очень медленном охлаждении кремниевого расплава. Получившиеся изделия отличаются насыщенным синим цветом, имеют поверхность с четко выраженным рисунком, напоминающим морозный узор, и проявляют эффективность в районе 14-18%.

Дать более высокую КПД-производительность мешают наличествующие внутри материала области, отделенные от общей структуры зернистыми границами.

Поликристаллические фотоэлементы работают в течение всего 10 лет, но за это время их эффективность не снижается. Однако для монтажа изделий в единый комплекс обязательно используется прочная, твердая основа, так как листы довольно жесткие и требуют крепкой, надежной поддержки

Характеристика монократиллических вариантов

Монокристаллические модули характеризуются плотным темным цветом и состоят из цельных кристаллов кремния. Их эффективность превышает показатели прочих элементов и составляет 18-22% (при благоприятных условиях – до 25%).

Еще одним достоинством считается впечатляющий срок службы – по заявлению производителей свыше 25 лет. Однако, при продолжительном использовании КПД монокристаллов падает и спустя 10-12 лет фотоотдача уже составляет не более 13-17%.

Модули из монокристаллов стоят значительно дороже, чем другие виды оборудования. Производят их посредством распиливания искусственно выращенных кристаллов кремния

Для создания солнечного генератора дома своими руками преимущественно берут поли- и монокристаллические пластины различных габаритов. Их приобретают в популярных интернет-магазинах, в том числе на eBay или Алиэкспресс.

Из-за того, что фотоэлементы ценятся довольно высоко, многие поставщики предлагают покупателям продукцию группы B, то есть пригодные к полноценной эксплуатации фрагменты с небольшим дефектом. Их стоимость отличается от стандартной цены на 40-60%, благодаря чему сбор генератора обходится в разумную цену, не слишком бьющую по карману.

Как сделать каркас для пластин?

Для изготовления каркаса будущего генератора используют прочные деревянные рейки или алюминиевые уголки. Деревянный вариант считается менее практичным, так как материал требует дополнительной обработки во избежание последующего гниения и расслаивания.

Чтобы деревянный каркас выдержал эксплуатационную нагрузку и не сгнил уже после первого дождя, его необходимо пропитать специальным составом, предохраняющим дерево от воздействия влаги

Алюминий имеет гораздо более привлекательные физические характеристики и благодаря своей легкости не оказывает лишней нагрузки на крышу или другую опорную конструкцию, куда планируется установить агрегат.

Кроме того, за счет антикоррозийного покрытия металл не ржавеет, не гниет, не впитывает влагу и легко переносит воздействие любых агрессивных атмосферных проявлений.

Для создания каркасной конструкции из алюминиевых уголков сначала определяют размер будущей панели. При стандартном варианте на один блок используют 36 фотоэлементов размером 81 мм х 150 мм.

Для корректности последующей эксплуатации между фрагментами оставляют небольшой зазор (около 3-5 мм). Это пространство позволяет учесть изменение базовых параметров основы, подвергшейся воздействию атмосферных проявлений. В результате общий размер заготовки составляет 83 мм х 690 мм при ширине уголка каркаса в 35 мм.

Кремниевые пластины, уложенные в рамку из алюминиевого профиля, выглядят почти как изделия фабричного производства. Прочный и крепкий каркас обеспечивает системе безупречную герметичность и наделяет всю конструкцию высоким уровнем жесткости

После определения размеров из уголков выкраивают необходимые фрагменты и с помощью крепежных элементов собирают их в каркасные рамки. На внутреннюю поверхность конструкции наносят слой силиконового герметика, очень внимательно следя, чтобы не было пропусков и пустот.

От этого зависит целостность, прочность и долговечность монтируемой конструкции. Сверху укладывают защитный прозрачный материал (стекло с антибликовым покрытием, оргстекло либо поликарбонат со специальными параметрами) и надежно крепят его с помощью метизов (по 1 с короткой и по 2 с длинной части рамы и 4 по углам корпуса).

Для работы используют шуруповерт и шурупы подходящего диаметра. В конце прозрачную поверхность аккуратно очищают от пыли и мелкого мусора.

Выбор прозрачного элемента

Основные критерии выбора прозрачного элемента для создания генератора:

способность к поглощению ИК-излучения;
уровень преломления солнечного света.

Чем ниже показатель преломления, тем выше КПД продемонстрируют кремниевые пластины. Наиболее низким коэффициентом светоотражения обладают плексиглас и оргстекло. Поликарбонат тоже имеет далеко не лучшие показатели.

Для создания каркасных конструкций под домашние гелиосистемы рекомендуется по возможности использовать антибликовое прозрачное стекло или специальный вид поликарбоната с антиконденсатным покрытием, обеспечивающим необходимый уровень термической защиты.

Самыми лучшими характеристиками в плане поглощения ИК-излучения обладают прочное термопоглащающее оргстекло и стекло с опцией ИК-поглощения. У простого стекла эти показатели значительно ниже. От эффективности ИК-поглощения зависит, будут ли греться в процессе эксплуатации кремниевые пластины или нет.

Если нагрев окажется минимальным, фотоэлементы прослужат долго и обеспечат стабильную отдачу. Перегрев пластин приведет к перебоям в работе и быстрому выходу из строя отдельных фрагментов системы или всего комплекса.

Установка кремниевых фотоэлементов

Непосредственно перед установкой защитные стекла, уложенные в алюминиевые рамы, хорошо очищают от пыли и обезжиривают спиртосодержащим составом.

Купленные фотоэлементы ровно располагают на разметочной подложке на расстоянии 3-5 миллиметров друг от друга и делают маркировку углов общей конструкции. Затем приступают к пропайке элементов – самому важному и трудоемкому отрезку работы по сборке генератора.

Пропайку действующих элементов генератора осуществляют по схеме, в которой «+» являются дорожки на внешней стороне, а «-» – каналы, расположенные на изнаночной части пластины.

Для корректного соединения контактов сначала наносят флюс (кислота для паяния) и припой, а потом осуществляют обработку в строгой последовательности сверху вниз. В конце все ряды соединяют между собой.

Аккуратно руками прижимают пластины, фиксируя их на нужном месте. Действуют очень осторожно, стараясь не повредить и не согнуть материал.

Контакты фотоэлементов, расположенных по краям, выводят на отдельную шину (широкий серебряный проводник), как «+» и «-». Дополнительно комплекс оснащают блокирующим диодом. Соединяясь с контактами, он не дает аккумуляторам разрядиться через каркасную конструкцию в ночное время суток.

В донной части каркаса проделывают дрелью отверстия, через которые провода выводят наружу. Чтобы они не провисали, используют в работе силиконовый герметик.

Как протестировать смонтированный агрегат?

Перед тем, как окончательно загерметизировать собранный генератор, его обязательно тестируют, чтобы выявить потенциально возможные в процессе пайки неисправности. Самый разумный вариант – проверять каждый пропаянный ряд отдельно. Так сразу станет понятно, где контакты соединены плохо и требуется повторная обработка.

Для проведения теста используют бытовой амперметр. Замер осуществляют в безоблачный солнечный день в обеденное время (период с 13 до 15 часов). Конструкцию располагают во дворе и устанавливают под соответствующим углом наклона.

Бытовой амперметр помогает измерить фактическую силу тока. На основании его показаний можно определить уровень работоспособности смонтированной гелиосистемы и выявить нарушения в последовательности соединения кремниевых фотоэлементов

Более низкие данные, появившиеся на дисплее тестера, говорят о нарушениях, которые необходимо отследить и заново перепаять. Традиционно солнечные генераторы, сконструированные своими руками из фотоэлементов с небольшим дефектом (группа B) на тесте демонстрируют цифры от 5 до 10 Ампер.

Агрегаты фабричного производства показывают данные на 10-20% выше. Это объясняется тем, что в производстве используются кремниевые пластины группы А, не имеющие никакого брака в структуре.

Завершающий этап работы

Если тест показал, что батарея полностью работоспособна, ее герметизируют специальным силиконовым герметиком или более дорогим и прочным эпоксидным компаундом.

Работа предусматривает два способа проведения:

Полная заливка – когда всю поверхность покрывают герметическим составом.
Частичная обработка – когда герметик наносят только на крайние элементы и пустое пространство между элементами.

Первый вариант считается более надежным и обеспечивает системе полноценную защиту от воздействия внешних факторов. Фотоэлементы четко фиксируются на своих местах и корректно работают с максимальной отдачей.

Для проклейки фотоэлементов внутри корпуса желательно использовать морозостойкий герметик, способный выдерживать резкие температурные перепады и низкие минусовые показатели

Когда заливка осуществлена, герметику дают «схватиться». Затем прикрывают прозрачным элементом и плотно прижимают к пластинам.

С целью обеспечения дополнительной защиты и амортизации некоторые мастера рекомендуют между поверхностью кремниевой плиты и задней частью каркаса размещать плотный поролон. Это сделает конструкцию более цельной и предохранит от лишней нагрузки хрупкие фотоэлементы

Потом на поверхности размещают груз, который воздействует на слои и выдавливает из них пузырьки воздуха. Готовый генератор тестируют еще раз и окончательно монтируют на заранее подготовленное место.

Где и как разместить генератор?

В идеале конструкцию располагают так, чтобы оставалась возможность в случае надобности корректировать угол наклона, таким способом, «улавливая» максимальное количество солнца.

Вполне допустимо поставить гелиосистему из солнечных батарей на земле, но чаще всего для размещения выбирают крышу дома или подсобного помещения, а именно ту ее часть, что выходит на самую освященную, преимущественно южную сторону участка.

Очень важно, чтобы рядом не было высоких зданий и мощных, раскидистых деревьев. Находясь в непосредственной близости, они создают тень и мешают полноценной работе агрегата.

Чтобы солнечные установки качественно работали, их необходимо поддерживать в чистоте и порядке. Слой грязи, образовавшийся на поверхности улавливающей панели, снижает эффективность на 10%, а налипший снег и вовсе отключает агрегат. Поэтому регулярное обслуживание является обязательной процедурой и способствует поддержанию модулей в идеальном эксплуатационном состоянии

Средне-оптимальным для установки солнечного генератора считают уровень угла наклона крыши в 45⁰. При таком расположении фотоэлементы поглощают солнечный поток очень эффективно и выдают необходимый для корректного обеспечения жизнедеятельности дома объем энергии.

Чтобы получить от панелей реальную отдачу и обеспечить среднестатистическую семью нужным количеством энергии, придется занять под солнечный генератор 15-20 кв.м поверхности кровли

Для европейской части государств СНГ действуют несколько другие показатели. Профессионалы рекомендуют брать за основу угол стационарного наклона в 50-60⁰, а в подвижных конструкциях во время зимнего сезона располагать батареи под углом 70⁰ к горизонту.

Летом же менять положение и наклонять фотоэлементы под углом 30⁰.

Установив панели генератора на трек-систему, оборудованную опцией автоматического слежения за солнцем, можно повысить эффективность отдачи на 50%. Модуль самостоятельно выявит интенсивность лучей и будет подстраиваться под максимальную освещенность от рассвета и до заката

Непосредственно перед монтажом крышу дополнительно укрепляют и оснащают специальными прочными опорниками, так как далеко не всякая конструкция обладает способностью выдержать полный вес оборудования для преобразования солнечной энергии.

Чтобы надежно и прочно установить солнечный генератор на крыше, стоит приобрести специальные крепления. Они выпускаются отдельно под каждый тип кровельного покрытия и всегда имеются в продаже. При монтаже между панелями и крышей нужно обязательно оставить зазор для полноценного доступа воздуха и корректной вентиляции солнцепоглощающих элементов

В некоторых случаях под кровлей ставят усиленные стропила, предохраняющие крышу от обрушения, потенциально возможного из-за повышенной нагрузки, существенно возрастающей в зимний сезон, когда на кровельной поверхности скапливается снег.

Для запуска в работу гелиосистеме потребуются аккумуляторы, инвертор и контроллер заряда. О правилах подбора устройств и их включения в цепь узнаете из рекомендованных нами статей.

Выводы и полезное видео по теме

Особенности и нюансы пропайки фотоэлементов для изготовления своими руками в домашних условиях эффективного солнечного генератора. Подсказки и советы для мастеров, любопытные идеи и личные наработки.

Как правильно протестировать фотоэлемент и замерить его основные параметры. Эта информация пригодится при последующих расчетах точного количества пластин, необходимых для полноценной работы системы.

Полное пошаговое описание процесса сбора солнечной батареи для генератора в домашних условиях. Правила работы, начиная от приобретения нужных элементов и заканчивая общим тестом изготовленного прибора.

Зная об устройстве солнечных генераторов, собрать их дома не составит большого труда. Конечно, работа потребует внимания, аккуратности и скрупулезности, но результат оправдает все финансовые и трудовые затраты. Готовый агрегат в полном объеме обеспечит здание теплом и электроэнергией, создав для проживающих необходимый уровень комфорта.

Сразу замахиваться на крупный проект не стоит. Для начала имеет смысл попробовать свои силы на сборке небольшого агрегата, а затем, полностью овладев всеми нюансами процесса, приступить к сооружению более мощной и масштабной установки.

А какой способ сооружения мини-электростанции выбрали вы для обустройства дачного участка? Пишите, пожалуйста, комментарии, делитесь полезными сведениями и фотоснимками по теме статьи в расположенном ниже блоке. Задавайте вопросы по спорным или неясным моментам.

Солнечные генераторы - Лучшее отопление

Явление фотоэффекта было открыто очень давно. Однако, технические сложности и высокая стоимость фотопанелей долго не позволяли использовать в быту солнечную энергию. Однако, с развитием научно-технического прогресса, солнечный генератор в современных условиях становится в один ряд с традиционными источниками энергии. Таким образом, в ближайшей перспективе, это устройство станет одним из наиболее вероятных альтернативных источников электрической энергии.

Возможности солнечных генераторов

Конструкция солнечного генератора позволяет легко и просто осуществлять его установку и подключение. Именно эти факторы позволяют широко применять это устройство. Мощность такого генератора может регулироваться до необходимого значения. Параллельное подключение батарей позволяет увеличить мощность, а последовательное подключение повышает напряжение.

Современные генераторы могут производить напряжение от 220 вольт и выше. Однако, получаемый ток, является постоянным и не подходит для многих потребителей. Поэтому, приходится использовать специальные устройства, преобразующие постоянный ток в переменный. Электрический ток с высоким напряжением достаточно сложно преобразовывать, поэтому, диапазон работы солнечных генераторов составляет 12-48 вольт.

На продуктивную работу генератора влияют многие факторы. Прежде всего, это время года и суток, климат в той или иной местности, а также место установки оборудования. Панели должны вращаться относительно движения солнца, чтобы собрать максимальное количество солнечных лучей.

Простейшее устройство солнечного генератора

Простейшая схема солнечного генератора на 12 вольт включает в себя цепочку из 36 фотоэлектрических элементов, последовательно соединенных между собой. Параметры каждого из них могут существенно различаться из-за физических особенностей, связанных с чистотой кристаллов, толщиной элементов и другими технологическими процессами. Поэтому, величина вырабатываемого тока определяется по наименьшему значению какого-либо фотоэлемента. В связи с этим, перед началом сборки фотоэлементов в общую батарею, они тщательно проверяются и подбираются по всем параметрам.

Таким образом, солнечный генератор можно собрать на любое значение тока и напряжения с помощью последовательно-параллельных комбинаций. Особенности конструкции, делают эти устройства более эффективными в загородных домах, на больших открытых участках. Во многих случаях, они вполне успешно заменяют традиционные источники энергии.

Солнечный генератор: устройство и принцип работы в ближайшей перспективе, солнечный генератор станет одним из наиболее вероятных альтернативных источников электрической энергии.

Устройство и принцип работы
Где применяются?
Преимущества устройства
Можно ли собрать устройство самостоятельно?

В настоящее время актуальной становится обеспеченность энергоресурсами отдаленных и труднодоступных районов. Причин этому несколько. Во-первых, электричество – незаменимый элемент комфортного существования современного человека. Во-вторых, снижение затрат за пользование электричеством и постоянная бесперебойная его подача имеют большое значение в наше время. Солнечный генератор – это прибор, с помощью которого можно решить вопросы энергообеспеченности и экономии энергоресурсов.

Устройство и принцип работы

Солнечный генератор представляет собой металлический корпус-моноблок со съемной крышкой. Он состоит из нескольких несложных элементов:

Фотопанели, которые создают постоянный ток.
Аккумулятор для накопления энергии.
Инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.
Контроллер заряда, накапливающий энергию в аккумуляторе.

Принцип работы: солнечная панель собирает энергию от солнца и сохраняет её в аккумуляторе для использования в дальнейшем. При этом вырабатывается постоянный ток. Также батареи обеспечивают питание максимальной нагрузки, то есть ток нагрузки обеспечивает сумма токов от солнечной батареи и аккумулятора.

Если нужно получить 220В переменного тока, то следует использовать преобразователи постоянного тока в переменный. Энергия солнца в генераторе может применяться также напрямую разными нагрузками постоянного тока.

Солнечный генератор электроэнергии имеет предохранительные модули, защищающие от превышения допустимых значений тока и напряжения. Что важно — если в какое-то время нет солнечных лучей, то генератор можно подзарядить от обыкновенной электросети.

Где применяются?

Солнечные генераторы бывают разных моделей и имеют различные характеристики (а именно производительность, ёмкость аккумулятора, время, необходимое для зарядки и т.д.). Но чаще всего у них у всех выходные параметры — розетки на 220 В и выходы на 12 В, а также в наличии дисплей, отображающий работу прибора.

Несмотря на свою универсальность, генераторы на солнечных батареях зависят от погодных условий. А потому могут применяться только в качестве резервного или вспомогательного источника электроэнергии. Особую актуальность это имеет для жилых домов, тем более в отдаленных уголках страны и районах с нестабильным электроснабжением.

Солнечные батареи устанавливаются на улице в местах с наибольшим доступом солнечных лучей, ведь их эффективность напрямую зависима от освещенности. Чаще всего ставят их на крышах домов либо на других подходящих участках. При этом желательно предусмотреть возможность менять угол наклона фотоэлементов. Например, увеличив её до 75-80 градусов, получаем то, что лучи солнца в 12-00 дня практически перпендикулярны поверхности батареи. Солнечные батареи устанавливаются и подключаются очень просто, их удобно обслуживать. К генератору они подключаются с помощью специального сетевого шнура.

Солнечный генератор создан для использования в качестве основного и дополнительного (резервного, аварийного) источника тока частных домов и коттеджей, дач, объектов торговли, демонстрационных площадок, туристических баз и тому подобное. У него весьма обширный спектр использования. Можно применять для обеспечения электричеством осветительных и бытовых приборов (холодильников, телевизоров, ноутбуков, компьютеров, оргтехники), электроинструмента, дренажных и циркуляционных насосов, отопительных котлов и так далее. Время автономной работы у всех моделей разное, но практически все они довольно производительны и могут работать непрерывно до 10-12 часов.

Преимущества устройства

Солнечный генератор имеет такие преимущества:

Не зависит от электросети, заряд от энергии солнца.
Возможность подзарядки от сети 220 В (или даже от прикуривателя).
Выходная мощность переменного тока до 1500 Вт.
На выходе 220 В переменного и 12 В постоянного тока.
Не боится короткого замыкания.
Не зависит от топлива (бензин, дизельное топливо), так как его не потребляет.
Работа без шумов.
Отсутствие вредных выбросов, альтернативный источник электроэнергии.
Возможность применения в помещениях без вентиляции.
Эстетичный дизайн, компактность и удобство использования.
Наличие светодиодного индикатора зарядки аккумулятора.
Регулируемый кронштейн для крепления солнечных панелей.
Легко транспортируется.
Экономит электроэнергию.

Свой генератор электричества – удовольствие не из дешевых. На начальном этапе придётся понести определенные затраты на его приобретение и установку. Он дороже привычных топливных моделей. Но не стоит об этом беспокоиться, так эти первоначальные инвестиции достаточно быстро окупятся, и уже спустя несколько лет Вы будете наслаждаться бесперебойным электроснабжением, экономя при этом свои деньги.

Можно ли собрать устройство самостоятельно?

Сейчас можно приобрести любую модификацию солнечного генератора, а можно сделать его своими руками. Для этого достаточно иметь необходимые знания по его строению и принципу работы. Можно собрать генератор электрической энергии с любым напряжением и током на выходе путем соединения цепочек фотоэлементов или батарей в последовательно-параллельные комбинации. При этом важно помнить, что параллельное подключение увеличивает мощность, а последовательное – напряжение.

Ни для кого не секрет, что природные ресурсы, используемые человеком, начинают заканчиваться. А благодаря альтернативным источникам энергии, таким как солнечный генератор можно сохранить природные ресурсы и восстанавливать их запасы. В наше время появились технологии, позволяющие использовать на пользу человека щедрый источник энергии – солнечные лучи.

Солнце – это безвозмездный совершенно чистый и неиссякаемый источник энергии. Генератор электрической энергии, несомненно, будет способствовать сохранению экологии на нашей планете и жизни будущих поколений.

Солнечный генератор – основной и дополнительный источник тока, имеет свой принцип работы и преимущества Сейчас для электросбережения часто используют солнечный генератор. Особенно актуальный этот источник энергии для отдаленных и труднодоступных районов с нестабильным электроснабжением. Принцип работы его такой, что солнечная панель собирает энергию от солн

Сегодня для энергообеспечения частных домов все чаще используются разного рода генераторы. Особенно это актуально для отдаленных и труднодоступных регионов и районов с нестабильным электроснабжением. Чаще всего для этих целей применяются классические топливные варианты (дизельные или бензиновые), но нередко используются и не менее эффективные альтернативные варианты. Так, во многих странах очень развита ветроэнергетика (к примеру, в Нидерландах или в Австралии), а в последние годы все более востребованными становятся и солнечные генераторы.

Работают эти устройства от привычных фотопанелей, производящих электричество. Также в обязательном порядке такой генератор имеет аккумулятор большой емкости (для накопления энергии), инвертор (для преобразования тока) и контроллер питания (для регулирования работы и зарядки батарей). Кроме того, в генераторе должны быть предохранительные модули, срабатывающие при превышении допустимых значений тока/напряжения.

Технические характеристики (параметры аккумулятора, время зарядки, производительность, выходные параметры) и коммутационные разъемы зависят от конкретной модели и производителя. Как правило, у таких солнечных генераторов имеются классические выходные розетки 220 В и выходы на 12 В. В некоторых модификациях предусмотрены даже USB-разъемы. Помимо этого обычно присутствует информативный дисплей для отображения всей рабочей информации.

Преимущества солнечных генераторов очевидны:

Независимость от обычного энергоснабжения;
Независимость от поставок топлива (бензин, дизель);
Отсутствие расходов на топливо;
Бесшумная работа (что очень актуально для частного дома);
Возможность подзарядки от электросети (для некоторых моделей – даже от прикуривателя);
Возможность использования в невентилируемых закрытых комнатах.

Сами солнечные батареи размещаются, естественно, на улице, к генератору они подсоединяются при помощи специального кабеля (он всегда входит в комплект).

Возможности солнечных генераторов

Спектр использования гелиогенераторов достаточно обширен. Их можно использовать для зарядки и питания ноутбуков, телевизоров, минихолодильников, энергосберегающих ламп и прочей бытовой техники. Время автономной работы зависит от конкретной модели, но, как правило, такие устройства достаточно производительны и способны, например, обеспечить энергией холодильник в течение суток.

Принцип же работы генераторов на солнечных батареях очень прост. Фотопанель вырабатывает постоянный ток, который поступает в генератор. Инвертор преобразует его в переменный, который и подается на бытовую нагрузку. А через контроллер заряда энергия накапливается в аккумуляторной батарее. При отсутствии солнечных лучей генератор может заряжаться от стандартной электросети.

Безусловно, такой агрегат является вспомогательным энергоисточником, так как, несмотря на все свои преимущества, все-таки зависит от погодных условий. Однако для многих частных домов он может стать идеальным решением проблем энергообеспечения. Ведь для работы ему не требуется дорогостоящее топливо, его можно установить в любой комнате, и он не создает вредных выхлопов.

Конечно, первоначальные затраты на приобретение солнечных генераторов выше, чем для классических топливных моделей. Однако эти расходы окупаются достаточно быстро за счет отсутствия необходимости постоянного приобретения топлива. Кроме того, отпадает проблема хранения топливных емкостей, заполненных пожароопасными горючими составами. А значит, минимизируется вероятность случайного возгорания.

Нередко для энергообеспечения используются комплексные установки, в которых объединяют солнечные и ветрогенераторы. Такие системы позволяют в полной мере использовать природные возможности региона и гарантируют стабильность электроснабжения.

Солнечные генераторы, их возможности и преимущества Особенности генераторов на солнечных батареях Сегодня для энергообеспечения частных домов все чаще используются разного рода генераторы. Особенно это актуально для отдаленных и труднодоступных

Дата публикации: 14 апреля 2015

Изобретение германского архитектора

Немецкий архитектор Андре Броссель (Andre Broessel) полагает, что его изобретение позволит “выжать больше сока из солнца”, даже в ночные часы и в тех регионах, где солнца мало. Его компания Rawlemon (если перевести название буквально, то получится Сырой Лимон, что несколько смущает) создала прототип сферического генератора солнечной энергии, который назвали beta.ray.

Его технология, основанная на принципах сферической геометрии и двух-осевой системе отслеживания положения солнца, позволяет вдвое увеличить получение энергии с обычных солнечных панелей на гораздо меньшей площади.

Футуристичный дизайн установки очень рационален и приспособлен для наклонных поверхностей, стен домов и вообще любого места, куда проникает солнечный свет. Такие устройства можно даже использовать в качестве станции зарядки для электромобилей.

Как это работает?

“Устройство beta.ray снабжено гибридным коллектором для получения электричества и тепловой энергии одновременно. Площадь кремниевых ячеек сокращена до 25% при том же самом выходе энергии за счет использования фокусирующих концентраторов в виде шаровых линз (Ball Lens point focusing concentrator).

В ночное время шаровые линзы превращаются в мощные лампы для освещения окружающей местности за счет нескольких светодиодов. Установка разработана для тех мест, где нет доступа к стационарным электросетям, а также дополнительного снабжения зданий электрической и тепловой энергией, например, горячей водой.

Модульная коллекторная система вырабатывает и аккумулирует энергию в дневное время и может даже получать энергию в ночные часы от лунного света.

Использование такой установки существенно расширяет зону, в которой возможно получение энергии от солнца:

Зоны получения солнечной энергии традиционными способами

Зоны получения солнечной энергии с помощью концентрирующей системы Rawlemon

Сферический генератор солнечной энергии Сферический генератор солнечной энергии Дата публикации: 14 апреля 2015 13 апреля 2015 г. Изобретение

Как работает генератор солнечной энергии

Что нужно для работы

Для изготовления генератора в домашних условиях требуются такие инструменты и материалы, как:

модули для преобразования солнечных лучей в энергию;
алюминиевые уголки;
деревянные рейки;
листы ДСП;
прозрачный элемент (стекло, плексиглас, оргстекло, поликарбонат) для создания защиты для пластин кремния;
саморезы и шурупы разных размеров;
плотный поролон толщиной 1,5-2,5 мм;
качественный герметик;
диоды, клеммы и провода;
шуруповерт либо набор отверток;
паяльник;
ножовка по дереву и металлу (либо болгарка).

Как правильно выбрать тип фотопреобразователя

Мероприятия по созданию своими руками солнечного генератора начинают с выбора типа фотоэлектрического кремниевого преобразователя. Эти составляющие бывают трех видов:

Подробное описание видов преобразователей

Готовые изделия имеют блеклый, размыто-серый оттенок. Видимые кристаллы кремния на поверхности не наблюдаются. Основным достоинством элементов считается доступная цена, однако, КПД их очень невелико и колеблется в диапазоне 6-10%.

Поликристаллические фотоэлементы производят при постепенном очень медленном охлаждении кремниевого расплава. Получившиеся изделия отличаются насыщенным синим цветом, имеют поверхность с четко выраженным рисунком, напоминающим морозный узор, и проявляют эффективность в районе 14-18%.

Как сделать каркас для пластин

Изготовление каркаса из уголков

Сверху укладывают защитный прозрачный материал (стекло с антибликовым покрытием, оргстекло либо поликарбонат со специальными параметрами) и надежно крепят его с помощью метизов (по 1 с короткой и по 2 с длинной части рамы и 4 по углам корпуса). Для работы используют шуруповерт и шурупы подходящего диаметра. В конце прозрачную поверхность аккуратно очищают от пыли и мелкого мусора.

Выбор прозрачного элемента

Основные критерии выбора прозрачного элемента для создания генератора:

способность к поглощению ИК-излучения;
уровень преломления солнечного света.

Чем ниже показатель преломления, тем выше КПД продемонстрируют кремниевые пластины.

Наиболее низким коэффициентом светоотражения обладают плексиглас и оргстекло. Поликарбонат тоже имеет далеко не лучшие показатели. Для создания каркасных конструкций под домашние гелиосистемы рекомендуется по возможности использовать антибликовое прозрачное стекло или специальный вид поликарбоната с антиконденсатным покрытием, обеспечивающим необходимый уровень термической защиты.

Установка кремниевых фотоэлементов

Непосредственно перед установкой защитные стекла, уложенные в алюминиевые рамы, хорошо очищают от пыли и обезжиривают спиртосодержащим составом. Купленные фотоэлементы ровно располагают на разметочной подложке на расстоянии 3-5 миллиметров друг от друга и делают маркировку углов общей конструкции. Затем приступают к пропайке элементов — самому важному и трудоемкому отрезку работы по сбору генератора своими руками.

Как правильно пропаять кремниевые пластины

Пропайку действующих элементов генератора осуществляют по схеме, в которой «+» являются дорожки на внешней стороне, а «-» — каналы, расположенные на изнаночной части пластины. Для корректного соединения контактов сначала наносят флюс (кислота для паяния) и припой, а потом осуществляют обработку в строгой последовательности сверху вниз. В конце все ряды соединяют между собой.

Следующим шагом делают проклейку фотоэлементов. Для этого в центр каждой пластины из кремния выдавливают немного герметика, образовавшиеся цепочки элементов переворачивают внешней стороной вверх и размещают в строгом соответствии с разметкой, нанесенной ранее. Аккуратно руками прижимают пластины, фиксируя их на нужном месте. Действуют очень осторожно, стараясь не повредить и не согнуть материал.

Как протестировать смонтированный агрегат

Перед тем, как окончательно загерметизировать собранный генератор, его обязательно тестируют, чтобы выявить потенциально возможные в процессе пайки неисправности. Самый разумный вариант — проверять каждый пропаянный ряд отдельно. Так сразу станет понятно, где контакты соединены плохо и требуется повторная обработка.

К выведенным контактам солнечной батареи подключают амперметр и осуществляют замер тока короткого замыкания. Если прибор показывает результаты выше 4,5 А, система полностью корректна и все соединения пропаяны четко и правильно. Более низкие данные, появившиеся на дисплее тестера, говорят о нарушениях, которые необходимо отследить и заново перепаять.

Традиционно солнечные генераторы, сконструированные своими руками из фотоэлементов с небольшим дефектом (группа B) на тесте демонстрируют цифры от 5 до 10 Ампер. Агрегаты фабричного производства показывают данные на 10-20% выше. Это объясняется тем, что в производстве используются кремниевые пластины группы А, не имеющие никакого брака в структуре.

Завершающий этап работы

Если тест показал, что батарея полностью работоспособна, ее герметизируют специальным силиконовым герметиком или более дорогим и прочным эпоксидным компаундом. Работа предусматривает два способа проведения.

Полная заливка – когда всю поверхность покрывают герметическим составом.
Частичная обработка – когда герметик наносят только на крайние элементы и пустое пространство между элементами.

Где и как разместить генератор

Место установки солнечного генератора выбирают очень внимательно и без спешки. Пластины, принимающие свет, обязательно размещают под наклоном, чтобы лучи не «падали» на поверхность перпендикулярно, а как бы аккуратно «стекали» по ней. В идеале конструкцию располагают так, чтобы оставалась возможность в случае надобности корректировать угол наклона, таким способом, «улавливая» максимальное количество солнца.

Вполне допустимо поставить гелиосистему на земле, но чаще всего для размещения выбирают крышу дома или подсобного помещения, а именно ту ее часть, что выходит на самую освященную, преимущественно южную сторону участка. Очень важно, чтобы рядом не было высоких зданий и мощных, раскидистых деревьев. Находясь в непосредственной близости, они создают тень и мешают полноценной работе агрегата.

Летом же менять положение и наклонять фотоэлементы под углом 30⁰.

Инструкция по изготовлению солнечного генератора своими руками Как сделать солнечный генератор своими руками в домашних условиях – подробная инструкция по изготовлению и описание действий. Выбор инструментов и материалов

Солнечный генератор - Автономный дом

Автономный источник электроэнергии на 220 В и 12 В. Зарядка от сети и солнечных батарей. Уникальный продукт.

НАЗНАЧЕНИЕ

Солнечный генератор «AGM» — это генератор электрической энергии постоянного тока напряжением 12В и переменного тока напряжением 220В, работающий на солнечных батареях.

Для работы «AGM» не требуются двигатели. Он не потребляет топливо и поэтому не требует заправки топливом.

Имеет встроенное зарядное устройство от сети переменного тока 220В.

Генератор «AGM» предназначен для обеспечения электричеством осветительных приборов, бытовых электроприборов и техники, электроинструмента, а также для постоянного и аварийного энергообеспечения жилых и офисных помещений, а также открытых площадок и выездных мероприятий. Является бесшумной и экологичной заменой бензиновых и дизельных электрогенераторов.

ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ГЕНЕРАТОРА AGM

К солнечному генератору «AGM» можно подключить любой электроприбор напряжением 12В постоянного и 220В переменного тока. Компактные размеры, небольшой вес солнечного генератора «AGM», а также отсутствие запаха и паров топлива позволяет с легкостью разместить в багажнике автомобиля. Солнечный генератор «AGM» предназначен для применения в качестве основного и резервного источника электроэнергии жилых домов, коттеджей и дач, небольшого офиса, торговых точек, выездных мероприятий, выставочных площадок, палаточных лагерей, туристических походов и т.д. В качестве резервного и аварийного источника питания солнечный генератор может снабжать электроэнергией холодильник, телевизор, компьютеры, оргтехнику, зарядные устройства, систему освещения, дренажные и циркуляционные насосы .

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕНЕРАТОРА AGM

Диапазон температур окружающей среды от -40° до +40°С.
Диапазон атмосферного давления от 450 до 900 мм рт.ст..
Относительная влажность окружающей среды 87%.
По устойчивости к воздействию климатических факторов солнечный генератор соответствует группе исполнения О категории 5 по ГОСТ 15150-69.
Корпус солнечного генератора обеспечивает степень за щиты от доступа к опасным частям, от попадания внешних твердых предметов и от проникновения воды – IP21 по ГОСТ 14254-96.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Не потребляет топлива и не требует периодической заправки топливом.
Зарядка от солнечных батарей.
Возможность зарядки от сети переменного тока.
Эстетичный дизайн, компактность, удобство использования.
Работа без шума и вибрации, отсутствие выбросов.
Мощность переменного тока до 1500 Вт.
Три различных выхода на 12 В.
Экологичность электроэнергии.
Светодиодный индикатор состояния зарядки батареи.
Регулируемый кронштейн для крепления солнечной панели.
Универсальная опора-кронштейн для выносной установки солнечной панели на стену и на землю.
Возможность установки различных инверторов на 220 В.

ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО

Солнечный генератор во включенном состоянии непрерывно формирует выходное напряжение постоянного тока 12В с помощью аккумуляторной батареи. Для потребителей постоянного тока 12В выходные параметры 12В/10А формируется контроллером.

Контроллер не допускает полного разряда аккумуляторной батареи и отключает ее, при уменьшении напряжения на клеммах аккумулятора до 11,8В. Для подключения инвертора переменного тока предусмотрены силовые клеммы 12В/100А, к которым постоянный ток от аккумулятора проходит через выключатель-автомат защиты от короткого замыкания. Переменный ток 220В формируется инвертором переменного тока, закрепленным на боковой панели генератора. (Конкретное значение силы тока и вида синусоиды зависит от применяемой модели инвертора).

В светлое время суток аккумуляторная батарея заряжается от солнечной батареи через контроллер. Зарядка АКБ начинается при снижении напряжения на клеммах ниже 12,5В. В случае, когда есть возможность подключения к сети 220В, аккумуляторная батарея заряжается через зарядное устройство.

Технические характеристики

АGM — 150:

При продолжительной пасмурной погоде в зимнее время и недостаточной солнечной инсоляции возможно снижение напряжения аккумуляторной батареи до 11,1 Вольт. В этом случае для предотвращения глубокого разряда контроллер отключит АКБ от нагрузки (солнечный генератор перестает работать). Солнечная панель продолжит заряжать АКБ и при достижении напряжения 12.6 В контроллер вновь включит нагрузку (солнечный генератор начнет работать).

ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО

Аккумулятор блока питания заряжается от солнечной батареи или от сети переменного тока 220 В.

При подключении потребителей к АКБ пользователь получает электроэнергию 220 В (50 Гц) переменного или 12 В постоянного тока для собственных нужд.

Состоит из базового блока питания AGM на 12 В, инвертора на 220 В, солнечной батареи с универсальным кронштейном. Базовый блок питания имеет встроенную зарядку от сети 220 В, систему зарядки от солнечной батареи, систему подключения потребителей 12 В с током 10 А, силовую сеть 12 В с током 80 А. Инвертор на 220 В и солнечные батареи поставляются дополнительно по заказу.

Цены на инверторы и солнечные батареи зависят от мощности и функциональных особенностей.

КОМПЛЕКТАЦИЯ БАЗОВОГО БЛОКА

Металлический антивандальный корпус с порошковым покрытием.
Гелиевый аккумулятор 75 А/ч или 150 А/ч.
Контроллер аккумулятора и солнечной батареи.
Сетевое зарядное устройство.
Разъемы и выводы сети 10 А.
Предохранитель для сети 10 А.
Выключатель АКБ от сети 10 А.
Клеммы и автомат-выключатель силовой сети 80 А
Разъем для подключения солнечной батареи.

Солнечная батарея и инвертор поставляется по заказу.

AGM — комплектуется универсальным или регулируемым кронштейнами крепления.

Универсальный кронштейн позволяет устанавливать солнечную батарею на землю или крепить к стене под углом 60 градусов. Регулируемый кронштейн позволяет крепить солнечную батарею к корпусу блока питания и регулировать ее наклон.

Инвертор на 220 В устанавливается по заказу и крепится к боковой стенке блока питания.

AGM Солнечный генератор - ООО «ТЕОРЕМА» Солнечные электростанции (батареи) Geliomaster, а также готовые решения на их основе (автономное освещение, светофоры) напрямую от завода-производителя. Предлагаем солнечные панели по наиболее адекватным ценам с кратчайшим сроком поставки в любой регион России.

Использование: в фотоэнергетике, в частности в фотоэликтрических генераторах. Сущность изобретения: наземный солнечный генератор содержит солнечную батарею, подключенную через разделительный диод и коммутирующее устройство к выводу аккумуляторной батареи с номинальным напряжением, и управляющее устройство. В генератор введены дополнительный коммутирующий элемент, датчик тока, устройство сравнения, содержащее пороговые элементы сравнения и элементы И, источник опорных напряжений, устройство контроля облученности, содержащее датчики облученности солнечной батареи, датчик температуры, элемент сравнения, регулятор тока, нагреватель. В генератор введен датчик температуры солнечной батареи и датчик температуры аккумуляторной батареи. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к фотоэнергетике, в частности к фотоэлектрическим генераторам.

Известны наземные солнечные генераторы с устройствами защиты солнечных батерей от снега и льда [заявки Японии N 59-22369 опубл, 04.02.84; N 59-231877, заявл. 13.06.83; N 58-106237, опубл. 26.12.84 г. кл. Н 01 L 31/04] содержащие защитные покрытия солнечных батарей в виде механических перемещаемых панелй или в виде прозрачной пленки, расположенной на продольных прутьях над батареей. Надежность работы таких генераторов снижается за счет устройств защиты от снега и льда, которые при низких температурах и сильных ветрах теряют работоспособность (защитная пленка рвется, электромеханические приводы заклиниваются, батареи покрываются снегом или льдом через щели, отверстия).

Наиболее близким к предложенному техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является наземный солнечный генератор [2] состоящий из солнечной батареи с нагревателем, выполненным в виде фольговых полос, располагаемых между солнечными элементами и задней панелью корпуса батареи; аккумуляторной батареи, коммутирующего устройства, соединяющего аккумуляторную батарею с нагревателем.

Этот генератор позволяет обеспечить круглосуточное питание потребителя электрической энергией от аккумуляторной батареи, восполняемой в дневное время солнечной энергией. Бесперебойность питания при неблагоприятных метеорологических условиях (снег, обледенение) обуславливается наличием нагревателя и коммутирующего устройства, соединенных с аккумуляторной батареей, позволяющих производить стаивание снега, льда.

Однако применение такого генератора в качестве автономного необслуживаемого источника питания ограничено, поскольку функции управления коммутирующим устройством и, следовательно, нагревом возложены на человека. Кроме того, применение фольгированного нагревателя в конструкции солнечной батареи генератора усложняет батарею, снижает надежность и КПД генератора за счет усложнения и потерь тепла при передаче его на переднюю панель, покрываемую снегом (льдом).

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей генератора.

Достигается это тем, что, в известный наземный солнечный генератор, содержащий солнечную батарею, подключенную первым выводом через разделительный диод и коммутирующее устройство к первому выводу аккумуляторной батареи, второй вывод которой соединен с вторым выводом солнечной батареи, и управляющее устройство, введены датчик тока солнечной батареи, подключенный через дополнительный коммутирующий элемент к выводам солнечной батареи; устройство сравнения, содержащее схему И и пороговые схемы сравнения, из которых первая и седьмая схемы сравнения подключены выходами соответственно к первому и второму входам управляющего устройства, а другие схемы сравнения выходами соединены с входами схемы И, выход которой подключен к третьму входу управляющего устройства; источник опорных напряжений, подключенный соответствующими выходами к первым входам первой, третьей, четвертой и пятой схем сравнения и к второму входу второй схемы сравнения устройства сравнения; устройство контроля облученности солнечной батареи, содержащее датчик прямой облученности и датчик отраженной облученности, нагреватель, регулятор тока, соединенный выходом с нагревателем, схему сравнения, соединенную выходом с входом регулятора тока, а первым входом с выходом источника опорных напряжений, датчик температуры, соединенный с вторым входом схемы сравнения. Устройство контроля облученности соединено с устройством сравнения выходами датчиков прямой и отраженной облученности.

При этом выход датчика прямой облученности соединен с первым входом шестой и вторыми входами пятой и седьмой схем сравнения, а выход датчика отраженной облученности соединен с вторым входом шестой схемы сравнения.

Кроме того, в наземный солнечный генератор введены датчик температуры солнечной батареи, соединенный с первым входом второй схемы сравнения и с вторыми входами первой и третьей схем сравнения устройства сравнения, датчик температуры аккумуляторной батареи, соединенный с входом источника опорных напряжений.

Наряду с этим первый вывод солнечной батареи подключен через коммутирующее устройство к третьему выводу аккумуляторной батареи, выход датчика тока солнечной батареи подключен к первому входу седьмой схемы сравнения устройства сравнения, первый вывод аккумуляторной батареи соединен с вторым входом четвертой схемы сравнения, управляющее устройство соединено двумя выходами с соответствующими входами коммутирующего устройства, а третьим выходом с входом дополнительного коммутирующего элемента.

Перечисленные введенные признаки отличают предлагаемый солнечный генератор от прототипа и обуславливают его соответствие критерию «новизна».

Отличительные признаки предлагаемого устройства каждый в отдельности общеизвестны, но их совокупность, дающая новый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей генератора, в литературных источниках не обнаружена, поэтому, по мнению автора, предлагаемый наземный солнечный генератор соответствует критерию «изобретательский уровень».

На самом деле, удаление снега или льда с поверхности солнечной батареи путем нагрева ее должно происходить тогда, когда дальнейшая работа генератора становится неэффективной или возникает опасность перебоев питания потребителя. Такие условия создаются, как правило, в зимнее время при низких уровнях облученности солнечной батареи. Поэтому проектирование автономных солнечных генераторов связано с расчетом площади предельно-допустимого покрытия солнечной батареи снегом (льдом), зависящим как от географической широты места установки генератора, так и от свойств потребителя энергии, остаточной емкости и температуры аккумуляторной батареи.

Реализация устройства, учитывающего все перечисленные факторы и иные, связанные с метеорологическими условиями, предполагает применение средств вычислительной техники и большого количества датчиков контроля, что приводит к удорожанию генератора и снижению его надежности.

Практика использования солнечных генераторов показывает нецелесообразность стаивания снега (льда) с солнечной батареи вечером или ночью (когда самая низкая температура в сутках), поскольку существует вероятность повторного покрытия снегом (льдом) батареи до начала ее работы, а также при очень низких температурах окружающей среды, требующих для нагрева больших затрат энергии, и тем более нецелесообразно производить нагрев батареи при положительных значениях температуры окружающей среды. Поэтому в предлагаемом солнечном генераторе с помощью источника опорных напряжений введены ограничения по температурному диапазону работы солнечной батареи и облученности ее, по выходному напряжению аккумуляторной батареи (характеризующему ее остаточнрую емкость) в виде уровней напряжения, соответствующих предельно допустимым значениям контролируемых параметров.

В частности: Utmin(Utmax) напряжение, соответствующее минимально (максимально) допустимому значению температуры, при котором еще целесообразно включение нагрева; UЕmin напряжение, соответствующее минимально допустимому значению облученности солнечной батареи; Uto напряжение, соответствующее температуре 0 о cолнечной батареи; UАБmin напряжение, соответствующее минимально допустимому значению напряжения (емкости) аккумуляторной батареи, при котором еще допускается включение нагрева; Utз напряжение, соответствующее заданному значению температуры датчиков облученности.

Контролируемые параметры в виде текущих значений напряжения вырабатываются линейными датчиками температуры, введенными в солнечную и аккумуляторную батареи, и линейными датчиками облученности, введенными в устройство контроля облученности, которое для обеспечения независимости показаний датчиков от температуры и метеорологических осадков содержит регулятор температуры, стабилизирующий температуру датчиков на заданном уровне. (Уровень температуры должен соответствовать максимальному многолетнему значению температуры, наблюдавшемуся на месте эксплуатации генератора). Благодаря этому датчики облученности защищаются от снега и обледенения, а также повышается точность контроля облученности.

Связь контролируемых параметров отражена в формулах: K1= K2= где Uпр выходное напряжение датчика прямой облученности; Uотр выходное напряжение датчика отраженной облученности; Uкз выходное напряжение солнечной батареи в режиме короткого замыкания, соответствующее текущему значению суммарной облученности непокрытой снегом (льдом) части солнечной батареи;

Iкз ток короткого замыкания солнечной батареи;

К1 эмпирический коэффициент запаса, характеризующий степень заснеженности солнечной батареи в регионе эксплуатации;

К2 масштабный коэффициент, характеризующий сопротивление датчика тока (измерительного шунта).

Очевидно, что включение нагрева солнечной батареи возможно и должно производиться только при выполнении следующих условий на входах сравнивающего устройства:

Ut выходное напряжение датчика температуры солнечной батареи.

Выключение нагрева должно производиться при выполнении условия Ut > Utmax на входах устройства сравнения.

Устройство сравнения, благодаря пороговым схемам сравнения и логической схеме И, производит сравнение аналоговых величин и формирование логических функций для управляющего устройства, которое согласовывает выходные напряжения устройства сравнения по уровню и во времени с входными напряжениями коммутирующего устройства и дополнительного коммутирующего элемента, выделенным из состава коммутирующего устройства для выявления его функциональной значимости.

Таким образом, наличие в наземном солнечном генераторе источника опорных напряжений, устройства сравнения, устройства контроля облученности и датчиков температуры с установленными между ними связями позволяет автоматизировать процесс контроля степени заснеженности (обледенения) солнечной батареи и процесс нагрева ее, чем расширяется область применения генератора. Предлагаемый наземный солнечный генератор может служить в качестве автономного необслуживаемого энергоснабжающего устройства питания потребителей, удаленных от электрических сетей, а также в труднодоступных районах страны (например, для питания маяков, радиомаяков, средств радиосвязи, телеметрии и т.п. а также для катодной защиты труб нефте- и газопроводов).

Поскольку емкость аккумуляторных батарей зависит от температуры, то наличие датчика температуры аккумуляторной батареи в составе генератора позволяет корректировать выходное напряжение источника опорных напряжений по уставке предельно допустимого значения остаточной емкости аккумуляторой батареи, при котором без ущерба для потребителя энергии допускается включение нагрева солнечной батареи.

По сравнению с прототипом в предлагаемом генераторе значительно упрощена конструкция солнечной батареи за счет устранения фольгового нагревателя, что особенно важно при производстве широкой номенклатуры генераторов; повышается надежность за счет уменьшения количества отказов, происходящих при обрыве цепи самих нагревателей и мест их соединений, подвергающихся изменениям под действием метеорологических условий, а также уменьшаются тепловые потери за счет исключения теплового сопротивления между нагревателем и солнечными элементами.

На фиг.1 изображена блок-схема наземного солнечного генератора; на фиг.2 схема управляющего устройства.

Генератор содержит солнечную батарею 1, подключенную через разделительный диод 2 и коммутирующее устройство 3 к выводу аккумуляторной батареи 4, обеспечивающему питание потребителя номинальным выходным напряжением генератора, коммутирующий элемент 5, подключающий датчик 6 тока солнечной батареи непосредственно к выводам солнечной батареи, управляющее устройство 7, устройство 8 сравнения, содержащее пороговые схемы 9-1.9-7 сравнения и логическую схему И 10, источник 11 опорных напряжений, устройство 12 контроля облученности, содержащее датчик 13 прямой облученности и датчик 14 отраженной облученности солнечной батареи, датчик 15 температуры, схему 16 сравнения, регулятор 17 тока, нагреватель 18, а также генератор содержит датчик 19 температуры солнечной батареи и датчик 20 температуры аккумуляторной батареи.

Управляющее устройство 7 содержит генератор 21 импульсов, схему И 22, схемы И-НЕ 23, 24, 25, схемы НЕ 26, 27 и конденсатор 28.

Работа наземного солнечного генератора заключается в следующем. В дневное время солнечная батарея 1 подзаряжает аккумуляторную батарею 4 через разделительный диод 2 и замкнутую цепь коммутирующего устройства 3, по сигналам управляющего устройства 7 с выхода «с», обеспечивая потребительский запас энергии на несколько суток.

Зимой при выпадении осадков солнечная батарея молжет оказаться покрытой снегом на весь зимний период и, следовательно, прекратится подзаряд аккумуляторной батареи, приводящий к прекращению работы генератора.

Для поддержания работоспособности генератора в зимнее время путем стаивания снегом (льда) с поверхности солнечной батареи 1 в рассматриваемой блок-схеме генератора на устройство 8 сравнения поступают напряжения с датчика 19 температуры солнечной батареи 1 и с датчиков 13, 14 облученности солнечной батареи, пропорциональные значениям температуры и облученности батареи, а также опорные напряжения с источника 11 опорных напряжений, соответствующие предельно допустимым значениям температуры и облученности солнечной батареи. При этом от источника опорных напряжений на первый вход схемы 9-1 сравнения поступает напряжение Utmax; на второй вход схемы 9-2 сравнения поступает напряжение Uto; на первый вход схемы 9-3 сравнения поступает напряжение Utmin; на первый вход схемы 9-4 сравнения поступает напряжение UАБmin; на первый вход схемы 9-5 сравнения поступает напряжение UЕmin. На второй вход схем 9-1, 9-3 сравнения и на первый вход схемы 9-2 сравнения поступает напряжение Ut с датчика 19 температуры солнечной батареи; на второй вход схемы 9-4 сравнения поступает напряжение UАБ с аккумуляторной батареи 4; на второй вход схем 9-5, 9-7 сравнения и на первый вход схемы 9-6 сравнения подается напряжение Uпр с датчика 13 прямой облученности солнечной батареи; на второй вход схемы 9-6 сравнения подается напряжение Uотр с датчика 14 отраженной облученности солнечной батареи. Одновременно на входы схемы 16 сравнения устройства контроля облученности поступает напряжение Utз, пропорциональное заданной температуре с источника 11 опорных напряжений, и напряжение обратной связи, пропорциональное истинной температуре датчиков облученности солнечной батареи, с датчика 15 температуры. Разность этих напряжений, усиленная регулятором 17 тока, поступает на нагреватель и изменяет его температуру в сторону уменьшения разности напряжений на входах схемы 16 сравнения. Таким образом, температура датчиков облученности солнечной батареи поддерживается постоянной на заданном уровне, соответствующем значению максимальной многолетней температуры в регионе эксплуатации наземного солнечного генератора, при которой исключается возможность обледенения или покрытия снегом датчиков облученности.

При выполнении любого из следующих условий: Utmin > Ut, когда температура солнечной батареи ниже предельно допустимого значения;

Ut > Uto, когда температура солнечной батареи положительная;

UАБmin > UАБ когда остаточная емкость аккумуляторной батареи мала;

UЕmin > Uпр, когда облученности солнечной батареи недостаточно для эффективного подзаряда аккумуляторной батареи; напряжение на первом входе соответствующей этим условиям пороговой схемы сравнения 9-2, 9-3, 9-4, 9-5 выше, чем на втором входе, и на выходе каждой схемы сравнения существует низкий уровень напряжения, соответствующий логическому «0». При этом на выходе логической схемы И 10 также будет существовать низкий уровень напряжения, соответствующий логическому «0», который не может изменить состояния управляющего устройства и, следовательно, режима работы наземного солнечного генератора.

Только при выполнении следующих условий: Ut < Uto; Utmin < Ut; UАБmin < UАБ; UЕmin < Uпр, которые могут наступить зимой, напряжение на вторых входах схем 9-2, 9-6 сравнения станет выше напряжения на их первых входах и на выходе пороговых схем 9-2, 9-6 сравнения установится высокий уровень напряжения, соответствующий логической «1» и, следовательно, на выходе схемы И 10 также установится уровень напряжения логической «1», который поступает на третий вход управляющего устройства 7. При этом на втором входе управляющего устройства 7 также существует напряжение логической «1», поскольку на входах схемы 9-7 сравнения выполняется условие Uкз 0.

Наличие высоких уровней напряжения на втором и третьем входах управляющего устройства 7 переводит его в состояние периодической выдачи импульсов управления дополнительным коммутирующим элементом с выхода «а».

Коммутирующий элемент на время, определяемое длительностью управляющего импульса, замыкает солнечную батарею 1 на датчик 6 тока (например, измерителный шунт). С выхода датчика 6 тока снимается напряжение Uкз К2Iкз, пропорциональное току короткого замыкания солнечной батареи, линейно зависящему от площади освещенной части батареи и уровня облученности, которое поступает на первыяй вход схемы 9-7 сравнения. На второй вход схемы 9-7 сравнения поступает напряжение Uпр с датчика 13 прямой облученности, пропорциональное истинному значению прямой облученности.

Сравнение напряжений Uкз с Uпр обеспечивает независимость определения предельно допустимой площади покрытия солнечной батареи снегом (льдом) от уровня облученности ее солнцем.

Если площадь покрытия батареи снегом (льдом) меньше допустимого значения, то Uкз > Uпр, и на выходе схемы 9-7 сравнения будет продолжать существовать уровень напряжения, соответствующий логической «1», который сохраняет предыдущее состояние управляющего устройства 7.

Таким образом, с момента выполения условия Uпр < Uотр генератор переводится в режим контроля площади покрытия батареи снегом (льдом). Этот режим продолжается до тех пор, пока не изменится одно из условий на входах схем 9-2. 9-7 сравнения. При изменении условий на входах схем 9-2.9-6 сравнения снимается сигнал логической «1» с входа управляющего устройства, которое прекращает подачу импульсов на вход коммутирующего элемента 5 и, следовательно, переводит генератор в режим нормальной работы. Пpи изменении условий на входах схемы 9-7 сравнения, когда Uкз < Uпр, т.е. площадь покрытия солнечной батареи снеом (льдом) превышает предельно допустимое значение, на выходе схемы 9-7 сравнения устанавливается уровень напряжения логического «0», снимающий «разрешение» на прохождение импульсов управления коммутирующим элементом и вызывающий появление напряжения на выходе «b» управляющего устройства 7.

Это напряжение вызывает срабатывание коммутирующего устройства 3, приводящее к замыканию цепи между третьим выводом (с более высоким потенциалом) аккумуляторной батареи 4 и первым выводом солнечной батареи 1, т.е. к шунтированию разделительного диода 2. Ток, протекая от аккумуляторнрой батареи 4 по солнечным элементам, вызывает падение напряжения на их p-n-переходах, вследствие чего солнечная батарея 1 разогревается. Так осуществляется перевод солнечного генератора из режима контроля площади покрытия солнечной батареи 1 снегом (льдом) в режим нагрева ее током.

Поскольку солнечные батареи наземных солнечных генераторов преимущественно устанавливаются под углом к горизонту, то по мере повышения температуры батареи снег (лед) подтаивает и соскальзывает с поверхности батареи. После полного удаления покрова с солнечной батареи 1 она некоторое время подсыхает и как только на ее поверхности не останется жидкости, температура батареи резко возрастает.

При этом на входах схемы 9-1 сравнения наступает условие Ut > Utmax и на выходе схемы 9-1 сравнения устанавливается напряжение логической «1», которое, поступая на первый вход управляющего устройства 7, вызывает снятие сигнала «1» с его выхода «b» и, следовательно, отключение нагрева солнечной батареи коммутирующим устройством 3.

В дальнейшем процесс включения (отключения) нагрева производится аналогично описанному выше.

В связи с тем что емкость аккумуляторной батареи 4 в значителной степени зависит от температуры батареи, в предлагаемом наземном солнечном генераторе напряжение UАБ на выходе источника 11 опорных напряжений постоянно корректируется с помощью датчика 20 температуры, включаемого, например, в выходную цепь делителя напряжения, чем уточняется постоянно значение остаточной емкости батареи. В случае использования в качестве аккумуляторной батареи иного источника питания (например, дизель-генератора, турбогенератора и т.п.) выходные сигналы управляющего устройства могут использоваться не только для управления коммутирующим устройством, но и для пуска (останова) применяемого источника питания.

В предлагаемом наземном солнечном генераторе источник опорных напряжений может быть выполнен как параметрическим (на стабилитронах), так и компенсационным в виде полупроводникового стабилизатора напряжения с резистивными делителями напряжения на каждый уровень выходного напряжения (см. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет./Под редакцией С.Д.Додика и Е.И.Гальперина. М. Советское радио,1969, с.69-105).

В качестве датчиков температуры могут быть использованы любые стандартные датчики температуры (например, термометры сопротивления типа ТЭП 018А, БЫ6.036.012ТУ).

В качестве датчиков облученности могут быть использованы любые фотоэлектрические приемники лучистой энергии (Кривоносов А.И. Оптоэлектронные устройства. М. Энергия, 1978, с.7-43, 77-84). Однако рекомендуется использовать в качестве датчиков облученности непосредственно солнечные элементы, из которых собирается солнечная батарея, имеющие линейную выходную характеристику в режиме короткого замыкания. Эти фотоэлементы должны сопрягаться с общим нагревателем, выполненным, например, из фольги, тыльными сторонами и устанавливаться над солнечным генератором нормально к его поверхности, обеспечивая, таким образом, контроль прямой (верхний) и отраженной (нижний) облученности.

Устройство сравнения может быть выполнено, например, на операционных усилителях (микрорсхемы серии К 140, Е 554 и т.п.) и цифровой схеме И (микросхемы серии К 155, К 176 и т.п. см. справочник «Интегральные микросхемы» (Под ред. Б. В. Тарабрина. М. Радио и связь, 1984, с,58-101, 139-170, 398-405, 463-464).

Коммутирующий элемент 5 и коммутирующее устройство 3 могут быть выполнены как полупроводниковыми, так и электромеханическими. Их разновидности и структуры достаточно подробно изложены в книге «Коммутационные устройства радиоэлектронной аппаратуры»/Под ред. Г.Я.Рыбина, М. «Радио и связь», 1985.

Поскольку введенные в ограничительную часть формулы изобретения, управляющее и коммутирующее устройства предназначены в основном для поддержания напряжения на аккумуляторной батарее в допустимом пределе его изменений в процессе заряда (разряда), то конструкция этих устройств определяется выходным напряжением и мощностью генератора, режимом работы (графиком нагрузок) потребителя, количеством и типом аккумуляторных батарей, количеством и типом солнечных батарей. На фиг.2 рассмотрен пример выполнения части управляющего устройства, обеспечивающей функции управления нагревом солнечной батареи.

В качестве элементной базы такого устройства могут быть использованы интегральные микросхемы серий К 155, К 176 и т.п. Работа управляющего устройства заключается в следующем.

При включении вход схемы И-НЕ 25 закорочен на время заряда конденсатора 28, вследствие чего триггер, собранный на схемах И НЕ 24, 25, устанавливается в состояние, при котором на выходе «b» управляющего устройства 7 (выход схемы И-НЕ 24) будет существовать напряжение логического «0», а на первом входе схемы И 22 (выход схемы И-НЕ 25) напряжение логической «1». При этом совпадение сигналов логической «1» на входах схемы И-НЕ 24 обеспечивается как за счет инверсии сигнала логического «0», поступающего на второй вход схемы И 22, с выхода схемы И 10 устройства 8 сравнения, схемой И-НЕ 23, так и за счет инверсии сигнала логической «1», поступающего с выхода схемы 9-7 сравнения устройства 8 сравнения, схемой НЕ 26.

В случае срабатывания устройства 8 сравнения с выхода его схемы И 10 поступает сигнал логической «1» на второй вход схемы И 22, чем осуществляется «разрешение» прохождения импульсов от генератора 21 импульсов на вход дополнительного коммутирующего элемента 5 с выхода «а» управляющего устройства 7 и, следовательно, перевод солнечного генератора в режим контроля площади покрытия солнечной батареи снегом (льдом).

В случае срабатывания схемы 9-7 сравнения устройства 8 сравнения (солнечная батарея недопустимо покрыта снегом) на входе схемы НЕ 26 появляется сигнал логического «0», который ею инвертируется и поступает на вход схемы И-НЕ 23. Появление сигнала логической «1» на обоих входах схемы И-НЕ 23 приводит к появлению сигнала логического «0» на ее выходе и входе схемы И-НЕ 24. Вследствие этого на выходе схемы И-НЕ 24, т.е. на выходе «b» управляющего устройства 7, появляется сигнал логической «1», который, поступая на вход схемы И-НЕ 25, приводит к появлению на выходе схемы И-НЕ 25 сигнала логического «0» и тем самым к переводу триггерной схемы на элементах И-НЕ 24, 25 в новое устойчивое состояние. При этом схема И 22 закрывается, т.е. прекращается подача управляющих импульсов на дополнительный коммутирующий элемент 5, и срабатывает коммутирующее устройство 3 по сигналу с выхода «b» управляющего устройства 7. Этим солнечный генератор переводится в режим нагрева солнечной батареи 1 от аккумуляторной батареи 4.

По окончанию нагрева срабатывает схема 9-1 сравнения устройства 8 сравнения и на вход схемы НЕ 27 управляющего устройства 7 поступает напряжение логической «1», которое ею инвертируется и поступает на вход схемы И-НЕ 25.

Появление логического «0» на входе схемы И-НЕ 25 приводит к появлению на ее выходе сигнала логической «1», переводящему триггерную схему на элементах 24, 25 в первоначальное состояние и, следовательно, к снятию управляющего сигнала с выхода «b» управляющего устройства и прекращению нагрева солнечной батареи.

Аналогично вырабатываются сигналы управления коммутирующим устройством 3 при повторных срабатываниях устройства 8 сравнения. Рекомендуемая частота импульсов генератора импульсов менее 0,01 Гц при длительности импульсов менее 1 с.

НАЗЕМНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий солнечную батарею, разделительный диод, коммутирующее устройство, аккумуляторную батарею, управляющее устройство, причем первый вывод солнечной батареи подключен через разделительный диод и коммутирующее устройство к первому выводу аккумуляторной батареи, второй вывод которой подключен ко второму выводу солнечной батареи, отличающийся тем, что в него введены датчик тока солнечной батареи, дополнительный коммутирующий элемент, устройство сравнения, содержащее логическую схему И, первую, вторую, третью, четвертую, пятую, шестую и седьмую пороговые схемы сравнения, а также источник опорных напряжений, датчик температуры аккумуляторной батареи, датчик температуры солнечной батареи, устройство контроля облученности, содержащее датчик прямой облученности, датчик отраженной облученности, схему сравнения, датчик температуры, нагреватель и регулятор тока, при этом первый вывод солнечной батареи соединен с третьим выводом аккумуляторной батареи посредством коммутирующего устройства, датчик тока солнечной батареи соединен одним из выводов непосредственно с выводом солнечной батареи, а другим посредством дополнительного коммутирующего элемента, соединенного входом с первым выходом управляющего устройства, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами коммутирующего устройства, источник опорного напряжения соединен первым, третьим, четвертым, пятым выводами соответственно с первыми входами первой, третьей, четвертой и пятой пороговой схемой срвавнения устройства сравнения, вторым выводом соединен с вторым входом второй пороговой схемы сравнения устройства сравнения, шестым выводом соединен с выходом датчика температуры аккумуляторной батареи, седьмым выводом соединен с первым входом схемы сравнения устройства контроля облученности, устройство сравнения своими вторыми входами первой и третьей пороговой схем сравнения и первым входом второй пороговой схемы сравнения соединено с выходом датчика температуры солнечной батареи, вторым входом четвертой пороговой схемы сравнения соединено с первым выводом аккумуляторной батареи, вторыми входами пятой и седьмой пороговых схем сравнения и первым входом шестой пороговой схемы сравнения соединено с выходом датчика прямой облученности устройства контроля облученности, вторым входом шестой пороговой схемы сравнения соединено с выходом датчика отраженной облученности, первым входом седьмой пороговой схемы сравнения соединено с выходом датчика тока солнечной батареи, выходом первой пороговой схемы сравнения подключено к первому входу управляющего устройства, выходом седьмой пороговой схемы сравнения подключено к третьему входу управляющего устройства, выходом логической схемы И подключено к второму входу управляющего устройства, причем выходы второй, третьей, четвертой, пятой и шестой пороговых схем сравнения устройства сравнения подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому входам логической схемы И, а вывод нагревателя устройства контроля облученности подключен через регулятор тока к выходу схемы сравнения этого устройства, второй вход схемы сравнения соединен с датчиком температуры.

Наземный солнечный генератор Наземный солнечный генератор Использование: в фотоэнергетике, в частности в фотоэликтрических генераторах. Сущность изобретения: наземный солнечный генератор содержит солнечную батарею,

Как самому сделать солнечный генератор. Типы систем

Конструирование собственного солнечного генератора не только легко, но также и чрезвычайно экономно. Прежде всего, я хочу показать Вам несколько применений работы солнечной системы. Сначала, я хочу представить Вашему вниманию портативную солнечную систему, которую Вы можете использовать для энергоснабжения чего угодно. Это прекрасно подходящая вещь для летних лагерей на природе, пикников, и Вы способны построить ее за не больше, чем 100 долларов.

Портативный солнечный энерго-генератор

Этот солнечный генератор может буквально окупит себя в пределах нескольких месяцев после начала его использования. Ниже, я показал наиболее основной комплект портативной солнечной энергосистемы, но есть еще несколько деталей, которые Вы можете добавить к этому, если у Вас еще остались деньги. Вы можете дорабатывать к основному комплекту солнечные батареи. Немного позже, мы поговорим о том, как подключить солнечные батареи к системе. Пожалуйста, обратите внимание на схему: