4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать солнечную батарею из транзисторов или диодов?

Как сделать самодельную солнечную батарею из обычных транзисторов

Солнечные батареи на фотоячейках стали уже вполне привычными и широко используются во многих сферах. Более того, их достаточно просто сделать своими руками, главная сложность – найти подходящие фотомодули. Но и эту проблему легко обойти. Прекрасная альтернатива — солнечная батарея из транзисторов.

Что понадобится

Прежде всего необходимо запастись определенными транзисторами. Отлично подойдут, скажем, кремниевые детали серии КТ (такие, как весьма распространенные КТ801..КТ805). Их легко найти, они просто монтируются, а вероятность испортить «начинку» при их вскрытии минимальна. Также неплохо зарекомендовали себя транзисторы П213-П217, П306 или 2N3055.

Перед установкой каждый транзистор необходимо аккуратно вскрыть плоскогубцами (снять крышку). Это нужно для того, чтобы солнечный свет попадал непосредственно на p-n-область детали. Если используются П-транзисторы, то из них надо дополнительно высыпать порошок. Помимо самих транзисторов (их число зависит от выбранной схемы и требуемой мощности) понадобится пластина для установки деталей или корпус, а также паяльник.

Рассчитывая количество транзисторов, нужно обязательно учитывать не только его выходное напряжение, но и силу тока. Дело в том, что в разные года выпускались детали одних серий, но с разными кристаллами кремния внутри. Соответственно, они выдавали разный ток, причем разница зачастую была довольно значительной. В среднем, в зависимости от типа и года выпуска, старые транзисторы выдают токи 0,13 мА – 3 мА при напряжениях 0,1 – 0,5 В.

Схема

Самодельная солнечная батарея может быть собрана по различным схемам, все зависит от требуемых выходных параметров. Простейший вариант – блок из четырех последовательных транзисторов. Если использовать детали 2N3055, то параметры получатся порядка 3,7-4 В при токе 10-15 мА (зависит от интенсивности освещения). Разумеется, это очень маленькие показатели, тем не менее, даже их достаточно для запитки небольшого светильника или часов. Для увеличения параметров можно соединить несколько блоков, последовательная коммутация дает увеличение по напряжению (рис.а), параллельная – по току (рис.б).

Закрепляют транзисторы обычно простым навесным монтажом, так как это существенно облегчает сборку устройства. Причем подобные батареи обладают одним немаловажным достоинством – входящие в их состав элементы не боятся коротких замыканий. Однако их надо оберегать от перегревов, поскольку при очень высоких температурах выходное напряжение устройства падает.

Зарядное устройство из транзисторов

На базе таких солнечных батарей из транзисторов можно собрать зарядное устройство, например, для Li-ion аккумулятора. Для этого потребуются дополнительные конденсаторы, которые будут служить накопителями энергии и выравнивать ток нагрузки при изменениях освещенности.

Также понадобится светодиод (HL1), в сочетании с токоограничивающим резистором R1 он сыграет роль низковольтного стабилизатора напряжений (порядка 1,5 В) и будет питать звуковой сигнализатор. Сигнализатор используется для оповещения о накоплении полного заряда, его можно взять готовый, к пример, из старого электромеханического будильника. Транзисторы VT5, VT6 создают параллельный стабилизатор, предохраняющий сам аккумулятор (GB1) от превышения заряда. Диод VD1 необходим для предотвращения обратного разряда аккумуляторного блока при отсутствии света.

Юный техник — для умелых рук 1986-08, страница 2

Солнечная батарея

В хозяйстве юного радиоконстру+ггора всегда найдутся старые диоды и транзисторы от ставши* ненужными радиоприемников и телев+?зоров. Б умелых рука* это богатство, которому можно найти дельное применение. Например, сделать полупроводниковую солнечную батарею для питания s походных условиях транзисторного радиоприемника.

Как .известно, np*i 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

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 с требуемыми параметрами по току и напряжению собирают из последовательно соединенных групп, каждая из которых составляется из одинаковых параллельно соединенных элементов (рис. 3).

Предварительно подготовленные группы диодов собирают на пластине из ге-тинекса, органического стекла или текстолита, например, так, как показано на

до 2,1 В при токе до 0,8 мА. Этого вполне достаточно, 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, ОЛОВЯ.ЧНО-СЕИНЦОЗЫЙ припой ПОС-бО, канифоль, пинцет, тестер или микроемперметр 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 распревьте,

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 их гампой 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,

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 фотоэлементами 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

чтобы освободить вывод Г. Затем диод зажмите в тисках за фланец Приложите к сварному шву острый нож т., 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 Д?14,.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, а затем (показано не рисунке)

Как сделать солнечную батарею своими руками: инструктаж по самостоятельной сборке

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.

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.

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 далее.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 солнечных батарей.

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 аккумулятора гелиосистемы. Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

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 установку готовой панели 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.

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.

Читать еще:  Как утеплить дом из бруса снаружи — лучшие способы и материалы

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

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.

Как сделать солнечную батарею: 5 лучших мастер-классов

Человечество в целях заботы об экологии и экономии денежных средств начало использовать альтернативные источники энергии, к которым, в частности, принадлежат солнечные батареи. Покупка такого удовольствия обойдется довольно дорого, но не составляет сложности сделать данное устройство своими руками. Поэтому вам не помешает узнать, как самому сделать солнечную батарею. Об этом и пойдет речь в нашей статье.

Устройство и принципы работы

Солнечные батареи — устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов.

Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принципы ее работы. Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.

Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его очистка обходится дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен.

Каждый фотоэлемент является отдельной ячейкой, генерирующей электроэнергию. Ячейки сцеплены между собой и образуют единое поле, от площади которого зависит мощность батареи. То есть, чем больше фотоэлементов, тем больше электроэнергии генерируется.

Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с последнего энергетического уровня атомов кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.

Преимущества

Солнечные батареи имеют следующие преимущества:

  • безвредность для экологии;
  • долговечность;
  • бесшумная работа;
  • легкость изготовления и монтажа;
  • независимость поставки электричества от распределительной сети;
  • неподвижность частей устройства;
  • незначительные финансовые затраты;
  • небольшой вес;
  • работа без механических преобразователей.

Разновидности

Солнечные батареи подразделяются на следующие виды.

Кремниевые

Кремний — самый популярный материал для батарей.

Кремниевые батареи также делятся на:

  1. Монокристаллические: для производства таких батарей используется очень чистый кремний.
  2. Поликристаллические (дешевле монокристаллических): поликристаллы получают постепенным охлаждением кремния.

Пленочные

Такие батареи подразделяются на следующие виды:

  1. На основе теллурида кадмия (КПД 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом светопоглощения, что и позволяет использовать его в производстве батарей.
  2. На основе селенида меди — индия: КПД выше, чем у предыдущих.
  3. Полимерные.

Солнечные батареи из полимеров начали изготавливать относительно недавно, обычно для этого используют фуреллены, полифенилен и др. Пленки из полимеров очень тонкие, порядка 100 нм. Несмотря на КПД 5%, батареи из полимеров имеют свои преимущества: дешевизна материала, экологичность, эластичность.

Аморфные

КПД аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремневодорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести, как к кремниевым, так и к пленочным. Аморфные батареи эластичны, генерируют электричество даже в непогоду, поглощают свет лучше других панелей.

Материалы

Для изготовления солнечной батареи потребуются следующие материалы:

  • фотоячейки;
  • алюминиевые уголки;
  • диоды Шоттки;
  • силиконовые герметики;
  • проводники;
  • крепежные винты и метизы;
  • поликарбонатный лист/оргстекло;
  • паяльное оборудование.

Эти материалы обязательны для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками.

Выбор фотоэлементов

Чтобы сделать солнечную батарею для дома своими руками, следует правильно подобрать фотоэлементы. Последние подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

КПД первых составляет 13%, но такие фотоэлементы малоэффективны в непогоду, внешне представляют собой ярко-синие квадраты. Поликристаллические фотоэлементы способны генерировать электроэнергию даже в непогоду, хотя их КПД всего лишь 9%, внешне темнее монокристаллических и срезаны по краям. Аморфные фотоячейки изготавливаются из гибкого кремния, их КПД составляет 10%, работоспособность не зависит от погодных условий, но изготовление таких ячеек слишком затратное, поэтому их редко используют.

Если вы планируете применять генерируемую фотоэлементами электроэнергию на даче, то советуем собрать солнечную батарею своими руками из поликристаллических ячеек, так как их КПД достаточно для ваших целей.

Следует покупать фотоячейки одной марки, так как фотоэлементы нескольких марок могут сильно отличаться — это может стать причиной возникновения проблем со сборкой батареи и ее функционированием. Следует помнить, что количество производимой ячейкой энергии прямо пропорционально ее размеру, то есть чем крупнее фотоячейка, тем больше электроэнергии она производит; напряжение ячейки зависит от ее типа, а никак не от размера.

Количество производимого тока определяется габаритами самого маленького фотоэлемента, поэтому следует покупать фотоячейки одинакового размера. Конечно же, не стоит приобретать дешевую продукцию, ведь это значит, что она не прошла проверку. Также не следует покупать фотоэлементы, покрытые воском (многие производители покрывают фотоячейки воском для сохранности продукции при перевозке): при его удалении можно испортить фотоэлемент.

Расчеты и проект

Устройство солнечной панели своими руками — несложная задача, главное, подойти к ее выполнению ответственно. Чтобы изготовить солнечную панель своими руками, следует подсчитать дневное потребление электроэнергии, затем узнать среднесуточное солнечное время в вашей местности и рассчитать нужную мощность. Таким образом, станет понятно, сколько ячеек и какого размера нужно приобрести. Ведь как было сказано выше, генерируемый ячейкой ток зависит от ее габаритов.

Зная необходимый размер ячеек и их количество, нужно рассчитать габариты и вес панели, после чего необходимо выяснить выдержит ли кровля или другое место, куда планируется установка солнечной батареи, задумываемую конструкцию.

Устанавливая панель, следует не только выбрать самое солнечное место, но и постараться закрепить ее под прямым углом к солнечным лучам.

Этапы работы

Корпус

Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.

Корпус собирается из влагостойкого материала: фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат.

При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.

Пайка элементов

Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности, так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.

Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса: положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток — параллельно.

Во избежание разрядки аккумулятора ночью, в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой.

Сборка

В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон — все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.

Даже городской житель может сделать и разместить солнечную батарею на балконе своими руками. Желательно, чтобы балкон был застеклен и утеплен.
Вот мы и разобрали, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, оказалось, это совсем несложно.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

  • 2 «крокодильчика»;
  • медная фольга;
  • мультиметр;
  • соль;
  • пустая пластиковая бутылка без горлышка;
  • электрическая печь;
  • дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом.

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Видео

Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.

Как сделать солнечную батарею в домашних условиях

Если говорить об экономической целесообразности, то для изготовления небольшой солнечной батареи своими руками в домашних условиях выгодней купить фабричную панель, а не несколько десятков новых диодов или транзисторов. При одинаковой производительности (мощности) такая самоделка будет дешевле, а ее изготовление займет меньше времени. Единственное условие, оправдывающее потраченное время — это возможность дешево купить старые комплектующие, которые были списаны как «неликвиды».

Устройство и принцип работы

Есть два основных способа использования солнечной энергии:

  • Прямое использование для нагрева воды и аккумулирования тепла в гелио системах отопления и горячего водоснабжения.
  • Преобразование света в электроэнергию.

Справка. Основные законы преобразования света в электроэнергию были сформулированы в конце XIX века российским ученым Александром Столетовым.

Первые солнечные панели появились еще в семидесятые годы прошлого столетия, но несовершенные технологии и низкая эффективность делали производство батарей дорогим и низкорентабельным. И только последние разработки в этой области сделали производство «солнечной» электроэнергии технически и экономически доступными.

Есть несколько типов панелей, использующих разные материалы. Но все они построены на полупроводниках. Преобразование света основано на внутреннем фотоэффекте p-n перехода — возникновении дополнительных «дырок» и свободных электронов под воздействием света. Электроны «стремятся» в n-область, дырки — в p-область. Как результат перераспределения заряда между областями, возникает разность потенциалов и через переход протекает ток.

Стационарные солнечные батареи дополнительно оборудуют инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный. Компактным модулям для питания устройств, работающих от аккумуляторов, инвертор не нужен.
Аналогичный компактный модуль можно сделать своими руками из диодов или транзисторов и подключить его к «промежуточному» аккумулятору. А уже от него заряжать мобильный телефон (как от Power Box) или использовать для питания LED светильника.

Солнечная панель из диодов

Для изготовления панели можно использовать диоды в металлических и стеклянных корпусах. Первый вариант мощнее, но более трудоемкий. Второй — проще, хотя для достижения такой же мощности понадобится больше элементов.

Читать еще:  Что такое шамотный огнеупорный кирпич? Виды и характеристики

Панель из диодов в металлическом корпусе

Если говорить о максимальной мощности, которую можно получить с одного кристалла полупроводника, то лучшими в этом отношении будут диоды серии КД203 (КД2010).

Чтобы вынуть кристалл кремниевого полупроводника и «открыть» его для освещения, надо:

  • аккуратно разбить керамику и освободить верхний контакт;
  • раскрыть корпус, сняв с основания «крышку»;
  • разогреть диод до температуры плавления олова, которым к кристаллу припаяны контакты;
  • освободить от верхнего жесткого контакта кристалл, а вместо него припаять гибкий проводник.

Диоды средней мощности в металлическом или металлостеклянном корпусе серии Д7, Д214, Д215, Д226, Д237, Д242-Д247 разбирать проще. Сначала бокорезами обрезают жесткий контакт и часть корпуса в виде трубки со стороны анода. А затем вставив нож в шов между основанием и крышкой, открывают корпус. Для облегчения процесса можно предварительно слегка сжать фланец корпуса в тисках, чтобы раскрылась щель между основанием и крышкой.

И эту процедуру надо выполнить с каждым диодом, а их должно быть несколько десятков. В реальных условиях напряжение на одном кристалле будет ниже максимума раза в полтора — около 0.5 В. Чтобы получить на выходе 5 В, надо последовательно соединить в блок 10 кристаллов.

Приблизительно такое же соотношение максимальной и реальной силы тока — рассчитывать надо на величину 4-5 мА. Чтобы «нарастить» силу тока и повысить мощность солнечной батареи, надо параллельно соединить на панели несколько таких блоков.

Сама панель должна иметь вид решетки из расположенных в несколько рядов ячеек двух разных диаметров, расположенных поочередно. Большое отверстие — для посадки корпуса, меньшее — для гибкого проводника, которым соединяют в цепь расположенные рядом диоды. Такая заготовка для диодов в металлическом корпусе без крышки глядит так:

Возможны и другие варианты конструкции панели, но принцип прежний — последовательно-параллельное соединение элементов. Принцип как сделать солнечную батарею из диодов был описан еще в советское время. Ниже приведено фото иллюстрации тех времен, на которой показаны способы разборки элементов и принципиальная схема соединения:

Панель из диодов в стеклянных корпусах

Эти элементы менее мощные и способны «генерировать» токи менее одного миллиампера, но их достоинство в том, что кристалл полупроводника не надо «открывать».

У некоторых серий корпус изначально прозрачный, а у тех элементов, корпуса которых окрашены, надо просто смыть краску растворителем.

К таким относятся диоды Д223Б, которые способны при оптимальной ориентации относительно яркого солнца выдавать напряжение около 0,3 В, что почти сопоставимо с более мощными аналогами.

Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:

  • помещают на некоторое время диоды в емкость с растворителем;
  • достают из растворителя элементы и счищают с них размягченную краску;
  • сгибают под 180° выводы анодов (это необходимо для правильного положения кристалла полупроводника относительно плоскости монтажной платы;
  • монтируют на монтажной плате элементы, объединяя их в последовательно параллельные группы согласно схеме соединения.

Вот так выглядит панель, состоящая из 9 параллельно соединенных блоков по 12 элементов в каждом:

Как видно, помещенная на солнце, она выдает напряжение в 2.5 В, а ее мощности хватает, чтобы полностью зарядить за 2 часа ионистор емкостью 0,47 Ф.

Панель из светодиодов

Любой светодиод обладает обратимостью: он не только излучает свет под напряжением, но и наоборот — генерирует электричество под воздействием света. Максимальная ЭДС у сверхярких элементов — до 1.65 В, но ток при этом получается очень маленьким — до 20 мкА. Зеленые индикаторные светодиоды с линзой диаметром 3 или 5 мм при освещении выдают почти 1.6 В. Совсем немного уступают им красные и оранжевые светодиоды с линзой 5 мм.

Панель солнечной батареи из транзисторов

Так же как и у диодов, открытый полупроводниковый кристалл транзистора при освещении образует разность потенциалов на p-n переходах. Если провести измерения, то в результате окажется, что всегда есть пара контактов, которая выдает максимально возможную мощность.

Но перед этим надо «открыть» корпус транзистора — аккуратно снять крышку. Вот так выглядит транзистор 2Т908А «внутри»:

Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной панели надо протестировать все заготовленные элементы и рассортировать их по группам (блокам) с наиболее близкими значениями суммарных напряжений.

Примечание: Один из основных недостатков мощных транзисторов отечественного производства — это «нестабильность» характеристик.

Например, чтобы подобрать приблизительно одинаковую пару для двухкаскадного усилителя, надо было «прозвонить» вручную несколько транзисторов.

Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.

Первый вариант. Соединяют параллельно группы (блоки) с одинаковым суммарным напряжением последовательно собранных элементов, и получают на выходе сумму токов от каждого блока. Схема приведена ниже:

Второй вариант. Элементы с приблизительно одинаковыми напряжениями соединяют в группе параллельно (выходной ток будет равен сумме токов). А чтобы нарастить напряжение, несколько таких групп соединяют последовательно.

Сборка корпуса

Самый простой корпус для панели домашней солнечной батареи изготавливают из фанеры или листового пластика:

  • Вырезают по размеру лист, к которому крепят панель.
  • По периметру листа крепят саморезами или на клей небольшие бортики высотой чуть больше толщины панели.
  • Сверлят отверстия под выходной кабель с клеммами для подключения аккумулятора.
  • Подключают к панели кабель через диод Шотки (это надо, чтобы обезопасить аккумулятор от короткого замыкания).
  • Сверху накрывают лист светопрозрачным листом — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Крепят его к бортам саморезами.

В качестве средства повышения эффективности панели из одного блока иногда используют алюминиевые банки. Такая солнечная батарея своими руками выглядит так:

В этой конструкции донышко от алюминиевой банки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» в фокусе отраженные лучи света.

Даже если кристалл полупроводника не лежит в главном фокусе, он все равно расположен на главной оптической оси, а это уже увеличивает концентрацию светового потока. Но такая конструкция оправдана в случае, если размеры панели не имеют значения, а количество диодов или транзисторов ограничено.

Самодельная солнечная батарея


В настоящее время в продаже появилось огромное количество солнечных батарей и модулей. К наиболее распространенным можно отнести модули, выполненные на основе поликристаллического и монокристаллического кремния, представляющие собой пластины кремния, смонтированные на плате из фольгированного стеклотекстолита, на оборотной стороне которых сформированы контактные площадки с маркировкой полярности. Для защиты от атмосферных осадков и воздействий они покрыты специальным защитным слоем из прозрачного пластика, который, в свою очередь, обладает очень высокой степенью оптической прозрачности. Панели из монокристаллического кремния имеют неплохой коэффициент полезного действия (КПД) 11-13%, срок их службы составляет до 25 лет. Однако, они значительно снижают мощность при затемнении и облачности, батарея, выполненная из поликристаллического кремния, имеет меньший КПД, около 7-9%, и долговечность примерно 10 лет, однако, в отличие от батарей из монокристаллического кремния, незначительно снижают мощность при затемнении и облачности.

Конечно перечисленные выше солнечные модули имеют хорошие показатели и характеристики своей работы, однако, на мой взгляд, они слишком дороги и не каждому радиолюбителю доступны. Поэтому, чтобы сэкономить средства, а также понять принцип ее работы, и заодно разобраться во всех тонкостях, я решил поделиться своим опытом. Данная батарея должна служить автономным источником для питания маломощных радиолюбительских конструкций.

Для изготовления самодельной солнечной батареи воспользуемся внутренним фотоэффектом p-n перехода полупроводникового прибора (диода, транзистора). Его работа основывается на зависимости прямого тока от степени освещенности p-n перехода. Оказывается, что чем лучше освещенность кристалла полупроводника, тем интенсивнее электроны и дырки проникают через p-n переход. А такая зависимость дает возможность преобразовывать световое излучение в электрический ток. При этом сам полупроводник становится источником электрического тока. Сила тока и электрическая движущая сила (ЭДС) у такого полупроводника зависит от нескольких факторов, а именно: материала, из которого выполнен полупроводник (кремний, германий и др.); площади поверхности p-n перехода; ну и конечно, степени освещенности. Однако, сила тока у одного фототодиода ничтожно мала, и он не способен обеспечить питание малогабаритной аппаратуры, поэтому нужно собирать модули из десятков таких полупроводниковых приборов, тогда будет желаемый эффект. Большим достоинством такого источника является то, что элементы, входящие в состав батареи, не боятся короткого замыкания. Каждый из них предназначен для выдачи определенной величины силы тока при некотором электрическом напряжении.

В качестве фотоэлемента можно использовать диоды, транзисторы, и другие полупроводники, у которых удастся открыть p-n переход, и он будет достаточной площади. Остановимся на диодах. В своей конструкции я применил кремниевые диоды КД202, внешний вид, чертеж и габаритные размеры:

Данный тип диода имеет плоскостное конструктивное исполнение. В таком типе диода на пластину из полупроводника напаяна небольшая капелька вещества, которая может быть или донором или акцептором. В месте спаивания этой капельки собственно и образуется p-n переход. Я надеюсь, что такие же диоды еще остались в наличии и отыщутся в старых запасах радиолюбителей, которые читают данную статью. При отсутствии указанного типа диода, возможно использование Д226, Д237.

Для того, чтобы превратить диод в источник фототока, необходимо аккуратно добраться до кристалла полупроводника, чтобы на p-n переход мог интенсивно попадать солнечный свет. Для этой цели проделаем следующее…

Взяв диод в руки, для выполнения правил техники безопасности перед будущими действиями с ним, его необходимо закрепить в слесарных тисках за фланец. После этого плоскогубцами или ножницами по металлу, а в крайнем случае зубилом, необходимо отрезать вывод диода. Помятый при выполнении данной процедуры остаток вывода в виде трубочки желательно аккуратно расправить, что впоследствии даст возможность без проблем освободить медный провод, который припаян к p-n переходу, и является собственно положительным контактом.

На следующем этапе следует снять с диода фланец. Для этого, как показано, необходимо приложить к сварному шву на диоде, который обозначен на рисунке, острый предмет (нож, отвертка и др.), и при этом потихоньку несильно ударяя по тыльной стороне такого предмета и поэтапно проворачивая диод в тисках, необходимо удалить защитный фланец. При выполнении данной процедуры нужно быть предельно внимательным и следить за тем, чтобы кончик острого предмета не проходил очень глубоко вовнутрь по сварному шву между диодом и пока еще не снятым фланцем. Это условие выполнять следует обязательно, во избежание повреждения кристалла. Теперь, когда сварочное соединение раскрыто, можно удалить фланец. Если все действия проделаны правильно, то результат выполненной работы должен выглядеть так:

Данные действия описаны для одного диода, для всех же остальных, которые будут составлять элементную базу батареи, действия аналогичные. Хотелось бы отметить, что приловчившись снимать фланец и тем самым открывать кристалл полупроводника по данной методике, на один диод будет уходить в среднем около минуты, поэтому все очень просто, нужно просто немножко потренироваться и подобрать для себя удобную оснастку.

Принципиальная схема солнечной батареи:

Как видно из рисунка, батарея состоит из пяти модулей М1-М5 по 11 диодов в каждом. Для максимального увеличения выходного тока, который отдается во внешнюю цепь, используемые диоды одинаковой серии необходимо соединять смешанно, то есть батарея собирается на основе групп, которые соединены в свою очередь последовательно, и составляются из одинаковых соединенных параллельно элементов. При такой схеме включения генерируемые диодами напряжения более равномерно распределяются по всей площади солнечной батареи. Благодаря этому, незначительное частичное затемнение части диодов не принесет большого снижения напряжения и силы тока в самодельной солнечной батарее. Конечно, количество модулей может быть другим, здесь работает принцип «чем больше — тем лучше», только очень важно, чтобы они были соединены именно таким образом, как указано на схеме. Описываемая самодельная солнечная батарея на основе 55 полупроводниковых диодов КД202, состоящая из пяти модулей по 11 параллельно соединенных диодов в каждом, на солнце генерирует напряжение до 5 В при силе токе примерно в 2,5 мА. Для питания малогабаритного радиоприемника, эпектронных часов и другой маломощной аппаратуры вполне достаточно будет. Также следует помнить, что напряжение на холостом ходу (без нагрузки), возникающее в полупроводнике, может немного изменяться при переходе от одного элемента к другому, даже если они одной серии, и может достигать значения до 0,5 В. Эта величина практически не зависит от размеров p-n перехода. А вот сила тока в полупроводниках, которые и составляют солнечную батарею, зависит от интенсивности освещения кристалла, а также размера активной рабочей площади в применяемом полупроводнике.

Теперь хотелось бы рассказать о монтаже элементов, составляющих солнечную батарею. Заранее подготовленные диоды необходимо установить на плате из стеклотекстолита.

Пример установки, на котором показано расположение в качестве примера четырех диодов:

Я уверен, вам не составит трудностей расположить такое количество диодов, которые они захотят применить в своих конструкциях солнечной батарей. Я же при помощи данного рисунка показал основной принцип правильного монтажа. Между собой положительные выводы, отходящие от кристаллов диодов необходимо соединить проводом из меди. При монтаже этих проводов от пайки лучше отказаться, так как высокой температурой можно повредить p-n переход. Описываемые диоды данной серии изначально включают в себя токосъемные болтовые контакты (в нашем случае они служат выводами отрицательной полярности) с резьбой М5. Поэтому для их соединения между собой, после установки в посадочные отверстия следует накрутить на них гайки М5. Между гайкой и платой провести оголенный медный провод или даже обкрутить хотя бы раз, а затем затянуть гайкой.

После монтажа всех элементов монтажную плату можно установить в корпус с защитной прозрачной крышкой, например, из оргстекла. Также в корпусе необходимо проделать небольшое отверстие для вывода шнура питания наружу, а выключатель никакой не потребуется.

Транзисторы также могут служить фотоэлектрическими преобразователями. Для этой цели достаточно удалить их непрозрачную оболочку. Неисправные транзисторы также можно благополучно использовать в качестве источников напряжения, но при одном условии, что у них не было короткого замыкания между коллектором и базой или эмиттером и базой. Чем более мощный транзистор, гем лучший из него получится фотоэлемент. Если же читатели захотят изготовить солнечную батарею на основе транзисторов, то можно порекомендовать следующие типы: П201, П202, П203, П416, П422, КТ620А, КТ3108А, зарубежный TG50 (отдает ток до 0,5 мА при напряжении около 1.5 В). При использовании зарубежного транзистора TG70 можно получить в ток пределах 3 мА при напряжении 1,5 В, те же самые показатели относятся и к отечественным транзисторам П201…203.

После выбора транзистора в металлическом корпусе, например, П416, у него необходимо аккуратно спилить верхнюю часть шляпки по линии 1-2, или же удалить весь корпус, выполняя те же действия, что и с диодом при снятии у него фланца. Также желательно проверить сначала все транзисторы, которые будут использованы в качестве элементов солнечной батареи. Воспользуемся для этой цели мультимегром, установив в нем режим миллиамперметра в диапазоне до 20 мА. Затем поднесем щупы к выводам выбранного транзистора, а именно между коллектором или эмиттером и базой. При этом плюсовой щуп, исходящий от мультиметра подключаем к коллектору или эмиттеру, а отрицательный щуп подводим к базе транзистора. При хорошем освещении прибор покажет ток примерно 0,15-0,3 мА. После этого необходимо перевести наш измерительный прибор в режим измерения напряжения, и выбрать диапазон до 2 В. И так же измерить, но уже напряжение между коллектором (или эмиттером) и базой. В данном случае мультиметр должен показать значение около 0.3 В.

Читать еще:  Виды облицовочного кирпича и отличия

Примерная часть схемы солнечной батареи с применением транзисторов следующая:

Вместо эмиттера можно также использовать и коллектор, кому как больше нравится. Естественно, что транзисторов может быть сколько угодно, а значит и модулей тоже.

Следует помнить о необходимости соблюдения температурного режима солнечной батареи, го есть оберегать ее от перегрева на солнце. При нагреве кристалла полупроводника на каждый последующий градус Цельсия, начиная от 25, он начинает терять в своём напряжении около 0,002 В, то есть примерно 0,4 % на градус. В погожий солнечный день кристалл и собственно р-п переход может нагреваться до температуры 40-80 °С, при этом температурном воздействии происходит потеря в среднем 0,06…0,09В на каждом элементе, входящем в состав солнечной батареи. Это одна из важнейших причин снижения КПД полупроводников самодельной солнечной батарем.

Самое эффективное время для работы солнечного модуля в период весны и лета — примерно с 9 до 18 часов, осенью и зимой, конечно, этот период сокращается. В другое светлое время суток ток солнечной батареи уменьшается. Падает ток, генерируемый солнечной батареей, и в пасмурную погоду или в тени. Некоторая ориентировка солнечной батареи относительно положения Солнца помогает увеличить генерируемый ток. Напряжение у такой самодельной солнечной батареи будет равняться сумме напряжений на всех составляющих ее полупроводниках. Ток, отдаваемый этой батареей, будет ограничен током наихудшего полупроводника.

Самодельная солнечная батарея из диодов

Автор: Кардан
Дата записи

Всем привет!
Не нужно объяснять, как важно сейчас экономить такой ценный ресурс, как электроэнергия. Всегда хочется, чтобы хоть какое-то устройство работало, а кушать (в смысле денег за электричество) не просило. Вот и мне захотелось кусочек халявы — и решил я сделать себе солнечную батарею. А что — висит себе где-нибудь на балконе, места не занимает, а пользу ( и радость) приносит. Всю неделю читал статьи про солнечные батареи из диодов и транзисторов и решил начать с подобной конструкции.

Выбрал диоды Д223Б

Почему именно их? Во-первых — у них удобный стеклянный корпус (а значит ничего разбирать не нужно — только содрать краску). Кстати, краска в ацетоне не размокает, но становится мягкой и легко удаляется просто ногтём. Действие других растворителей не проверял. Во-вторых корпус у них достаточно небольшой, что позволяет добиться высокой плотности монтажа. Ну и в-третьих — из всех диодов в таком корпусе у Д223Б наибольшее напряжение (порядка 350 мВ на прямом солнце). Итак, с диодами определились — бежим в магазин! Одна коробка диодов (100 штук) стоит 130 рублей. Обратите внимание на дату выпуска — 1992 год(!) Лишь на 2 года моложе меня)


Теперь нужно сложить диоды в стеклянную банку, залить ацетоном и убрать куда подальше. Пока они размокают — займёмся платой. Сначала я расчитывал сделать батарею на 5 вольт, но когда плата уже была готова — решил впаять диоды по-другому (на листе блокнота набросал, кстати, масштаб 1:1, размер клетки 5Х5 мм).





Теперь достаём пинцетом диоды по одному и очищаем их от краски. Я просто ногтём сковыривал. Ничего сложного. Затем подключаем к одному из низ вольтметр, подставляем подопытного под лучи солнца или лампочки и находим плюсовой вывод, загибаем его, как на фото ниже.

Это необходимо из-за особенностей расположения кристалла — при таком размещении на плате кристалл будет освещён лучше всего, а значит получим больший ток и напряжение.
Выводы таким образом нужно загнуть у всех диодов.
Теперь нужно все диоды впаять в плату. У меня на это ушло около часа. Ну вот, плата готова, и можно испытывать — подключаем вольтметр и на солнце её!


Для испытания под нагрузкой подключил ионистор на 0,47 Ф. Самодельная Батарея Мозгочина заряжает его до 2,5 В примерно за 2 часа. Из расчётов получается ток примерно 0,3 мА (300 мкА). Плата получилась размером 65Х100 мм. Неплохо для самоделки.

А теперь сравним нашу конструкцию с заводской. Для этой цели я купил светодиодный фонарик за 50 р.

Внутри, кроме солнечной батареи, находятся: хороший белый светодиод, аккумулятор (АА, Ni-Cd, 150 мА/ч, на фото он желтого цвета), и плату управления всем этим хозяйством ( ну как плата… одна четырёхногая микросхемка и резистор).






Солнечная батарея совсем маленькая — 3Х3 см. Честно говоря, я надеялся на большее. Но и на том китайцам спасибо)

А теперь сравним фабричную батарейку с нашим самопалом:

Батарея Мозгочина:

  • площадь — 6500 мм.кв.;
    напряжение — 2,5 В;
    сила тока — 0,3 мА;
    мощность — 0,75 мВт;
    стоимость — около 150 руб;

Заводская батарея:

  • площадь — 900 мм.кв.;
    напряжение — 1,2 В;
    сила тока — 5 мА;
    мощность — 6 мВт;
    стоимость — 50 Руб.

Итак, что мы имеем? При в семь раз большей площади и втрое большей стоимости Батарея Мозгочина выдаёт в восемь раз меньшую мощность. Что же получается, китайцы нас сделали? Не совсем. Во-первых нужно помнить, что это всё-таки самоделка. Во-вторых — она сделана из деталей, вообще-то для этого не предназначенных. Ну и кроме того, сравните механическую прочность китайского стекла и отечественного текстолита. Нашу батарею можно спокойно уронить с шестого этажа на асфальт — максимум что с ней случится — разобьются корпуса у пары диодов. Ничего критичного.

Выводы делать вам, но я свою батарею на запчасти не пущу, а буду использовать по назначению. Во-первых — её мощность не так уж и мала. А во-вторых просто приятно, что творение твоих рук работает практически на равных с заводской конструкцией.

Как сделать солнечную батарею своими руками из транзисторов.

Самодельная солнечная батарея, которая будет генерировать электрическую энергию, делается из полупроводниковых транзисторных элементов. Для этих целей хорошо подойдут биполярные транзисторы и, в частности, советского производства. Для изготовления солнечной батареи своими руками лучше всего использовать транзисторы серии КТ (кремневые транзисторы).

Данные радиокомпоненты можно брать от старых телевизоров, радиоприёмников, а также от других радиоэлектронных устройств, которые уже отслужили свой срок и являются частично неработающими. Необходимо выпаять транзисторы оттуда с помощью электрического паяльника. Далее, чтобы получить полноценный фотоэлемент, корпус транзистора (верхнюю часть) необходимо отпилить или сточить. Это можно сделать при помощи надфиля или ножовки по металлу. Делать это необходимо очень аккуратно, чтобы не повредить полупроводниковый элемент внутри.

Таким образом необходимо подготовить несколько полупроводниковых транзисторов для их дальнейшего электромонтажа в последовательную электрическую цепь. Чтобы дополнительно увеличить силу отдаваемого тока этой солнечной батареи, можно скомпоновать транзисторы попарно. Своими руками монтаж можно сделать как навесным монтажом, так и на платах из фольгированного текстолита или гетинакса – метод печатного радиомонтажа.

Сами транзисторы со срезанной верхней частью корпуса, крепятся на диэлектрической пластине, и в последующем производится пайка выводов транзисторов согласно электрической схеме. Данная самодельная солнечная батарея довольно быстро изготавливается при наличии всех необходимых компонентов и инструментов под рукой.

Инструменты для изготовления.

Для изготовления солнечной электростанции своими руками понадобятся следующие инструменты:

  • электрический тестер;
  • надфили различных профилей;
  • ножовка по металлу;
  • электрический паяльник;
  • припой;
  • канифоль;
  • пинцет;
  • гибкие медные провода;
  • фольгированный текстолит или гетинакс;
  • пластиковая пластина для монтажа самих фотоэлементов.

Фотоэлементы можно приклеить на пластину с помощью универсального клея.

Полученная таким образом солнечная батарея не обеспечит дом или квартиру электроэнергией ввиду низкого КПД (коэффициент полезного действия), но вполне подойдёт для зарядки сотового телефона, для работы радиоприёмника в походных условиях.

У транзисторов со срезанным верхом производят замер тестером по выводам, с каких выводов (база, эмиттер и коллектор) получается выход большего напряжения. Замер производится меду базой и эмиттером или коллектором. После этого производится установка на пластиковую пластину всех полупроводниковых транзисторов, и все выводы припаиваются по установленной радиоэлектронной схеме. База одного транзистора припаивается к коллектору или эмиттеру следующего транзистора. И в таком порядке собирается вся солнечная батарея. Полученную конструкцию со стороны фотоэлементов желательно прикрыть прозрачным элементом (стекло, прозрачный пластик, обычное оконное стекло). Это необходимо для прикрытия фотоэлементов от попадания на них пыли и воды, а также от возможных механических повреждений в процессе эксплуатации.

Также самодельную солнечную батарею можно делать из советских транзисторов марки МП37–МП42 и МП14–МП17 (структура полупроводникового кристалла n – p – nили структура p – n – p). Эти транзисторы имеют круглый металлический корпус в форме шляпки. Но по сравнению с транзисторами серий КТ 800 и КТ 900 имеют меньший размер и соответственно будут выдавать меньший ток и вольтаж, ввиду того что кристалл у них меньшего размера.

Советский транзистор КТ819ГМ.

На примере советского транзистора КТ819ГМ при его работе в качестве фотоэлемента приведены следующие данные:

база – плюсовой вывод, эмиттер – минусовой вывод, выдаваемое напряжение – 370 мВ, выдаваемый ток – 94 мкА, развиваемая мощность – 35 мВт / База и эмиттер – плюсовой вывод, коллектор – минусовой вывод, получаемое напряжение – 325 мВ, ток выдаваемый – 215 мкА, мощность – 70мВт/ База – плюсовой вывод, коллектор – минусовой вывод, напряжение – 340 мВ, токвыдаваемый – 260 мкА, мощность – 90 мВт/ Коллектор – плюсовой вывод, эмиттер – минусовой вывод, напряжение на выходе – 28 мВ, ток выдаваемый – 65 мкА, мощность – 1 мВт.

Транзистор КТ819

К примеру, чтобы получить напряжение в 1,5 вольта, необходимо собрать последовательно в линейку четыре транзистора (фотоэлементы), где плюсовые выводы с транзистора будут коллекторы элементов, а база будет плюсовым выходом. Соответственно, чтобы получить 12-14 вольт, требуется собрать солнечную панель с числом элементов 35-38 штук. Для увеличения выдаваемого тока и мощности от такой самодельной солнечной электро-станции, необходимо впаивать транзисторы параллельно по 2-3 элемента.

Использовать такую солнечную электростанцию можно в загородном доме для освещения в тёмное время суток. Для этого потребуется дополнить её небольшой аккумуляторной станцией на 12 вольт. Аккумуляторы можно приобрести в магазинах электроники. В дневное время эта электростанция будет заряжать аккумуляторы, а вечером от неё будет работать освещение внутри дома. Для освещения лучше использовать светодиодные панели ввиду их большей экономичности.

МОЩНАЯ САМОДЕЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

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.

Обсудить статью МОЩНАЯ САМОДЕЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×