Солнечные элементы своими руками из полупроводников: Как делают солнечные элементы – Солнечная батарея из диодов и транзисторов

Солнечная батарея из диодов и транзисторов

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 солнечную батарею своими руками для питания в походных условиях транзисторного радиоприемника. 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. 

Как видно из таблицы, 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 (рис. 3). 

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 при этом 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 фотобатарея 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.

Самодельная солнечная батарея | Полезное 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 один из способов, 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.

МОЩНАЯ САМОДЕЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

   Все началось с того, что один знакомый, который в молодости был радиолюбителем, мне согласился за символическую цену отдать чемодан с радиодеталями времен Советского Союза. Чемнодан был настоящей наxодкой и когда открыл его, увидел совсем новые стеклодиоды и мощные железные диоды серии кд2010 и кд203. Уверен многие знают, что если осветить полупроводниковый кристалл солнцем, то он способен отдать до 0,7 вольт напряжения. Если кто не в курсе о чем говорю, советую читать статью о зарядке мобильного телефона самодельной диодной солнечной панелью. Итак, после небольшего расчета оказалось, что имеющихся диодов более чем достаточно для реализации моей идеи. Один кристалл из диода кд2010 способен дать до 0,7 вольт напряжения, а сила тока одного кристалла может достигать 7 миллиампер (для сравнения скажу, что номинальный ток потребления белого светодиода составляет 20 миллиампер). 

   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.

   Форум по энергосберегающим технологиям

   Обсудить статью МОЩНАЯ САМОДЕЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

Солнечная батарея своими руками — принцип и порядок сборки в домашних условиях

В получении электроэнергии альтернативными методами в последнее время прослеживается тенденция к активному развитию. И это несмотря на то что подобный подход пока еще остается весьма затратным, если планируется приобрести готовое оборудование. Ждать быстрой окупаемости сделанных вложений не приходится.

Солнечная батарея своими руками

Тем не менее, многие рачительные хозяева домов и даже квартир все пристальнее рассматривают такие возможности. А некоторые из них идут по пути самостоятельного создания необходимого оборудования, хотя бы в качестве стартового эксперимента. Так, например, солнечная батарея своими руками вполне может быть создана в домашних условиях, так как сегодня для ее сборки можно приобрести все необходимое. Тем более что существует несколько способов сборки солнечных панелей из разных комплектующих.

Тем, кто хочет попробовать самостоятельно собрать такой источник электроэнергии, и переназначена настоящая публикация.

Что такое солнечная батарея, и как она работает?

Общие понятия о принципе получения электричества от солнечной энергии

У людей, решивших собрать солнечную батарею, возникает немало вопросов, а для многих эта задача видится и вовсе не выполнимой из-за кажущейся сложности ее конструкции. Однако, на самом деле особых трудностей в ее сборке нет. И в этом можно убедиться, изучив схему и рассмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не один подобный прибор.

Солнечная батарея представляет собой совокупность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую.

Солнечная батарея – это множество правильно соединенных между собой фотоэлементов. Каждый из них обладает невысокими генерирующими способностями, но в совокупности получаются весьма приличные показатели выработанной мощности.

Отдельные фотоэлементы соединены в единую панель и защищены с двух сторон материалами, стойкими к ультрафиолету, влаге и другим атмосферным явлениям. Это важно, так как батареи чаще всего эксплуатируются на открытом незащищенном пространстве — это может быть крыша здания, балконное ограждение или же поляна около дома.

Общая конструкция системы получения электрической энергии от солнечной представляет собой целый ряд приборов и устройств, соединенных в единую цепь:

Примерная схема системы выработки потребительской электрической энергии от солнечной

• Пластины-преобразователи — это полупроводниковые фотоэлементы, обладающие способностью генерировать постоянный ток под воздействием света. Пластины соединяются между собой по определенной схеме специальными шинами (плоскими проводниками), и собираются в батарею в общем корпусе.
• Панели-батареи, собранные из фотоэлементов, подключаются к прибору-контролеру с подобранными параметрами тока и напряжения, необходимыми для зарядки аккумулятора.
• Аккумулятор или целая батарея таких аккумуляторов накапливает заряд.
• Специальный инвертор преобразует постоянный ток в переменный с напряжением в 220 В (если этот необходимо).

Такая череда приборов используются в схеме в том случае, когда планируется отдельные постоянные точки потребления или даже полностью весь дом запитать от солнечной энергии. Накопленная в аккумуляторе за день энергия может быть использована в пасмурные дни или в темное время суток. Применяются и более простые схемы, когда солнечные батареи выступают лишь вспомогательным источником питания, и накопление энергии не требуется. Панель в таком случае может быть непосредственно подключена к прибору-потребителю. Однако, этот вариант менее надежен, так как стабильность питания будет полностью зависеть от наличия солнца в данный момент.

Использование солнечных батарей для полного снабжения дома энергией актуально в регионах, где количество солнечных дней в  течение года преобладает. Этим обычно «славятся» южные регионы страны. В других условиях они чаще всего применяются в качестве дополнительных источников электроснабжения.

Три основных разновидности фотоэлектрических модулей

Модули солнечных батарей, из которых собирается панель, подразделяются на три типа:

— монокристаллический;

— поликристаллический;

— аморфный (тонкопленочный).

От особенностей структурного строения пластин напрямую зависит эффективность конструкции, а также ее общая стоимость.

Монокристаллический и поликристаллический вариант солнечной батареи

Монокристаллические пластины изготавливаются из монокристаллов кремния, выращенных по методу Чохральского. Они отличаются высоким качеством и обладают неплохим (по меркам фотоэлементов) КПД, равным примерно 20÷22%. Из-за этого и стоимость их достаточно высока.

Солнечные лучи, попадая на монокристаллическую поверхность, способствуют возникновению направленного движения свободных электронов. Пластины с двух сторон подсоединены к шинам, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокий КПД этого типа пластин объясняется тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются по поверхности кристалла.

Поликристаллические фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батареи считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов, а как следствие — и целых батарей получается ниже по сравнению с монокристаллическими приборами. Это обуславливается особенностями производства фотоэлементов, так как при их изготовлении применяются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.

Если сравнивать два этих типа изделий, то можно выделить следующие различия, выявленные тестированием независимых компаний:

• Поликристаллические пластины отличаются по внешнему виду от монокристаллов, так как имеют неоднородный по цвету окрас поверхностей, с перемежением темных и светлых участков.

Внешнее отличие пластин монокристаллов от поликристаллов заключается в однородности цвета.

• В процессе эксплуатации у всех фотоэлементов происходит постепенное снижение мощности. Так, после года работы у монокристаллов она снижается на 3%, а у поликристаллических элементов — на 2%.
• Суммарное количество электроэнергии, выработанное монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем у поликристаллических элементов, при их одинаковой площади.
• Стоимость поликристаллов на 10÷15 % ниже монокристаллических батарей.

Аморфные солнечные модули

Этот тип элементов представляет собой плотную гибкую пленку, значительно упрощающую процесс монтажа батарей.

На современном рынке представлены три поколения подобных фотоэлементов:

Гибкие пленочные фотоэлементы на основе аморфного кремния имеют ряд преимуществ и значительно удобнее в работе

• Элементы первого поколения являются однопереходными. Они имеют низкий КПД — всего 5% и относительно небольшой срок эксплуатации — не более 10 лет.
• Пленка второго поколения тоже однопереходного типа, но уровень КПД у нее повышен до 8%, увеличен и срок эксплуатации.
• Тонкопленочные батареи третьего поколения обладают КПД до 12%, и обладают длительным сроком службы, составляя конкуренцию кристаллическим вариантам.

Несмотря на не выдающиеся характеристики, самыми популярными остаются однопереходные тонкопленочные модули второго поколения. Они доступны по цене и обладают приличной мощностью, которая вполне может конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Сравнение солнечных фотоэлементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то у последних существует ряд существенных преимуществ, благодаря которым часто предпочтение отдается именно им:

• Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменение температуры, в частности, на ее повышение. В солнечные месяцы года этот тип батарей способен произвести большее количество энергии по сравнению с кристаллическими аналогами — те при нагреве способны потерять до 20% мощности.
• Пленочные батареи продолжают выработку энергии даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллов, которые не генерируют энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна вырабатывать до 20% энергии от своих номинальных показатели. Не слишком много, но лучше, чем ничего.
• Стоимость кристаллических панелей гораздо выше, чем пленочных. Причем цена на последние продолжает снижаться из-за активного наращивания объемов их производства.
• Пленочные солнечные батареи имеют меньшее количество дефектов и уязвимых мест. Дело в том, что жёсткие пластины при формировании панели спаиваются между собой, а пленка устанавливается в корпус конструкции в целом виде.

Если подвести итоги и вывести их в таблицу, то сравнительные характеристики пленочных аморфных и жестких кристаллических солнечных фотоэлементов будут выглядеть следующим образом:

Параметры	Кристаллические панели	Аморфные тонкопленочные батареи
КПД изделий	9÷20%	6÷12%
Выходное напряжение одного фотоэлемента	Около 0,5 В	Около 1,7 В
Световой спектр максимальной чувствительности	Ближе к красному цвету, то есть для эффективной работы необходимо яркое солнце.	Ближе к ультрафиолету, то есть восприимчивы и к рассеянному освещению.
Гибкость	Хрупкие и ломкие, требуют обязательной жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Гибкие, легко гнутся, не заламываются.
Надежность при эксплуатации в экстремальных условиях	Требуют жесткой основы и надежной защиты от механического воздействия.	Более устойчивы к механическим воздействиям, хотя тоже требуют защиты.
Долговечность	При должной защите, эксплуатируются длительное время, но с годами постепенно снижается эффективность работы изделий.	Качественные изделия, выполненные с соблюдением технологии, выгорают на солнце на 4% за первые 4÷5 лет эксплуатации. Дешевые китайские аналоги могут подвести через 2÷3 года.
Вес	Тяжелые.	Легкие.

Необходимо уточнить, что производятся и комбинированные варианты солнечных батарей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. То есть используются по максимуму все преимущества обоих типов. Однако, стоимость подобных изделий весьма высока, поэтому они не настолько популярны, как упомянутые выше батареи.

Что влияет на эффективность солнечных батарей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи работают с разной эффективностью в различные периоды, необходимо выделить факторы, которые влияют на КПД системы. Причем названные ниже моменты действуют на солнечные батареи всех типов, но с различной интенсивностью.

• При повышении температуры производительность любых фотоэлементов панелей снижается.
• При частичном затемнении, например, если солнце попадает только на часть панели, а какое-то количество элементов остается неосвещенным, выходное напряжение падает за счет потерь неосвещенных пластин.
• Панели, оснащенные линзами для концентрирования излучения, становятся совершенно неэффективными в облачную погоду, так как пропадает эффект фокусирования потока света.
• Для достижения высокой эффективности работы солнечной батареи необходим правильный подбор сопротивления нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к приборам или аккумулятору, а через управляющий системой контролер, который обеспечит оптимальный режим функционирования батареи.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей существует ряд недостатков, узнав о которых многие хозяева жилья сразу отказываются от затеи их приобретения и установки.

Действительно мощная, эффективная солнечная батарея потребует немалой полностью открытой для солнечных лучей площади.

• Для получения достаточного количества энергии необходимо установить весьма большое количество батарей довольно больших размеров. Понятно, что для их размещения потребуются большие площади. Многие собственники частных домов используют для их монтажа солнечную сторону крыши.

Суммарные показатели емкости блока аккумуляторов должны соответствовать мощности солнечных батарей, поэтому количество и тип АКБ необходимо подобрать правильно.

• Нельзя забывать, что батарея будет работать эффективно, только если ее лицевая сторона будет подвергаться периодической очистке от насевшей пыли, грязи, разводов высохшей дождевой воды. А это значит, что к поверхности необходимо обеспечить удобный и легкий доступ.
• Солнечные батареи недостаточно эффективно функционируют в сумерках и совершенно не работают в ночные часы. Чтобы использовать энергию от них в любое время суток необходимо подключение к нескольким аккумуляторам, которые за солнечный период накапливают энергию.
• Для большого количества аккумуляторов, если система планируется в качестве основного источника энергии, может потребоваться отдельное помещение.

«Накопителем» выработанной электрической энергии может быть целая батарея соединенных определенным образом аккумуляторов. Это потребует немало места. Да и стоимость аккумуляторов тоже может быть весьма значительной.

• Солнечная энергия считается экологически чистой, однако сами пластины фотоэлементов содержат в себе такие токсичные вещества, как кадмий, свинец, мышьяк, галлий и т.п. При нагревании конструкции данные вещества могут выделяться не только в окружающую среду, но и проникать в помещения дома, если батареи установлены на крыше или балконе дома. Оптимальным вариантом будет установить систему в отдалении от жилых строений.

Солнечные батареи на поворотном механизме, постоянно поддерживающим поверхность в фокусе солнечного света

• При установке батарей на открытой площадке, для более высокой эффективности их работы, систему часто снабжают специальным фотоэлементом, реагирующим на положение Солнца, и поворотным механизмом, который будет поворачивать их вслед за движением светила. Эффективность повышается, но зато возрастает сложность системы и стоимость реализации проекта.
• Пока что не приходится говорить о высокой эффективности работы подобных систем. Их КПД составляет в самом лучшем случае 20%, остальные 80% воспринятой поверхностью солнечной энергии уходят на нагрев самой батареи, средняя температура которой может достигать 55÷60 градусов. Как уже говорилось выше, при нагреве фотоэлементов, эффективность их работы падает.
• Чтобы предотвратить перегревание батарей, применяют те или иные системы принудительного охлаждения. Например, устанавливаются вентиляторы или насосы, перекачивающие хладагент. Понятно, что такие приборы также требуют электроэнергии, а также периодического обслуживания. Кроме того, они могут значительно снизить надежность работы всей конструкции. Ну а проблема эффективного пассивного охлаждения батарей пока не решается.

Как собрать солнечную батарею в домашних условиях?

Если после изучения представленной выше информации желание заняться изготовлением солнечной батареи не пропало, можно поэкспериментировать, создав и проверив собственное творение. Далее будет подробно рассмотрена сборка панели из монокристаллических пластин.

Монокристаллическая пластина 78×156 мм с двумя токосъемными дорожками на лицевой стороне. Симметрично им, на тыльной стороне пластины линии припаивания шин обозначены фигурными контактными окошками.

В показанном примере домашний мастер собирает панель габаритами 750×960 мм, состоящую из 36 жёстких монокристаллических пластин размером мм. Пластины устанавливаются в четыре ряда, по 9 фотоэлементов в каждом. Между фотоэлементами выдерживается зазор порядка 10÷12 миллиметров.

Солнечные батареи, установлены на балконном ограждении, а также закреплены к его остеклению. Такой монтаж будет актуален, если балкон находится на солнечной стороне дома. Красной рамкой выделена панель, монтаж которой будет показан.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемых операций
	Для работы потребуются, прежде всего, сами пластины. Мастер рекомендует приобретать их с запасом, так как они могут иметь разные параметры выходного напряжения, а из них необходимо будет выбрать 36 штук, имеющих наиболее близкие друг к другу показатели. Шина — это медная луженая лента, то есть уже покрытая оловом, что упрощает ее пайку. Потребуется порядка 10 метров узкой шины шириной в 1,6 мм и 2 метра широкой, шириной в 5 мм. Для электромонтажных работ необходимо подготовить обычный паяльник на 40 Вт. флюс для пайки — это канифоль, растворенная в спирте, спирт для обезжиривания поверхностей под пайку и их последующей очистки от остатков флюса, ватные диски и палочки. В качестве основы для монтажа всего модуля в данном случае используется акриловое стекло толщиной 5 мм. Для последующей герметизации фотоэлементов мастер решил использовать прочную бесцветная прозрачная поливинилхлоридную пленку ORACAL®751, которая часто применяется для закрепления рекламы на транспортных средствах.
	Несколько слов о том, почему выбрана ширина шины именно 1,6 мм. Металл имеет свойство при нагревании расширяться, а при остывании, соответственно, сжиматься. На солнечной батарее этот процесс будет происходить постоянно, то есть днем припаянные шины будут увеличиваться в размерах, а ночью — наоборот, что не особо полезно для конструкции. На опыте мастер испытал ленту шириной в 2 мм, и все-таки остановил свой выбор именно на ширине 1,6 мм. По токопроводящим качествам эти шины не особо отличаются между собой, а более узкая все же меньше повержена линейной деформации.
	Подготовив все необходимое, имеет смысл в первую очередь произвести сортировку пластин. Как говорилось выше, несмотря на то, что это одна модель, они зачастую могут иметь разные показатели в практической работе. А для гармоничной работы батареи значения вырабатываемого напряжения должны быть максимально близкими друг к другу. Например, в данном случае при проведении проверки обнаружилось, что фотоэлементы в равных условиях (при искусственном освещении) могут вырабатывать от 0,19 до 0,35 вольт. Лучше, если в одной панели будут собраны элементы, имеющие максимально близкие значения, скажем, от 0,30 до 0,33 вольт. Если в комплексе будет установлен один или два элемента, значительно отличающиеся по выходному напряжению, то они будут создавать никому не нужное сопротивление, и станут перегреваться. Таким образом, отбраковываются пластины, явно выпадающие из общей массы.
	При монтаже пластин между ними будет оставляться зазор в 10÷12 мм. Он нужен для того, чтобы пленка, фиксирующая элементы на акриловом стекле, удерживала их со всех сторон.
	Далее, необходимо уложить на столе две пластины на расстоянии в 10 мм, и по ним замерить, какой длины необходимо нарезать узкие шины. Как можно видеть на внешней стороне пластин для скрепления предусмотрены две металлические токосъемные полосы, а на обратной ее стороне места фиксации указаны точечно, окошками.
	На лицевой стороне пластины от ее верхнего края необходимо отступить примерно 3 мм.
	На обратной стороне второй панели шина также должна не доходить до нижнего края на эти же 2÷3 мм.
	После определения длины одной соединительной шины, остальные соединительные элементы отмеряются по ней. Для каждых двух пластин потребуется по два отрезка шины, то есть всего нужно 72 штуки. В нарезанном виде шины выглядят, как показано на фото. Вовсе не обязательно заготавливать сразу все отрезки — их можно нарезать по ходу работы. Однако если они все-таки будут заготовлены все сразу, то рекомендовано их собрать и сцепить резинкой. Так они не потеряются, и не будут мешаться на столе.
	Сначала шины припаиваются к лицевой стороне всех пластин. Но перед началом пайки металлические токосъемные полосы на пластинах необходимо подготовить, обезжирив спиртом. Для этой работы удобно использовать ватные палочки — их обмакивают в спирт и проходятся по полоске. Этот процесс необходим для повышения качества пайки.
	Следующим подготовительным этапом идет нанесение на очищенные спиртом полоски канифольного флюса. Лучше, если он будет налит в эластичную емкость в виде маркера (клеевого карандаша) с мягким наконечником. Так будет легче работать, при необходимости выдавливая и распределяя необходимое количество состава.
	Следующим шагом идет припаивание шин к внешней стороне пластин. Шина укладывается на металлическую контактную полоску и выравнивается. Далее, придерживая бо́льшую часть шины, аккуратно прижав ее к полосе, ее верхнюю сторону фиксируют паяльником на 20÷30 мм по длине. Дополнительный припой при этом не используется – вполне достаточно слоя лужения на самой шине. Теперь она закреплена и не сможет сдвинуться, поэтому ее оставшуюся длинную сторону закрепить на поверхности будет совсем просто.
	Для этого пластину необходимо повернуть к себе противоположной стороной, так чтобы длинная часть шины оказалась под рукой. Придерживая шину и слегка ее натягивая, по ней аккуратно проводят паяльником, следя за тем, чтобы он не соскользнул в сторону. Луженая лента хорошо припаивается к правильно подготовленной поверхности — достаточно один раз без спешки провести по ней хорошо разогретым паяльником. Если на ленте останутся заусеницы, то их сразу же необходимо загладить, так как эта сторона пластин должна быть прижата к акриловому стеклу.
	Припаяв обе ленты к пластине, их необходимо протереть спиртом с помощью ватной палочки или диска. Необходимо удалить с поверхности весь оставшийся флюс.
	Таким же образом последовательно подготавливаются все 36 пластин, или же только 9 фотоэлементов, чтобы собрать одну из четырех полос солнечной панели. Здесь каждый мастер поступает так, как ему будет удобнее.
	Далее будет рассмотрена сборка подготовленных фотоэлементов в одну полосу. Таким же способом производится и соединение остальных трех полос солнечной панели.
	Вначале берется пластина, которая будет первой в полосе. Она укладывается на стол лицевой стороной вниз, вместе с припаянными к ней шинами. Затем полосы под пайку, выделенные на обратной стороне пластины контактными окошками, обрабатывается спиртом, а потом флюсом. Далее, отступив от края примерно 3 мм по линии, проходящей через окошки, укладывается отрезок шины, и по тому же способу, что и с внешней стороны, припаивается к поверхности. Свободные концы шин должны расположиться в противоположном направлении относительно припаянных к лицевой поверхности – они будут нужны при коммутации всего ряда элементов в общую батарею широкими шинами.
	Теперь необходимо соединить между собой первую и вторую пластины ряда. Для этого концы шин, припаянных к лицевой стороне первой пластины, необходимо вывести на тыльную сторону второй пластины. Пластины при этом размещаются параллельно друг другу на установленном расстоянии (10 мм). Для удобства можно на рабочем столе заранее выполнить разметку, то есть сделать своеобразный шаблон взаимного расположения пластин.
	Точки припаивания контактов обрабатываются спиртом, и затем на них наносится флюс.
	Теперь можно осуществить припаивание шин. Для этого по ним также аккуратно, не торопясь, проводят разогретым паяльником. После окончания пайки обеих шин, их также необходимо протереть спиртом для удаления оставшегося флюса.
	Далее, таким же образом коммутируется третья и все последующие пластины ряда. В результате должно получиться четыре полосы по 9 фотоэлементов, соединенных так, как было показано на иллюстрациях.
	Готовые, спаянные ряды фотоэлементов поочередно укладываются на заранее подготовленное акриловое стекло необходимого размера. От краев элементов до края стекла должно быть выдержано расстояние в 50÷60 мм. На стекле ряды временно фиксируются короткими полосками прозрачного скотча.
	«Золотое правило» последовательной коммутации источников питания постоянного тока: плюс предыдущего элемента соединен с минусом последующего – и так далее. В рядах это правило соблюдено. Теперь очень важно его не нарушить и при укладке рядов в батарею. Так, выступающие слева отрезки шин первого и третьего ряда должны быть припаяны на внешней стороне панели, которая в данном случае повернута к акриловой поверхности. Во втором и четвертом ряду должны выступать концы шин, зафиксированные на тыльной светлой стороне пластин. Если допустить ошибку, то последовательное соединение нарушится, и батарея работать не будет.
	В результате конструкция уложенной панели должна будет выглядеть следующим образом. Когда все ряды будут закреплены на стекле скотчем, их необходимо объединить в одну систему.
	Электрическое соединение осуществляется по представленной схеме. В результате сверху окажется «плюс», снизу «минус».
	В качестве соединительных элементов используется широкие шины – это хорошо показано на схеме выше. К ним припаиваются выступающие концы тонких шин. Излишки после припаивания следует откусить кусачками.
	На этой фото хорошо показана крайняя точка коммутации шин. Закончив работу, панель необходимо проверить на работоспособность с помощью тестера, переключив его на вольтметр и установив щупы на плюс и минус.
	Проверку панели можно сначала произвести на рабочем столе – больших показателей не будет, но собранная панель продемонстрирует, что она «живая». А затем можно провести проверку, вынеся батарею на солнце.
	К крайним плюсовой и минусовой шинам закреплены щупы мультитестера.
	Даже при облачной погоде на холостом ходу батарея выдает 19,4 вольт — это говорит о правильности соединения панелей.
	Солнца на момент проверки не было, и ток невелик, всего около 0,5 ампера. Но даже в пасмурную погоду батарея вырабатывает около 10 ватт энергии.
	Параллельно рекомендуется проверить пластины на перегрев — это несложно прочувствовать тыльной стороной ладони. Если отдельные пластины на общем фоне явно перегреваются, то их желательно сразу же заменить – это пока сделать несложно.
	Если батарея работает нормально, то можно ее окончательно герметизировать — закатывать в пленку. Эксплуатационный срок этой пленки семь лет, но как показывает практика, она отлично функционирует и дольше. Пленка имеет клеевой слой, закрытый защитной подложкой, которая снимается по мере наклеивания покрытия на фотоэлементы и акриловое стекло.
	Первое, что необходимо сделать — это разложить пленку сверху конструкции и выровнять край, от которого начнется ее наклеивание. От того, насколько будет выровнен край, зависит качество приклеивания всего полотна. Должна быть достигнута полная герметизация, без складок и пустот, так как пленка предназначена для надежной защиты фотоэлементов от любых внешних воздействий.
	Далее, необходимо аккуратно отделить защитный слой от пленки по всему краю, примерно на 40 мм, сразу закрепив ее на стекле.
	Эта операция проводится очень аккуратно, при приклеивании пленка разравнивается и разглаживается. Здесь необходимо помнить, что отклеить и выровнять определенный участок пленки — уже не получится, поэтому необходимо делать работу качественно сразу. Пленку нельзя натягивать, но в то же время она и не должна собираться складками.
	Защитная подложка подгибается вниз и по мере приклеивания постепенно снимается. Освободив 20÷30 мм пленки, ее приглаживают к фотоэлементам и просветам между ними, то есть к акриловому стеклу.
	Процесс закатывания батареи в пленку — длительный и кропотливый, поэтому необходимо набраться терпения и выполнять его, не торопясь. Если пленка все-таки замялась или ушла в сторону, ее нельзя отклеивать, так как повредятся фотоэлементы. В этом случае необходимо вырезать и наклеить сверху уже закрепленной пленки дополнительный фрагмент. Главное — закрыть всю поверхность батареи. На этой иллюстрации показан закатанный в пленку край панели. Хорошо видно, что идеальная гладкость не требуется, главное — плотное прилегание пленки по всей площади.
	Когда пленка будет наклеена, можно проводить испытания готовой панели. Для этого батарею необходимо вынести на солнце и снова подключить к ней тестер.
	Как можно видеть, батарея выдает напряжение на выходах почти 20 вольт. Затем проверяется ток короткого замыкания — он составил 3.94 ампер. А это уже, ни много, ни мало – почти 80 ватт.
	Для проверки под нагрузкой к батарее через амперметр была подключена лампочка на 24 В. Итог на фотографии – горит хоть и не в полный накал, но достаточно ярко.

Многие мастера, кроме стекла и пленки, используют еще и обрамление батареи, одевая ее в жесткую раму. Это придает конструкции необходимую прочность и повышает ее надежность.

Если планируется собрать и использовать несколько солнечных батарей, то их соединяют или последовательно — для увеличения напряжения на выходе, или параллельно – так можно добиться более высоких показателей тока и суммарной мощности

Комплекс панелей через контроллер подключается к аккумулятору — накопителю энергии, а уже от него идет распределение на точки потребления, напрямую или через инвертор.

Узнайте, как сделать солнечный коллектор своими руками, из нашей новой статьи на нашем портале.

*  *  *  *  *  *  *

Итак, как можно видеть из представленной информации, батарею вполне можно собрать своими руками. Потребуется наличие некоторых знаний электротехники и монтажа, усидчивость и внимательность.

Другое дело — что предварительно стоить очень тщательно взвесить ожидаемый эффект от батареи и стоимость комплектующих и всего необходимого для системы оборудования. Насколько система получится рентабельной, тем более с учетом местных климатических условий? Не превратится ли ее создание просто в «игрушку» для деятельного мужчины среднего возраста?

Возможно, некоторые вопросы по этому поводу снимет размещенный ниже видеосюжет:

Видео: Основные ошибки, допускаемые начинающими при планировании создания домашних солнечных электростанций

Солнечная батарея | Мастер-класс своими руками

Когда медь охладилась до комнатной температуры (это занимает приблизительно 20 минут), большая часть черной оксидной пленки уйдет. Легкое очищение Вашими руками под проточной водой удалит большинство маленьких кусочков. НЕ ПЫТАЙТЕСЬ отдирать неподдающиеся пятнышки и не сгибайте лист — можете повредить тонкий слой медной окиси,а как раз он нам и нужен 

Остальная часть сборки очень быстрая и простая. 

Обрежьте второй лист меди под размер с первым(нагретым).АККУРАТНО согните обе части,таким образом они войдут в пластмассовую бутылку, не касаясь друг друга. 

Прицепите «крокодильчики» к обеим пластинам. Соедините провод от чистой меди к плюсу,а провод от пластины с оксидом — к минусу. 

Теперь смешайте пару столовых ложек соли в небольшом количестве горячей воды из под крана. Размешивайте, пока вся соль не растворится. Аккуратно вылейте смесь в бутылку(где пластины), оставив примерно 2.5см от краёв пластин.

На фотографии выше готовая солнечная батарея В ТЕНИ,амперметр показывает приблизительно 6 милиампер.Но даже в темноте эта батарея будет давать несколько милиампер))

Эта фотография показывает батарею на свету, а амперметр показывает 34 милиампера,иногда батарея может дать и 50 милиампер,или даже больше. 

Как это работает? 

Оксид меди — полупроводник. Он является промежуточным проводником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами и не текут свободно. 

В полупроводнике есть промежуток, названный запрещенной зоной между электронами, которые связаны сильно с атомом, и электронами, которые более далеки от атома, который может переместиться свободно и провести электричество. 

Электроны не могут остаться в запрещенной зоне. Электрон может дать только немного энергии и переехать от ядра атома в запрещенную зону. Электрон должен получить достаточно энергии переместиться дальше от ядра, за пределами запрещенной зоны. 

Точно так же электрон вне запрещенной зоны не может проиграть немного энергии и упасть только немного ближе к ядру. Это должно потерять достаточно энергии упасть мимо запрещенной зоны в область, где можно электронам. 

Когда солнечный свет поражает электроны в оксиде меди, некоторые из электронов получают достаточно энергии от солнечного света, чтобы подскочить мимо запрещенной зоны и стать свободными провести электричество. 

Свободные электроны перемещаются в солёную воду, затем в чистую медную пластину, в провод, через амперметр, и назад к окисленной пластине. 

Поскольку электроны перемещаются через амперметр, мы видим работу(ампер). Когда тень падает на солнечную батарею, электроны движутся медленнее и милиампер меньше. 

Примечание об энергии. 

батарея производит 50 милиампер в 0.25 вольт. 

Это 0.0000125 ватта (12.5 микроватт). 

Не пытайтесь зажечь лампочку)))понадобились бы акры батарей,чтобы осветить дом.Наша модель — экспериментальная и может использоваться как датчик света. 

0.0000125 ватта (12.5 микроватт) для батареи на 0.01 квадратных метра, или 1.25 милливатт за квадратный метр. Чтобы осветить лампочку на 100 ватт, потребовалось бы 80 000 квадратных метров оксида меди для освещенной солнцем стороны, и 80 000 квадратных метров меди для темного электрода. Чтобы управлять печью на 1 000 ватт, вам нужно было бы бы в 800 000 квадратных метров оксида меди, и другого 800 000 квадратных метров простой меди, или 1 600 000 квадратных метров все вместе. Если бы это должно былокрепиться на крыше дома, каждый дом был бы 282 метра длиной и 282 метра шириной, принимая все, для чего они нуждались в электричестве, была одна печь. 

В 1 600 000 квадратных метров есть 17 222 256.7 квадратных футов. Если бы медь, покрывающая затраты 5$ за квадратный фут, одна только медь, стоила бы USD за 86 110 283,50$. Делая это одна десятая толщина может снизить это к 8 611 028,35$. Так как Вы покупаете оптом, Вы могли бы получить это для половины этого, или приблизительно 4 300 000,00$. 

Если бы Вы использовали кремниевые солнечные группы, стоящие 4$ за ватт, то Вы могли бы управлять той же самой печью за 4 000,00$. Но группы только составили бы приблизительно 10 квадратных метров. 

Или за приблизительно доллар Вы можете построить солнечную печь из алюминиевой фольги и картона. Приблизительно за 20$ Вы можете построить очень хорошую полируемую алюминиевую параболическую солнечную плиту.

Плоская солнечная батарея 

Я сделал более портативную версию солнечной батареи в плоской форме. Я использовал прозрачную пластмассовую крышку обложки CD-диска как окно и силиконовый клей(можно обычный герметик)чтобы и приложить части вместе и изолировать их друг от друга.

Сначала делаем из меди оксид,как в первой части.Припаиваем к углу оксидной пластины изолированный медный провод,это будет минус(отрицательный полюс).

Положительная пластина — U образно вырезанный кусок чистой меди по размеру чуть больше оксидной(далее на картинках поймётё как)))к её углу припаиваем провод,на этот раз плюс. 

Сначала приклеиваем медную пластину U к пластмассовому окну. Используйте много силиконового клея, таким образом солёная вода не будет просачиваться. Удостоверьтесь, что паяное соединение или полностью покрыто клеем, или за пределами клея U, как показано в фотографии (полностью покрытый клеем лучше). 

Фотография ниже показывает заднюю сторону солнечной батареи (сторона, не оказывающаяся перед солнцем).

Фотография ниже показывает переднюю сторону солнечной батареи (сторона, которая будет стоять перед солнцем). Заметьте, что силиконовый клей полностью не покрывает меди, так как часть меди должна в конечном счете быть в контакте с солёной водой.

Мажем клеем пластину чистой меди. Этот слой будет действовать как изолятор между чистой медной пластиной и оксидной пластиной, и должен быть достаточно толстым, чтобы оставить небольшое пространство для солёной воды. Снова, не вся медь покрыта, таким образом будет много меди в контакте с водой. 

Аккуратно приклейте оксидную пластину на этот слой. Вы должны нажать достаточно сильно, чтобы удостовериться, что клей окружает любые промежутки, но не настолько сильно, что эти две пластины соприкоснутся. 

Фотография ниже показывает заднюю сторону солнечной батареи (сторона, не оказывающаяся перед солнцем).

Фотография ниже показывает переднюю сторону солнечной батареи (сторона, которая будет стоять перед солнцем). Отметьте, что я добавил дополнительный клей, чтобы сформировать трубу сверху, чтобы было как заливать солёную воду.

На фотографии не показана дополнительная обмазка клеем по периметру,чтобы вода никак не могла просочиться,но вы должны её сделать. Дайте клею высохнуть прежде чемм приступать к следущему шагу. 

Затем, используйте большую пипетку, чтобы добавить солёную воду. Заполните батарею почти до вершины медной пластины, чтобы вода почти выливалась. Затем запечатайте отверстие каплей клея и позвольте клею ввысыхать по крайней мере полчаса.

На фотографии выше вы можете видеть плоскую солнечную батарею в действии на ярком солнце. Она даёт примерно 36 микроампер. Вы можете также видеть дополнительную бусинку клея вокруг краев пластин, и заполнение вершины трубы.

Наконец, на другой фотке тень автора. Отметьте, что амперметр теперь показывает приблизительно 4 микроампера, так как никакой солнечный свет не падает на него.

Источник: samodelka.ucoz.ru

Солнечная батарея своими руками из подручных средств: как собрать и изготовить

В целях экономии и заботе об окружающей среде, люди давно используют альтернативные источники энергии как солнечные аккумуляторы. Приобретение аппарата обойдется очень дорого, поэтому некоторые «умельцы» научились изготавливать солнечные батареи своими руками из подручных средств.

Устройство и принцип действия солнечных панелей

Приницп работы и устройство батареи заключается в нескольких параметрах, среди которые есть такие:

• нескольких электронных приборов, которые преобразуют энергию фотонов в электрическую. Фотоэлектрические элементы, соединены в солнечных батареях в строгой последовательностью, расположены параллельно друг другу;
• аккумулятора, который накапливает в себе электродвижущую силу;
• генератора-преобразователя периодического напряжения;
• электрического многопозиционного переключающего аппарата, контролирующего работу всех устройств в батарее.

Фотоэлектрические элементы для создания батарей изготавливаются из кремния. Однако очистка материала очень дорогая процедура. Поэтому в последнее время производители используют медь и индий. Каждый элемент представляет собой автономный бокс, генерирующий электроэнергию. Боксы соединены друг с другом, образуя единую площадку. От ее размеров зависит интенсивность солнечной батареи. Поэтому чем больше солнечная станция содержит фотоэлектрических элементов, тем больше производит энергии.

При попадании лучей солнца на элемент в нем образуется фотоэдс, создается тепловая генерация электронно-дырочных пар. Часть лишних электронов проходит через область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости из одного слоя в другой. После этого на внешнем участке электроцепи возникает напряжение. При этом на p-контакте возникает положительный полюс тока, на n-контакте – отрицательный. После подключения к аккумулятору фотоэлектрические элементы образуют замкнутое кольцо. В результате солнечная станция работает по принципу «белка в колесе». Стабильно отрицательно заряженные частицы «бегают» по кругу, а аккумулятор набирает заряд.

На заметку!

Стараясь найти замену дорогому кремнию, ученые-физики создали солнечные станции из органических соединений углерода и меди. Так, немецкий концерн Heliatek оснастил органическими солнечными коллекторами толщиной в 1 мм несколько зданий в Дрездене.

Классификация фотоэлектрических модулей

Солнечные электростанции различаются по интенсивности и принципу действия встроенных фотоэлектрических элементов. Некоторые модули значительно проигрывают в мощности, однако, меньше стоят. Отличаются методом изготовления из кремния деталей и бывают:

• тонкопленочные, являющиеся недорогими и маломощными модулями. Ключевым компонентом в этой батарее является пленка, изготовленная из аморфного кремния. Она занимает большую площадь батареи, однако, энергию генерирует в малом количестве. При установке монтируется как на крышу, так и на любые поверхности;
• полимерные, изготовленные их кремневодорода. Силан наносят на подложный изоляционный материал батареи. Кроме того полимерный элемент можно нанести на мягкую подложку, поэтому монтировать аморфную станцию можно на любой неровной поверхности;
• монокристаллические, имеющие собственный надежный корпус, защищенный от попадания влаги и пыли. Благодаря одиночным кристаллам отличаются надежной генерацией энергии в течение большого промежутка времени. Стабильные в работе модули, которые чаще всего устанавливаются в России, Украине и Белоруси;
• мультикристаллические, изготовленные из солнечных элементов со множеством разнонаправленных кристаллов. Меньше подвержены воздействию высокой и низкой температуры. Однако для генерации энергии этим батареям нужна большая площадь.

Собирают солнечные модули только из фотоэлектрических элементов одного размера. В противном случае максимальная мощность тока маленьких пластин будут ограничивать работу крупных.

Таблица КПД современных солнечных батарей

Степень соответствия удовлетворению потребностей при использовании солнечных модулей определяет отношение отдаваемой к подводимой мощности. Параметр включает в себя затраты на преобразование энергии, его средний показатель составляет 16-21 %. Именно такое количество электричества модуль получает от солнечных лучей, попадающих на фотоэлектрические элементы.

Все модели панелей имеют коэффициент полезного действия от 4,5 % до 26 %. Такая разница между преобразованием и передачей энергии обуславливается различием между материалами и конструкциями при изготовлении пластин. На характеристики в отношении передачи и преобразования солнечной энергии также влияет:

• мощность излучения солнца. При понижении активности светила интенсивность панелей понижается. Чтобы модули снабжали владельцев электричеством ночью, в них интегрируют специальные аккумуляторы-накопители;
• температура. Нагрев фотоэлектрических преобразователей снижает их способность превращать энергию в ток. Панели с встроенными охлаждающими приборами являются продуктивнее. Поэтому при температуре воздуха -15 градусов и солнечной погоде, КПД преобразователей выше, чем летом при температуре воздуха +28 – +32 градуса;
• угол наклона панели. Для обеспечения максимально высокого КПД конструкцию панели нужно направить строго под попадание лучей солнца. Самыми производительные модели, уровень наклона которых регулируется относительно расположения светила;
• климатические условия. На практике доказано, что у владельцев фотоэлектрических преобразователей, проживающих в регионах с пасмурной дождливой погодой, показатель КПД панелей ниже.

На заметку!

При изготовлении современных солнечных панелей, ученые-конструкторы из немецкого Института энергосистем Фраунгофера использовали технологию сращивания пластин, добившись рекордного КПД в 34, 8%.

Коэффициент полезного действия солнечных преобразователей во многом зависит от типа самородного элемента-кремния. Аппараты на основе этого материала отличаются методом изготовления и КПД.

Вид панели	КПД	Описание
Монокристаллические	15%-25%	Аппараты, которые являются самыми производительными и долговечными. Из-за высокой структурированности материала имеют высокую цену.
Поликристаллические и полимерные	11%-19%	Модули, которым для хорошей производительности нужна большая площадь, чем монокристаллическим. Имеют неоднородную внешнюю конструкцию, которую можно исправить при помощи просветляющих покрытий.
Тонкопленочные	5% -10%	Аппараты отличаются простотой в изготовлении и низкой ценой. В процессе эксплуатации показатели КПД этих модулей снижаются.

Преимущества и недостатки природной энергии

Чем же так хороша природная энергия и что толкает на установку модулей не только частных лиц, но и владельцев крупных предприятий? Основными достоинствами солнечных преобразователей являются:

• доступность источника электричества, которое обойдется пользователю бесплатно;
• положительное влияние на сохранность окружающей среды;
• долговечность приборов;
• простой монтаж и принцип действия;
• отсутствие проблем при повышении цен на коммунальные услуги.

Однако среди всех достоинств, панели имеют недостатки в виде:

• очень большой стоимости;
• приобретения повышенного количества фотоэлементов для удовлетворения потребностей большой семьи или помещения с площадью более 50 кв. м;
• спада производительности при работе панели в пасмурную погоду.

Солнечная батарея своими руками

Затраты на изготовление самодельной солнечной батареи в несколько раз меньше, чем приобретение даже самой дешевой модели панели из Китая. Работает такая конструкция-самоделка не хуже, чем модуль, изготовленный на производстве.

Имея минимум знаний и умений, можно попытаться сделать солнечную батарею для дома или дачи своими руками. При этом фотоэлектрические элементы можно не покупать, а изготовить из имеющихся материалов. Мини-генераторы из диодов или старых транзисторов не будут обладать супермощностью. Однако благодаря самодельным коллекторам можно зарядить мобильный телефон или планшетник, подключить настольную лампу. Коллектор, изготовленный из старых алюминиевых банок при правильном размещении, поднимет температуру воздуха в двух-трех комнатах на 10-12 градусов.

На заметку!

В процессе пайки диодов не стоит спешить. Хрупкие тонкие элементы при резком движении могут поломаться.

Коллекторы из диодов

Кристаллы-полупроводники, заключенные в пластиковый корпус, концентрируют на себе солнечный свет. Под воздействием света на участке p-n-зоны начинают активное движение электроны, формирующие направленный поток, а после фототок. Благодаря этому можно создать мини-панель из светодиодов самостоятельно. Стоит знать, что вырабатываемая одним полупроводником мощность будет маленькая. Поэтому чтобы изготовить панель средней мощности нужно очень много светодиодов, которые нужно соединить в замкнутый круг. Для создания коллектора:

• группу из светодиодов собрать на пластине из текстолита или листе плотного картона, соединив их медными проводами;
• пластину с элементами поместить в прочную емкость с прозрачной крышкой;
• выводы припаять к разъему, к которому подключать приборы.

На заметку!

Стоит знать, что выработка энергии самодельной панели из диодов возможна только под прямыми лучами солнца. Как только небольшое облако закроет светило, напряжение на выходе полупроводников будет равно нулю.

Коллекторы из транзисторов

У людей, которые увлекаются радиотехникой, накапливается много электронных запчастей. Среди них могут быть радиоэлектронные полупроводниковые триоды, выпущенные еще в Советском Союзе. Как детали они нигде не применяются из-за больших габаритов. Однако из этих старых транзисторов можно собрать миниатюрный фотоэлектрический элемент. Интенсивность такой батареи будет небольшой по отношению к ее габаритам, подойдет только для подключения к питанию маломощных аппаратов.

Для переделки полупроводникового триода в солнечную панель, нужно:

• избавиться от верхней поверхности прибора, оставив неповрежденными кристалл и тонкие провода;
• соединить элементы между собой медной проволокой на куске органического стекла или плотной бумаги;
• для лучшего напряжения транзисторы соединить последовательно;
• выводы припаять к разъему, к которому можно подключить для зарядки телефон, фонарик, нотбук;
• после параллельного соединения полупроводников и попадания на них солнца, образуется ток.

Преобразователи из алюминиевых банок

Конструкция солнечного генератора из алюминиевого вторсырья представляет собой деревянный короб с изолированной задней поверхностью и прозрачной верхней крышки из оргстекла или поликарбоната. Внутри каркаса монтируются трубы, изготовленные из склеенных баночек, покрашенных черной матовой краской. По сделанным трубам прокачивается воздух, который поступает из нижней части пространства комнаты и в разогретом виде поднимается вверх.

В процессе происходит свободноконвективные движения воздуха и принудительная тяга. Мощная движущая сила толкает нагретый воздушный поток по вентиляционному каналу в комнату, где он замещает холодный воздух. Алюминий не подвержен коррозии даже при образовании внутри трубок коллектора конденсата. Кроме того, глянцевая внутренняя поверхность банок отражает тепло внутрь трубок и не выпускает наружу. Чтобы изготовить солнечный генератор из алюминиевых емкостей своими руками:

• 200-250 банок из-под пива или напитков установить в деревянном коробе, склеив емкости при помощи термоустойчивого герметика;
• в ящике сделать отверстия для входа-выхода воздуха;
• банки и основание покрасить черной не глянцевой краской;
• выкрашенные емкости накрыть оргстеклом или поликарбонатом, зафиксировав прозрачную поверхность алюминиевыми профилями;
• установить на южную стену дома или квартиры.

Солнечный коллектор из кремниевых пластин или фотоэлементов

Полупроводниковые кремниевые вафли-фотоэлементы можно заказать в интернет-магазинах и сделать из деталей среднемощный солнечный коллектор. Под воздействием солнца электроны в таких полупроводниках отходят от ядер атомов в более высокие орбиты, создавая электрический ток. Для того чтобы собрать такой солнечный генератор:

• очистить поверхности кремниевых спиртом;
• при помощи мультиметра определить токопроводящую сторону пластины;
• закрепив квадраты клейкой лентой, нанести раствор диоксида титана;
• удалив ленту, поместить пластины на электрическую плиту, чтобы обжечь двуокись титана;

• в емкости с водой развести сок вишни или сливы, поместить элемент на 15 минут;
• пластины высушить, обтереть спиртом;
• подготовить антибликовое или оргстекло;
• при помощи паяльника мощностью не менее 60-80 Вт и проводников спаять детали на прозрачной поверхности последовательно сверху вниз;
• спаянные фотоэлементы приклеить к стеклу термостойким герметиком;
• контакты крайних кремниевых вафель вывести на шину с плюсом и минусом;
• оснастить будущий коллектор блокирующим диодом, который в дальнейшем соединить с контактами;
• из ДСП подготовить деревянный каркас, закрепить его по бокам алюминиевыми уголками, в нижней части через каждые 10 см проделать вентиляционные отверстия;
• зафиксировать в коробе прозрачную поверхность с приклеенными кремниевыми вафлями, выведя контакты наружу;
• установить солнечный аккумулятор рядом с источником света.

На заметку!

Лучше всего заказывать солнечные кремниевые пластины с диодами, шинами и плоскими тонкими проводниками. Такая покупка сохранит не только время, но и деньги на приобретение второстепенных запасных элементов.

Проект системы и выбор места

Схема системы сборки солнечного коллектора предусматривает расчеты нужного размера пластины. Кроме того по проекту коллектор устанавливается на фасаде, ориентированном в южную сторону. Допустимо отклонение на 35 градусов на восток.

Генератор устанавливается под определенным углом, который обеспечит максимальное попадание солнечных лучей на фотоэлектрические элементы. Место установки панели можно подобрать в любом месте: на земле, на крыше, на стене. Главное, разместить батарею на солнечной стороне так, чтобы она не затенялась деревьями или постройками.

При подборе угла наклона коллектора учитывать расположение постройки и время года. Желательно монтировать батарею так, чтобы величину угла можно было менять в зависимости от сезонных изменений, так как фотоэлементы эффективно работают только при перпендикулярном попадании лучей на поверхность.

На заметку!

Один квадратный метр самодельной батареи из кремниевых вафель выдает в процессе 100 Вт-120 Вт. Поэтому для обеспечения электроэнергией в 250 кВт-350 кВт панель должна иметь не менее двадцати квадратных метров площади.

Тестирование самодельной батареи перед герметизацией

До того как обеспечить коллектору полную герметичность, нужно протестировать аккумулятор при помощи амперметра. Кроме того, проверив заранее панель, можно устранить ошибки, которые возникают во время спаивания вафель.

Тестирование нужно провести в солнечный день в час-два дня. Для этого:

• вынести генератор на улицу, установить под тем углом, который был определен заранее;
• подсоединить к контактам электроизмерительный прибор, измерить ток короткого замыкания;

• если солнечный коллектор правильно спаян и собран, мощность электрического тока должна составлять на 0, 5 – 1 ампер ниже, чем возрастающий электрический импульс ударного типа. Показания прибора должны быть не менее 4, 5 ампера;
• самодельный генератор, изготовленный из кремниевых пластин-фотоэлементов, должен выдать параметры в 5-10 ампер.

Герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

После тестирования кремниевых пластин можно проводить герметизацию. Для заделки швов и стыков использовать эпоксидную смолу или термоустойчивый герметик. Олигомер нанести на пространство между фотоэлементами и на крайние детали. Далее, сверху установить акриловое стекло, плотно прижав к кремниевым пластинам.

В качестве дополнительной защиты и меньшего изнашивания фотоэлементов, между поверхностью короба и кремниевыми элементами установить прокладку из минеральной ваты.

После установки акрилового стекла конструкцию уложить на твердую поверхность так, чтобы стенка короба из ДСП была вверху. Это необходимо для того, чтобы из батареи вышел воздух. После повторного тестирования коллектор установить на выбранный участок, подключить к системе дома или квартиры.

Загоревшись желанием создания солнечной стации своими руками, не стоит изготавливать огромный коллектор. Чтобы понять все нюансы работы, нужно собрать маленький генератор. Если после тестирования, прибор хорошо справится с задачей, приступать к созданию более мощной модели.

Солнечная батарея из светодиодов – минутное дело

Многие бы хотели перейти на альтернативные источники энергии, ведь это гарантирует не только чистоту окружающей среды, но и экономию денежных средств, но не у каждого из нас есть возможности, чтобы следить и уж тем более использовать последние достижения человечества в этой сфере. Но как говорится, голь на выдумки хитра. Под этим девизом и появилась солнечная батарея из диодов, которую может собрать каждый, кто любит эксперименты и устройства, собранные своими руками.

Но у каждой вещи, изготовленной в домашних условиях из подручных материалов, есть две стороны. Первая – это явная экономия и чувство морального удовлетворения, которое получаешь, когда держишь в руках предмет, который своим появлением обязан только тебе, а вторая – это отсутствие гарантии работоспособности и практичности самодельного устройства. Не обошла стороной эта участь и диодную солнечную батарею. Ну а какая сторона окажется сильнее, Вы узнаете дальше.

В чем заключается принцип работы

В основе всего лежит тот факт, что под действием солнечных лучей диод вырабатывает напряжение. Именно это знание и послужило толчком к тому, что на свет родилась идея изготовления солнечных модулей из диодов. Но проблема в том, что величина вырабатываемого напряжение крайне мала, поэтому для получения более или менее мощной батареи понадобится неограниченное количество диодов.

Если вы хоть раз видели диод, то вы знаете, что он представляет собой, для других же поясним, что диод – это кристалл, заключенный в пластиковый корпус, который выступает в роли линзы, концентрирующей солнечный свет на небольшом проводнике. Исходя из этого, можно предложить, что в теории солнечная батарея может быть изготовлена из диодов. Но как дела обстоят на практике?

Собираем солнечный модуль. 1 часть:

Процесс сборки

Первый шаг – избавиться от корпуса. Для этой цели подойдут любые подручные средства, можно воспользоваться молотком, но очень аккуратно, удары должны быть несильными и осторожными, чтобы не повредить сам кристалл. Но этот шаг можно и пропустить, оставив диоды в их первоначальном состоянии. В таблице 1 приведены значения напряжения для светодиодов разных цветов.

Таблица 1

Светодиод	Напряжение, В
Красный прозрачный	1,37
Красный полупрозрачный	0,52
Инфракрасный	0,93
Зеленый прозрачный	1,48
Зеленый непрозрачный	1,51
Белый	0,32
Оранжевый непрозрачный	1,52

В качестве платы можно использовать обычную картонку, в которой делаются небольшие отверстия. При параллельном соединении диодов суммируется их сила тока, а при последовательном – напряжение. Наибольший эффект дает сочетание обоих этих видов. Как вы понимаете, сам процесс сборки достаточно простой, но времени на него уходит много. Тем более что, чем большее количество диодов Вы используете, тем большее напряжение будет выдавать Ваша солнечная батарея.

Опыт разрешит все споры

Солнечная батарея из светодиодов готова, теперь остается проверить ее показатели. 100 диодов выдали нам ток всего в 0,3 мА, и стоило ради этого столько возиться?! Если сравнить самодельную СБ с заводской, мы получим крайне неутешительные результаты. Площадь в 7 раз больше, стоимость в 3 раза, а мощность на выходе в 8 раз меньше. Вывод можно сделать не в нашу пользу.

В теории напряжение должно возрастать пропорционально количеству используемых светодиодов, но на практике все совсем не так. Тем более чем больше количество, тем большая площадь потребуется для их размещения, а значит, возрастут потери при их соединении. Еще одна проблема – самопроизвольное свечение. Некоторая часть светодиодов будет генерировать электроэнергию, а другая наглым образом ее потреблять. И устранить этот недостаток невозможно. Ну и 3-я проблема – выработка энергии диодами возможна лишь под прямыми солнечными лучами, небольшое облачко на небе – и напряжение на выходе равно нулю.

Вывод напрашивается сам собой: идея изготовления солнечной батареи из доступных диодов с самого начала обречена на провал. Выгоднее переплатить и приобрести заводской модуль, чем изготовить его своими руками. Есть, конечно, неплохие варианты, но о них мы уже рассказывали в одной из наших предыдущих статей.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Собираем солнечный модуль. 2 часть: