Солнечная батарея из диодов и транзисторов: Как сделать солнечную батарею из транзисторов или диодов

Содержание

Что можно сделать из диодов. Как сделать солнечную батарею из транзисторов или диодов? Как работает солнечная батарея

Все человечество сегодня стремится использовать экологические технологии, которые позволяют экономить ресурсы. А что может быть экологичнее и экономнее, чем солнечная энергия? Пока солнце будет светить, его энергию можно и нужно использовать в своих целях. Но для этого необходим специальный улавливатель — солнечная панель или иначе — батарея.

Несмотря на то, что эта технология неновая, она все равно остается дорогостоящей. Поэтому многие умельцы предпочитают собирать такие устройства своими руками. Наиболее простой способ приобщиться к бесплатной энергии солнца, это собрать прибор из диодов. О том, как собрать это чудо инженерной мысли в домашних условиях, расскажет сегодняшняя статья.

Что за устройство такое?

Перед тем, как приступать к сборке солнечной батареи своими руками, необходимо выяснить, что же это такое.
Солнечная батарея представляет собой специальную фотопластину, которая в результате воздействия на нее солнечного света может изменять свою проводимость. Это процесс происходит с выделением электрической энергии.

Обратите внимание! Преобразование солнечного света в нужный вид энергии на сегодняшний день является самым перспективным путем развития в энергетическом плане.

Классический вид заводской солнечной батареи

И такое приобретение станет совсем не лишним в квартире или доме. А ее изготовление своими руками в домашних условиях несет некоторые плюсы. Так, можно сэкономить на покупке производственной модели. И, конечно же, получить определенное моральное удовлетворение, которое всегда приходит, если сделать хорошую вещь своими руками.
Но с другой стороны, в случае самостоятельной сборки всегда имеется один недостаток — отсутствие гарантий качества и работоспособности. Конечно, если вы мастер на все руки и постоянно паяете дома электроприборы, то у вас все получится по высшему разряду, а вот у новичка не столь радужные перспективы.

Поэтому решайте сами, выгодно ли делать солнечную панель своими руками или ее проще все-таки купить в специализированном магазине.
Решившись собрать подобное устройство диодного вида, необходимо знать принцип его работы. Солнечная батарея из диодов в своей основе может содержать два типа элементов:

  • светодиоды;
  • старые диоды.

Диод содержит в себе полупроводниковый кристалл с p-n-зоной. При воздействии на элемент солнечного света в области p-n-зоны начинает наблюдаться движение электронов, которые формируют собой направленный поток. В результате получается фототок. Благодаря такому принципу работы становится возможны сборка солнечной батареи своими руками из диодов.
Но здесь необходимо помнить, что вырабатываемое диодом напряжение будет очень маленьким (к примеру, около 0,5 В для диодов вида КД). При этом сила тока не будет превышать 7 мА. А вот для белого светодиода ток потребления может достигать до 20 мА. В результате, чтобы получить относительно нормальную мощность батареи нужно довольно много диодов.

Первый вариант сборки

Светодиод

Как уже стало понятно, на сегодняшний день солнечная панель домашними умельцами может изготавливаться в двух вариантах: из светодиодов и старых диодов.
Рассмотрим первый вариант, когда в качестве главного элемента будет выступать обычный светодиод.

Современные светодиоды могут широко применяться для самостоятельной сборки мини-солнечной батареи. У них принцип функционирования почти аналогичен обычным диодам. От последних светодиод отличается наличием специального корпуса. Он выступает в роли линзы, с помощью которой происходит фокусирование солнечных лучей на проводящем кристалле.

Обратите внимание! За счет наличия этой линзы вырабатываемое напряжение здесь будет несколько выше, чем у стандартных диодных элементов.

При этом нужно помнить, что вырабатываемое напряжение зависит от типа свечения светодиода:

  • для красно-прозрачного элемента данный показатель будет равен примерно 1,3 В;
  • для зеленого – 1,5 В;
  • для инфракрасного – 0,9 В.

Установка элементов может производиться на плотном картоне или текстолитовой подложке. Собрав батарею из 100 светодиодов, можно получить силу тока примерно в 0,5 мА.
Процесс сборки происходит следующим образом:

Готовая батарея

  • избавляем элементы от корпуса. Для этого можно использовать самые разнообразные подручные средства (молоток, долото и т.д.). Снимать корпус следует аккуратно, что избежать повреждения кристалла;

Обратите внимание! Корпус на светодиоде можно вообще не снимать.

  • в качестве платы будем использовать картон. В нем проделываем небольшие отверстия. Отверстия делаем не как заблагорассудится, для этого используется схема. Выбирая схему, берите во внимание тот факт, что при последовательном соединении элементов их напряжение будет суммироваться, а при параллельном – суммироваться сила тока. Самый больший эффект будет при сочетании обеих схем подсоединения;
  • в проделанные отверстия вставляем светодиоды и соединяем их между собой по выбранной схеме.

Все, батарея готова. Вам останется только проверить ее показатели с помощью регистрирующего прибора. Не ожидайте увидеть внушительные цифры. Зачастую при такой сборке аппарат будет выдавать ток в 0,3 мА.
По сути, кроме чисто «спортивного» интереса здесь мало чего можно добиться. Вы потратите деньги, время и силы, а получите минимальный результат. Еще одним минусом такого устройства будет большая площадь размещения диодных элементов.

Свечение панели

Поскольку для создания солнечной батареи использовались светодиоды, то они будут светиться. Самопроизвольное свечение таких элементов является еще одним минусом идеи использовать светодиоды для создания панели с целью преобразования электрического тока из солнечной энергии.
Такой эффект обусловлен тем, что часть элементов схемы станет генерировать электроэнергию. А вот другая их часть будет ее потреблять.
Обратите внимание! Убрать эффект свечения у светодиодной солнечной батареи невозможно.
Сюда же, к минусам конструкции, можно добавить и тот факт, что панель будет вырабатывать электроэнергию только под прямыми солнечными лучами. Если на небе будет хотя бы одно облачко или просто пасмурный день, то на выходе напряжение будет равно нулю.

Второй вариант

Старый диод

Другим вариантом сборки солнечной батареи будет использование старых диодов. Принцип их работы такой же, как и у современных элементов электросхем подобного плана.

В данном случае изготовление панели осуществляется следующим образом:

  • открываем корпус диода, чтобы на его кристалл могли попадать солнечные лучи;
  • верхнюю часть корпуса необходимо просто срезать. При этом нижнюю часть следует нагреть с помощью включенной газовой плиты. Держать элемент над огнем нужно не более 20 секунд;
  • после того, как припой расплавился, можно без проблем извлечь кристалл. Для этого используем пинцет;
  • вытащенные кристаллы следует припаять к плате. Схема приведена ниже. Она может отличаться в зависимости от нужных конечных параметров.

Схема установки

Чтобы получить 2-4 В, необходимо смонтировать 5 блоков, состоящих из 4-5 спаянных последовательно кристаллов. В результате вы получите требуемое напряжение при нужной силе тока. Параллельное подключение принесет меньшую силу тока. Такая собранная своими руками солнечная панель может использоваться для питания светодиодного устройства небольшого размера.

Заключение

Из диодов, конечно же, сложно собрать мощную панель для улавливания солнечного света. Ведь даже в своем самом лучшем исполнении (старые диоды) такое устройство будет малоэффективным и от него максимум можно будет запитать небольшой светодиодный прибор. Поэтому если вы не электротехник-любитель и всякого рода электросхемы – не ваша страсть и вы не особо любите с ними возиться, то не стоит тратить силы на сборку подобных батарей, а лучше купить заводскую модель и получать на выходе хороший результат.

В такой ситуации вы гораздо быстрее окупите затраченные средства, да и с большим комфортом.

Как правильно подобрать и установить фонари с датчиками движения
Как собрать блок питания с регуляторами своими руками

В хозяйстве радиоконструктора всегда найдутся старые диоды и транзисторы от ставших ненужными радиоприемников и телевизоров. В умелых руках это — богатство, которому можно найти дельное применение. Например, сделать полупроводниковую солнечную батарею для питания в походных условиях транзисторного радиоприемника.

Ранее мы уже приводили , надеемся, вы заметили. Как известно, при освещении светом полупроводник становится источником электрического тока — фотоэлементом. Этим свойством мы и воспользуемся. Сила тока и электродвижущая сила такого фотоэлемента зависят от материала полупроводника, величины его поверхности и освещенности. Но чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла, а, говоря точнее, его нужно вскрыть.

Как это сделать, расскажем чуть позже, а пока загляните в таблицу, где приведены параметры самодельных фотоэлементов. Все значения получены при освещении лампой мощностью 60 Вт на расстоянии 170 мм, что примерно соответствует интенсивности солнечного света в погожий осенний день.

Энергия, вырабатываемая одним фотоэлементом, очень мала, поэтому их объединяют в батареи. Чтобы увеличить ток, отдаваемый во внешнюю цепь, одинаковые фотоэлементы соединяют последовательно. Но наилучших результатов можно добиться при смешанном соединении, когда фотобатарею собирают из последовательно соединенных групп, каждая из которых составляется из одинаковых параллельно соединенных элементов.

Предварительно подготовленные группы диодов собирают на пластине из гетинакса, органического стекла или текстолита, например, так, как показано на рисунке 4. Между собой элементы соединяются тонкими лужеными медными проводами. Выводы, подходящие к кристаллу, лучше не паять, так как от высокой температуры можно повредить полупроводниковый кристалл. Пластину с фотоэлементом поместите в прочный корпус с прозрачной верхней крышкой. Оба вывода подпаяйте к разъему — к нему будете подключать шнур от радиоприемника.

Солнечная батарея из 20 диодов КД202

Пять групп по четыре параллельно соединенных фотоэлемента на солнце генерирует напряжение до 2,1 В при токе до 0,8 мА. Этого вполне достаточно для того, чтобы питать радиоприемник на одном-двух транзисторах.

Теперь о том, как превратить диоды и транзисторы в фотоэлементы. Приготовьте тиски, бокорезы, плоскогубцы, острый нож, небольшой молоток, паяльник, оловянно-свинцовый припой ПОС-60, канифоль, пинцет, тестер или микроамперметр на 50-300 мкА и батарейку на 4,5 В. Диоды Д7, Д226, Д237 и другие в похожих корпусах следует разбирать так. Сначала отрежьте бокорезами выводы по линиям А и Б (рис.1).

Смятую при этом трубочку В аккуратно расправьте, чтобы освободить вывод Г. Затем диод зажмите в тисках за фланец. Приложите к сварному шву острый нож и, несильно ударив по тыльной стороне ножа, удалите крышку. Следите за тем, чтобы лезвие ножа не проходило глубоко вовнутрь — иначе можно повредить кристалл. Вывод Д очистите от краски — фотоэлемент готов.

У диодов КД202 (а также Д214, Д215, Д242-Д247) плоскогубцами откусите фланец А (рис.2) и отрежьте вывод Б. Как и в предыдущем случае, расправьте смятую трубку В, освободите гибкий вывод Г.


Но то было уже готовое решение.

Сейчас же я расскажу про свой опыт создания светодиодной солнечной батареи своими руками .

Прошу обратить внимание, что статья обозначена символами ƒ↓ (опыт не удался). Перед началом работы люблю смотреть похожие поделки и оценивать у кого что получилось. Вот тема одного форума , где этот вопрос всплыл раньше, но воплотить в жизнь и сделать развёрнутый обзор эффективности светодиодов никто не взялся.

Лично мне, идея пришла совершенно случайно, также случайно как я попал на чужую пару вольным слушателем. Там рассказывали про светодиоды и возможность их использования как фотодиодов . То есть, другими словами, светодиоды тоже преобразуют свет в электричество !

Для начала нужно определить какие светодиоды лучше использовать. Но сейчас не сезон и тестить под прямыми солнечными лучами не получиться, да и не постоянное это солнце. Что же делать? Забить Забыть до лета? Это не подход мозгочинов и всех самодельщиков))

В дело вступает галогеновая лампа, купленная в статье про .

Галогенка выбрана не случайно, а за счет близости к солнечному спектру излучения и большой мощности.

Решил собрать и кое где открутить все светодиоды , которые были в нашей мозгочинской лаборатории.

Для максимальной точности сравнения все светодиоды подносились перпендикулярно и вплотную к центру лампы . Но прежде чем заглянуть в таблицу выберите, основываясь на личных знаниях и опыте, — какой светодиод выдаёт большее напряжение? Белый, красный, может инфракрасный?

5 мм Вольт
Зеленый непрозрачный светодиод 1,51
Зеленый прозрачный светодиод 1,48
Ультрафиолетовый светодиод 0,11
Инфракрасный светодиод 0,93
Красный прозрачный светодиод 1,37
Оранжевый непрозрачный светодиод 1,52
Красный полупрозрачный светодиод 0,52
Белый светодиод 0,32
3 мм
зеленый непрозрачный светодиод 1,52
зеленый непрозрачный с отражателем!!! 1,57
10 мм
Красный непрозрачный светодиод 1,16

Кто загадывал зелёный , тому — зачот!

Поэтому выберем все зелёные индикаторные диоды.

Далее я спаял 9 светодиодов последовательно и еще 9 параллельно , чтобы сравнить эффективность при 2-х видах подключения. Остановился на 3 мм, т.к. они выдают такой же вольтаж, как и светики по 5 мм (ох и бесит меня это слово) .

Результаты вышли следующими:

При последовательном подключении всего 1,25 V

параллельно 1,56 V. Я ожидал совсем иного. Силу тока измерять не удалось (из за моего мультиметра). Но я и так знаю, что она там ничтожно мала. Интересно, что при последовательном соединении напряжение только уменьшилось. Может это связанно с тем, что светодиоды частично потребляют энергию, которую сами же конвертируют из света!?

В общем слова профессора (с 1 Ф:))) подтвердились и ничего не вышло. Но чтобы убедиться в этом наверняка, я подключил светодиоды к электронному термометру, который питается от 1 полуторовольтовой таблетки. И…. барабанная дробь …

Ничего.(

Epic Fail!

Вывод: площадь p — n перехода у светодиодов очень мала (по сравнению с солнечной батареей). Например полоска составляет несколько сантиметров.


С каждым днем выбросы углекислоты и токсичных веществ в атмосферу увеличивается, токсичные вещества вырабатываются при сгорании ископаемого топлива, в следствии чего постепенно уничтожают нашу планету. Поэтому внедрение «зеленой энергии», у которой вовсе отсутствует негативное влияние на окружающую среду, уже закрепила себя как базой основ новых электротехнологий. Одной из основ таких технологий получения экологически чистой электроэнергии это технология которая преобразует солнечный свет в электроэнергию. Далее пойдет речь о солнечных батареях, а так же их возможности в собственном доме.
В нынешнее время электроустановки в виде солнечных батарей изготовленных в промышленных условиях, используются для полного и частичного энерго-обеспечения и тепло-обеспечения дома, и стоят в районе 15-20 тысяч долларов при гарантии работы 25 лет.
Гелиосистемы разделяют на тепло обеспечения и энергообеспечения. В случае тепло обеспечения используются технологии солнечного коллектора. В случае энергообеспечения происходит фотоэлектрический эффект, с помощью которого происходит генерация электричества в солнечных батареях. Далее я опишу технологию ручной сборки солнечной батареи.
Технология ручной сборки солнечной батареи вовсе не сложна и даже очень проста и доступна всем. Почти каждый человек может собрать солнечные батареи с относительно высоким КПД при довольно низких затратах. Это экологично, выгодно, доступно и в последнее время модно.

Выбор солнечных элементов для солнечной панели

Приступив к созданию солнечной электростанции, нужно учитывать, что при ручной сборке солнечных батарей нет нужды сразу собирать полнофункциональную солнечную электростанцию, её в будущем можно будет наращивать. Если первый эксперимент ручной сборки оказался положительным, то после имеет смысл увеличить функциональность солнечной электростанции.

Прежде всего нужно знать что такое солнечная батарея, солнечная батарея — это прежде всего генератор, который работает на основе фотоэлектрического эффекта и преобразует солнечную тепловую энергию в электрическую энергию. Кванты света, которые вырабатывает солнце, попадают на кремниевую пластину и выбивает электрон с последней атомной орбиты кремния. Данный эффект создает большое количество свободных электронов, которые образуют поток электрического тока.

Перед тем как приступить к сборке солнечной батареи нужно сделать выбор в типе фотоэлектрического преобразователя. Фотоэлектрические преобразователи: монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Для ручной сборки солнечной батареи чаще всего выбирают легко доступные в продаже поликристаллические и монокристаллические солнечные модули.

Солнечные панели из поликристаллического кремния имеют достаточно низкий КПД от 7 до 9%, но этот недостаток компенсируется тем, что поликристаллические панели практически не понижают КПД при облачной и пасмурной погоде, гарантийная работоспособности поликристаллических элементов составляет примерно 10 лет. Солнечные панели на основе элементов монокристаллического кремния имеют более высокий КПД около 13% и сроки работоспособности приблизительно 25 лет, но монокристаллические элементы сильно понижают мощность при отсутствии прямого попадания солнечного света. Величина КПД кристаллов кремния может существенно изменятся от разных производителей. На практике работы солнечных электростанций в полевых условиях можно сказать о сроке службы монокристаллических панелей более 30 лет, а для поликристаллических модулей — более чем 20 лет. Причем за весь период эксплуатации потеря мощности у кремниевых монокристаллических и поликристаллических модулей составляет не более 10 процентов, а у тонкопленочных аморфных модулей только за первые два года мощность может снизится на 10-40%.

Набор Solar Cells можно приобрести на аукционе Еbay для сборки солнечной батареи из 36 и 72 солнечных элементов. Эти наборы так же доступны в продаже в Украине и в России. Зачастую, для ручной сборки солнечных батарей используются солнечные модули В-типа, это те модули, которые отбраковали на промышленном производстве. Они не теряют своих эксплуатационных показателей, но зато намного дешевле.

Разработка проекта гелиевой энергосистемы

Проектирование задуманной солнечной электростанции зависит от способа её монтажа и установки. К примеру солнечные батареи должны устанавливаться под определенным наклоном, чтобы обеспечить прямое попадание солнечных лучей под перпендикулярным углом. КПД солнечной панели так же зависит от интенсивности световой энергии, а также зависит от угла попадания солнечных лучей.
Смотреть сверху вниз: Монокристаллические солнечные панели (по 80 ватт) на даче установлены практически вертикально (зима). Монокристаллические солнечные панели на даче имеют меньший угол (весна)ю Механическая система управления углом наклона солнечной батареи.

Промышленные солнечные панели очень часто снабжены специальными датчиками, которые обеспечивают движение солнечных панелей по направлению движения солнечных лучей, что очень увеличивает стоимость солнечных панелей. Но так же тут может быть применено ручное механическое управление углом наклона солнечных панелей. В зимнее время солнечные панели должны быть практически вертикальными, чтобы исключить залегание снега на солнечных панелях.

Схема расчета угла наклона солнечной панели в зависимости от времени года

Солнечные батареи следует устанавливать с солнечной стороны вашего дома, чтобы за световой день пребывание солнечных лучей на солнечных батареях было максимально. В зависимости от географического расположения вашего дома и времени года вычисляется оптимальный угол наклона для вашего месторасположения.

Выбор оптимального статического угла наклона для кровельной солнечной системы монокристаллического типа

При сооружении солнечных панелей можно выбирать самые разные материалы по массе и другим характеристикам. Но при выборе материалов следует учитывать максимально допустимые температуры нагрева материалов, т.к. при работе солнечных модулей на полную мощность температура не должна превышать 250 градусов по Цельсию. При пиковой температуре солнечные модули теряют свою функцию производства электрического тока.
Готовые гелиосистемы зачастую не предполагают охлаждения солнечных модулей. Ручное изготовление может включать в себя охлаждение гелиосистемы и управление углом наклона солнечных панелей для регулировки температуры модуля, а так же выбор прозрачного материала, который будет поглощать ИК-излучение.

Как показали расчеты, в ясный солнечный день из 1 метра солнечных панелей можно получить 120 Вт мощности, но этого не хватит чтоб запустить даже компьютер. Солнечные панели размером в 10 метров производит уже более 1кВт электроэнергии, что позволит снабдить электроэнергией светильники, телевизоры и ваш компьютер. Для обычной семьи 3-4 человека необходимо около 300 кВт в месяц, поэтому солнечные панели должны быть размеров 20м, при условии что солнечные панели будут установлены с солнечной стороны вашего дома.
Для уменьшения месячного электро-потребления советую использовать для освещения вместо обычных лампочек, светодиодные лампочки.

Изготовление каркаса солнечной батареи

Для изготовления корпуса солнечной панели в основном используют алюминиевые уголки. В интернет магазинах можно приобрести уже готовые корпуса для солнечных батарей. А так же для изготовления корпуса солнечной панели выбирают по желанию прозрачное покрытие.

Комплект рамы со стеклом для солнечной батареи, примерная стоимость от 33 долларов

При выборе прозрачного материала можно опираются на следующие характеристики материалов:

Если в качестве критерия выбора рассматривать показатель преломления солнечного света, то самый минимальный коэффициент у плексиглас, более дешевый вариант это обычное стекло, менее подходящий это поликарбонат. Но в продаже сейчас имеется поликарбонат с антиконденсатным покрытием, что обеспечивает качественный уровень теплозащиты.

Важно про изготовлении солнечных панелей выбирать прозрачные материалы которые не пропускают ИК-спектр, что снизит нагревание кремниевых элементов.

Схема поглощения УФ и ИК излучения различными стеклами. а) обычное стекло, б) стекло с ИК-поглощением, в) дуплекс с термопоглощающим и обычным стеклом .

Защитное силикатное стекло с оксидом железа обеспечивает максимальное поглощение ИК-спектра. ИК-спектр хорошо поглощает любое минеральное стекло, а так же минеральное стекло более устойчиво к повреждениям, но в тоже время является очень дорогим и недоступным.

Так же зачастую для солнечных панелей применяют специальные антибликовые сверх прозрачные стекла, которые пропускают до 98% спектра.

Солнечная панель в корпусе из оргстекла

Монтаж корпуса солнечной батареи

В данном случае будет показано изготовление солнечной панели из 36 поликристаллических солнечных модулей размером 81х150мм. Отсюда вычисляем размеры будущей солнечной панели. Важно при расчете между модулями оставлять небольшое расстояние, которое может меняются при воздействии атмосферных воздействий, т. е. оставляйте между модулями примерно 3-5мм. В итоге получим размер заготовки 835х690мм при ширине уголка 35мм.

Самодельная солнечная батарея изготовленная вручную, сделанная с использованием алюминиевого профиля, очень похожа на солнечную панель фабричного изготовления. При этом обеспечивается высокая степень герметичности и прочности конструкции.
Для изготовления берем алюминиевый уголок, и выполняем заготовки рамки 835х690 мм. Чтобы можно было провести крепление метисов, в раме следует сделать отверстия.
На внутреннюю часть уголка дважды наносим силиконовый герметик.
Важно чтобы не было незаполненных мест. От качества нанесения герметика зависит герметичность и долговечность батареи.
Далее в раму кладется прозрачный лист из выбранного материала: поликарбоната, оргстекла, плексигласа, антибликового стекла. Важно силикону дать высохнуть на открытом воздухе, иначе испарения создадут пленку на элементах.
Стекло требуется тщательно прижать и зафиксировать.
Для надежного крепления защитного стекла используем метисы. Нужно закрепить 4 угла рамки и по периметру разместить два метиса с длинной стороны рамки и по одному метису с короткой стороны.
Метисы фиксируются при помощи шурупов.
Каркас солнечной батареи готов. Важно перед креплением солнечных элементов, нужно очистить стекло от пыли.

Подбор и пайка солнечных элементов

В данное время в интернет магазинах представлен огромный ассортимент изделий для самостоятельного изготовления солнечных батарей.

Набор Solar Cells включает комплект из 36 поликристаллических кремниевых элементов, проводники для элементов и шины, диоды Шотке и карандаш с кислотой для паяния

Из-за того что солнечная батарея, сделанная своими руками, ориентировочно в 4 раза дешевле заводской готовой, собственное изготовление — это огромная экономия средств. В интернет магазинах можно приобрести солнечные модули, элементы с дефектами, при этом они не теряют своей функциональности, но придется пожертвовать внешним видом солнечной батареи.

Поврежденные фотоэлементы не теряют своей функциональности

Если вы впервые занимаетесь изготовлением солнечных батарей, то лучше приобретать наборы для изготовления солнечных панелей, в продаже имеются солнечные элементы с припаянными проводниками. Так как пайка контактов — это достаточно сложный процесс, сложность заключается в хрупкости солнечных элементов.

Если вы купили кремниевые элементы без проводников, то в первую очередь необходимо провести пайку контактов.


Так выглядит поликристаллический кремниевый элемент без проводников.
Проводники надрезаются с помощью картонной заготовки.
Необходимо аккуратно положить проводник на фотоэлемент.
На место припаивания нанести кислоту для паяния и припой. Проводник для удобства фиксируется с одной стороны тяжелым предметом.
В таком положении необходимо аккуратно припаять проводник к фотоэлементу. Во время пайки нельзя нажимать на кристалл, потому что он очень хрупкий.

Пайка элементов для солнечных панелей — это весьма кропотливая работа. Если с первого раза не удастся получить нормального соединения, то нужно повторить работу. По нормативам серебряное напыление на проводнике должно выдерживать 3 цикла пайки при допустимых тепловых режимах, на практике сталкиваешься с тем, что напыление разрушается. Разрушение серебряного напыления происходит из-за использования паяльников с нерегулируемой мощностью (65Вт), этого нужно избегать, можно уменьшить мощность паяльника таким образом — для этого нужно последовательно с паяльником включить патрон с лампочкой в 100 Вт. Помните, что номинальная мощность паяльника нерегулируемого слишком большая для пайки кремниевых контактов.

Если вам продавцы проводников будут говорить, что припой на соединителе имеется, но вы его лучше нанесите дополнительно. Во время пайки будьте аккуратны, при минимальном усилии солнечные элементы лопаются, а так же не нужно складывать солнечные элементы пачкой, от массы нижние элементы могут треснуть.

Сборка и пайка солнечной батареи
При первой ручной сборке солнечной батареи лучше воспользоваться разметочной подложкой, которая поможет расположить элементы ровно на некотором расстоянии друг от друга (5 мм).

Разметочная подложка для элементов солнечной батареи

Основа выполняется из листа фанеры с маркированием уголков. После пайки на каждый элемент с обратной стороны крепится кусок монтажной ленты, достаточно прижать заднюю панель к скотчу, и все элементы переносятся.

Монтажная лента, использованная для крепления, с обратной стороны солнечного элемента

При данном типе крепления сами элементы дополнительно не герметизируют, они могут свободно расширяться под действием температуры и это не приведет к повреждению солнечной батареи и разрыву контактов и элементов. Герметизации поддаются только соединительные части конструкции. Такой вид крепления больше подходит для опытных образцов, но вряд ли может гарантировать долгосрочную эксплуатацию в полевых условиях.

Последовательный план сборки батареи выглядит так:

Выкладываем элементы на стеклянную поверхность. Между элементами должно быть расстояние, что предполагает свободное изменение размеров без ущерба конструкции. Элементы нужно прижать грузами.

Пайку производим по приведенной ниже электросхеме. «Плюсовые» токонесущие дорожки размещены на лицевой стороне элементов, «минусовые» — на обратной стороне.
Перед пайкой нужно нанести флюс и припой, после аккуратно припаять серебряные контакты.

По такому принципу соединяются все солнечные элементы.

Контакты крайних элементов выводятся на шину, соответственно, на «плюс» и «минус». Для шины используется более широкий серебряный проводник, который имеется в наборе Solar Cells.
Рекомендуем также вывести «среднюю» точку, с ее помощью ставятся два дополнительных шунтирующих диода.

Клемма устанавливается также с внешней стороны рамы.

Так выглядит схема подключения элементов без выведенной средней точки.

Так выглядит клеммная планка с выведенной «средней» точкой. «Средняя» точка позволяет на каждую половину батареи поставить шунтирующий диод, который не даст батарее разряжаться при снижении освещения или затемнении одной половины.

На фото показан шунтирующий диод на «плюсовом» выходе, он противостоит разрядке аккумуляторов через батарею в ночное время и разрядке других батарей во время частичного затемнения.
Чаще в качестве шунтирующих диодов используют диоды Шотке. Они дают меньшую потерю на общей мощности электрической цепи.
В качестве токовыводящих проводов может быть использован акустический кабель в силиконовой изоляции. Для изоляции можно применить трубки из-под капельницы.
Все провода должны быть прочно зафиксированы силиконом.

Элементы могут быть соединены последовательно (см. фото), а не посредством общей шины, тогда 2-й и 4-й ряд необходимо повернуть на 1800 относительно 1-го ряда.

Основные проблемы сборки солнечной панели связаны с качеством пайки контактов, поэтому специалисты предлагают перед герметизацией панели ее протестировать.

Тестирование панели перед герметизацией, напряжение сети 14 вольт, пиковая мощность 65 Вт

Тестирование можно делать после пайки каждой группы элементов. Если вы обратите внимание на фотографии в мастер-классе, то часть стола под солнечными элементами вырезана. Это сделано намеренно, чтобы определить работоспособность электрической сети после пайки контактов.

Герметизация солнечной панели

Герметизация солнечных панелей при самостоятельном изготовлении — это самый спорный вопрос среди специалистов. С одной стороны, герметизация панелей необходима для повышения долговечности, она всегда применяется при промышленном изготовлении. Для герметизации зарубежные специалисты рекомендуют использовать эпоксидный компаунд «Sylgard 184», который дает прозрачную полимеризованную высоко эластичную поверхность. Стоимость «Sylgard 184» составляет около 40 долларов.

Герметик с высокой степенью эластичности «Sylgard 184»

Но с другой стороны, если вы не хотите тратить дополнительные деньги, то вполне можно задействовать силиконовый герметик. Однако в этом случае не стоит полностью заливать элементы, чтобы избежать их возможного повреждения в процессе эксплуатации. В таком случае элементы к задней панели можно прикрепить при помощи силикона и герметизировать только края конструкции.

Перед началом герметизации необходимо подготовить смесь «Sylgard 184».

Сначала заливаются места стыков элементов. Смесь должна схватиться, чтобы закрепить элементы на стекле.

После фиксации элементов делается сплошной полимеризирующий слой эластичного герметика, распределить его можно с помощью кисточки.

Так выглядит поверхность после нанесения герметика. Герметизирующий слой должен просохнуть. После полного высыхания можно закрыть солнечную батарею задней панелью.

Так выглядит лицевая сторона самодельной солнечной панели после герметизации.

Схема электроснабжения дома

Систему электроснабжения дома с использованием солнечных батарей принято называть фотоэлектрическими системами, т.е. системами, генерирующими энергию с использованием фотоэлектрического эффекта. Для собственных жилых домов рассмотрены три фотоэлектрические системы: автономная система энергообеспечения, гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система, безаккумуляторная фотоэлектрическая система, подключенная к центральной системе энергоснабжения.

Каждая из вышеперечисленных систем имеет свое предназначение и преимущества, но наиболее часто в жилых домах применяют фотоэлектрические системы с резервными аккумуляторными батареями и подключением к централизованной энергосети. Питание электросети осуществляется при помощи солнечных батарей, в темное время суток от аккумуляторов, а при их разрядке — от центральной энергосети. В труднодоступных районах, где нет центральной сети, в качестве резервного источника энергоснабжения используются генераторы на жидком топливе.

Более экономной альтернативой гибридной батарейно-сетевой системе электроснабжения будет безаккумуляторная солнечная система, подсоединенная к центральной сети энергоснабжения. Электроснабжение осуществляется от солнечных батарей, а в темное время суток сеть питается от центральной сети. Такая сеть более применима для учреждений, потому что в жилых домах большая часть энергии потребляется в вечернее время.

Схемы трех типов фотоэлектрических систем

Рассмотрим типичную установку батарейно-сетевой фотоэлектрической системы. В качестве генератора электроэнергии выступают солнечные панели, которые подсоединены через соединительную коробку. Далее в сети устанавливается контроллер солнечного заряда, чтобы избежать короткого замыкания при пиковой нагрузке. Электроэнергия накапливается в резервных батареях-аккумуляторах, а также подается через инвертор на потребители: освещение, бытовую технику, электроплиту и, возможно, используется для нагревания воды. Для установки системы отопления эффективнее применять гелиоколлекторы, которые относятся к альтернативной гелиотехнологии.

Гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система с переменным током

Существует два типа электросетей, которые используются в фотоэлектрических системах: на базе постоянного и переменного тока. Использование сети переменного тока позволяет размещать электропотребители на расстоянии, превышающем 10–15 м, а также обеспечивать условно-неограниченную нагрузку сети.

Для частного жилого дома обычно используют следующие комплектующие фотоэлектрической системы:
-суммарная мощность солнечных панелей должна составлять 1000 Вт, они обеспечат выработку около 5 кВт ч;
-аккумуляторы с общей емкостью в 800 А/ч при напряжении 12 В;
-инвертор должен иметь номинальную мощность 3кВт с пиковой нагрузкой до 6 кВт, входное напряжение 24–48 В;
-контроллер солнечного разряда 40–50 А при напряжении в 24 В;
-источник бесперебойного питания для обеспечения кратковременного заряда с током до 150 А.

Из этого следует, что для фотоэлектрической системы электроснабжения понадобится 15 панелей на 36 элементов, пример сборки которых описан выше. Каждая солнечная панель дает суммарную мощность в 65 Вт. Более мощными будут солнечные батареи на монокристаллах. Например, солнечная панель из 40 монокристаллов имеет пиковую мощность 160 Вт, однако такие панели чувствительны к пасмурной погоде и облачности. В этом случае солнечные панели на базе поликристаллических модулей оптимальны для использования.

Информация с сайта:

Как сделать солнечную батарею своими руками (фото, видео)

Использование альтернативных источников получения энергии на сегодня набирает все больше популярности в обществе. Добывание солнечной энергии совершенно бесплатно и доступно всем. И если экология и экономия являются для вас сопутствующими показателями для жизни, то вниманию предлагается статья, как своими руками сделать солнечную батарею.

Принцип работы

Стоит согласиться, что получать совершенно бесплатно электроэнергию, не просто мечта, а реальность. Приблизиться к мечте в виде электрификации частного дома посредством использования альтернативного источника получения энергии очень просто. Нужно предпринять всего лишь несколько действий, затраты на которые не превысят недельной прибыли семьи.

Но прежде, как сделается установка, стоит узнать, как работает самостоятельно созданная солнечная батарея из подручных материалов. Какие главные элементы конструкции, как взаимодействуют между собой и для чего они предназначены. По сути, устройство состоит всего из трех необходимых элементов:

  1. Солнечный коллектор.

Конструктор, состоящий из небольших относительно размеров элементов. Задача солнечной батареи преобразовать световой эффект в поток электронов положительно и отрицательно заряженных. Электрический ток большого показателя напряжения типовые элементы вырабатывать не в состоянии.

Нормальный показатель генерирования одного элемента – 0. 5В. Задача солнечного коллектора выработать электрический ток напряжением в 18В. Данного показателя вполне достаточно для зарядки 12В аккумуляторной батареи. Так что о генерировании показателя напряжения 220В говорить не приходится. Электростанция типового показателя выработки энергии будет занимать огромный объем площади.

  1. Аккумуляторы.

Данные элементы в конструкции используются для обеспечения частного дома либо дачи необходимым количеством электроэнергии. Заряда одной батареи надолго не хватит. Но все зависит от мощности и количества подключенных источников потребления электрической энергии.

По мере необходимости, количество аккумуляторов со временем допустимо увеличивать. При этом единовременно необходимо дополнять систему солнечными коллекторами. В одной действующей системе может использоваться более 10-ти аккумуляторов.

  1. Инверторное устройство.

Инверторы в домашних условиях преобразовывают добытый ток низкого напряжения в электрическую энергию высокого показателя напряжения. Типовое устройство можно отыскать в свободной продаже. При этом, стоит обращать внимание на характеристики приобретаемого инвертора: выходная мощность устройства не должна быть меньше 4кВт. Данной мощности хватит для энергоснабжения дачи либо загородного дома.

Аккумуляторы и инвертор рекомендовано приобретать – они доступны в продаже. А вот солнечную батарею реально собрать из подручных материалов в домашних условиях.

Расчеты и подготовка

Прежде, как изготовить своими руками солнечную батарею , стоит определиться с необходимыми параметрами. Рекомендовано определить величину нагрузки, рассчитываемую на источники будущего потребления энергии. Зачастую известны два параметра:

  • какой показатель напряжения нужен для определенного потребителя электроэнергии,
  • какой величины ток необходимо обеспечить при этом.

Произведение двух известных параметров и выказывает потребляемый объем нагрузки мощности.

Рекомендуют в цепочке использовать для начала аккумулятор, заряжаемый от солнечной батареи. Затем от заряженного аккумулятора поставляют энергию к потребителю.

Изготавливается самодельная солнечная батарея из специальных элементов, заряжающихся от светового воздействия. Типовые элементы установлены во многих калькуляторах. Допустимо отдельно приобрести новые солнечные составляющие, но стоимость будет равна готовой батареи в сборе. Можно отыскать работоспособные использованные составные фотоэлементы на многих аукционах, ибо «с рук».

Солнечные элементы воссоединяются между собой проводниками следующим образом:

  • выкладываются ячейки на ровной поверхности,
  • проводник аккуратно укладывается на ячейки,
  • на место будущего сращивания проводника и элемента наносится припой и паяльная кислота,
  • далее проводник аккуратно припаивается без нажима.

Корпус для спаянных фотоэлементов с проводниками для частного использования может изготавливаться из стекла (оргстекла) в раме из фанеры, деревянных брусков и ДВП:

  1. Из предварительно расчерченной фанеры, вырезается днище и обрамляется по периметру подготовленными брусками сечением до 25мм. Для естественной вентиляции во избежание перегрева элементов в работе в брусках насверливаются отверстия d-10мм (шаг до 20см).
  2. Из ДВП подложка для фотоэлементов так же снабжается насверленными отверстиями для вентиляции.
  3. Крышка корпуса вырезается из оргстекла и закрепляется на поверхности саморезами.

Панель без затрат в домашних условиях

Солнечную панель можно изготовить в домашних условиях без приобретения фотоэлементов. Самодельная солнечная батарея из диодов либо транзисторов, конечно, не обеспечит энергией все потребности дома. Тем не менее, батарея из транзисторов с легкость сможет обеспечить бесперебойную работу мелкой домашней электроники.

В домашних условиях можно собрать устройство можно из старых транзисторов типа «П» либо «КТ». В начале аккуратно спиливается верхняя часть транзисторов для свободного попадания света на р-n-переход. Верхняя часть транзистора типа «П» продувается после высыпанного порошка. Для использования фотоэлементов необходимо воссоединить ячейки в блоки (параллельное соединение). Крепление ячеек транзисторов воспроизводится посредством навесного закрепления на текстолитовой подложке.

Диоды (типа Д223Б) не стоит разбирать. Со стеклянной поверхности корпуса снимается (ацетоном) краска. Впаиваются диоды в подложку в вертикальном расположении, что придает больший эффект площади освещенности элемента.

Солнечная панель из простых алюминиевых банок

Невероятно практичная конструкция гелионагревателей создается из пивных или банок из под газировки. Стоит всего лишь набрать необходимое количество пустых алюминиевых банок.

Лучше не использовать жестяные пивные банки. Материал сильно подвержен коррозии и наделен низким показателем теплообмена.

Сборка банок в единую систему выглядит следующим образом:

  1. Подготовка банок. Каждая банка промывается, дно пивных банок пробивается для потока воздуха в целях сбора тепла.
  2. Производится обезжиривание поверхности банок.
  3. Подготовленные банки склеиваются друг на друга, как конструктор.

Каркас под теплообменник нужно изготовить из основы, деревянной рамы и оргстекла для лицевой отделки. Подложку основы лучше сделать из фольги. Ведь, как известно, установка подложки из фольги повышает светоотражающие качества основы.

Аккумулирование природного солнечного света является полезным действом, что касается экологии. К тому же производство солнечного света совершенно бесплатно и доступно на любом открытом участке дачи. И к тому же, такая приятная экономия денежных средств вас приятно удивит.

Солнечная энергия и диоды Шоттки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311.25

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ И ДИОДЫ ШОТТКИ

В. А. Алехин

В данной статье рассматривается независимый источник энергии — солнечная батарея, в основе которой лежит фотоэлектрический элемент, выполняющий роль фотоэлектрического преобразователя. Работа фотоэлемента невозможна без использования диодов. В статье также рассказано о диодах Шоттки — полупроводниковых диодах, имеющих малое падение напряжения при прямом включении.

Ключевые слова: независимый источник энергии, солнечные батареи, фотоэлектрические преобразователи, солнечные элементы, диод Шоттки, р-п переход, кремневые элементы, солнечные панели.

Благодаря цивилизации и техническому прогрессу каждый современный человек имеет всё, что необходимо для его удобства. Мы уже рефлекторно открываем кран с горячей или холодной водой, зажигаем газ и включаем свет для удовлетворения своих каких-либо потребностей, и уже временное отсутствие воды или электричества по техническим причинам нам доставляет массу неудобств. Однако вряд ли многие задумываются, что когда-то эти блага закончатся, как же тогда нам быть? На этот случай сама природа подсказала нам новые возобновляемые источники энергии, например, Солнце.

С помощью Солнца практически каждый из нас может получить независимый источник электроэнергии, основанный на солнечных батареях [4]. Непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую происходит посредством фотоэлектрических преобразователей — солнечных элементов, из которых и состоит солнечная батарея.

Самой распространенной основой фотоэлементов является кремний, хотя и процесс производства с этим материалом весьма сложен и экономически невыгоден. Есть и альтернативы кремниевым солнечным батареям, в частности, полимерные солнечные батареи, которые являются более компактными, легкими, недорогими, а самое главное, экологичными. Тем не менее, на экономичность всей установки влияет такой технический параметр, как полезная мощность. Ее можно определить с помощью напряжения и выходного тока, которые в свою очередь зависят от интенсивности солнечного излучения. Увеличить эти параметры позволяет параллельно-последовательное соединение фотоэлементов: параллельное соединение повышает выходной ток, а параллельное — выходное напряжение. Такая комбинация позволяет также повысить надежность батареи, так как выход из строя одного элемента не влияет на работу всей цепочки [6].

Если по каким-либо причинам свет не попадает на часть батареи, и она оказалась затемненной, то возможен ее выход из строя. Предотвратить

18

это могут диоды, правда генерируемая выходная мощность будет на 25 % меньше, чем при нормальном освещении. Однако же и без диодов солнечным элементам не обойтись: на время затемнения они начинают перегреваться и превращаться в потребителей тока. При использовании диодов они шунтируются, и ток через них уже не идет. Чтобы минимизировать падение напряжения, диоды должны иметь низкое сопротивление, поэтому в последнее время наиболее часто используют низкоомные диоды Шоттки.

Диод Шоттки — это полупроводниковый диод, который имеет малое падение напряжение при прямом включении. Назван он в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. Его особенность заключается в том, что в нем используется переход металл-проводник в качестве барьера Шоттки (потенциального барьера, образующегося в приконтактном слое полупроводника, граничащего с металлом и равного разности работ выхода металла и полупроводника) вместо р-п перехода, как у обычных диодов [6, 7].

Обратим внимание на особенности работы диода с барьером Шоттки на основе контакта металла с полупроводником п-типа. При контакте электроны из материала, имеющего меньшую работу выхода, переходят в материал с большей работой выхода. В этом случае выравниваются уровни Ферми металла и полупроводника. Возникающее внутреннее электрическое поле препятствуют переходу электронов в металл, поэтому полупроводник оказывается положительно заряженным. Между металлом и полупроводником возникает разность работ выхода, благодаря чему происходит обмен электронами: электроны из полупроводника с меньшей работой выхода переходят в металл с соответственно большей работой выхода. Электрическое поле, прекращающее однородный переход электронов, возникает в равновесном состоянии, когда металл заряжается отрицательно.

Так как концентрации свободных электронов по обе стороны от контакта имеет значительное различие, напряжение в основном падает на приконтактную область полупроводника. Если приложить внешнее напряжение, то оно всего лишь изменит высоту барьера со стороны полупроводника. Создается слой с низкой концентрацией подвижных носителей, потому что электронные зоны проводимости отталкиваются возникшим контактным полем. Вследствие изгиба границ зон около контакта полупроводник п-типа переходит в полупроводник р-типа.

На практике линейная зависимость высоты барьера от работы выхода металла наблюдается довольно редко, так как на поверхности полупроводника имеются поверхностные заряды. Высота потенциального барьера определяется состоянием поверхности полупроводника. Так же нельзя не учитывать токи утечки и токи генерации — воссоединения носителей заряда в области бедной электронами и возможного туннельного перехода отрицательно заряженных частиц в случае, если полупроводник сильно легирован.

Вольт-амперная характеристика контакта с барьером Шоттки в ши-

роких пределах изменения тока имеет вид:

I = 1а [ехР (е^/д£уО -1]

где а — коэффициент «неидеальности» [9].

Ток через контакт обычно увеличивается вместе с ростом напряжения, когда речь идет об обратном смещении. Еще одной отличительной особенностью контакта металл-проводник является полное отсутствие при прямых напряжениях инжекции неосновных зарядов. Таким образом, можно сделать вывод, что в диоде Шоттки при прямом напряжении не происходит накопление таких зарядов, а при обратном напряжении он рассасывается, что позволяет говорить о быстродействии такого диода.

Стоит отметить, что применение диодов Шоттки в сравнении, например, с обычными кремниевыми диодами, позволяет снизить прямое падение напряжения с 0,6 — 0,7 В до 0,2 — 0,4 В.

Кроме того, не менее важное достоинство диодов заключается в том, что барьер Шоттки имеет маленькую электрическую емкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Примером использования этого свойства может служить его использование в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой же электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод МБЯ4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.

Также благодаря лучшим временным характеристикам и малым емкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они более предпочтительней в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры.

Однако диоды Шоттки имеют и ряд недостатков. В частности, при кратковременном превышении максимального обратного напряжения он необратимо выходит из строя по причине короткого замыкания. Кроме того, диоды Шоттки характеризуются повышенными обратными токами при росте температуры кристалла, что может грозить пробоем его полупроводниковой структуры при возникновении положительной обратной связи.

Согласно известным данным, доля электричества в мировом использовании энергии составляет 39 %. Европа уже давно поняла преимущества использования солнечной энергии и поощряет частные лица и компании, которые решили перейти на естественный источник энергии. Многие производители оборудования, благодаря увеличению эффективности систем с диодами Шоттки, перешли на использование этой технологии для преобразования солнечной энергии [8, 9].

Сегодня доступны две основные категории системы преобразования солнечной энергии: связанные с коммунальными сетями и автоном-

ные. В первой категории существует зависимость от потребляемой нагрузки, времени суток и т. д., так как электроэнергия к потребителям подается как от солнечных панелей, так и от коммунальных сетей, поэтому эти системы могут отдавать энергию в сеть преимущественно в периоды малого потребления. Автономные же системы содержат аккумуляторы и генераторы резервного питания, которые заряжаются с помощью контроллеров и обеспечивают необходимое напряжение для работы инверторов, подающих в свою очередь электроэнергию конечным потребителям.

Несмотря на то, что наибольший рынок солнечной энергии в основном сосредоточен в Европе, он начинает распространяться и по всему миру. Отчасти это происходит не только в связи с увеличением усилий по охране окружающей среды и экономного использования исчерпаемых природных ресурсов, но и потому, что коммунальные энергетические сети дополнительно стимулируют потребителей, покупая у них излишнюю энергию как минимум в три раза дороже ее себестоимости.

Рынок солнечных панелей постоянно стремится к разработке все более эффективных систем, КПД которых обычно находится в пределах от 15 % до 20 %. В настоящее время на общий КПД системы влияние оказывают инверторные преобразователи, поэтому диоды на основе карбида кремния, т. е. диоды Шоттки, играют очень важную роль. Сейчас производителям таких диодов необходимо обратить внимание на нужды потребителей, предлагая все более мощные устройства. В перспективе лежат изыскания по разработке более высокоэффективных материалов для фотогаль-ванических панелей, для того, чтобы больше электроэнергии выделять с меньших площадей солнечных панелей. Такими темпами в ближайшем будущем удастся полностью перейти на автономную систему энергообеспечения, в основе которой будут абсолютно экологически чистые возобновляемые источники энергии [1].

Список литературы

1. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / Ахмедов Р.Б. М.: Знание, 1988. 46 с.

2. Безруких П.П. Состояние и перспективы развития возобновляемой энергетики // Электрика. 2008. № 9. С. 3-10.

3. От энергии пара до энергии солнца. М.: Высшая школа, 1969.

72 с.

4. Уделл С. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии / Уделл С. М.: Знание, 1980. 88 с.

5. «Идеальные диоды» от компании 8ТМ1сгое1ес1гошсв. Джафер Меджахед, Дмитрий Цветков / Новости электроники, 2009, №14. С. 23-25.

6. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: справочник / А.Б. Гитцевич,

А. А. Зайцев, В.В. Мокряков и др.; под ред.А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1988. 592 с.

7. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. 488 с.

8. http://www.rom.by/blog/Diody Shottki

9.http://library.tuit.uz/el ucheb/microvoln poluprov pribori/main/Lectu resZlecture6-2.htm

Алехин Владимир Анатольевич, магистр, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

SOLAR ENERGY AND SCHOTTKY DIODES V.A. Alekhin

This article discusses an independent energy source — solar battery, which is based on the photoelectric cell, performing the role of a photovoltaic cell. Work photocell impossible without the use of diodes. The article describes the Schottky diodes -semiconductor diodes with low voltage drop when the direct inclusion.

Key words: independent source of energy, solar panels, photovoltaic cells, solar cells, Schottky diode, p-n transition, flint elements, solar panels.

Alekhin Vladimir Anatolievich, master, [email protected], Russia, Tula, Tula state University

УДК 621.311.243

МЕТОД РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНОГО ШАГА ПОЗИЦИАНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Нго Сян Кыонг

В статьи определен рациональный шаг позиционирования электромеханической системы солнечных батарей путем сэкономленной энергии двигателя и потери энергии солнечных батарей в режиме шагового автосопровождения.

Ключевые слова: электромеханическая система, солнечная батарея, шаг позиционирования.

Для повышения эффективности электромеханической системы (ЭМС) солнечных батарей (СБ) [1] нужно устанавливать функциональную связь шага позиционирования с КПД, потерями энергии солнечных батарей и сэкономленной энергией двигателя.

ᐉ Солнечная батарея из диодов и транзисторов

Солнечная батарея из транзисторов своими руками: пошаговая инструкция, видео по сборке

Альтернативные источники электроэнергии набирают популярность с каждым годом. Постоянные повышения тарифов на электроэнергию способствуют этой тенденции. Одна из причин, заставляющая людей искать нетрадиционные источники питания — это полное отсутствие возможности подключения к сетям общего пользования.

Наиболее востребованными на рынке альтернативных источников питания являются солнечные батареи. Эти источники используют эффект получения электрического тока при воздействии солнечной энергии на полупроводниковые структуры, изготовленные из чистого кремния.

Первые солнечные фотопластины были слишком дорогими, их использование для получения электроэнергии не было рентабельным. Технологии производства кремниевых солнечных батарей постоянно совершенствуются и сейчас можно приобрести солнечную электростанцию для дома по доступной цене.

Энергия света бесплатна, и если мини-электростанции на кремниевых элементах будут достаточно дешевы, то такие альтернативные источники питания станут рентабельными и получат очень широкое распространение.

Подходящие подручные материалы

Схема солнечной батареи на диодах Многие горячие головы задают себе вопрос: а можно ли изготовить солнечную батарею из подручных материалов. Конечно же, можно! У многих со времен СССР сохранилось большое количество старых транзисторов. Это наиболее подходящий материал для создания мини-электростанции собственными руками.

Также можно изготовить солнечную батарею из кремниевых диодов. Еще одним материалом для изготовления солнечных батарей является медная фольга. При применении фольги для получения разницы потенциалов используется фотоэлектрохимическая реакция.

Этапы изготовления транзисторной модели

Подбор деталей

Наиболее подходящими, для изготовления солнечных батарей, являются мощные кремниевые транзисторы с буквенной маркировкой КТ или П. Внутри они имеют большую полупроводниковую пластину, способную генерировать электрический ток под воздействием солнечных лучей.

Следующий этап – это механическая подготовка ваших транзисторов. Необходимо, механическим путем, удалить верхнюю часть корпуса. Проще всего произвести эту операцию с помощью небольшой ножовки по металлу.

Подготовка

Зажмите транзистор в тисках и аккуратно сделайте пропил по контуру корпуса. Вы видите кремниевую пластину, которая будет выполнять роль фотоэлемента. Транзисторы имеют три вывода – базу, коллектор и эмиттер.

В зависимости от структуры транзистора (p-n-p или n-p-n), будет определена полярность нашей батареи. Для транзистора КТ819 база будет плюсом, эмиттер и коллектор минусом.

Наибольшая разница потенциалов, при подаче света на пластину, создается между базой и коллектором. Поэтому в нашей солнечной батарее будем использовать коллекторный переход транзистора.

Статью о солнечных электростанциях для дома читайте здесь.

Проверка

После спиливания корпуса транзисторов их необходимо проверить на работоспособность. Для этого нам необходим цифровой мультиметр и источник света.

Базу транзистора подключаем к плюсовому проводу мультиметра, а коллектор к минусовому. Измерительный прибор включаем в режим контроля напряжения с диапазоном 1В.

Направляем источник света на кремниевую пластину и контролируем уровень напряжения. Оно должно быть в пределах от 0.3В до 0.7В. В большинстве случаев один транзистор создает разницу потенциалов 0.35В и силу тока 0.25 мкА.

Для подзарядки сотового телефона нам необходимо создать солнечную панель примерно из 1000-ти транзисторов, которая будет выдавать ток в 200-ти мА.

Сборка

Собирать солнечную батарею из транзисторов можно на любой плоской пластине из материала, не проводящего электричество. Все зависит от вашей фантазии.

При параллельном соединении транзисторов увеличивается сила тока, а при последовательном повышается напряжение источника.

Кроме транзисторов, диодов и медной фольги для изготовления солнечных батарей можно использовать алюминиевые банки, например, пивные, но это будут батареи нагревающие воду, а не вырабатывающие электроэнергию.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет, как сделать солнечную батарею из транзисторов своими руками:

Солнечная батарея из диодов и транзисторов — Своими Руками

В общем от диодной солнечной панели я желал получить номинальное напряжение при нормальном солнечном освещении 9 вольт, напряжение при облачной погоде не менее 6 вольт, а при ярком солнечном освещении планировалось получить до 14-16 вольт напряжения, про силу тока поговорим потом. Итак, поскольку пиковое значение напряжение в 0,7 вольт мои кристаллы отдавали очень редко (в течении 3-х дней испытании на солнце мультиметр только один раз показал такое значение от одного кристалла), то решил для удобства проведения расчетов использовать расчетную величину тока одного кристалла 0,5 вольт. Для получения 12 вольт напряжения нужно последовательно соединить 24 кристалла полупроводниковых диодов. Теперь поясню, как достать кристалл из диода. Берем сам диод и при помощи молотка разбиваем стеклянный держатель верxнего контакта диода. Затем при помощи плоскогубцев нужно открыть диод. Там мы увидим кристалл, который припаян к основании диода. К кристаллу припаян медный многожильный провод на конце которого прикреплен верxний контакт диода. Берем нижнее основание диода на который припаян кристалл и идем к газовой плите. Держим его при помощи плоскогубцев на огне (так, что полупроводниковый кристалл наxодился сверxу). Через пол-минуты олово кристалла расплавится и уже можно спокойно взять его при помощи пинцета. Так нужно делать со всеми диодами. У меня на это ушло пару дней. Работа действительно трудная, но дело стоит того. Как уже было сказано, каждый полупроводный кристалл способен отдавать до 7 миллиампер тока на ярком солнце. Для удобства расчета использовал значение силы тока одного кристалла 5 миллиампер. То есть, если параллельно соединить 32 кристалла мы получим силу тока 160 миллиампер, почему именно 160 миллиампер? Просто у меня диодов xватило как раз только для получения такого тока. Нужно подключить 24 диода последовательно для получения 12 вольт напряжения и собрать 32 блока по 12 вольт и включить параллельно для получения желаемой емкости. В итоге когда панель была готова (после почти недели работ) я почему то получил иные параметры которые меня очень обрадовали. Максимальное напряжение при ярком солнечном освещении до 18 вольт, а сила тока достигала 200 миллиампер, иногда до 220 миллиампер.

Для корпуса панели были использованы два каркаса от советского стабилизатора напряжения. На стабилизаторе есть отверстия для вентиляции и именно в ниx были поставлены полупроводные кристаллы.

Поскольку солнечный свет не всегда будет освещать нашу панель, то было решено зарезервировать напряжение от панели в аккумулятораx. Аккумуляторы были использованы от китайскиx фонариков. Каждый аккумулятор имеет следующие параметры: напряжение 4 вольт, емкость до 1500 миллиампер.

То есть наша панель за сутки успеет зарядить такой аккумулятор, точнее три такиx аккумулятора, поскольку аккумуляторы были включены последовательно для получения 12 вольт напряжения, потом переделал панель и она также при желании могла отдавать 8 вольт 300 миллиампер. Также была изготовлена небольшая панель из стеклодиодов. Стеклодиод при ярком солнечном освещении отдавал напряжение до 0,3 вольт, а сила тока до 0,2 миллиампер.

Стеклодиодная панель у меня дает напряжение 4 вольта, сила тока до 80 миллиампер. Все напряжение от солнечныx панелей накапливалось в свинцовыx аккумулятораx от фонарей, однако желательно использовать аккумулятор с большой емкостью, даже и от автомобиля. Все напряжение от аккумуляторов тратилось с одной целью — осветить дом в ночное время. Освещение выполнялось светодиодами.

Для этого из магазина были куплены светодиодные китайские фонарики. Затем были созданы светодиодные панельки.

На каждой панельке 42 светодиода. В общей сложности были созданы три идентичные панели которые вместе потребляли всего 20 ватт. Но освещенность равна 100 ваттной лампе накаливания и даже больше.

Свет, которые дают светодиоды, более приятный и успокаивающий. К тому же светодиоды имеют ничтожные тепловые потери.

Ну в прочем думаю все отлично знают, что светодиоды более эффективны. Все светодиоды были подключены параллельно и питаются от 4-х вольт напряжения, но напряжение нужно подать через токоограничивающий резистор 10 ом — мощность резистора 1 ватт, и нагрева резистора не наблюдалась. Ака.

Солнечная батарея из старых транзисторов

У людей, которые увлекаются радиоделом со временем накапливается достаточно много различных электронных деталей, среди которых могут быть и старые советские транзисторы в металлическом корпусе. Как радиодетали они уже давно не актуальны из-за своих больших габаритов, однако их можно использовать совершено по другому назначению: в качестве солнечной батареи. Правда мощность такой батареи выходит достаточно мала по соотношению к ее размерам , и годится лишь для запитки маломощных устройств. Но все же можно собрать ее в качестве эксперимента и ради интереса.

Для переделки транзистора в солнечную батарею в начале необходимо спилить с него крышку. Для этого транзистор аккуратно зажимается в тисах за ободок на корпусе и ножовкой спиливаем крышку. Нужно делать это аккуратно ,чтобы не вывести из строя кристалл и тонкие провода внутри транзистора.

Как видно на фото кристалл достаточно не велик, по сравнению с корпусом транзистора, а ведь именно он и будет преобразовывать солнечную энергию в электрическую.

Далее необходимо направить на кристалл свет и тестером замерить, на каких выводах получим максимально высокое напряжение. Его величина, конечно же зависит мощности транзистора и размера кристалла.

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Источники:

http://teplo.guru/eko/solnechnaya-batareya-iz-tranzistorov.html
http://radioskot.ru/publ/bp/moshhnaja_samodelnaja_solnechnaja_batareja/7-1-0-315
http://usamodelkina.ru/5893-solnechnaya-batareya-iz-staryh-tranzistorov.html

как сделать самодельную солнечную панель


Солнечные батареи — источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?

Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками — затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.

В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.

Содержание статьи:

Коротко об устройстве и работе

Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.

При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

Галерея изображений

Фото из

Сборка солнечной батареи из кремниевых пластинок

Формирование плюсовой токоведущей дорожки

Создание минусовых токоведущих линий с задней стороны

Подключение проводника и блокирующего диода

В роли пластин-фотоэлементов выступают элементы из кремния. Кремниевая пластина с одной стороны покрыта тончайшим слоем фосфора или бора – пассивного химического элемента.

В этом месте под действием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются фосфорной плёнкой и не разлетаются.

На поверхности пластины имеются металлические “дорожки”, на которых выстраиваются свободные электроны, образуя упорядоченное движение, т.е. электрический ток.

Чем больше таких кремниевых пластин-фотоэлементов, тем больше электрического тока можно получить. Подробнее о принципе работы солнечной батареи читайте .

Верхний слой пластин-фотоэлементов покрыт слоем, который не допускает отражение солнечного света от пластин, повышая их КПД

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:

  • силикатные пластины-фотоэлементы;
  • листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
  • жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
  • прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
  • шурупы, саморезы;
  • силиконовой герметик для наружных работ;
  • электрические провода, диоды, клеммы.

Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.

Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность

Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.

При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов

Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.

Галерея изображений

Фото из

Поликристаллическая фотоэлектрическая пластина

Лицевая и тыльная стороны кремниевой пластины

Монокристаллическая фотоэлектрическая пластина

Обратная сторона монокристаллической пластины

Каркас и прозрачный элемент

Каркас для будущей панели можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант более предпочтителен по целому ряду причин:

  • Алюминий – лёгкий металл, не дающий серьёзной нагрузки на опорную конструкцию, на которую планируется установка батареи.
  • При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвержен воздействию ржавчины.
  • Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниёт.

При выборе прозрачного элемента необходимо обратить внимание на такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать ИК-излучение.

От первого показателя напрямую будет зависеть КПД фотоэлементов: чем показатель преломления ниже, тем выше КПД кремниевых пластин.

Минимальный коэффициент светоотражения у плексиглас или более дешёвого его варианта – оргстекла. Чуть ниже показатель преломления света у поликарбоната.

От величины второго показателя зависит, будут ли нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше пластины подвергаются нагреванию, тем дольше они прослужат. ИК-излучения лучше всего поглощает специальное термопоглощающее оргстекло и стекло с ИК-поглощением. Немного хуже – обычное стекло.

Если есть возможность, то оптимальным вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

По соотношению стоимости к показателям преломления света и поглощения ИК-излучения оргстекло – самый оптимальный вариант для изготовления гелиобатареи

Проект системы и выбор места

Проект гелиосистемы включает в себя расчёты необходимого размера солнечной пластины. Как было сказано выше, размер батареи, как правило, ограничен дорогостоящими фотоэлементами.

Гелиобатарея должна устанавливаться под определённым углом, который обеспечил бы максимальное попадание на кремниевые пластины солнечных лучей. Наилучший вариант – батареи, которые могут менять угол наклона.

Место установки солнечных пластин может быть самым разнообразным: на земле, на скатной или плоской крыше дома, на крышах подсобных помещений.

Единственное условие – батарея должна быть размещена на солнечной, не затененной высокой кроной деревьев стороне участка или дома. При этом оптимальный угол наклона необходимо вычислить по формуле или с применением специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от месторасположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы у батареи была возможность менять угол наклона вслед за сезонными изменениями высоты солнца, т.к. максимально эффективно они работают при падении солнечных лучей строго перпендикулярно поверхности.

Для европейской части стран СНГ рекомендуемый угол стационарного наклона 50 – 60 º. Если в конструкции предусмотрено устройство для изменения угла наклона, то в зимний период лучше располагать батареи под 70 º к горизонту, в летнее время под углом 30 º

Расчёты показывают, что 1 квадратный метр гелиосистемы даёт возможность получить 120 Вт. Поэтому путём расчетов можно установить, что для обеспечения среднестатистической семьи электроэнергией в количестве 300 кВт в месяц необходима гелиосистема минимум в 20 квадратных метров.

Сразу установить такую гелиосистему будет проблематично. Но даже монтаж 5-ти метровой батареи поможет сэкономить электроэнергию и внести свой скромный вклад в экологию нашей планеты. Советуем также ознакомиться с принципом расчета необходимого количества .

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка . Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Размещая батареи на наклонной крыше дома, не забывайте об угле наклона панели, идеальный вариант, когда у батареи есть устройство для сезонного изменения угла наклона

Монтаж солнечной батареи по шагам

Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все требуемые материалы и инструменты, можно начинать монтаж батареи.

При монтаже необходимо соблюдать технику безопасности, особенно осуществляя на крышу дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг #1 – пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлементов. Безусловно, если у вас есть возможность, то лучше всего купить фотоэлементы сразу с проводниками, т.к. пайка – очень непростая и кропотливая работа, занимающая много времени.

Пайка осуществляется следующим образом:

  1. Берётся кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическая полоса-проводник.
  2. Проводники нарезаются при помощи картонной заготовки, их длина в 2 раза больше, чем размер кремниевой пластины.
  3. Проводник аккуратно выкладывается на пластину. На один элемент – два проводника.
  4. На место, где будет производиться спайка, необходимо нанести кислоту для работы с паяльником.
  5. Произвести пайку при помощи паяльника, аккуратно присоединив проводник к пластине.

В процессе пайки нельзя давить на силикатный элемент, т.к. он очень хрупкий и может разрушиться! Если вам посчастливилось, и вы приобрели фотоэлементы с готовыми контактами, то вы избавите себя от долгой и сложной работы, переходя сразу к изготовлению каркаса для будущей батареи.

Пайка контактов для бракованных фотоэлементов группы В производится так же и в том же направлении, что и для целых пластин

Шаг #2 – изготовление каркаса для солнечной батареи

Каркас – это место, куда будут устанавливаться фотоэлементы. Для изготовления каркаса берутся алюминиевые уголки и рейки, из которых складываются рамки. Рекомендуемый размер уголка – 70-90 мм.

На внутреннюю часть металлических уголков наносится силиконовый герметик. Герметизацию уголков необходимо произвести тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.

После того, как алюминиевая рамка готова, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задний корпус представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.

Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Бортики привинчиваются при помощи саморезов и шуруповёрта.

Галерея изображений

Фото из

Изготовление корпуса для солнечной батареи

Вентиляционные отверстия в бортиках корпуса

Подложка для крепления кремниевых пластин

Окрашивание деталей корпуса для гидроизоляции

На дне ящика-корпуса из ДСП делаются вентиляционные отверстия. Расстояние между отверстиями примерно 10 см. В алюминиевую раму устанавливается прозрачный элемент (оргстекло, антибликовое стекло, плексиглас).

Прозрачный элемент прижимается и фиксируется, его крепление осуществляется при помощи метизов: 4 по углам, а также по 2 с длинных и по 1 с короткой стороны рамы. Метизы крепятся шурупами.

Каркас для гелиобатареи готов и можно приступать к самой ответственной части – монтажу фотоэлементов. Перед монтажом необходимо очистить оргстекло от пыли и обезжирить спиртсодержащей жидкостью.

Шаг #3 – монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Монтаж и пайка кремниевых пластин – самая трудоёмкая часть работы по созданию солнечной панели своими руками. Сначала раскладываем фотоэлементы на оргстекло синими пластинами вниз.

Если вы впервые собирайте батарею, то можно воспользоваться подложкой для нанесения разметки, чтобы расположить пластины ровно на небольшом (3-5 мм) расстоянии друг от друга.

  1. Производим пайку фотоэлементов по следующей электросхеме: “+” дорожки расположены на лицевой стороне пластины, “-” – на обратной. Перед пайкой аккуратно наносит флюс и припой, чтобы соединить контакты.
  2. Производим пайку всех фотоэлементов последовательно рядами сверху вниз. Ряды затем должны быть также соединены между собой.
  3. Приступаем к приклеиванию фотоэлементов. Для этого наносим небольшое количество герметика на центр каждой кремниевой пластины.
  4. Переворачиваем получившиеся цепочки с фотоэлементами лицевой стороной (там, где синие пластины) вверх и размещаем пластины по разметке, которую нанесли ранее. Осторожно прижимаем каждую пластину, чтобы зафиксировать её на своём месте.
  5. Контакты крайних фотоэлементов выводим на шину, соответственно “+” и “-“. Для шины рекомендуется использовать более широкий проводник из серебра.
  6. Гелиобатарею необходимо оснастить блокирующим диодом, который соединяется с контактами и предотвращает разрядку аккумуляторов через конструкцию в ночное время.
  7. В дне каркаса сверлим отверстия для вывода проводов наружу.

Провода необходимо прикрепить к каркасу, чтобы они не болтались, сделать это можно используя силиконовый герметик.

Галерея изображений

Фото из

Подготовка кремниевых пластин к пайке

Сушка избавленных от воска элементов батареи

Вычерчивание абриса пластинок на подложке

Процесс пайки фотоэлектрических элементов батареи

Соединение кремниевых пластин в солнечную батарею

Соединение кремниевых пластин с лицевой стороны

Устройство медных токоведущих шин прибора

Проверка работоспособности части батареи

Шаг #4 – тестирование батареи перед герметизацией

Тестирование солнечной панели необходимо проводить до её герметизации, чтобы иметь возможность устранить неисправности, которые часто возникают во время пайки. Лучше всего производить тестирование после спайки каждого ряда элементов – так значительно проще обнаружить, где контакты соединены плохо.

Для тестирования вам понадобиться обычный бытовой амперметр. Измерения необходимо проводить в солнечный день в 13-14 часов, солнце не должно быть скрыто облаками.

Выносим батарею на улицу и устанавливаем в соответствии с ранее рассчитанным углом наклона. Амперметр подключаем к контактам батареи и проводим измерение тока короткого замыкания.

Смысл тестирования заключается в том, что рабочая сила электрического тока должна быть на 0,5-1,0 А ниже, чем ток короткого замыкания. Показания прибора должны быть выше 4,5 А, что говорит о работоспособности гелиобатареи.

Если тестер выдаёт меньшие показания, то где-то наверняка нарушена последовательность соединения фотоэлементов.

Обычно самодельная , сконструированная из фотоэлементов группы В выдаёт показания 5-10 А, что на 10-20% ниже, чем у солнечных панелей промышленного производства.

Галерея изображений

Фото из

Шаг 9: После проверки работоспособности частей батареи, запаянных на подложке, их располагают в корпусе

Шаг 10: Подложки с пластинами внутри корпуса фиксируются на четыре шурупа. Провод, соединяющий части батареи, выводится через вентиляционные отверстия

Шаг 11: К каждой из половин сооружаемой батареи последовательно подключается диод Шоттки. Его минус подключается к плюсу системы

Шаг 12: Для вывода проводов из корпуса высверливается отверстие. Провода скреплены узлом, чтобы не болтались, и зафиксированы герметиком

Шаг 13: После нанесения герметика необходимо сделать технологический перерыв, отпущенный на полимеризацию состава

Шаг 14: К выведенному из солнечной батареи проводу подсоединяется двухконтактный разъем. Принадлежащая ему розетка крепится на аккумуляторе прибора, который будет заряжать батарея

Шаг 15: После сборки обеих частей прибора и вывода силовой линии наружу батарею закрывают заранее подготовленным экраном

Шаг 16: Перед герметизацией стыков гелиоприбора еще раз проводится проверка работоспособности, чтобы вовремя устранить отошедшие контакты, если они будут обнаружены

Установка обеих частей батареи в подготовленный корпус

Крепление основы солнечной батареи внутри корпуса

Установка блокирующего диода Шоттки

Вывод из корпуса наружу проводов прибора

Ожидание затвердевания герметика

Крепление двухконтактного разъема к проводу

Установка светопропускающего экрана на прибор

Контроль работоспособности перед герметизацией

Шаг #5 – герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Герметизацию можно производить, только убедившись, что батарея работает. Для герметизации лучше всего использовать эпоксидный компаунд, но учитывая, что расход материала будет большой, а стоимость его составляет примерно 40-45 долларов. Если дороговато, то вместо него можно применять всё тот же силиконовый герметик.

Используя силиконовой герметик, отдавайте предпочтения тому, на упаковке которого указано, что он подходит для использования при минусовых температурах

Существует два способа герметизации:

  • полная заливка, когда панели заливаются герметиком;
  • нанесение герметика на пространство между фотоэлементами и на крайние элементы.

В первом случае герметизация будет более надёжной. После заливки герметик должен схватиться. Затем сверху устанавливается оргстекло и плотно прижимается к пластинам, покрытым силиконом.

Для обеспечения амортизации и дополнительной защиты между задней поверхностью фотоэлементов и каркасом из ДСП многие мастера советуют устанавливать прокладку из жёсткого поролона шириной 1,5-2,5 см.

Делать это необязательно, но желательно, учитывая, что кремниевые пластины достаточно хрупкие и легко повреждаются.

После установки оргстекла на конструкцию ставят груз, под действием которого происходит выдавливание пузырьков воздуха. Солнечная батарея готова и после повторного тестирования её можно устанавливать в заранее выбранное место и подключать к гелиосистеме вашего дома.

Выводы и полезное видео по теме

Обзор фотоэлементов, заказанных в китайском интернет-магазине:

Видео-инструкция по изготовлению солнечной батареи:

Сделать солнечную батарею своими руками – не простая задача. КПД большинства таких батарей ниже, чем у панелей промышленного производства на 10-20%. Самое важное при конструировании солнечной батареи – правильно выбрать и установить фотоэлементы.

Не пытайтесь сразу создать огромную по площади панель. Попробуйте сначала соорудить маленький прибор, чтобы понять все нюансы этого процесса.

У вас есть практические навыки создания солнечных батарей? Поделитесь, пожалуйста, своим опытом с посетителями нашего сайта – пишите комментарии в расположенном ниже блоке. Там же можно задать вопросы по теме статьи.

Металлический светильник на солнечных батареях своими руками

В последнее время установка автономных светильников на дачном или приусадебном участке стала отличной альтернативой обычным осветительным приборам, которые черпают энергию из общих электрических сетей. Главным преимуществом таких приборов является их независимость и мобильность. Так, автономный светильник можно с легкостью установить на нужном месте, не перекладывая кабеля и не устанавливая новые опоры. Даже при отключении света во всем дачном поселке они вполне смогут освещать участок до начала подачи электроэнергии.

При относительно невысоких ценах на запчасти, а также благодаря возникновению маломощных источников света, таких как светодиоды, у домашних умельцев появилась возможность без проблем собрать автономный светильник своими руками. Причем, при минимальных вложениях можно сделать надежное изделие, которое будет служить намного дольше, чем заводские китайские модели. Ремонт таких светильников на солнечных батареях своими руками, может выйти даже дороже, чем заранее сделать качественное изделие. О том, как сделать светильник своими руками – далее в статье.

Принцип работы автономного светильника

Так как автономный светильник не подключен к общим электрическим сетям, он должен иметь другой источник питания. По сути, он ничем не отличается от обычного карманного фонарика. Однако, чтобы не менять постоянно в нем батарейки, такие светильники снабжают аккумуляторами. Заряжаются они благодаря работе солнечных элементов в дневное время, а ночью отдают энергию светодиодам. Последние, в отличие от ламп накаливания, имеют низкое энергопотребление при гораздо более ярком свечении, что позволяет им работать на протяжении долгого времени на одном заряде аккумулятора.

Для автоматизации включения уличного фонаря используются фотоэлементы, которые включают его при снижении освещенности либо специальные транзисторы. Последний работает в качестве ключа. Когда напряжение на солнечной батарее под воздействием солнечных лучей увеличивается, он пускает ток на аккумулятор. Как только напряжение падает, что свидетельствует о снижении освещенности, транзистор подает ток от батареи на светодиоды. В данном случае солнечная батарея в паре с транзистором играет роль фотоэлемента.

Корпуса такого светильника обычно делают из стали или пластика. Так как он будет постоянно подвергаться воздействию перепадов температуры, повышенной влажности, его корпус должен быть герметичным. В противном случае срок службы изделия существенно уменьшится. Самый простой способ – использовать для этих целей металлическую коробку от продуктов питания, которая плотно закрывается.

Необходимые материалы для светильника на солнечных батареях своими руками

С проведением этой нехитрой работы справится практически каждый, кто хоть раз держал в руках паяльник и имеет элементарные понятия об электрических цепях и их работе. Для собирания простой цепи не требуется делать текстолитовую плату и вытравливать на ней дорожки. Все собирается просто, можно сказать «на коленях».

Для изготовления одного светильника понадобится:

  1. Аккумуляторная батарея. Лучше всего подойдет никель-металлгидридная батарея с напряжением не меньше 3,6 В. Купить ее можно в любом магазине. Узнать довольно легко, она выглядит как 3 пальчиковые батарейки, которые затянуты в специальную пленку. Особое внимание следует уделить емкости аккумулятора. От нее зависит, насколько долго сможет обходиться светильник без солнечного света. Оптимальную емкость можно рассчитать, как сумму энергии, которую потребляют светодиоды, умноженную на количество часов автономной работы с запасом в 30%.
  2. Солнечные элементы. В последнее время купить их не составляет труда. Если напряжение батареи составит 3,6 В, то для ее зарядки необходимо напряжение не менее 5 В. Так как средняя панель, которая продается в настоящее время, вырабатывает примерно 0,4-0,6 В. Их мощность необходимо будет собрать в батарею, соответственно по 10 шт. в одной. Подключаются они последовательно, в этом случае напряжение каждой панели будет складываться. При покупке отдельных фотоэлектрических панелей, необходимо отдать предпочтение тем, которые имеют выходы. В противном случае, стоит выбирать наборы, в которые входят проводники и специальный флюс в виде карандаша. Он необходим для пайки контактов.
  3. Также необходим один транзистор 2N4403, выпрямительный диод 1N5391 или КД103А.

В цепь включается элемент сопротивления (резистор). Его номинал можно просто рассчитать при помощи формулы:

R = Ux 100/Nx0.02; где:

  • R – Сопротивление резистора;
  • U – Напряжение аккумулятора;
  • N – Количество светодиодов;

То есть для трех светодиодов с напряжением 1,2 В и напряжением батареи 3,6 В оптимальное сопротивление резистора составит 6 КОм.

К каждому из светодиодов подключается сопротивление номиналом 33 Ом.

Сборка схемы светодиодного автономного светильника на солнечных батареях

Порядок работ на данном этапе следующий:

  1. Каждый из светодиодов имеет две ножки – короткая (катод) и длинная (анод). Короткие ножки необходимо соединить вместе, а затем спаять, а к длинным — припаять по одному сопротивлению 33 Ом.
  2. Свободные ножки резисторов необходимо собрать вместе и спаять, а к ним припаивается коллектор транзистора. К его базе припаивается резистор 3,6 КОм, а к эмиттеру транзистора — катод диода, который выполняет функцию выпрямителя. К нему же будет подключен положительный полюс аккумуляторов. Анод диода соединяется с сопротивлением базы транзистора и положительным полюсом солнечного модуля. Отрицательный полюс солнечной батареи соединяют с отрицательным полюсом аккумулятора. Провод присоединяется к катодам светодиодов.
  3. Необходимо снабдить солнечные модули проводниками. Как правило, они идут в комплектах с элементами. Если их нет, необходимо приобрести плоский проводник и нарезать их на мерные длины. Длина проводника должна быть на 5-7 мм больше, чем ширина модуля.
  4. При пайке контактов самое главное – не перепутать полюса. Минусовой контакт солнечной панели находится на лицевой ее стороне, а плюсовой – на тыльной стороне. При сборке батареи каждый последующий элемент припаивается с противоположными полюсами. Простыми словами: минус предыдущей панели припаивается к плюсу последующей.
  5. Контакт солнечного модуля представляет собой узкую полоску проводника. Чтобы припаять к нему проводниковую ленту, необходимо сначала провести по нему флюсом (бесцветным маркером, который идет в комплекте), наложить ленту, и аккуратно провести по нему разогретым паяльником.
  6. Лента уже имеет в своем составе слой олова, поэтому легко припаивается на поверхность модуля. При пайке необходимо быть очень аккуратным, чтобы не повредить модули. Они очень хрупкие и боятся перегрева.
  7. Таким образом, собирается вместе батарея из 10 модулей суммарным напряжением 5 В. Компоновка модулей зависит от размеров светильника. Обычно 10 элементов располагают в два ряда по 5 элементов.

Сборка светильника на солнечных батареях своими руками

После того как электрическая схема автономного светильника на солнечных батареях собрана и проверена, можно начать сборку самой конструкции. Солнечную батарею необходимо защитить от осадков. Для этого элементы нужно поместить под стекло.

Порядок работ на данном этапе следующий:

  1. Первым делом солнечная батарея для садовых светильников своими руками укладывается на стекло, установленное на каркас. Рамка стекла изготавливается из алюминиевого профиля. Стекло крепится к рамке при помощи силиконового герметика. Для того чтобы солнечная панель служила долго и не боялась града и снега, лучше использовать каленое стекло.
  2. После того, как рамка со стеклом готова, на нее укладывают солнечную батарею, выводят контакты и заливают эпоксидной смолой. Это герметизирует всю батарею, снижая воздействие на нее влаги. Как вариант, вместо эпоксидной смолы, можно использовать пленку для ламинации. Ею покрывают солнечные панели, и нагревают при помощи промышленного фена. При этом необходимо помнить, что температуру нагрева необходимо повышать постепенно, чтобы не испортить пленку и контакты.
  3. Теперь изготавливается корпус светильника. Для этого можно взять герметичную металлическую коробку. В ее крышке делаются отверстия для вывода светодиодов. Внутрь можно установить кусок пенопласта. Если ножки детали при пайке схемы не были откушены, их можно вставить в пенопласт, тем самым зафиксировав их.
  4. После этого соединяют днище коробки и корпус солнечной батареи. Последним этапом станет закрытие крышкой корпуса фонаря. Специалисты советуют перед этим просушить внутренности фонаря феном, чтобы испарить из него влагу. Так фонарик будет служить намного дольше.

Эксплуатация автономного фонаря

Для того чтобы светодиодный светильник своими руками работал дольше, его необходимо правильно эксплуатировать.

Имеются следующие правила эксплуатации:

  • Чтобы аккумуляторы в течение дня заряжались более эффективно, их нужно ориентировать на южную сторону, под углом примерно 30°С к горизонту. В этом случае солнечные лучи будут падать под необходимым углом и КПД батареи будет высоким.
  • Фонарь лучше установить на столб высотой 3 метра, чтобы тень от деревьев не мешала заряжать аккумуляторы. В зимний период данный светильник не особо эффективен и лучше его не использовать. В условиях низких температур разряд батареи происходит намного быстрее, а длина светового дня не позволяет ей пополнить свой заряд.
  • На зиму такой светильник лучше положить на хранение, предварительно разрядив аккумулятор. Для этого необходимо накрыть солнечную батарею светонепроницаемой материей, или положить в темное место. Транзистор автоматически включит светодиоды и разрядит батарею.

Светильник на солнечных батареях своими руками: фото

Светильник своими руками, мастер класс: видео

История создания солнечных батарей

Фотоэлектрические солнечные панели представляют собой тонкие кремниевые пластины, которые преобразуют солнечный свет в электричество. Производство солнечных батарей сегодня как никогда актуально, т.к. они выступают в качестве источников энергии в широком спектре областей, в том числе в телекоммуникационной, космической отраслях, медицине, связи, микроэлектронике и т.п. Солнечные батареи в виде больших массивов используются в различных спутниках и солнечных электростанциях.

История создания солнечных батарей началась еще в 19 веке, а технология их производства развивалась удивительно быстро. Причиной служили постоянно проводимые исследования в области преобразования солнечной энергии в электрическую. Еще в 1839 году Антуан-Сезар Беккерель представил созданную им химическую батарею, которая под воздействием солнца вырабатывала электричество. Первая солнечная батарея имела КПД всего 1%. То есть только один процент солнечного света был преобразован в электричество. В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил чувствительность селена к свету, а в 1877 году Адамс и Дэй отметили, что селен под воздействием света производит электрический ток. Чарльз Фриттс в 1880 году использовал покрытый золотом селен для производства первого солнечного элемента, который также имел эффективность 1%. Тем не менее, Фриттс считал свои солнечные элементы революционными. Он рассматривал возможность использования бесплатной солнечной энергии как средство диверсификации поставок энергии, предсказывая, что производимые солнечные батареи вскоре заменят существующие электростанции.
С объяснением в 1905 году Альбертом Эйнштейном фотоэффекта появились надежды на создание солнечных батарей с более высоким КПД, но прогресс оказался незначительным. В середине 20 века исследования в области диодов и транзисторов дали необходимые для ученых знания. В 1954 году Гордон Пирсон, Дэррил Чапин и Кэл Фуллер произвели кремниевый солнечный элемент, имеющий КПД 4%. В дальнейшем эффективность ячейки была повышена до 15%. Солнечные батареи были впервые использованы в сельских районах и отдаленных городах в качестве источника питания для системы телефонной связи, где они успешно использовались на протяжении многих лет.
В настоящее время производимые солнечные батареи пока не могут полностью удовлетворить потребности в энергии, но они стали основным источником энергии для обеспечения искусственных спутников Земли. Существующие на то время топливные системы и аккумуляторные батареи имели слишком большой вес. Солнечные батареи имеют большее значение соотношения вырабатываемой энергии к весу, чем все другие традиционные источники энергии, и являются экономически более эффективными.
Пока количество установленных крупномасштабных энергетических фотоэлектрических систем невелико. Большинство усилий направлено на обеспечение с их помощью электроэнергией отдаленных и труднодоступных мест. Мощность ежегодно устанавливаемых солнечных электростанций составляет около 50 мегаватт. Но солнечные батареи обеспечивают лишь около 1 процента всей производимой в настоящее время электроэнергии. Сторонники солнечной энергетики утверждают, что количество солнечного излучения, достигающего поверхности Земли каждый год, могло бы легко обеспечить потребности в энергии несколько раз. Но история создания солнечных батарей должна пройти длинный путь, прежде чем осуществить мечту Чарльза Фриттса по получению бесплатной и доступной солнечной энергии.

  • < Назад
  • Вперёд >

Использование диодов и транзисторов в качестве солнечных элементов

Если задуматься, солнечные элементы не сильно отличаются от диодов и транзисторов в выдвижных ящиках с деталями или внутри вашей любимой электроники. Оба они сделаны из кремния или другого полупроводника и, что удивительно, могут производить электричество в присутствии света. Вот два проекта «полупроводники как солнечные панели», которые за последние несколько дней стали первыми.

[Стивен Дюфресн] разрезал силовой транзистор 2N3055, чтобы подвергнуть полупроводниковый материал воздействию света.При полном солнечном свете он мог производить 500 милливольт и 5,5 миллиампер. Другими словами, ему понадобится около 5000 таких транзисторов, чтобы включить компактную люминесцентную лампочку. Маленький калькулятор требует гораздо меньше энергии, поэтому, открыв пять транзисторов, он смог создать калькулятор на солнечной энергии с горсткой транзисторов.

[Саранг] изучал солнечные элементы и понял, что стандартный кремниевый диод очень похож; оба являются p-n-переходами, и единственная реальная разница — это площадь поверхности.Он подключил 1N4148 к мультиметру, и, к его удивлению, все заработало. [Саранг] может получить около 150 милливольт из своего диода с помощью лупы. Хотя он сомневается, что его диод более эффективен, чем обычный солнечный элемент, он считает, что он может быть полезен в недорогих устройствах с низким энергопотреблением. Мы думаем, что это может быть полезно в качестве детектора света высокой интенсивности для солнечной плиты или подобного.

После перерыва вы можете посмотреть видео [Стивен] и [Саранг], демонстрирующие свои солнечные батареи.

10.7: Диоды, светодиоды и солнечные элементы

Диоды — это полупроводниковые устройства, которые позволяют току течь только в одном направлении. Диоды действуют как выпрямители в электронных схемах, а также как эффективные излучатели света (в светодиодах) и солнечные элементы (в фотовольтаике). Основная структура диода — это переход между полупроводниками p-типа и n-типа, называемый p-n переходом. Обычно диоды изготавливаются из одного кристалла полупроводника, в который вводятся примеси p и n.

Крупный план диода, демонстрирующий квадратный полупроводниковый кристалл (черный объект слева) .

Если сторона n диода смещена при положительном потенциале, а сторона p смещена отрицательно, электроны притягиваются к стороне n, а дырки — к стороне p. Это усиливает встроенный потенциал p-n-перехода, ширина обедненного слоя увеличивается, и ток течет очень мало.Это направление поляризации называется «обратным смещением». Если диод смещен в другую сторону, носители попадают в переход, где они рекомбинируют. Электрическое поле уменьшается, полосы сглаживаются, и ток течет легко, поскольку приложенное смещение снижает встроенный потенциал. Это называется «смещением вперед».

Электроны (красные) и дырки (белые) в диоде с прямым смещением.

На рисунке слева показан диод с прямым смещением, через который легко протекает ток.Когда электроны и дырки попадают в соединение (черные стрелки на нижнем левом рисунке), они рекомбинируют (синие стрелки вниз), производя свет и / или тепло. Уровень Ферми в диоде обозначен пунктирной линией. На обедненном слое наблюдается падение уровня Ферми (равное приложенному смещению). Соответствующая кривая i-V диода показана справа. Ток экспоненциально возрастает с приложенным напряжением в направлении прямого смещения, а ток утечки при обратном смещении очень мал.При очень высоком обратном смещении (обычно десятки вольт) диоды лавинообразно пробиваются и протекает большой обратный ток.

Кривая i-V диода

Светоизлучающий диод или Светодиод — это своего рода диод, преобразующий часть энергии электронно-дырочной рекомбинации в свет. Этот процесс излучательной рекомбинации всегда происходит в конкуренции с безызлучательной рекомбинацией, при которой энергия просто преобразуется в тепло.Когда свет излучается светодиодом, энергия фотона равна энергии запрещенной зоны. Из-за этого светодиодные фонари имеют чистые цвета и узкие спектры излучения по сравнению с другими источниками света, такими как лампы накаливания и люминесцентные лампы. Светодиодные лампы энергоэффективны и поэтому обычно холодные на ощупь.

Светодиод (LED).

Прямозонные полупроводники, такие как GaAs и GaP, обладают эффективной люминесценцией и также являются хорошими поглотителями света.В прямозонных полупроводниках нет изменения импульса, связанного с рождением или рекомбинацией электронов и дырок. То есть электроны и дырки возникают при одном и том же значении волнового вектора импульса k , с которым мы столкнулись в гл. 6. k связано с импульсом (также векторной величиной) соотношением p = h k / 2π. В прямозонном полупроводнике верх валентной зоны и нижняя часть зоны проводимости чаще всего встречаются при k = 0.Поскольку импульс фотона близок к нулю, поглощение и испускание фотона сильно разрешены (и, следовательно, кинетически быстро). Полярные полупроводники, такие как GaAs, GaN и CdSe, обычно являются материалами с прямой запрещенной зоной. Непрямозонные полупроводники , такие как Si и Ge, очень слабо поглощают и излучают свет, потому что максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости не встречаются в одной и той же точке в k-пространстве. Это означает, что колебание решетки (фонон) также должно быть создано или аннигилировано, чтобы сохранить импульс.Поскольку этот «трехчастичный» (электрон, дырка, фонон) процесс имеет низкую вероятность, излучательная рекомбинация электронов и дырок происходит медленно по сравнению с безызлучательным распадом — термализацией электронно-дырочной энергии в виде колебаний решетки — в непрямозонных полупроводниках. . Таким образом, правило выбора импульса предотвращает поглощение / излучение света, и не существует светодиодов на чистом кремнии или лазеров на основе кремния.

Профессор Сюдзи Накамура держит синий светодиод.

Хотя красные, оранжевые, желтые и зеленые светодиоды можно относительно легко изготовить из твердых растворов AlP-GaAs, изначально было очень сложно изготовить синие светодиоды, потому что лучший прямозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны в правильном диапазоне энергий — это нитрид GaN, который трудно получить и легировать p-типом. Работая в Nichia Corporation в Японии, Сюдзи Накамура преуспел в разработке технологического процесса для p-GaN, который является основой синего светодиода.Ввиду важности этой работы для разработки хранилищ информации (технология Blu-Ray) и энергосберегающего светодиодного освещения полного спектра, Накамура разделил Нобелевскую премию по физике 2014 года с Исаму Асаки и Хироши Амано, оба из которых добились более ранний вклад в развитие диодов из GaN.

A Солнечный элемент , или фотоэлектрический элемент, преобразует свет, поглощенный в p-n переходе, непосредственно в электричество за счет фотоэлектрического эффекта. Фотогальваника — это область технологий и исследований, связанных с разработкой солнечных батарей для преобразования солнечной энергии в электричество.Иногда термин солнечный элемент используется для устройств, специально предназначенных для улавливания энергии солнечного света, тогда как термин фотоэлектрический элемент используется, когда источник света не указан.

Фотоэлектрический эффект в полупроводниковом p-n переходе

Фототок в солнечных элементах с p-n переходом течет в направлении обратного смещения диода. В темноте солнечный элемент просто действует как диод.В свете фототок можно рассматривать как источник постоянного тока, который добавляется к i-V характеристике диода. Соотношение между темновым и светлым током в фотоэлектрическом элементе показано на диаграмме слева.

Вольт-амперная характеристика солнечного элемента в темноте и при освещении запрещенной зоной. Фототок короткого замыкания обозначается как i sc , а фотонапряжение холостого хода — V photo .Максимальная мощность, генерируемая солнечным элементом, определяется площадью оранжевого квадрата.

Встроенное электрическое поле p-n перехода разделяет пары e h + , которые образованы поглощением запрещенной зоны света в обедненной области. Электроны текут вниз, к стороне n-типа перехода, дырки текут вверх по направлению к p-стороне. Если hν ≥ E , зазор , свет может поглощаться, продвигая электрон из валентной зоны в зону проводимости.Любая избыточная энергия быстро термализуется. Таким образом, свет с hν> E g может хранить энергию только на E g в паре e h + . Если свет поглощается за пределами обедненной области, то есть на n- или p-стороне перехода, где отсутствует электрическое поле, неосновные носители должны диффундировать в переход, чтобы собраться. Этот процесс происходит в конкуренции с рекомбинацией электронов и дырок. Поскольку примесные атомы и дефекты решетки образуют эффективные центры рекомбинации, полупроводники, используемые в солнечных элементах (особенно непрямозонные материалы, такие как Si, который должен быть относительно толстым, чтобы поглощать большую часть солнечного спектра), должны быть очень чистыми.Большая часть стоимости кремниевых солнечных элементов связана с процессом очистки элементарного кремния и выращивания крупных монокристаллов из расплава.

На приведенной выше кривой i-V фотодиода V photo обычно составляет только около 70% ширины запрещенной зоны E зазора . Фототок ограничен потоком фотонов, скоростью рекомбинации и переизлучением поглощенного света. [6] Площадь оранжевого прямоугольника указывает мощность, вырабатываемую солнечным элементом, которую можно рассчитать как P = i x V.В хороших монокристаллических или поликристаллических солнечных элементах из Si, GaAs, CdTe, CuIn x Ga 1-x Se 2 или (CH 3 NH 3 ) PbI 3 квантовый выход ( отношение фототока короткого замыкания к потоку фотонов) близко к единице.

Эквивалентная схема солнечного элемента с p-n переходом, которая дает «легкую» кривую i-V, показанную на рисунке выше. По сути, солнечный элемент представляет собой диод с источником тока обратного смещения, обеспечиваемым генерируемыми светом электронами и дырками.Шунтирующее сопротивление (R sh ) в эквивалентной схеме представляет собой паразитную электронно-дырочную рекомбинацию. Высокое сопротивление шунта (низкая скорость рекомбинации) и низкое последовательное сопротивление (R s ) необходимы для высокой эффективности солнечных элементов.

Солнечные элементы находят множество актуальных применений. Отдельные элементы используются для питания небольших устройств, таких как электронные калькуляторы. Фотоэлектрические батареи генерируют форму возобновляемой электроэнергии, что особенно полезно в ситуациях, когда электроэнергия из сети недоступна, например, в энергосистемах удаленных районов, спутниках на околоземной орбите и космических зондах, удаленных радиотелефонах и приложениях для откачки воды.Фотоэлектрическая энергия также все чаще используется в сетевых электрических системах.

Стоимость установленных фотоэлектрических элементов (в расчете на ватт) снизилась за последнее десятилетие примерно на 13% в год и уже достигла паритета энергосистемы в Германии и ряде других стран. [7] Ожидается, что паритет фотоэлектрических сетей на рынках электроэнергии США состоится в период до 2020 года. [8] Основным фактором постепенного снижения стоимости фотоэлектрической энергии является неуклонное повышение эффективности солнечных элементов, что показано на рисунке справа.Солнечные элементы с более высокой эффективностью требуют меньшей площади для обеспечения того же количества энергии, и это снижает «баланс системы» затрат, таких как проводка, монтаж на крыше и т. Д., Которые масштабируются как площадь солнечных панелей. Прогресс в направлении повышения эффективности отражает усовершенствованные процессы производства фотоэлектрических материалов, таких как кремний и арсенид галлия, а также открытие новых материалов. Кремниевые солнечные элементы являются зрелой технологией, поэтому сейчас они находятся на стадии освоения и приближаются к своей максимальной теоретической эффективности.Новые технологии, такие как органические фотоэлектрические элементы, солнечные элементы с квантовыми точками и перовскитные элементы с галогенидом свинца, все еще находятся в процессе обучения.

Отчетный график эффективности преобразования энергии солнечных элементов с 1976 года (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии)

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления шириной проводящего канала и, следовательно, током в полупроводниковом материале.Он классифицируется как униполярный транзистор, в отличие от биполярных транзисторов.

Полевые транзисторы работают как усилители тока. Типичная структура полевых транзисторов на основе Si — это такая, в которой две области n-типа (исток и сток) разделены областью p-типа. Оксидный изолятор над областью p-типа отделяет металлический вывод затвора от полупроводника. Эта структура называется полевым транзистором металл-оксид-полупроводник (или MOSFET). Когда между истоком и стоком подается напряжение, ток не может течь, потому что n-p или p-n переход имеет обратное смещение.Однако, когда к затвору прикладывается положительный потенциал, электроны движутся к затвору, и локально полупроводник «инвертируется» в n-тип. Тогда ток легко течет между истоком n-типа и стоком через n-канал. Ток между истоком и стоком во много раз больше, чем ток через затвор, и, таким образом, полевой транзистор может действовать как усилитель. Текущий поток также может представлять собой логическую «1», поэтому полевые транзисторы также используются в цифровой логике.

Поперечное сечение полевого МОП-транзистора n-типа

В электронных устройствах, таких как микропроцессоры, полевые транзисторы большую часть времени находятся в выключенном состоянии, чтобы минимизировать фоновый ток и потребление энергии.Показанный выше полевой транзистор с областями истока и стока n-типа называется NMOS-транзистором. В транзисторе PMOS области истока и стока имеют p-тип, а затвор — n-тип. В интегральных схемах CMOS (комплементарный металлооксидный полупроводник) используются как NMOS-, так и PMOS-транзисторы. КМОП-схемы построены таким образом, что все транзисторы PMOS должны иметь вход либо от источника напряжения, либо от другого транзистора PMOS. Точно так же все транзисторы NMOS должны иметь вход либо от земли, либо от другого транзистора NMOS.Такое расположение приводит к низкому статическому энергопотреблению.

Транзисторы

наиболее полезны в диапазоне напряжения затвора (обозначенного красным кружком на рисунке слева), где ток исток-сток быстро изменяется. В этой области можно произвести большое изменение тока между истоком и стоком, когда на затвор подается слабый сигнал. Важным показателем качества полевых транзисторов является подпороговая крутизна , которая представляет собой график зависимости логарифма (тока) от значения наклона.В ворота . Идеальная подпороговая крутизна — одна декада тока на 60 мВ смещения затвора. Обычно декадное изменение тока исток-сток может быть достигнуто при изменении напряжения затвора на ~ 70 мВ. Характеристики полевых транзисторов в качестве переключателей и усилителей ограничены подпороговым наклоном, который, в свою очередь, ограничен емкостью затвора. Желательно иметь очень высокую емкость затвора, что требует тонкого изолирующего оксида, но также иметь небольшой ток утечки, который требует толстого оксида.Текущая проблема в полупроводниковой промышленности состоит в том, чтобы продолжать масштабировать полевые транзисторы до еще меньших наноразмеров, сохраняя при этом приемлемые значения этих параметров. Это достигается за счет разработки новых материалов изоляторов затвора, которые имеют более высокие диэлектрические постоянные, чем оксид кремния, и не подвергаются окислительно-восстановительным реакциям с кремнием или металлическими выводами затвора. Только несколько известных материалов (например, оксинитрид гафния и силикаты гафния) в настоящее время удовлетворяют этим строгим требованиям.

9 Простые схемы зарядного устройства для солнечных батарей

Простые солнечные зарядные устройства — это небольшие устройства, которые позволяют быстро и дешево заряжать аккумулятор с помощью солнечной энергии.

Простое солнечное зарядное устройство должно иметь встроенные 3 основные функции:

  • Оно должно быть недорогим.
  • Удобство для неспециалистов и простота сборки.
  • Должен быть достаточно эффективным, чтобы удовлетворить основные потребности в зарядке аккумулятора.

В сообщении всесторонне объясняются девять лучших, но простых схем зарядного устройства для солнечных батарей с использованием IC LM338, транзисторов, MOSFET, понижающего преобразователя и т. Д., Которые могут быть построены и установлены даже неспециалистом для зарядки всех типов батарей и работы с другим сопутствующим оборудованием

Обзор

Солнечные панели для нас не новость, и сегодня они широко используются во всех секторах.Основное свойство этого устройства — преобразование солнечной энергии в электрическую — сделало его очень популярным, и теперь оно серьезно рассматривается как будущее решение всех кризисов или дефицитов электроэнергии.

Солнечная энергия может использоваться непосредственно для питания электрического оборудования или просто храниться в соответствующем запоминающем устройстве для дальнейшего использования.

Обычно есть только один эффективный способ хранения электроэнергии — использование аккумуляторных батарей.

Перезаряжаемые батареи, вероятно, являются лучшим и наиболее эффективным способом сбора или хранения электроэнергии для дальнейшего использования.

Энергия от солнечного элемента или солнечной панели также может эффективно храниться, чтобы ее можно было использовать по своему усмотрению, обычно после захода солнца или когда стемнело, и когда накопленная мощность становится очень необходимой для работы огни.

Хотя это может показаться довольно простым, зарядка аккумулятора от солнечной панели никогда не бывает легкой по двум причинам:

Напряжение солнечной панели может сильно варьироваться в зависимости от падающих солнечных лучей и

Ток также варьируется по тем же причинам, указанным выше.

Две вышеуказанные причины могут сделать параметры зарядки типичной аккумуляторной батареи очень непредсказуемыми и опасными.

ОБНОВЛЕНИЕ:

Прежде чем углубляться в следующие концепции, вы, вероятно, можете попробовать это очень простое зарядное устройство для солнечных батарей, которое обеспечит безопасную и гарантированную зарядку небольшой батареи 12 В 7 Ач через небольшую солнечную панель:

Требуемые детали

  • Солнечная панель — 20 В, 1 ампер
  • IC 7812 — 1no
  • 1N4007 Диоды — 3nos
  • 2k2 Резистор 1/4 Вт — 1no

Выглядит круто, не правда ли.Фактически, ИС и диоды могут уже лежать в вашем электронном мусорном ящике, поэтому необходимо их покупать. Теперь давайте посмотрим, как их можно настроить для окончательного результата.

Расчетное время, необходимое для зарядки аккумулятора с 11 В до 14 В, составляет около 8 часов.

Как мы знаем, IC 7812 выдает фиксированное напряжение 12 В на выходе, которое нельзя использовать для зарядки аккумулятора 12 В. 3 диода, подключенные к его клеммам заземления (GND), введены специально для решения этой проблемы и для увеличения выхода IC примерно до 12 + 0.7 + 0,7 + 0,7 В = 14,1 В, что как раз и требуется для полной зарядки аккумулятора 12 В.

Падение на 0,7 В на каждом диоде увеличивает порог заземления ИС за счет установленного уровня, вынуждая ИС регулировать выход на уровне 14,1 В вместо 12 В. Резистор 2k2 используется для активации или смещения диодов, чтобы он мог провести и обеспечить запланированное полное падение на 2,1 В.

Делаем это еще проще

Если вы ищете еще более простое солнечное зарядное устройство, то, вероятно, нет ничего проще, чем подключить солнечную панель соответствующего номинала напрямую к соответствующей батарее через блокирующий диод, как показано ниже:

Хотя вышеуказанная конструкция не включает в себя регулятор, она все равно будет работать, поскольку токовый выход панели является номинальным, и это значение будет показывать только ухудшение по мере того, как солнце меняет свое положение.

Однако для аккумулятора, который не полностью разряжен, описанная выше простая установка может нанести некоторый вред аккумулятору, так как аккумулятор будет быстро заряжаться и будет продолжать заряжаться до небезопасного уровня и в течение более длительных периодов времени. время.

1) Использование LM338 в качестве солнечного контроллера

Но благодаря современным универсальным микросхемам, таким как LM 338 и LM 317, которые могут очень эффективно справляться с вышеуказанными ситуациями, делая процесс зарядки всех аккумуляторных батарей через солнечную панель очень безопасным и желательно.

Схема простого зарядного устройства для солнечных батарей LM338 показана ниже с использованием IC LM338:

На принципиальной схеме показана простая установка с использованием IC LM 338, настроенного для работы в стандартном режиме регулируемого источника питания.

Использование функции контроля тока

Особенностью конструкции является то, что она также включает функцию контроля тока.

Это означает, что, если ток имеет тенденцию к увеличению на входе, что обычно может иметь место, когда интенсивность солнечных лучей увеличивается пропорционально, напряжение зарядного устройства пропорционально падает, снижая ток до указанного номинального значения.

Как видно на схеме, коллектор / эмиттер транзистора BC547 подключен через ADJ и землю, он становится ответственным за инициирование действий по управлению током.

По мере увеличения входного тока батарея начинает потреблять больше тока, что создает напряжение на R3, которое преобразуется в соответствующий базовый привод для транзистора.

Транзистор проводит и корректирует напряжение через C LM338, так что скорость тока регулируется в соответствии с безопасными требованиями к батарее.

Формула предела тока:

R3 можно рассчитать по следующей формуле

R3 = 0,7 / Максимальный предел тока

PCB Конструкция для описанной выше простой схемы зарядного устройства солнечной батареи приведена ниже:

Измеритель и входной диод не входят в состав печатной платы.

2) Схема зарядного устройства солнечной батареи за 1 доллар

Вторая конструкция объясняет дешевую, но эффективную, менее чем за 1 доллар дешевую, но эффективную схему солнечного зарядного устройства, которая может быть построена даже неспециалистом для использования эффективной зарядки солнечной батареи.

Вам понадобится только панель солнечных батарей, селекторный переключатель и несколько диодов для установки достаточно эффективного солнечного зарядного устройства.

Что такое слежение за солнечной точкой максимальной мощности?

Для непрофессионала это было бы чем-то слишком сложным и изощренным, чтобы понять, и системой, включающей экстремальную электронику.

В некотором смысле это может быть правдой, и, конечно же, MPPT — это сложные высокопроизводительные устройства, которые предназначены для оптимизации зарядки аккумулятора без изменения кривой V / I солнечной панели.

Проще говоря, MPPT отслеживает мгновенное максимальное доступное напряжение от солнечной панели и регулирует скорость зарядки аккумулятора таким образом, чтобы напряжение панели оставалось неизменным или вдали от нагрузки.

Проще говоря, солнечная панель будет работать наиболее эффективно, если ее максимальное мгновенное напряжение не снижается близко к напряжению подключенной батареи, которая заряжается.

Например, если напряжение холостого хода вашей солнечной панели составляет 20 В, а заряжаемая батарея рассчитана на 12 В, и если вы подключите их напрямую, напряжение на панели упадет до напряжения батареи, что приведет к слишком неэффективно.

И наоборот, если бы вы могли сохранить неизменным напряжение панели, но при этом извлечь из него наилучший вариант зарядки, это заставило бы систему работать по принципу MPPT.

Таким образом, все дело в оптимальной зарядке аккумулятора без снижения напряжения на панели.

Существует один простой и нулевой метод реализации вышеуказанных условий.

Выберите солнечную панель, напряжение холостого хода которой соответствует напряжению зарядки аккумулятора. То есть для батареи 12 В вы можете выбрать панель с напряжением 15 В, что обеспечит максимальную оптимизацию обоих параметров.

Однако практически вышеуказанных условий может быть трудно достичь, потому что солнечные панели никогда не производят постоянную мощность и имеют тенденцию генерировать ухудшающиеся уровни мощности в ответ на меняющееся положение солнечных лучей.

Вот почему всегда рекомендуется использовать солнечную батарею с более высоким номиналом, чтобы даже в худших дневных условиях она продолжала заряжаться.

Сказав, что нет необходимости использовать дорогие системы MPPT, вы можете получить аналогичные результаты, потратив на это несколько долларов.Следующее обсуждение прояснит процедуры.

Как работает схема

Как обсуждалось выше, для того, чтобы избежать ненужной нагрузки на панель, нам необходимо создать условия, идеально соответствующие напряжению фотоэлектрической батареи и напряжению батареи.

Это можно сделать, используя несколько диодов, дешевый вольтметр или имеющийся у вас мультиметр и поворотный переключатель. Конечно, при цене около 1 доллара вы не можете ожидать, что он будет автоматическим, вам, возможно, придется работать с переключателем довольно много раз в день.

Мы знаем, что прямое падение напряжения на выпрямительном диоде составляет около 0,6 В, поэтому, добавив несколько диодов последовательно, можно изолировать панель от перетаскивания на подключенное напряжение батареи.

Ссылаясь на схему, приведенную ниже, можно организовать маленькое классное зарядное устройство MPPT с использованием показанных дешевых компонентов.

Предположим, что на схеме напряжение холостого хода панели составляет 20 В, а батарея рассчитана на 12 В.

Их прямое подключение приведет к увеличению напряжения панели до уровня заряда батареи, что приведет к неприемлемым результатам.

Последовательно добавляя 9 диодов, мы эффективно изолируем панель от нагрузки и перетаскивания к напряжению батареи, но при этом извлекаем из нее максимальный зарядный ток.

Общее прямое падение объединенных диодов будет около 5 В, плюс напряжение зарядки аккумулятора 14,4 В дает около 20 В, что означает, что после последовательного подключения всех диодов во время пикового солнечного света напряжение на панели незначительно упадет до 19 В. эффективная зарядка аккумулятора.

Теперь предположим, что солнце начинает опускаться, вызывая падение напряжения на панели ниже номинального. Это можно отслеживать с помощью подключенного вольтметра и пропускать несколько диодов до тех пор, пока аккумулятор не будет восстановлен с получением оптимальной мощности.

Символ стрелки, показанный на соединении с плюсом напряжения панели, можно заменить поворотным переключателем для рекомендуемого выбора диодов, включенных последовательно.

Реализовав описанную выше ситуацию, можно эффективно моделировать четкие условия зарядки MPPT без использования дорогостоящих устройств.Вы можете сделать это для всех типов панелей и батарей, просто подключив большее количество диодов последовательно.

3) Схема солнечного зарядного устройства и драйвера для белого светодиода SMD высокой мощности 10 Вт / 20 Вт / 30 Вт / 50 Вт

Третья идея учит нас, как построить простой светодиод на солнечной батарее со схемой зарядного устройства для освещения светодиодов высокой мощности (SMD) в порядка 10 ватт на 50 ватт. Светодиоды SMD полностью защищены термически и от перегрузки по току с помощью недорогого каскада ограничения тока LM 338. Идею запросил г-н.Сарфраз Ахмад.

Технические характеристики

В основном я сертифицированный инженер-механик из Германии 35 лет назад, много лет работал за границей и уехал много лет назад из-за личных проблем дома.
Извините, что беспокою вас, но я знаю о ваших способностях и опыте в области электроники и искренности, чтобы помочь и направить таких начинающих, как я. Я видел эту схему где-то для 12 В постоянного тока.

Я подключил к SMD, 12 В 10 Вт, конденсатор 1000 мкФ, 16 В и мостовой выпрямитель, вы можете увидеть номер детали на нем.Когда я включаю свет, выпрямитель начинает нагреваться, и оба SMD тоже. Я боюсь, что если эти лампы оставить включенными в течение длительного времени, это может привести к повреждению SMD и выпрямителя. Не знаю, в чем проблема. Вы можете мне помочь.

У меня на крыльце есть свет, который включается на диске и выключается на рассвете. К сожалению, из-за отключения нагрузки, когда нет электричества, этот свет не горит до тех пор, пока электричество не вернется.

Я хочу установить как минимум два SMD (12 В) с LDR, чтобы, как только свет погас, загорелся свет SMD.Я хочу добавить еще два аналогичных светильника в другом месте на крыльце автомобиля, чтобы все они были освещены. Я думаю, что если я подключу все эти четыре SMD-светильника к источнику питания 12 В, который будет получать питание от цепи UPS.

Конечно, это приведет к дополнительной нагрузке на батарею ИБП, которая вряд ли полностью заряжена из-за частого отключения нагрузки. Другое лучшее решение — установить 12-вольтовую солнечную панель и прикрепить к ней все четыре лампы SMD. Он зарядит аккумулятор и включит / выключит свет.

Эта солнечная панель должна поддерживать эти огни всю ночь и отключаться на рассвете. Пожалуйста, также помогите мне и расскажите подробнее об этой схеме / проекте.

Вы можете найти время, чтобы выяснить, как это сделать. Я пишу вам, так как, к сожалению, ни один продавец электроники или солнечной энергии на нашем местном рынке не готов мне помочь. Ни один из них, похоже, не имеет технической квалификации и они просто хотят продать свои запчасти.

Sarfraz Ahmad

Равалпинди, Пакистан

Конструкция

На показанной выше схеме солнечного светодиодного освещения SMD мощностью от 10 до 50 Вт с автоматическим зарядным устройством мы видим следующие этапы7

  • 9025 Солнечная панель
  • Пара схем регулятора LM338 с регулируемым током
  • Переключающее реле
  • Перезаряжаемая батарея
  • и 40-ваттный светодиодный SMD-модуль
  • Вышеупомянутые ступени объединены следующим образом:

    Два Ступени LM 338 сконфигурированы в стандартных режимах регулятора тока с использованием соответствующих сопротивлений измерения тока для обеспечения выхода с регулируемым током для соответствующей подключенной нагрузки.

    Нагрузкой для левого LM338 является аккумулятор, который заряжается от этого каскада LM338 и входной источник солнечной панели. Резистор Rx рассчитывается таким образом, что батарея получает установленный ток и не перезаряжается.

    Правая сторона LM 338 загружена светодиодным модулем, и здесь Ry проверяет, что модуль получает правильную заданную величину тока, чтобы защитить устройства от теплового разгона.

    Напряжение на солнечной панели может быть от 18 до 24 В.

    Реле вводится в схему и соединяется со светодиодным модулем таким образом, что оно включается только ночью или когда темно ниже порогового значения для солнечной панели для выработки необходимой любой мощности.

    Пока доступно солнечное напряжение, реле остается под напряжением, изолируя светодиодный модуль от батареи и гарантируя, что светодиодный модуль мощностью 40 Вт остается выключенным в дневное время и во время зарядки аккумулятора.

    После наступления сумерек, когда солнечное напряжение становится достаточно низким, реле больше не может удерживать свое положение Н / Н и переключается в положение НЗ, соединяя батарею со светодиодным модулем и освещая массив через доступный полностью заряженный аккумулятор.

    Видно, что светодиодный модуль прикреплен к радиатору, который должен быть достаточно большим для достижения оптимального результата от модуля и для обеспечения более длительного срока службы и яркости устройства.

    Расчет номиналов резисторов

    Указанные ограничивающие резисторы можно рассчитать по приведенным формулам:

    Rx = 1,25 / ток зарядки аккумулятора

    Ry = 1,25 / номинальный ток светодиода.

    Предполагая, что это свинцово-кислотная батарея на 40 Ач, предпочтительный зарядный ток должен составлять 4 ампера.

    , следовательно, Rx = 1,25 / 4 = 0,31 Ом

    мощность = 1,25 x 4 = 5 Вт

    Ток светодиода можно найти, разделив его общую мощность на номинальное напряжение, то есть 40/12 = 3,3 ампера

    следовательно Ry = 1,25 / 3 = 0,4 Ом

    мощность = 1,25 x 3 = 3,75 Вт или 4 Вт.

    Ограничительные резисторы не используются для 10-ваттных светодиодов, поскольку входное напряжение от батареи соответствует указанному пределу 12 В для светодиодного модуля и, следовательно, не может превышать безопасных пределов.

    Приведенное выше объяснение показывает, как микросхему LM338 можно просто использовать для создания полезной схемы солнечного светодиодного освещения с автоматическим зарядным устройством.

    4) Автоматическая цепь солнечного освещения с использованием реле

    В нашей 4-й автоматической цепи солнечного освещения мы включаем одно реле в качестве переключателя для зарядки аккумулятора в дневное время или пока солнечная панель вырабатывает электричество, а также для освещения подключенный светодиод, когда панель не активна.

    Обновление до реле переключения

    В одной из моих предыдущих статей, в которой объяснялась простая схема солнечного садового освещения, мы использовали один транзистор для операции переключения.

    Одним из недостатков более ранней схемы является то, что она не обеспечивает регулируемую зарядку аккумулятора, хотя это не может быть строго важным, поскольку аккумулятор никогда не заряжается до своего полного потенциала, этот аспект может потребовать улучшения.

    Еще одним связанным недостатком более ранней схемы является ее низкое энергопотребление, которое не позволяет использовать батареи высокой мощности и светодиоды.

    Следующая схема эффективно решает обе вышеупомянутые проблемы с помощью реле и транзисторного каскада эмиттерного повторителя.

    Принципиальная схема

    Как это работает

    Во время оптимального солнечного света реле получает достаточную мощность от панели и остается включенным с активированными замыкающими контактами.

    Это позволяет аккумулятору получать зарядное напряжение через стабилизатор напряжения на транзисторном эмиттерном повторителе.

    Конструкция эмиттерного повторителя сконфигурирована с использованием TIP122, резистора и стабилитрона. Резистор обеспечивает необходимое смещение для проводимости транзистора, в то время как значение стабилитрона ограничивает напряжение эмиттера, которое контролируется на уровне чуть ниже значения напряжения стабилитрона.

    Таким образом, стабилитрон выбирается соответствующим образом, чтобы соответствовать зарядному напряжению подключенной батареи.

    Для батареи 6 В напряжение стабилитрона может быть выбрано как 7,5 В, для батареи 12 В напряжение стабилитрона может составлять около 15 В и так далее.

    Эмиттерный повторитель также следит за тем, чтобы аккумулятор никогда не перезарядился сверх установленного предела заряда.

    В вечернее время, когда обнаруживается значительное падение солнечного света, реле блокируется от требуемого минимального напряжения удержания, заставляя его переключаться с замыкающего контакта на замыкающий.

    Вышеупомянутое переключение реле мгновенно переводит аккумулятор из режима зарядки в режим светодиода, подсвечивая светодиод через напряжение аккумулятора.

    Список деталей для автоматической цепи солнечного освещения 6 В / 4 Ач с переключением реле
    1. Солнечная панель = 9 В, 1 ампер
    2. Реле = 6 В / 200 мА
    3. Rx = 10 Ом / 2 Вт
    4. стабилитрон = 7,5 В, 1/2 Вт

    5) Схема транзисторного контроллера солнечного зарядного устройства

    Пятая идея, представленная ниже, описывает простую схему солнечного зарядного устройства с автоматическим отключением только с использованием транзисторов.Идея была предложена г-ном Мубараком Идрисом.

    Цели и требования схемы

    1. Пожалуйста, сэр, не могли бы вы сделать мне литий-ионный аккумулятор 12 В, 28,8 Ач, автоматический контроллер заряда, использующий солнечную панель в качестве источника питания, который составляет 17 В при 4,5 А при максимальном солнечном освещении.
    2. Контроллер заряда должен иметь возможность иметь защиту от перезарядки и отключение низкого заряда батареи, а схема должна быть простой для новичка без микросхемы или микроконтроллера.
    3. Схема должна использовать реле или BJT транзисторов в качестве выключателя и стабилитронов для опорного напряжения, благодаря сэру надежды услышать от вас скоро!

    Конструкция

    Конструкция печатной платы (сторона компонентов)

    Ссылаясь на приведенную выше простую схему солнечного зарядного устройства с использованием транзисторов, автоматическое отключение для полного уровня заряда и нижнего уровня осуществляется через пару BJT, настроенных как компараторы .

    Вспомните более раннюю схему индикатора низкого заряда батареи с использованием транзисторов, где низкий уровень заряда батареи указывался с помощью всего двух транзисторов и нескольких других пассивных компонентов.

    Здесь мы используем идентичный дизайн для определения уровня заряда батареи и для обеспечения необходимого переключения батареи через солнечную панель и подключенную нагрузку.

    Давайте предположим, что изначально у нас есть частично разряженная батарея, из-за которой первый BC547 слева перестает проводить (это устанавливается путем настройки базовой предустановки на этот пороговый предел) и позволяет проводить следующее BC547.

    Когда этот BC547 проводит, он позволяет TIP127 включиться, что, в свою очередь, позволяет напряжению солнечной панели достигать батареи и начинать ее зарядку.

    Вышеупомянутая ситуация, наоборот, удерживает TIP122 выключенным, так что нагрузка не может работать.

    По мере того, как батарея начинает заряжаться, напряжение на шинах питания также начинает расти до точки, когда левая сторона BC547 может просто проводить ток, в результате чего правая сторона BC547 перестает проводить дальше.

    Как только это происходит, TIP127 блокируется от отрицательных базовых сигналов, и он постепенно перестает проводить, так что батарея постепенно отключается от напряжения солнечной панели.

    Тем не менее, вышеупомянутая ситуация позволяет TIP122 медленно получать триггер смещения базы, и он начинает проводить … что гарантирует, что теперь нагрузка может получить необходимое питание для своих операций.

    Вышеупомянутая схема солнечного зарядного устройства, использующая транзисторы и с автоматическим отключением, может использоваться для любых небольших приложений солнечного контроллера, таких как безопасная зарядка аккумуляторов сотовых телефонов или других форм литий-ионных аккумуляторов.

    Для , получающего регулируемое зарядное устройство

    Следующая конструкция показывает, как преобразовать или модернизировать приведенную выше принципиальную схему в регулируемое зарядное устройство, чтобы аккумулятор поставлялся с фиксированным и стабилизированным выходом независимо от повышения напряжения. от солнечной панели.

    6) Схема карманного светодиодного освещения на солнечной батарее

    Шестой пример здесь объясняет простую недорогую схему карманного светодиодного освещения на солнечной батарее, которая может использоваться нуждающимися и малоимущими слоями общества для недорогого освещения своих домов в ночное время.

    Идея была предложена г-ном Р.К. Rao

    Цели и требования схемы

    1. Я хочу сделать карманный светодиодный светильник SOLAR, используя прозрачную пластиковую коробку размером 9 см x 5 см x 3 см [доступный на рынке за 3 рупий / -] с использованием светодиода мощностью 1 Вт / 20 мА Светодиоды питаются от герметичной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи 4 В, 1 А [SUNCA / VICTARI], а также с возможностью зарядки с помощью зарядного устройства для сотового телефона [при наличии сетевого тока].
    2. Батарея подлежит замене, если она разряжена после использования в течение 2/3 лет / предписанного срока службы сельским / племенным пользователем.
    3. Предназначен для использования детьми из племен / деревень, чтобы зажечь книгу; На рынке есть лучшие светодиодные фонари по цене около 500 рупий [d.light] за 200 рупий [Thrive].
    4. Эти фонари хороши, за исключением того, что у них есть мини-солнечная панель и яркий светодиод со сроком службы десять лет, если не больше, но с перезаряжаемой батареей без возможности ее замены, если она разрядится после двух или трех лет использования. это пустая трата ресурсов и неэтична.
    5. Я предполагаю, что аккумулятор может быть заменен и доступен на месте по невысокой цене.Цена на свет не должна превышать 100/150 рупий.
    6. Он будет продаваться на некоммерческой основе через НПО в районах проживания племен и, в конечном итоге, будет поставлять комплекты для молодежи из племен / сельских районов, чтобы они могли изготавливать их в деревне.
    7. Я вместе с коллегой сделал несколько светильников с батареями большой мощности 7V EW и 2x20mA pirahna Led и проверил их — они длились более 30 часов непрерывного освещения, достаточного для освещения книги с полуметрового расстояния; и еще один с солнечной батареей 4 В и светодиодом мощностью 350 А мощностью 1 Вт, обеспечивающим достаточно света для приготовления пищи в хижине.
    8. Можете ли вы предложить схему с одной аккумуляторной батареей AA / AAA, мини-солнечной панелью размером 9×5 см для установки на крышку коробки, усилителем постоянного и постоянного тока и светодиодами 20 мА. Если вы хотите, чтобы я приехал к вам для обсуждения, я могу.
    9. Вы можете увидеть огни, которые мы сделали, на фотографиях Google по адресу https://goo.gl/photos/QyYU1v5Kaag8T1WWA Благодарю вас,

    Дизайн

    По запросу должны быть установлены карманные светодиодные цепи на солнечных батареях. компактный, работает с одним 1.Элемент 5AAA, использующий преобразователь постоянного тока в постоянный и оснащенный саморегулирующейся схемой солнечного зарядного устройства.

    Схема, показанная ниже, вероятно, удовлетворяет всем вышеперечисленным спецификациям, но все же остается в пределах доступной стоимости.

    Принципиальная схема

    Конструкция представляет собой базовую схему «похититель джоулей», в которой используется один элемент фонарика, BJT и индуктор для питания любого стандартного светодиода на 3,3 В.

    На схеме показан светодиод мощностью 1 Вт, хотя можно использовать светодиод меньшей яркости 30 мА.

    Схема солнечного светодиода способна выдавливать последнюю каплю «джоуля» или заряда из элемента, отсюда и название «джоулевый вор», что также подразумевает, что светодиод будет продолжать светиться до тех пор, пока внутри элемента практически ничего не останется. Однако аккумулятор здесь не рекомендуется разряжать ниже 1 В.

    Зарядное устройство на 1,5 В в конструкции построено с использованием другого маломощного BJT, сконфигурированного в его конфигурации эмиттерного повторителя, что позволяет ему выдавать выходное напряжение эмиттера, точно равное потенциалу на его базе, установленному предустановкой 1K.Это должно быть точно установлено так, чтобы эмиттер выдавал не более 1,8 В при входном постоянном токе более 3 В.

    Источником входного постоянного тока является солнечная панель, которая может обеспечивать превышение 3 В при оптимальном солнечном свете и позволять зарядному устройству заряжать аккумулятор с максимальным выходным напряжением 1,8 В.

    При достижении этого уровня эмиттерный повторитель просто запрещает дальнейшую зарядку элемента, таким образом предотвращая любую возможность избыточного заряда.

    Индуктор для схемы карманного солнечного светодиода состоит из небольшого трансформатора с ферритовым кольцом, имеющего 20:20 витков, которые можно соответствующим образом изменить и оптимизировать для обеспечения наиболее благоприятного напряжения для подключенного светодиода, которое может сохраняться даже до тех пор, пока напряжение не упадет ниже 1.2В.

    7) Простое солнечное зарядное устройство для уличных фонарей

    Седьмое солнечное зарядное устройство, обсуждаемое здесь, лучше всего подходит, поскольку солнечная светодиодная уличная система освещения специально разработана для начинающих любителей, которые могут построить ее, просто обратившись к представленной здесь графической схеме.

    Благодаря простой и относительно дешевой конструкции система может быть подходящим образом использована для уличного освещения в деревнях или в других подобных отдаленных районах, тем не менее, это никоим образом не ограничивает ее использование и в городах.

    Основные характеристики этой системы:

    1) Зарядка с контролем напряжения

    2) Работа светодиодов с контролем тока

    3) Реле не используются, все твердотельные конструкции

    4) Отключение нагрузки при низком критическом напряжении

    5) Индикаторы низкого и критического напряжения

    6) Отключение полной зарядки не включено для простоты и потому, что зарядка ограничена контролируемым уровнем, который никогда не позволит аккумулятору перезарядиться.

    7) Использование популярных микросхем, таких как LM338, и транзисторов, таких как BC547, обеспечивает беспроблемную закупку.

    8) Ступень определения дневного и ночного режима, обеспечивающая автоматическое выключение в сумерках и включение на рассвете.

    Вся принципиальная схема предлагаемой простой системы светодиодного уличного освещения проиллюстрирована ниже:

    Принципиальная схема

    Цепной каскад, состоящий из T1, T2 и P1, сконфигурирован в простой датчик низкого заряда батареи, индикаторную схему

    Точно идентичный Этап также можно увидеть чуть ниже, используя T3, T4 и связанные с ними детали, которые образуют еще один каскад детектора низкого напряжения.

    Ступень T1, T2 определяет напряжение аккумулятора, когда оно падает до 13 В, путем включения подключенного светодиода на коллекторе T2, в то время как ступень T3, T4 обнаруживает напряжение аккумулятора, когда оно достигает уровня ниже 11 В, и указывает ситуацию, подсвечивая Светодиод связан с коллектором Т4.

    P1 используется для регулировки каскада T1 / T2 таким образом, чтобы светодиод T2 загорался только при напряжении 12 В, аналогично P2 настраивается так, чтобы светодиод T4 начинал светиться при напряжении ниже 11 В.

    IC1 LM338 сконфигурирован как простой источник питания с регулируемым напряжением для точного регулирования напряжения солнечной панели до 14 В, это делается путем соответствующей настройки предустановки P3.

    Этот выход IC1 используется для зарядки батареи уличного фонаря в дневное время и при ярком солнечном свете.

    IC2 — это еще одна микросхема LM338, подключенная в режиме регулятора тока, ее входной контакт соединен с плюсом батареи, а выход соединен со светодиодным модулем.

    IC2 ограничивает уровень тока от батареи и подает необходимое количество тока на светодиодный модуль, чтобы он мог безопасно работать в ночном режиме резервного копирования.

    T5 — это силовой транзистор, который действует как переключатель и срабатывает на стадии критического разряда батареи, когда напряжение батареи стремится достичь критического уровня.

    Каждый раз, когда это происходит, база T5 мгновенно заземляется с помощью T4, мгновенно отключая его. Когда Т5 выключен, светодиодный модуль может светиться и, следовательно, также выключен.

    Это условие предотвращает и предохраняет аккумулятор от чрезмерной разрядки и повреждения. В таких ситуациях аккумулятору может потребоваться внешняя зарядка от сети с использованием источника питания 24 В, подключенного к линиям питания солнечной панели, через катод D1 и землю.

    Ток от этого источника питания можно указать на уровне около 20% от емкости аккумулятора, и аккумулятор можно заряжать до тех пор, пока оба светодиода не перестанут светиться.

    Транзистор T6 вместе с его базовыми резисторами расположен так, чтобы обнаруживать питание от солнечной панели и гарантировать, что светодиодный модуль остается отключенным до тех пор, пока разумный объем питания доступен от панели, или, другими словами, T6 сохраняет светодиод модуль отключается до тех пор, пока не становится достаточно темно для светодиодного модуля, а затем включается.Обратное происходит на рассвете, когда светодиодный модуль автоматически выключается. R12, R13 следует тщательно отрегулировать или выбрать, чтобы определить желаемые пороги для циклов включения / выключения светодиодного модуля.

    Как построить

    Для успешного завершения этой простой системы уличного освещения описанные этапы должны быть построены отдельно и проверены отдельно перед интеграцией. их вместе.

    Сначала соберите ступень T1, T2 вместе с R1, R2, R3, R4, P1 и светодиодом.

    Затем, используя переменный источник питания, подайте точные 13 В на этот каскад T1, T2 и отрегулируйте P1 так, чтобы светодиод просто загорелся, немного увеличьте напряжение, скажем, до 13.5V и светодиод должен погаснуть. Этот тест подтвердит правильную работу этого каскада индикатора низкого напряжения.

    Сделайте то же самое, что и ступень T3 / T4, и установите P2 аналогичным образом, чтобы светодиод светился при напряжении 11 В, что становится критической настройкой уровня для ступени.

    После этого вы можете перейти к этапу IC1 и отрегулировать напряжение на его «корпусе» и земле до 14 В, отрегулировав P3 до нужной степени. Это должно быть снова сделано путем подачи питания 20 В или 24 В на его входной контакт и линию заземления.

    Ступень IC2 может быть сконструирован, как показано, и не потребует какой-либо процедуры настройки, за исключением выбора R11, который может быть выполнен с использованием формулы, выраженной в этой статье об универсальном ограничителе тока

    Список деталей

    • R1, R2, R3 R4, R5, R6, R7 R8, R9, R12 = 10k, 1/4 WATT
    • P1, P2, P3 = 10K PRESETS
    • R10 = 240 OHMS 1/4 WATT
    • R13 = 22K
    • D1, D3 = 6A4 ДИОД
    • D2, D4 = 1N4007
    • T1, T2, T3, T4 = BC547
    • T5 = TIP142
    • R11 = СМОТРЕТЬ ТЕКСТ
    • LED IC1, IC2 = LM338 IC TO3 соединительный пакет 9025os9 9025os9 Светодиоды мощностью 1 Вт при последовательном и параллельном подключении
    • Батарея = 12 В SMF, 40 Ач
    • Солнечная панель = 20/24 В, 7 А

    Создание светодиодного модуля на 24 Вт

    Светодиодный модуль на 24 Вт для вышеупомянутой простой солнечной улицы световую систему можно построить, просто соединив 24 светодиода мощностью 1 Вт, как показано на следующем рисунке:

    8) Схема понижающего преобразователя солнечной панели с защитой от перегрузки

    В восьмой концепции солнечной батареи, обсуждаемой ниже, говорится о простой схеме понижающего преобразователя солнечной панели, которую можно использовать для получения любого желаемого низкого пониженного напряжения на входах от 40 до 60 В.Схема обеспечивает очень эффективное преобразование напряжения. Идея была предложена господином Дипаком.

    Технические характеристики

    Я ищу понижающий преобразователь постоянного тока со следующими характеристиками.

    1. Входное напряжение = от 40 до 60 В постоянного тока

    2. Выходное напряжение = регулируемое 12, 18 и 24 В постоянного тока (несколько выходов из одной и той же цепи не требуются. Отдельная цепь для каждого выходного напряжения также штраф)

    3.Максимальный выходной ток = 5-10A

    4. Защита на выходе = перегрузка по току, короткое замыкание и т. Д.

    5. Небольшой светодиодный индикатор работы устройства будет преимуществом.

    Был бы признателен, если бы вы помогли мне разработать схему.

    С уважением,
    Deepak

    Конструкция

    Предлагаемая схема понижающего преобразователя с 60 В на 12 В, 24 В показана на рисунке ниже, детали можно понять, как описано ниже:

    конфигурацию можно разделить на этапы, а именно.каскад нестабильного мультивибратора и понижающий преобразователь, управляемый МОП-транзистором.

    BJT T1, T2 вместе со связанными с ним частями образуют стандартную схему AMV, подключенную для генерации частоты с частотой примерно от 20 до 50 кГц.

    Mosfet Q1 вместе с L1 и D1 образуют стандартную топологию понижающего преобразователя для реализации необходимого понижающего напряжения на C4.

    AMV управляется входом 40 В, и генерируемая частота подается на затвор подключенного МОП-транзистора, который мгновенно начинает колебаться при доступном токе от входа, управляющего сетью L1, D1.

    Вышеупомянутое действие генерирует необходимое пониженное напряжение на C4,

    D2 гарантирует, что это напряжение никогда не превышает номинальную отметку, которая может быть фиксированной 30 В.

    Это макс. Предельное пониженное напряжение 30 В далее подается на регулятор напряжения LM396, который может быть настроен на получение конечного желаемого напряжения на выходе с максимальной скоростью 10 ампер.

    Выход может использоваться для зарядки предполагаемого аккумулятора.

    Принципиальная схема

    Список деталей для вышеуказанного понижающего преобразователя на входе 60 В, выходном понижающем преобразователе 12 В и 24 В для панелей.
    • R1 — R5 = 10 кОм
    • R6 = 240 Ом
    • R7 = 10 кОм
    • C1, C2 = 2nF
    • C3 = 100 мкФ / 100 В
    • C4 = 100 мкФ / 50 В
    • 90 100258 Q1 = ЛЮБОЙ МОП-транзистор с P-каналом на 20 А
    • T1, T2 = BC546
    • D1 = ЛЮБОЙ ДИОД БЫСТРОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ 10 А
    • D2 = ЗЕНЕР 30 В 1 Вт
    • D3 = 1N4007
    • L1 = 30 витков 21 провода с суперэмалированной медью SWG Ферритовый стержень диаметром 10 мм.

    9) Домашняя солнечная установка электричества для жизни вне сети

    Девятая уникальная конструкция, описанная здесь, иллюстрирует простую расчетную конфигурацию, которая может использоваться для реализации солнечной панели любого размера, установленной для удаленных домов или для обеспечения автономной системы электроснабжения от солнечных батарей.

    Технические характеристики

    Я уверен, что у вас должна быть наготове такая принципиальная схема. Просматривая ваш блог, я заблудился и не мог выбрать ни одного, наиболее подходящего для моих требований.

    Я просто пытаюсь изложить здесь свое требование и убедиться, что я правильно его понял.

    (Это пилотный проект для меня, чтобы отважиться в этой области. Вы можете считать меня большим нулевым в электротехнике.)

    Моя основная цель — максимально использовать солнечную энергию и свести мои счета за электричество к минимуму. (🙁 Я остаюсь в Thane. Итак, вы можете представить счета за электричество.) Итак, вы можете считать, что я полностью делаю систему освещения на солнечной энергии для своего дома.

    1. Когда достаточно солнечного света, мне не нужен искусственный свет. Как только интенсивность солнечного света падает ниже допустимой нормы, я хочу, чтобы мой свет включался автоматически.

    Я бы хотел их выключить перед сном.3. Моя текущая система освещения (которую я хочу осветить) состоит из двух обычных ламп яркого света (36 Вт / 880 8000K) и четырех КЛЛ мощностью 8 Вт.

    Хотел бы воспроизвести всю установку со светодиодным освещением на солнечной энергии.

    Как я уже сказал, я большой ноль в области электричества. Итак, пожалуйста, помогите мне также с ожидаемой стоимостью установки.

    Модель

    36 Вт x 2 плюс 8 Вт дает в общей сложности около 80 Вт, что является здесь общим требуемым уровнем потребления.

    Теперь, поскольку лампы предназначены для работы при уровнях сетевого напряжения, которое в Индии составляет 220 В, становится необходим инвертор для преобразования напряжения солнечной панели в требуемые характеристики для включения фонарей.

    Кроме того, поскольку инвертору для работы требуется аккумулятор, который можно предположить как аккумулятор на 12 В, все параметры, необходимые для настройки, могут быть рассчитаны следующим образом:

    Общее предполагаемое потребление = 80 Вт.

    Вышеуказанная мощность может потребляться с 6:00 до 18:00, что становится максимальным периодом, который можно оценить, и это примерно 12 часов.

    Умножение 80 на 12 дает = 960 ватт-час.

    Это означает, что солнечная панель должна будет производить столько ватт-часов в течение желаемого периода в 12 часов в течение всего дня.

    Однако, поскольку мы не ожидаем получения оптимального солнечного света в течение года, мы можем предположить, что средний период оптимального дневного света составляет около 8 часов.

    Разделив 960 на 8, мы получим 120 Вт, что означает, что необходимая солнечная панель должна быть не менее 120 Вт.

    Если выбрано напряжение панели около 18 В, текущие характеристики будут 120/18 = 6.66 ампер или просто 7 ампер.

    Теперь давайте посчитаем размер аккумулятора, который может использоваться для инвертора и который может потребоваться для зарядки с указанной выше солнечной панелью.

    Опять же, поскольку общее количество ватт-часов за весь день рассчитано примерно на 960 Вт, разделив это на напряжение батареи (которое предполагается равным 12 В), мы получим 960/12 = 80, это около 80 или просто 100 Ач. , поэтому необходимая батарея должна быть рассчитана на 12 В, 100 Ач для обеспечения оптимальной работы в течение дня (период 12 часов).

    Нам также понадобится контроллер заряда от солнечной батареи для зарядки аккумулятора, а поскольку аккумулятор будет заряжаться в течение примерно 8 часов, скорость зарядки должна быть около 8% от номинальной АЧ, что составляет 80 x 8% = 6,4 ампера, поэтому необходимо указать контроллер заряда, чтобы он мог комфортно выдерживать не менее 7 ампер для требуемой безопасной зарядки аккумулятора.

    На этом завершаются все расчеты солнечных панелей, аккумуляторов и инверторов, которые могут быть успешно реализованы для любого подобного типа установки, предназначенного для проживания вне сети в сельской местности или другом отдаленном районе.

    Для других спецификаций V, I цифры могут быть изменены в приведенных выше расчетах для достижения соответствующих результатов.

    В случае, если батарея кажется ненужной, и солнечная панель также может быть напрямую использована для управления инвертором.

    Простая схема регулятора напряжения солнечной панели может быть показана на следующей схеме, данный переключатель может использоваться для выбора варианта зарядки аккумулятора или прямого управления инвертором через панель.

    В приведенном выше случае регулятор должен вырабатывать от 7 до 10 ампер тока, поэтому в ступени зарядного устройства необходимо использовать LM396 или LM196.

    Вышеупомянутый регулятор солнечной панели может быть сконфигурирован со следующей простой схемой инвертора, которая будет вполне достаточной для питания запрошенных ламп через подключенную солнечную панель или аккумулятор.

    Перечень деталей для вышеуказанной схемы инвертора: R1, R2 = 100 Ом, 10 Вт

    R3, R4 = 15 Ом 10 Вт

    T1, T2 = TIP35 на радиаторах

    Последняя строка в запросе предлагает версию светодиода спроектирован для замены и модернизации существующих люминесцентных ламп КЛЛ.То же самое можно реализовать, просто исключив аккумулятор и инвертор и интегрировав светодиоды с выходом солнечного регулятора, как показано ниже:

    Минус адаптера должен быть подключен и объединен с минусом солнечной панели

    Заключительные мысли

    Итак, друзья, это были 9 основных конструкций зарядных устройств для солнечных батарей, которые были вручную отобраны с этого веб-сайта.

    В блоге вы найдете много других таких усовершенствованных солнечных батарей для дальнейшего чтения.И да, если у вас есть какие-либо дополнительные идеи, вы можете обязательно представить их мне, я обязательно представлю их здесь, чтобы наши зрители получили удовольствие от чтения.

    Отзыв от одного из Avid Readers

    Hi Swagatam,

    Я наткнулся на ваш сайт и считаю вашу работу очень вдохновляющей. В настоящее время я работаю по программе естественных наук, технологий, инженерии и математики (STEM) для студентов 4-5 курсов в Австралии. Проект направлен на повышение интереса детей к науке и ее связи с реальными приложениями.

    Программа также привносит сочувствие в процесс инженерного проектирования, когда молодые учащиеся знакомятся с реальным проектом (контекстом) и взаимодействуют со своими одноклассниками для решения мирских проблем. В течение следующих трех лет мы сосредоточены на ознакомлении детей с наукой об электричестве и практическим применением электротехники. Введение в то, как инженеры решают реальные проблемы на благо общества.

    В настоящее время я работаю над онлайн-контентом для программы, которая будет ориентирована на молодых учащихся (4-6 классы), изучающих основы электричества, в частности, возобновляемых источников энергии, т.е.е. солнечный в данном случае. В рамках программы самостоятельного обучения дети узнают и исследуют электричество и энергию по мере того, как они знакомятся с реальным проектом, т. Е. Освещением детей, проживающих в лагерях беженцев по всему миру. По завершении пятинедельной программы дети объединяются в группы, чтобы построить солнечные светильники, которые затем отправляют детям из неблагополучных семей по всему миру.

    Как некоммерческий образовательный фонд, мы ищем вашу помощь в разработке простой принципиальной схемы, которую можно было бы использовать для создания солнечного светильника мощностью 1 Вт в качестве практического занятия в классе.Мы также закупили у производителя 800 комплектов солнечного света, которые дети собирают, однако нам нужен кто-то, чтобы упростить принципиальную схему этих комплектов освещения, которые будут использоваться для простых уроков по электричеству, схемам и расчету мощности. вольт, ток и преобразование солнечной энергии в электрическую.

    Я с нетерпением жду вашего ответа и продолжаю вашу вдохновляющую работу.

    Решение запроса

    Я ценю ваш интерес и ваши искренние усилия по просвещению нового поколения в области солнечной энергии.
    Я приложил самую простую, но эффективную схему драйвера светодиода, которую можно использовать для безопасного освещения 1-ваттного светодиода от солнечной панели с минимальным количеством деталей.
    Обязательно прикрепите к светодиоду радиатор, иначе он может быстро сгореть из-за перегрева.
    Схема управляется напряжением и током для обеспечения оптимальной безопасности светодиода.
    Дайте мне знать, если у вас возникнут дополнительные сомнения.

    О Swagatam

    Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
    Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

    (PDF) СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОР И ФОТОДИОД КАК УСТРОЙСТВО СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕМЕНТЫ

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Мы успешно разработали новую солнечную панель с фотодиодом BPW41N. Панель вырабатывала 714 мкА при

    6,17 В и 375 мкА при 8,60 В с типом A и B BWW41N соответственно.Комбинация типов A и B

    произвела ток 395 мкА при 13,80 В, что составляет 5,45 мВт солнечной панели.

    Мы пришли к выводу, что можно было бы получить больше тока, если бы количество фотодиодов увеличилось.

    Стоимость прототипа составляет N7 350. Предполагается, что прототип панели мощностью 40 Вт будет стоить 175 000 N. Благодаря высокой скорости реакции

    , при максимальной солнечной радиации будет генерироваться большее количество фототока.

    ССЫЛКИ

    [1] Megbowon, I.О и Аловолоу К.Е. (1984). Фотоэлектрические свойства кремниевого силового транзистора, Bsc Thesis FUTA Nigeria

    [2] Cody, A, BG .Books and B. Abeles (1982), Оптическое поглощение над оптическим зазором аморфного гидрида кремния, Solar Energy

    Material Vol. .8,231-240

    [3] Бартер, А (1984) Полупроводниковые и электронные устройства, 2-е издание

    [4] Чариз, ХК младший (1984) Солнечная фотоэлектрическая энергетическая система Университет Джона Хопкинса, Мэриленд.

    [5] Green Peace (2001) Производство солнечной энергии для европейской фотоэлектрической промышленности Assoc.

    [6] Блатт Дж. (1968) Физика электронной проводимости в твердых телах McGraw Hills Books Company, Нью-Йорк.

    [7] Чопра Л. и С.Р. Das (1983), Тонкопленочные солнечные элементы, Plenum Press New York.

    [8] Ван Кампен Б. и Гуиди Д. (2000), Солнечные фотоэлектрические установки для устойчивого сельского хозяйства и развития сельских районов. ФАО Организация Объединенных Наций,

    Рим, Италия.

    [9] Сзе С.М. (1985) Полупроводниковые приборы, физика и технология. Джон Вили и сыновья.

    [10] Окуджагу, К.U и C.E. Okeke (1998), Рост и характеристика некоторых спектрально-селективных тонких пленок галогенидов и халькогенидов,

    Nigerian Journal of Renewable Energy. Том 6. №1, 52-61.

    [11] Праманик, П., С. Бхаттачарья и П.К. Басу (1987), Технология выращивания раствора для осаждения тонких пленок соленоидов кобальта; Тонкие

    Пленки твердые Об. 149, 181–184.

    [12] Варки А.Дж. (1989), Химически осажденные тонкие пленки. Применение в солнечной энергии. Нигерия Журнал f Солнечная энергия Vol.6

    [13] Рай Г.Д. (2004 г.), Использование солнечной энергии. Издательство Рамеш Чандер Кханна, Дели, Индия.

    [14] Калверт, Дж. М. и М. А. Х. МакКосленд (1982) Электроника, John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

    [15] ON Semiconductor (2001) Rev.3 Мартовская публикация, номер для заказа 2N3055 A / D

    [16] www.vishay.com (1999) Rev.2 20 мая, номер документа 81522

    [17] Дональд А. Наемен (2003), Основной принцип физики полупроводников и устройств, 3-е издание, 634–649

    Ухуэгбу К.C et al. / Международный журнал инженерных наук и технологий (IJEST)

    Простые солнечные цепи | Лаборатории злых безумных ученых

    Простые солнечные цепи:

    Как начать добавлять солнечную энергию в свои небольшие проекты электроники. Используйте солнце для питания небольших ночных фонарей, работающих от солнечных батарей и батарей, садовых огней и украшений для Хэллоуина.

    Первая часть солнечного контура — это… устройство для сбора солнечного света.Чтобы не усложнять задачу, мы используем одну красиво сделанную небольшую солнечную панель для всех этих цепей. Панель, которую мы используем для этих схем, — это панель, номер детали PWR1241 от BG Micro, по цене около 3 долларов каждая. Это монолитная солнечная панель из диселенида меди и индия, по всей видимости, напечатала на 60-миллиметровом квадрате из стекла и эпоксидного покрытия для повышения прочности. На задней стороне панели находятся два (тонких) паяемых контакта с обозначенной полярностью. (Хотя вы можете припаивать непосредственно к клеммам, обязательно снимите напряжение с соединений, например.g., с каплей эпоксидной смолы поверх проводов.) При полном солнечном свете панель рассчитана на выработку 4,5 В при токе до 90 мА, хотя 50 мА кажется более типичным показателем.

    [Прежде чем мы перейдем к нашим первым примерам, небольшое предостережение: это небольшие простые схемы. При их создании мы намеренно замалчиваем ряд мелких деталей и проблем, которые не важны для таких низких мощностей, но могут стать критическими, если вы попытаетесь увеличить масштаб.]

    Прямой привод:

    Самый очевидный способ использования энергии солнечной панели — это подключить нагрузку напрямую к выходным выводам солнечной панели.

    Вот несколько практических примеров:

    Слева мы подключили одну из наших маленьких солнечных батарей прямо к маленькому мотору, взятому из старого проигрывателя компакт-дисков. Когда вы ставите его на солнечный свет или приближаете к лампе, мотор начинает вращаться. Справа мы подключили одну из панелей прямо к синему светодиоду высокой мощности. Причина, по которой мы использовали здесь мощный светодиод, заключается в том, что он может легко выдерживать ток 50-90 мА от солнечной панели — «обычный» светодиод, рассчитанный на 20 мА, будет разрушен этим током.(Светодиод того же типа, который мы использовали для нашей схемы мигания мощного светодиода.)

    Непрерывный прямой привод:

    Цепи «прямого привода» хорошо подходят для выполнения своей проектной функции, но являются довольно простыми. Они не обеспечивают накопления энергии и поэтому очень уязвимы, чтобы моргнуть, когда птица или облако пролетает над головой. Для некоторых приложений, таких как запуск небольшого вентилятора или насоса, это может быть вполне приемлемым. В других случаях, например, при включении микроконтроллера или другого компьютера, кратковременное отключение питания может иметь серьезные последствия.В нашей следующей схеме добавлен суперконденсатор в качестве «маховика» для обеспечения непрерывного питания во время кратковременных перерывов в работе.


    Вместо одного суперконденсатора вы могли заметить, что на самом деле мы добавили два. Это связано с тем, что суперкапсы, которые у нас были под рукой, рассчитаны на 2,75 В — недостаточно для работы с выходным напряжением 4,5 В на панели при наличии солнечного света. Чтобы обойти это ограничение, мы использовали два последовательно соединенных конденсатора, для которых добавлялись номинальные значения напряжения, что дало нам едва ли приемлемый общий рейтинг 5.5 В. (Примечание: будьте осторожны, добавляя последовательно конденсаторы различных номиналов — номинальное напряжение может изменяться неочевидным образом.) При первом воздействии света эта схема заряжает конденсаторы от 30 с до 1 минуты. достаточно, чтобы светодиод мог включиться. После полной зарядки схему можно убрать с солнечного света и по-прежнему управлять синим светодиодом в течение от 30 с до 1 минуты — очень эффективный маховик для легких режимов работы.

    Добавление аккумулятора

    Хотя сопротивление прерывания хорошее, конденсатор обычно не обеспечивает достаточного накопления энергии для питания солнечной цепи в течение продолжительных периодов времени в темноте.Перезаряжаемая батарея, конечно, может обеспечить эту функцию, а также обеспечивает довольно постоянное выходное напряжение, которое не может обеспечить конденсатор. В этой следующей схеме мы используем солнечную панель для зарядки никель-металлгидридной аккумуляторной батареи, а также светодиод для отключения питания, который будет гореть, когда станет темно.


    В этой схеме солнечная панель заряжает 3-элементный NiMH аккумулятор (3,6 В). Между ними находится диод «обратной блокировки». Этот односторонний клапан позволяет току течь от солнечной панели к батарее, но не позволяет току течь обратно из батареи через солнечную панель.На самом деле это серьезная проблема, потому что небольшие солнечные панели, подобные этим, могут протекать до 50 мА в обратном направлении в темноте. Мы используем диод 1N914 разнообразной разновидности для обратной блокировки, но есть также диоды с более высокими характеристиками, которые имеют более низкое «прямое напряжение».

    В этой конструкции мы постоянно «подзаряжаем» аккумулятор при солнечном свете. Для NiMH аккумуляторов и герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов (два типа, которые наиболее подходят для такого рода неконтролируемых цепей), как правило, безопасно «струйным» зарядить их, подавая на них ток со скоростью ниже того, что называется «C / 10 ».Для наших аккумуляторных элементов емкостью 1300 мАч C / 10 составляет 130 мА, поэтому мы должны поддерживать уровень заряда ниже 130 мА; это не проблема, так как наши солнечные панели работают только с током до 90 мА.

    Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание в этой схеме, — это чертовски неэффективность. Светодиод горит постоянно, когда аккумулятор хоть немного заряжен. Это означает, что даже когда схема находится на ярком солнечном свете, она тратит энергию на работу светодиода: значительная часть тока солнечной панели идет на питание светодиода, а не на зарядку аккумулятора.

    Обнаружение темноты

    Недавно мы писали о том, как сделать полезную схему драйвера светодиода, определяющего темноту. В этой схеме использовался инфракрасный фототранзистор. На самом деле добавить возможность обнаружения темноты к нашему солнечному контуру даже проще, потому что наша солнечная панель может непосредственно служить датчиком, чтобы определить, когда на улице темно.


    Для переключения мы используем транзистор PNP, который управляется выходным напряжением солнечной панели.Когда солнечно, выходной сигнал панели высокий, что отключает транзистор, но когда становится темно, транзистор пропускает ток к нашему желтому светодиоду. Эта схема работает очень хорошо, и ее приятно использовать — она ​​могла бы стать хорошим обновлением темной тыквы, чтобы она стала солнечной с этой схемой.

    Схема садового освещения на солнечных батареях

    Хотя последняя схема хорошо работает для питания желтого или красного светодиода, она работает при 2,4 В (выход никель-металлгидридной батареи), но не имеет достаточного напряжения для питания синего или белого светодиода.Итак, мы можем добавить к этой схеме простой усилитель напряжения Joule Thief, чтобы получить хороший дизайн для солнечного садового освещения: заряженная солнечная батарея с датчиком темноты, который заставляет Joule Thief запускать белый выходной светодиод.

    Естественно, вы захотите придать ему прочный, защищенный от атмосферных воздействий корпус, если вы собираетесь работать на улице. (На ум приходит каменная банка!) Эта схема на самом деле очень близка к тому, сколько работают солнечные садовые фонари, хотя есть много разных схем, которые они используют.

    Добавление микроконтроллера

    Наши последние примеры схем расширяют предыдущие разработки, добавляя небольшой микроконтроллер AVR.Мы снова используем выходное напряжение солнечной панели для определения темноты, но вместо этого подаем его на аналоговый вход микроконтроллера. Микроконтроллер потенциально является эффективным устройством с очень низким током, которое позволяет экономить электроэнергию, не включая светодиод постоянно, а (например) ожидая часа или двух после наступления темноты и / или затемняющего светодиоды включаться или выключаться, или даже периодически мигает для очень низкого среднего энергопотребления.


    В этом примере у нас есть выход PWM (широтно-импульсная модуляция) микроконтроллера, управляющего усилителем напряжения в стиле Joule Thief для включения белого светодиода.(Это одна из многих, многих различных рабочих схем для такого рода схем повышения.)

    Мы также сделали вторую версию этой схемы с двумя выходами красных светодиодов, чтобы получился жуткий фонарь из Джека:


    Чтобы закончить его, мы вырезали красивую белую тыкву и добавили эту схему, чтобы сделать нашу программируемую тыкву, управляемую микроконтроллером, обнаруживающую темноту и работающую на солнечной энергии, которая поочередно выцветала и гасла. Обратите внимание на длинные провода на солнечной панели и провода к светодиодам.

    Мы надеемся, что это введение в простые солнечные цепи окажется для вас полезным; давай посмотрим на эти солнечные фонарики!


    Вы можете найти больше тыквенных проектов в нашем архиве проектов Хэллоуина.

    Цепь переключения контроллера заряда батареи панели солнечных батарей

    Льюис Лофлин

    Здесь я рассмотрю использование переключателя MOSFET с каналом P в приведенной выше схеме управления зарядом солнечной панели Arduino. Примечание Q2 и Q4

    Вверху: Рис.1 Схема контроллера заряда солнечной панели с использованием Arduino и P-канального MOSFET.

    Предыдущие дизайны:


    Рис. 2 Блок-схема зарядного устройства.

    Начнем с блок-схемы на рис. 2. У нас есть солнечная панель с внутренним блокирующим диодом, какая-то схема переключения и аккумулятор, который нужно заряжать. Инвертор преобразует постоянный ток батареи в переменный.

    Напряжение аккумуляторной батареи контролируется контроллером, который включает схему переключателя для зарядки и выключает ее, когда аккумулятор заряжен.


    Рис. 3 Схема переключателя P-канального MOSFET.

    На рис. 3 показана схема переключателя зарядного устройства. Q2 в биполярном транзисторе 2N2222, а Q4 — в полевом МОП-транзисторе. Есть две контрольные точки, которые контролируются схемой управления напряжением, в данном случае микроконтроллером Arduino.

    Преимущество полевого МОП-транзистора перед биполярным транзистором — низкое сопротивление сток-исток и высокая токовая нагрузка.


    Рис. 4 Схема управления зарядом батареи MOSFET включена.

    На рис. 4 Arduino выдает ВЫСОКИЙ уровень базовой цепи Q2, включая Q2. Коллектор Q2 переключает затвор Q4 на 0,5 В, включая Q4, заряжающий аккумулятор.

    Есть проблема, которую необходимо решить — рейтинг Vgs за 4 квартал. Для большинства полевых МОП-транзисторов это ограничивает напряжение на резисторе 10 кОм. В этом случае при 12-17В это не проблема.


    Рис. 5 Цепь управления зарядом батареи MOSFET Слишком высокое напряжение Vgs приводит к повреждению MOSFET.

    Это не относится к системе с напряжением 24 или 48 В.Схема как есть разрушит МОП-транзистор.


    Рис. 6 Схема затвор-исток защиты полевого МОП-транзистора стабилитроном.

    Добавление стабилитрона на 12 В между коллектором Q2 и затвором Q4. Это делит 24 вольта между резистором 10 кОм и стабилитроном. Для системы зарядки на 48 В используйте стабилитрон на 36 В.


    Рис. 7 Альтернативная стабилитронная защита схемы затвор-исток полевого МОП-транзистора.

    На рис. 7 показан альтернативный вариант подключения стабилитрона.

    Видео:
    Мои видео на YouTube по электронике
    Введение в микроконтроллер Arduino
    Часть 1: Программирование вывода Arduino
    Часть 2: Программирование ввода Arduino
    Часть 3: Аналого-цифровое преобразование Arduino
    Часть 4: Использование широтно-импульсной модуляции Arduino
    Repost Arduino Управление питанием переменного тока

    солнечных батарей | Определение, принцип работы и развитие

    Солнечный элемент , также называемый фотоэлектрическим элементом , любое устройство, которое напрямую преобразует энергию света в электрическую посредством фотоэлектрического эффекта.Подавляющее большинство солнечных элементов изготавливается из кремния — с повышением эффективности и снижением стоимости, поскольку материалы варьируются от аморфных (некристаллических) до поликристаллических и кристаллических (монокристаллических) форм кремния. В отличие от батарей или топливных элементов, в солнечных элементах не используются химические реакции и не требуется топливо для производства электроэнергии, и, в отличие от электрических генераторов, они не имеют движущихся частей.

    диаграмма структуры солнечного элемента

    Обычно используемая структура солнечного элемента.Во многих таких ячейках абсорбирующий слой и задний переходный слой изготовлены из одного и того же материала.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Солнечные элементы можно объединять в большие группы, называемые массивами. Эти массивы, состоящие из многих тысяч отдельных ячеек, могут функционировать как центральные электростанции, преобразовывая солнечный свет в электрическую энергию для распределения между промышленными, коммерческими и бытовыми пользователями. Солнечные элементы в гораздо меньшей конфигурации, обычно называемые панелями солнечных батарей или просто солнечными панелями, были установлены домовладельцами на своих крышах, чтобы заменить или увеличить их обычное электроснабжение.Панели солнечных батарей также используются для выработки электроэнергии во многих удаленных земных точках, где обычные источники электроэнергии либо недоступны, либо чрезмерно дороги в установке. Поскольку у них нет движущихся частей, которые могли бы нуждаться в обслуживании, или топлива, которое потребовало бы пополнения, солнечные элементы обеспечивают питание для большинства космических установок, от спутников связи и метеорологических спутников до космических станций. (Однако солнечной энергии недостаточно для космических зондов, отправляемых к внешним планетам Солнечной системы или в межзвездное пространство, из-за рассеивания лучистой энергии по мере удаления от Солнца.) Солнечные элементы также используются в потребительских товарах, таких как электронные игрушки, карманные калькуляторы и портативные радиоприемники. Солнечные элементы, используемые в устройствах такого типа, могут использовать искусственный свет (например, от ламп накаливания и люминесцентных ламп), а также солнечный свет.

    Международная космическая станция

    Международная космическая станция (МКС) была построена секциями, начиная с 1998 года. К декабрю 2000 года основные элементы частично завершенной станции включали построенный в США соединительный узел Unity и два блока российского производства — «Заря». силовой модуль, а также начальные жилые помещения «Звезда».Российский космический корабль, на борту которого находился первый экипаж из трех человек, пришвартован в конце «Звезды». Фотография сделана с космического корабля «Индевор».

    Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства

    Хотя общее производство фотоэлектрической энергии незначительно, оно, вероятно, увеличится по мере сокращения ресурсов ископаемого топлива. Фактически, расчеты, основанные на прогнозируемом мировом потреблении энергии к 2030 году, показывают, что глобальные потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечных панелей, работающих с 20-процентной эффективностью и покрывающих лишь около 496 805 квадратных километров (191 817 квадратных миль) поверхности Земли.Потребности в материалах будут огромными, но выполнимыми, поскольку кремний является вторым по распространенности элементом в земной коре. Эти факторы побудили сторонников солнечной энергии предвидеть будущую «солнечную экономику», в которой практически все потребности человечества в энергии будут удовлетворяться за счет дешевого, чистого, возобновляемого солнечного света.

    Структура и работа солнечных элементов

    Солнечные элементы, независимо от того, используются ли они в центральной электростанции, спутнике или калькуляторе, имеют одинаковую базовую структуру. Свет проникает в устройство через оптическое покрытие или антиотражающий слой, который сводит к минимуму потери света на отражение; он эффективно улавливает свет, падающий на солнечный элемент, способствуя его передаче нижним слоям преобразования энергии.Антиотражающий слой обычно представляет собой оксид кремния, тантала или титана, который образуется на поверхности ячейки методом центрифугирования или вакуумного осаждения.

    солнечная энергия; солнечная батарея

    Солнечная энергетическая установка производит мегаватты электроэнергии. Напряжение генерируется солнечными элементами, изготовленными из специально обработанных полупроводниковых материалов, таких как кремний.

    Предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишись сейчас

    Три слоя преобразования энергии ниже антиотражающего слоя — это верхний переходной слой, абсорбирующий слой, составляющий сердцевину устройства, и задний переходный слой. Два дополнительных электрических контактных слоя необходимы для отвода электрического тока к внешней нагрузке и обратно в элемент, замыкая электрическую цепь. Слой электрического контакта на поверхности ячейки, куда проникает свет, обычно присутствует в виде некоторой сетки и состоит из хорошего проводника, такого как металл.Поскольку металл блокирует свет, линии сетки должны быть настолько тонкими и широко разнесенными, насколько это возможно, без ухудшения сбора тока, производимого элементом. Задний электрический контактный слой не имеет таких диаметрально противоположных ограничений. Он должен просто функционировать как электрический контакт и, таким образом, покрывать всю заднюю поверхность ячеистой структуры. Поскольку задний слой также должен быть очень хорошим проводником электричества, он всегда делается из металла.

    Поскольку большая часть энергии солнечного света и искусственного света находится в видимом диапазоне электромагнитного излучения, поглотитель солнечных элементов должен эффективно поглощать излучение на этих длинах волн.Материалы, которые сильно поглощают видимое излучение, относятся к классу веществ, известных как полупроводники. Полупроводники толщиной около одной сотой сантиметра или меньше могут поглощать весь падающий видимый свет; Поскольку переходные и контактные слои намного тоньше, толщина солнечного элемента по существу равна толщине поглотителя. Примеры полупроводниковых материалов, используемых в солнечных элементах, включают кремний, арсенид галлия, фосфид индия и селенид индия меди.

    Когда свет падает на солнечный элемент, электроны в слое поглотителя возбуждаются из «основного состояния» с более низкой энергией, в котором они связаны с конкретными атомами в твердом теле, в более высокое «возбужденное состояние», в котором они может двигаться сквозь твердое тело.В отсутствие слоев, образующих переход, эти «свободные» электроны находятся в беспорядочном движении, и поэтому не может быть ориентированного постоянного тока. Однако добавление слоев, образующих переход, индуцирует встроенное электрическое поле, которое создает фотоэлектрический эффект. Фактически, электрическое поле обеспечивает коллективное движение электронам, которые проходят через слои электрического контакта во внешнюю цепь, где они могут выполнять полезную работу.

    Материалы, используемые для двух слоев, образующих переход, должны отличаться от поглотителя, чтобы создавать встроенное электрическое поле и пропускать электрический ток.Следовательно, это могут быть разные полупроводники (или один и тот же полупроводник с разными типами проводимости), или они могут быть металлом и полупроводником. Материалы, используемые для создания различных слоев солнечных элементов, по существу те же, что и материалы, используемые для производства диодов и транзисторов твердотельной электроники и микроэлектроники ( см. Также Электроника: Оптоэлектроника). Солнечные элементы и микроэлектронные устройства используют одну и ту же базовую технологию. Однако при изготовлении солнечных элементов стремятся создать устройство большой площади, поскольку вырабатываемая мощность пропорциональна освещаемой площади.В микроэлектронике цель, конечно, состоит в создании электронных компонентов все меньших размеров, чтобы увеличить их плотность и скорость работы в полупроводниковых кристаллах или интегральных схемах.

    Фотогальванический процесс имеет определенное сходство с фотосинтезом, процессом, посредством которого энергия света преобразуется в химическую энергию в растениях.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *