Производство солнечных батарей: актуальность бизнеса + что такое солнечные батареи + преимущества установки солнечных панелей + технология производства + необходимое сырье и оборудование + организационные моменты запуска бизнеса + стартовый капитал и рентабельность бизнеса + обзор создания мини-производства по изготовлению солнечных панелей.
Производство солнечных батарей – это, несомненно, инновационный вид бизнеса, особенно на территории России. Хотя в других странах, к примеру, в Турции, Испании и Германии альтернативные методы получения электроэнергии пользуются спросом, а поэтому и производство таких панелей для них уже давно не новшество.
Конечно, открывать подобный бизнес в России несколько рискованно, так как пока люди с опаской относятся к таким нововведениям. Но, учитывая тот факт, что данная ниша бизнеса еще свободна от конкурентов, а солнечные батареи – это действительно очень перспективный способ получения электроэнергии, запуск подобного предприятия можно назвать выгодным вложением средств.
В этом обзоре мы расскажем, как организовать производство таких батарей, где лучше это делать, сколько понадобится инвестировать, чтобы преуспеть в этой области предпринимательской деятельности.
О том, станет ли востребованным такое производство на территории страны, можно долго спорить. Ведь, с одной стороны, это действительно очень перспективное направление, которое может со временем и вовсе заменить привычное нам получение электричества.
Но, с другой стороны, солнечные батареи будут больше пользоваться спросом в солнечных краях, так как Солнце и является главным составляющим данного альтернативного способа получения электроэнергии.
Если же рассматривать производство солнечных батарей сугубо, как вид бизнеса, то, конечно, эта область предпринимательской деятельности очень и очень выгодна.
Способствует этому сразу несколько факторов:
Кроме перечисленных факторов, солнечные батареи также имеют широкий спектр применения, благодаря чему их можно использовать в самых разных областях.
Наиболее популярными направлениями в этом плане пользуются следующие:
Разумеется, наибольшим спросом пользуются батареи для электроснабжения домов, поэтому в данной статье мы рассмотрим именно организацию производства батарей для этих целей.
В любом случае, производство солнечных панелей – это очень востребованная ниша, которая в России спустя несколько лет станет гораздо популярнее. И попробовать свои силы в этом бизнесе сейчас – наиболее подходящее время в силу того, что пока на своем пути вы не встретите слишком много конкурентов.
Чтобы в общих чертах понять, как выглядит солнечная батарея, и как работает ее механизм, достаточно будет взглянуть на рисунок:
Солнечные батареи являются альтернативными источниками получения электроэнергии, подобно водным и ветровым установкам, которые использовались еще нашими предками для того, чтобы получить электричество.
На сегодня именно такие батареи считаются наиболее экономичным способом обеспечивать электричеством жилые дома, так как их монтаж и установка стоят не так дорого, как прочие устройства, к тому же, использовать полученную электроэнергию можно не сразу.
Поскольку батарея преображает энергию Солнца «в избытке», современные технологии позволяют сохранять ее в специальных аккумуляторах и использовать в то время, когда солнечная активность минимальна, то есть, вечером или ночью.
Для того, чтобы установить себе солнечную батарею и получать энергию, даже не обязательно жить в самом солнечном месте страны. Новые разработки позволяют использовать установки даже в тех климатических поясах, где Солнца гораздо меньше.
Да и сами по себе солнечные батареи, как источник электроэнергии, имеют очень много преимуществ, основные из которых следующие:
Словом, солнечные батареи – это действительно работающий вариант, который поможет не только получать чистую энергию, но и позволит значительно сократить расходы на оплату коммунальных услуг.
Единственное, на что стоит обратить внимание, — это непосредственно сфера применения солнечных батарей.
Дело в том, что многие путают понятие солнечных батарей и коллекторов, предназначение которых совершенно иное. Если солнечные батареи – это устройство для получения электроэнергии, то коллектор – это получение тепловой энергии Солнца, которая направлена на другие нужды, такие как, скажем, отопление и нагрев воды.
Коллекторы имеют несколько другой вид и принцип действия, поэтому путать эти два термина никак нельзя.
Поскольку мы разобрались с самим понятием солнечных батарей, можем перейти непосредственно к процессу их производства.
И здесь важно сразу отметить, что для будущего бизнесмена существует два основных пути, по которым он может развивать данный бизнес:
Каждый из способов имеет право на существование, а также свои плюсы и минусы.
К примеру, производя все батареи самостоятельно, включая и их составляющие, вы можете быть уверены в качестве конечного продукта. Также за счет этого можете значительно снизить себестоимость каждой батареи. Но для организации такого производства понадобятся значительные инвестиции, что является основным минусом данного метода.
Что касается второго варианта, то он обойдется вам дешевле, но и себестоимость продукции за счет покупных материалов, будет гораздо выше.
Чтобы детально проанализировать и тот, и другой вариант, сперва мы рассмотрим весь цикл производства, а также способ его организации для запуска бизнеса.
В конце мы также приведем пример организации мини-производства, когда все запчасти уже куплены, и от вас требуется только научится их собирать, монтировать и реализовать.
Итак, чтобы из купленного сырья произвести готовую солнечную батарею, нужно будет осуществить следующие действия:
В итоге мы получаем солнечную батарею, которая выглядит следующим образом:
Кроме этого, важно учитывать, что производство таких батарей – это весьма наукоемкий процесс, поэтому лучше искать и закупать необходимые составляющие, проконсультировавшись сперва с толковым физиком или электромехаником, который и поможет в итоге наладить производственный процесс.
К слову, найти подходящего специалиста, равно как и все необходимые материалы, будет не так легко, поскольку такое производство в России еще не налажено. Искать все нужные элементы и даже специалистов лучше за рубежом.
В среднем, покупка только сырья обойдется вам в сумму около 100 тыс. руб., но закупить только его, конечно же, недостаточно. Нужно также оборудование, на котором станет возможным производство батарей.
Поскольку речь идет о масштабном предприятии с полным циклом производства, то подразумевается покупка автоматизированной линии для создания батарей, которая обеспечит изготовление наиболее высококачественной продукции.
Вся производственная линия будет состоять из достаточно большого количества машин, которые гораздо рациональнее покупать у одного поставщика.
И на это есть ряд причин:
И помните , что производство солнечных батарей в России еще вовсе не налажено, поэтому покупать оборудование придется, скорее всего, заграницей.
Стоимость производственной линии будет отличаться в зависимости от страны-производителя, и может колебаться в пределах от 500 тыс. руб. до 10 млн. руб.
| Оборудование | Предназначение | Стоимость (руб.) | Образец |
|---|---|---|---|
| Итого: | 1 348 000 рублей | ||
| Резательная лазерная машина | Для разрезания ячеек разных размеров при помощи волоконного лазера | От 190 тыс. |  |
| Ламинатор | Для ламинации солнечных модулей органическим веществом для защиты от воздействия окружающей среды | От 650 тыс. |  |
| Обрамляющая машина | Для склеивания краев ленты и обрамления солнечных модулей | От 315 тыс. |  |
| Машина для очистки стекла | Для очищения и сушки стекол | От 126 тыс. |  |
| Стол для перемещения элементов | Для перемещения батарей при помощи алюминиевых направляющих | От 12 тыс. |  |
| Автомат для проверки высоким напряжением | Для тестирования модуля на пригодность | От 55 тыс. |  |
В конечном подсчете, если брать в качестве примера средние цены на оборудование, минимальный его комплект обойдется вам в 1,3 млн. руб .
Но, кроме производственной линии, вам также потребуется докупить ручной инструмент и оборудование (аккумуляторы, инверторы) для монтажа батарей. В итоге, общая стоимость оборудования составит порядка 1,5 млн. руб .
Помимо затрат на оборудование и закупку сырья, вам предстоят и прочие расходы на разные организационные вопросы, о которых далее поговорим подробнее.
Также нужно найти подходящее помещение и нанять персонал, что тоже немаловажно, поэтому рассмотрим каждый из моментов организации максимально детально.
Если вы планируете начать бизнес в области производства, при этом, планируется производить солнечные батареи «с нуля», то для регистрации вас, как предпринимателя, больше подойдет или ООО.
Чтобы приступить к процедуре регистрации, потребуется собрать определенный перечень документов и подать его в ИФНС по месту регистрации бизнеса.
В этот перечень войдут:
До того, как вы подадите документы, от вас потребуется заплатить сумму государственной пошлины, которая на сегодня составляет 4 тыс. руб. Квитанция о ее оплате входит в печень обязательных документов.
Но не только на оплату квитанции придется потратиться при регистрации бизнеса.
Вам предстоят и другие траты:
Итого, за законную регистрацию предпринимательской деятельности нужно будет потратить около 15-18 тыс. руб.
Также не забывайте об обязательном получении разрешительной документации от пожарной и санитарно-эпидемиологической службы после прохождения процедуры регистрации.
И еще одна важная деталь – при заполнении заявления необходимо будет указать код вашей деятельности по ОКВЭД. Он в данном случае находится под номером 27.20.3 .
Так как планируется полный цикл производства батарей, выбранное помещение должно быть достаточным для того, чтобы разместить в нем все нужное оборудование, а также выделить два небольших склада: для хранения комплектующих и для подготовки готовых батарей к монтажу.
В среднем, площадь помещения должна быть не меньше 300 кв.м., иначе изготавливать солнечные батареи будет невозможно из-за нехватки места.
Выбрав подходящее помещение, нужно позаботиться о его ремонте, который в ситуации такого производства очень важен, ведь речь идет о создании очень точных и хрупких деталей.
В помещении непременно должны быть:
Без этого всего ни пожарная служба, ни санэпидслужба не дадут вам необходимых разрешений к началу производства.
Всего численность работников составит около 6-8 человек, из которых потребуется нанять:
Обязанности директора и бухгалтера на первых порах можете выполнять самостоятельно, это позволит больше контролировать производство и понимать суть собственного бизнеса.
Наиболее трудно в этой ситуации будет найти хорошего специалиста и работников цеха, ведь из-за того, то производство солнечных батарей в России пока не очень развито, таких специалистов в стране мало.
Что касается перевозки и монтажа батарей, лучше всего нанять водителя для этой работы уже со своим авто или же приобрести хотя бы один грузовой автомобиль.
Так как солнечные батареи – это нужный, но пока еще не очень привычный для людей товар, нужно постоянно рассказывать и показать, что иметь солнечные батареи на своей крыше гораздо выгоднее, нежели платить большие средства за коммунальные услуги.
Вы можете сотрудничать как с большими предприятиями, так и с частными лицами. Все зависит от того, насколько востребована ваша продукция в регионе.
| Статья расходов | Сумма (руб.) |
|---|---|
| Итого: | 2 277 000 рублей |
| 1. Регистрация предпринимательской деятельности. | 17 тыс. |
| 2. Аренда помещения (с учетом аренды на некоторое время вперед). | 350 тыс. |
| 3. Закупка сырья и составляющих. | 100 тыс. |
| 4. Покупка оборудования. | 1 500 тыс. |
| 5. Оплата труда рабочих. | 250 тыс. |
| 6. Финансирование маркетингового плана. | 45 тыс. |
| 7. Текущие расходы. | 15 тыс. |
Получается, что для запуска предприятия по производству солнечных батарей в России, понадобится внушительная сумма, которая превышает 2 млн. руб .
Но не стоит думать, что такие инвестиции будут слишком долго окупаться. В среднем, такое производство может начать приносить прибыль уже спустя 1,5 – 2 года.
Выходит, что за каждую установленную батарею вы будете получать чистую прибыль около 10-15 тыс. руб . А с учетом того, что в месяц вы будете производить и устанавливать от 5 до 10 таких батарей, ваша чистая месячная прибыль составит от 75 тыс. руб.
Рентабельность бизнеса при правильной организации составит не менее 100%.
Но, в любом случае, 2 млн. руб. – это большие деньги, инвестировать которые не всем под силу. Можно ли открыть подобное производство, но с меньшими затратами?
Производство солнечных батарей. Как это работает?
Схема установки. Преимущества и недостатки.
Этот способ гораздо экономичнее варианта производства с нуля, так как в таком случае не придется тратиться на сырье, оборудование, многочисленный штат и регистрацию юридического лица.
Но себестоимость панелей при таком способе значительно возрастет, так как покупать готовые комплектующее дороже, нежели производить их самим.
В итоге, можно сказать, что такой способ будет наиболее уместным в двух случаях:
Определившись с преимуществами и недостатками, переходим к главному вопросу – как организовать мини-производство?
Итак, чтобы начать такой небольшой бизнес, вам не нужно первым делом регистрировать ООО. В таком случае будет достаточно и регистрации ИП.
Регистрация ИП значительно проще и стоит намного меньше, что также позволит прилично сэкономить.
Чтобы подать заявление на регистрацию в ИФНС, потребуются только базовые документы:
Стоимость госпошлины за совершение такой операции – 800 руб. Но помимо этой суммы, также придется заплатить за открытие расчетного счета в банке (2 тыс. руб.) и изготовление печати (до 1 тыс. руб.)
Итого, государственная регистрация обойдется вам всего лишь в 3-4 тыс. руб.
Теперь поговорим о помещении, закупке комплектующих и оборудования для мини-производства.
Большое помещение для запуска предприятия не потребуется – достаточно арендовать площадь размером 100 кв. м., на которой вы выделите помещение под сборку батарей, склад комплектующих, а также организуете небольшой выставочный зал для посетителей.
В принципе, при небольшом объеме заказов вам может подойти даже собственный просторный гараж. Но при этом не забывайте, что требования к помещению также будут высокими, ведь вам все равно предстоит высокоточная работа.
Комплектующие для производства батарей лучше заказывать за границей у прямых поставщиков. Хотя можно поискать и на территории России. Главное, чтобы качество материалов было на высоком уровне, и при этом они не стоили заоблачных денег.
Что касается оборудования, то автоматизированные линии при таком способе организации производства не понадобятся. Собственно, из-за этого не понадобятся и большие площади.
В качестве основного оборудования потребуются только несложные инструменты:
| Оборудование | Количество | Стоимость (руб.) | Образец |
|---|---|---|---|
| Итого: | 52 000 рублей | ||
| Дрель | 2 | 10 тыс. | |
| Шуруповерт | 2 | 6 тыс. |  |
| Набор инструментов | 2 | 10 тыс. |
Поскольку работы предстоит меньше, нежели при полном цикле производства, да и управиться с таким мини-предприятием легче, в постоянный штат сотрудников можно взять всего 3-5 человек.
А именно, речь идет о таком персонале:
На первых порах можете нанять только трое рабочих, а потом добрать еще пару человек.
При небольшом производстве функции руководителя, бухгалтера и маркетолога можете выполнять самостоятельно.
При этом маркетинговый план останется прежним. Ваш основной потребитель – это частное лицо, поэтому нужно постоянно информировать его о своем продукте, создав сайт и давая рекламные объявления в газеты, на ТВ и радио.
Теперь подсчитаем, насколько дешевле обойдется такой способ мини-производства:
Итого, стартовые инвестиции для запуска небольшого предприятия составят 360 тыс. руб. , что представляет собой гораздо меньшую сумму по сравнению с организацией производственных мощностей «с нуля».
Учитывая, что продажная стоимость и себестоимость батарей при таком способе немного увеличатся, чистая прибыль может быть несколько ниже. Но за счет гораздо меньших вложений и при постоянном потоке клиентов (не менее 5 человек в месяц) вы сможете окупить свое предприятие уже спустя год работы на рынке.
Итак, мы проанализировали два основных способа организации бизнеса на изготовлении установок для получения электроэнергии от энергии Солнца.
В заключении напомним, что производство солнечных батарей в России – это еще совсем свободная ниша, заняв которую сейчас, вы сможете получить хорошую отдачу в будущем, так как спрос на альтернативные методы получения энергии будет увеличиваться с каждым годом.
Полезная статья? Не пропустите новые!
Введите e-mail и получайте новые статьи на почту
Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.
Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.
Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:
Строго говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.
Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.
Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.
Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.
В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.
Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.
При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между . Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.
Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно .
Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2 , на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.
Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.
Основные недостатки солнечных батарей:
Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.
Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.
Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:
В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2 . В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м 2 . КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.
Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.
Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м 2 , 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м 2 . Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.
Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м 2 . Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.
То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м 2 , а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.
Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.
При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.
Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.
В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.
Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.
Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:
Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.
Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.
Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.
Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.
Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.
Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.
Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.
Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:
Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.
Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.Также нам потребуются:
Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.
Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, для квартиры и дома.
При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать .
Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:
При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.
Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.
Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.
Следовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .
Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.
Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.
Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.
Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.
Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.
В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.
Получение электричества из альтернативных источников питания весьма затратное занятие. Например, использование солнечной энергии при покупке готового оборудования придется потратить значительную сумму денег. Но в наше время возможно собрать солнечные батареи своими руками для дачи или частного дома из готовых фотоэлементов или других подручных материалов. И прежде, чем приступить к покупке необходимых компонентов и проектированию конструкции, необходимо понять, что такое солнечная батарея и ее принцип работы.
У людей, которые впервые сталкиваются с этой задачей, сразу возникают вопросы: «Как собрать солнечную батарею?» или «Как сделать солнечную батарею?». Но изучив устройство и принцип его работы, проблемы с реализацией данного проекта отпадают сами собой. Ведь конструкция и принцип действия просты и не должны вызвать затруднений при создании источника питания в домашних условиях.
Солнечная батарея (СБ) - это фотоэлектрические преобразователи энергии, излучаемой солнцем, в электрическую, которые соединены в виде массива элементов и заключены в защитную конструкцию . Преобразователи - полупроводниковые элементы из кремния для генерации постоянного тока . Они производятся трех видов:
Принцип работы устройства основан на фотоэлектрическом эффекте . Солнечный свет, падая на фотоэлементы, выбивает свободные электроны с последних орбит каждого атома кремниевой пластины. Перемещение большого количества свободных электронов между электродами батареи вырабатывают постоянный ток. Далее, он преобразовывается в переменный ток для электрификации дома.
До начала проектных работ по созданию панели в домашних условиях нужно выбрать один из трех типов преобразователей солнечной энергии. Для выбора подходящих элементов нужно знать их технические характеристики:
Для изготовления СБ своими силами можно приобрести преобразователи типа В (второй сорт). К ним относятся элементы с небольшими дефектами, даже при замене некоторых компонентов себестоимость батарей будет в 2–3 раза меньше рыночной, благодаря этому сэкономите свои средства.
Для обеспечения частного дома электричеством от альтернативного источника энергии лучше всего подходят первые два типа пластин.
Батареи лучше располагать по принципу: чем выше, тем лучше . Отличным местом будет крыша дома, на нее не попадает тень от деревьев или других построек. В случае, если конструкция перекрытий не позволяет выдержать вес установки, то место следует выбирать на участке дачи, который больше всего воспринимает излучение от солнца.
Собранные панели необходимо располагать под таким углом, чтобы солнечные лучи максимально перпендикулярно падали на кремниевые элементы . Идеальным вариантом будет наличие возможности корректирования всей установки по направлению за солнцем.
Обеспечить дом или дачу электричеством в 220 В от солнечной батареи вам не удастся, т.к. размеры такой батареи будут огромны. Одна пластина генерирует электрический ток с напряжением 0,5 В. Оптимальным вариантом считается СБ с номинальным напряжением 18 В. Исходя из этого рассчитывается необходимое количество фотоэлементов для устройства.
В первую очередь самодельная солнечная батарея нуждается в защитной рамке (корпусе) . Ее можно изготовить из алюминиевых уголков 30х30 мм или из деревянных брусков в домашних условиях. При использовании металлического профиля на одной из полок снимается напильником фаска под углом 45 градусов, а вторая полка отрезается под тем же углом. Отрезанные по нужным размерам с обработанными концами детали каркаса скручиваются при помощи угольников из того же материала. К готовой раме на силикон приклеивается защитное стекло.
При спаивании элементов в домашних условиях нужно знать, что для увеличения напряжения необходимо соединять последовательно , а для увеличения силы тока - параллельно . Кремневые пластины выкладываются на стекло, оставляя между ними зазор 5 мм с каждой стороны. Этот промежуток необходим для погашения возможного температурного расширения элементов при нагреве. Преобразователи имеют две дорожки: с одной стороны «плюс », с другой - «минус ». Все детали соединяются последовательно в единую цепь. Затем проводники с последних компонентов цепи выводятся на общую шину.
Для избегания саморазряда устройства в ночное время или облачную погоду специалисты рекомендуют предусмотреть монтаж диода Шоттки 31DQ03 или аналога на контакт от «средней» точки.
После окончания паяльных работ при помощи мультиметра необходимо проверить выходное напряжение, которое должно быть 18–19 В для полноценного обеспечения частного дома электроэнергией.
В готовый корпус укладываются спаянные преобразователи, потом в центр каждого кремневого элемента наносится силикон , и сверху накрывается подложкой из ДВП для их фиксации. После чего конструкция закрывается крышкой, и все стыки герметизируются герметиком или силиконом . Готовая панель монтируется на держатель или каркас.
Помимо сборки СБ из купленных фотоэлементов их можно собрать из подручных материалов, которые есть у любого радиолюбителя: транзисторов, диодов и фольги.
Для этих целей наиболее подходящими деталями являются транзисторы типа КТ или П . Внутри них находится довольно большой кремневый полупроводниковый элемент, необходимый для производства электричества. Подобрав необходимое количество радиодеталей, с них необходимо срезать металлическую крышку. Для этого нужно зажать его в тесках и ножовкой по металлу аккуратно произвести срез верхней части. Внутри можно увидеть пластину, которая будет служить в качестве фотоэлемента.
Транзистор для батареи со спиленной крышечкой
Все эти детали имеют три контакта: база, эмиттер и коллектор. При сборке СБ нужно выбирать коллекторный переход в связи с наибольшей разностью потенциалов.
Сборка осуществляется на ровной плоскости из любого диэлектрического материала. Спаивать транзисторы нужно в отдельные последовательные цепочки , а эти цепочки,в свою очередь соединять параллельно.
Расчет готового источника тока можно производить из характеристик радиодеталей. Один транзистор выдает напряжение 0,35 В и силу тока при КЗ в 0,25 мкА.
Солнечная батарея из диодов Д223Б действительно может стать источником электрического тока. Эти диоды имеют наибольший вольтаж и выполнены в стеклянном корпусе, покрытом краской . Напряжение на выходе готового изделия можно определить из расчета, что один диод на солнце генерирует 350 мВ.
Помимо описанных выше двух способов источник питания можно собрать из фольги. Самодельная солнечная батарея, сделанная согласно пошаговой инструкции, описанной ниже, сможет давать электроэнергию, хотя и очень малой мощности:
Все солнечные батареи не пригодны для обеспечения дачи или частного дома помещения электричеством в виду своей маломощности. Но они способны служить источником питания для радиоприемников или зарядки мелких электроприборов.
являются фотоэлектрические преобразователи (солнечные модули), которые обращают энергию солнечного света в электричество. Для того, чтобы в доме пользоваться бытовыми приборами за счет солнечной батареи, таких модулей должно быть достаточно много.
Энергии, вырабатываемой одним модулем, недостаточно для удовлетворения энергетических потребностей. Между собой фотоэлектрические преобразователи связаны одной последовательной цепью.
Части, из которых состоит солнечная батарея:
Солнечный модуль (или фотоэлектрический элемент) основан на принципе p-n перехода, и по своему устройству очень напоминает транзистор. Если у транзистора спилить шляпку и на поверхность направить солнечные лучи, то подключенным к нему прибором можно определить мизерный электрический ток. Солнечный модуль работает по такому же принципу, только поверхность перехода у солнечного элемента значительно больше.
Как и многие типы транзисторов, солнечные элементы изготавливаются из кристаллического кремния.
По технологии изготовления и материалам различают три вида модулей:
Аккумулятор. В солнечных батареях наибольшее применение нашли свинцово-кислотные аккумуляторы. Стандартный аккумулятор имеет напряжение 12 вольт, для получения большего напряжения собирают аккумуляторные блоки. Так можно собрать блок напряжением 24 и 48 вольт.
Контроллер заряда солнечных батарей. Контроллер заряда действует по принципу регулятора напряжения в автомобиле. В основном на 12 вольт выдают напряжение от 15 до 20 вольт, и без контроллера могут быть повреждены перегрузкой. При 100% заряженном аккумуляторе контроллер отключает модули и предохраняет аккумулятор от закипания.
Инвертор. Солнечные модули вырабатывают постоянный ток, а для использования бытовых приборов и техники требуется переменный ток и напряжение 220 вольт. Инверторы предназначены для преобразования постоянного тока, делая его переменным.
Чтобы снизить себестоимость солнечной станции, нужно попробовать собрать ее самостоятельно. Для этого потребуется закупить необходимые комплектующие, какие-то элементы можно изготовить самому.
Самостоятельно получится собрать:
Самые большие затраты будут связаны с приобретением самих солнечных элементов. Детали можно заказать из Китая или на eBay, такой вариант обойдется дешевле.
Благоразумно приобретать работоспособные преобразователи с повреждениями и дефектами – они просто забракованы производителем, но вполне исправны. Нельзя покупать элементы разных размеров и мощности – максимальный ток солнечной батареи будет ограничен током самого малого элемента.
Для изготовления рамки с солнечными элементами потребуется:
Собирать инвертор самостоятельно имеет смысл только при небольшом энергопотреблении. Контроллер заряда в простом исполнении не так дорого стоит, поэтому нет особого смысла тратить время на изготовление прибора.
Для сборки солнечной батарей потребуется:
Для удовлетворения энергетических потребностей частного дома одной солнечной панели (рамки) будет недостаточно. Исходя из практики, с одного квадратного метра солнечной панели можно получить 120 Вт мощности. Для нормального энергообеспечения жилого дома потребуется где-то 20 кв. м. площади солнечных элементов.
Чаще всего батареи размещают на крыше дома с солнечной стороны.
Корпус можно собирать из фанерного листа и реек, или из алюминиевых уголков и листа и оргстекла (текстолита). Необходимо определиться, сколько элементов будет размещаться в рамке. Следует учитывать, что между элементами необходим зазор в 3-5 мм, и размер рамки рассчитывается с учетом этих расстояний. Расстояние необходимо для того, чтобы при тепловом расширении пластины не прикасались друг с другом.
Сборка конструкции из алюминиевого профиля и оргстекла:
Все, корпус готов. Перед размещением солнечных элементов в корпусе необходимо тщательно протереть поверхность от грязи и пыли.
Обращаясь с фотоэлектронными элементами, следует помнить, что они очень хрупкие и требуют бережного отношения. Перед соединением пластин в последовательную цепочку их сначала тщательно, но аккуратно протирают– пластины должны быть идеально чистыми.
Если фотоэлементы были куплены уже с припаянными проводниками, это упрощает процесс соединения модулей. Но перед сборкой в этом случае необходимо проверить качество готовой пайки, и если есть неровности – устранить их.
На фотоэлектрических пластинах предусмотрены контакты по обеим сторонам – это контакты разной полярности. Если проводники(шины) еще не припаяны, необходимо сначала припаять их к контактам пластин, а затем уже соединить фотоэлектрические элементы между собой.
Чтобы припаять шины к фотоэлектрическим модулям, нужно:
Нельзя сильно прижимать паяльник к пластине, элемент может лопнуть. Также необходимо проверить качество пайки – неровностей на лицевой стороне фотоэлементов быть не должно. Если бугорки и шероховатости остались, нужно еще раз аккуратно пройтись паяльником по шву контакта. Пользоваться необходимо маломощным паяльником.
Что нужно сделать, чтобы правильно и точно произвести соединение фотоэлектрических элементов:
Механический монтаж панелей:
Прежде чем герметизировать панель, нужно протестировать качество пайки. Конструкцию аккуратно выносят поближе к солнечному свету и замеряют напряжение на общих шинах. Оно должно быть в пределах ожидаемых значений.
Как вариант, герметизацию можно провести следующим образом:
Для чего нужен диод Шоттки? Если свет падает только на часть солнечной батареи, а другая часть затемнена, возможен выход элементов из строя.
Диоды помогают избежать поломки конструкции в таких случаях. При этом теряется мощность на 25%, но без диодов не обойтись – они шунтируют ток, ток идет в обход фотоэлементов. Чтобы падение напряжения было минимальным, необходимо применять низкоомные полупроводники, такими являются диоды Шоттки.
Преимущества:
Недостатки:
В каких случаях целесообразно использовать установку на фотоэлектрических элементах:
Лицевая часть солнечной батареи должна быть обращена на юг или юго-запад под углом от 40 до 60 градусов. При монтаже нужно учитывать внешние факторы. Панели не должны загораживаться деревьями и другими предметами, на них не должна попадать грязь.
Последовательная цепь энергоснабжения частного дома на солнечных батареях выглядит следующим образом:
Довольно часто в частных домах система энергоснабжения дополняется резервным генератором.
В целом, собрать солнечную батарею своими руками не так уж и сложно. Необходимы только определенные средства, терпение и аккуратность.
В мире наблюдается постоянный рост потребления электроэнергии, а запасы традиционных источников энергии уменьшаются. Поэтому постепенно растёт спрос на оборудование, которые вырабатывает электричество, используя нетрадиционные источники сырья. Одним из наиболее распространённых способов получения электричества являются солнечные батареи, работающие от энергии солнца. В их составе работают фотоэлектрические элементы, свойства которых позволяют преобразовывать солнечное излучение в электрический ток. Для их изготовления используется один из самых распространённых на Земле химических элементов – кремний. В этом материале мы поговорим о том, как кремний превращается в фотоэлектрические элементы. Проще говоря, мы рассмотрим, что представляет собой производство солнечных батарей, и какое оборудование для этого требуется.
В сфере производства солнечных батарей уже сформировался довольно большой рынок, на котором присутствуют крупные компании. Здесь уже вращаются миллионы долларов и есть бренды, заработавшие репутацию производителей качественной продукции. Имеется в виду как мировой рынок, так и российский. Технологии, положенные в основу производства солнечных батарей, совершенствуются по мере развития научных исследований в этом направлении. Сейчас выпускаются солнечные батареи самых разных размеров и назначения. Есть совсем маленькие, используемые в калькуляторах и . А есть крупные панели, применяемые в гелиосистемах и . Один фотоэлемент имеет небольшую мощность и вырабатывает совсем небольшой ток. Поэтому их объединяют в . Теперь рассмотрим, как производятся фотоэлементы.
Прежде всего, стоит сказать, что на выходе производители получают три вида фотоэлементов:
Монокристаллические пластины солнечных элементов можно визуально отличить по однородности расцветки. При их производстве из исходного сырья (кремния) в результате температурной плавки получают слиток монокристаллического кремния. Он имеет высокую степень чистоты и однородность кристаллической решётки.
Поликристаллические элементы производятся проще. При их создании нет цели вырастить слиток из одного кристалла и добиться высокой однородности структуры. Они имеют меньшую стоимость, но расплачиваются за это меньшим КПД. Визуально их можно отличить по неоднородной расцветке.
И ещё один тип фотоэлементов выполняются из аморфного кремния. Для получения некоторых характеристик в него добавляют различные микроэлементы и наночастицы. Производство из этого типа кремния в основном ориентировано на выпуск гибких солнечных батарей. Этот тип панелей имеет самый низкий КПД.
В результате температурной обработки кремния получают бруски цилиндрической формы. Из него нарезают пластины малой толщины. В результате этой операции на поверхности пластин появляются повреждения, которые удаляются травлением и текстурированием. Это необходимо для того, чтобы улучшить поглощение светового излучения. После такой обработки на поверхности кремниевых пластин образуются микроскопические пирамиды, расположенные хаотичным образом. При попадании на них свет отражается на боковые поверхности других таких пирамид. Разрыхление текстуры снижает отражающую способность примерно на четверть. Сам процесс травления представляет собой ряд последовательных обработок щелочами и кислотами. Как говорят, специалисты, здесь нельзя перестараться и протравить лишнего. Слой тонкий и пластина может оказаться непригодной для дальнейшего использования.
Сама технология производства фотоэлементов основана на использовании p-n перехода. В пластине фотоэлемента совмещается дырочная и электронная проводимость, p и n-типа, соответственно. Такая конструкция имеет свойства быть барьером и пропускания электрического тока в одном направлении. На этом и основана работа солнечных батарей.
Для укладки на кремниевую пластину полупроводника n-типа на производстве используется фосфорная диффузия. Этот слой находится у поверхности пластины, уходя в глубину примерно на 0,5 мкм. В результате под действием солнечного света носители заряда противоположного знака проникают на небольшую глубину. Это сделано специально для того, чтобы путь к зоне p-n перехода быть максимально быстрым. В противном случае они могут погасить друг друга при встрече. В этом случае они не генерируют электрического тока, а значит, расходуются впустую.
В результате диффузии происходит замыкание между лицевой поверхностью пластины с решёткой для съёма тока и обратной стороной, являющейся сплошным контактом. Для удаления этого замыкания применяются различные технологии. Это может быть плазмохимическое или химическое травление. И также это может выполняться лазером или механическим способом. С помощью плазмохимического травления замыкание удаляется сразу для стопки кремниевых пластин. Результат этой процедуры во многом зависит от времени обработки, химического состава, площади поверхности элементов и многих других факторов.
Затем на поверхность пластины наносится текстура для уменьшения отражения. Если этого не сделать, то 10% солнечных лучей отразятся и не будут принимать участия в генерации электрического тока. Покрытие используется для глубокого проникновения света, которое препятствует их отражению обратно.
При создании металлизированной сетки с лицевой стороны пластин представляет собой сложную задачу. С одной стороны минимум оптических потерь достигается, если линии сетки тонкие и расположены на существенном расстоянии друг от друга. Если сделать сетку больше, то часть зарядов не будет достигать контакта и будут теряться вхолостую. С другой стороны, если полосы сетки будут слишком тонкими, то пространства для поглощения света будет много.
Но тонкие линии не могут проводить большой ток. Поэтому ищется «золота середина». Есть стандартизированные значения размеров линий и расстояния между ними для различных металлов. Технология металлизация основана на трафаретном печатании. В качестве материала чаще всего используется паста с содержанием серебра. Благодаря её использованию КПД пластин может быть увеличен до 15 процентов.
Теперь, давайте, рассмотрим производство солнечных батарей на этапе сборки их из полученных фотоэлементов.
Производство солнечных батарей можно разделить на следующие основные этапы:
Солидные производители используют при производстве солнечных батарей современное оборудование с программным управлением. Такой подход обеспечивает минимальную погрешность и разброс параметров собираемых солнечных батарей. Кроме того, компьютерное оборудование позволяет проводить более точное и полное тестирование. В результате уменьшается количество брака и увеличивается срок службы батарей.
Давайте, перечислим оборудование, используемое для производства.
Производство солнечных панелей и готовых гелиосистем является прибыльным и перспективным делом. Число приобретаемых батарей растёт из года в год. В результате имеется постоянный рынок сбыта, на который обращают внимание многие крупные производители.
В первую очередь этот рынок осваивают фирмы из Китая. Низкой стоимостью они выдавливают с рынка все остальные компании. Так, из-за китайской экспансии были вынуждены свернуть производство четыре немецкие компании среднего размера, а также один американский производитель. Работы в этом направлении закрыли Сименс и Бош. Результат закономерен, поскольку солнечные батареи, сделанные в Китае, стоят в два раза европейской и американской продукции.
Среди мировых производителей можно назвать следующие крупные компании, выпускающие солнечные батареи:
Солнечные батареи российского производства выпускают следующие компании:
В странах бывшего СССР также можно встретить немало производств. К примеру, в Астане. Причём для производства используется местный кремний. При строительстве на предприятии было установлено современное оборудование. Аналогичное предприятие собираются построить в Узбекистане. Причём строительство также ведут китайские производители.
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
