Солнечная батарея своими руками из диодов

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.

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.

Каждый модуль заводской имеет собственный несущий каркас, с расположенной на нем клеммной коробкой.

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.

Цена вопроса

Для строительства панелей, специалисты советуют покупать большие мощные элементы, имеющие стороны в шесть дюймов. Покупка и доставка в страны СНГ набора для конструирования батареи, включающего примерно 300 элементов, обойдётся в 450-650 долларов. Это в том случае, если самодельная батарея не будет иметь на выходе показателя более чем в 1 кВт. Следует учесть, что такого набора Вам хватит на строительство не одной солнечной батареи, а целых шести!

Если же Вы, эксперимента, собираетесь собрать лишь одну батарею, то комплект обойдётся Вам в 90 – 100 долларов. В такой набор обычно входят: шунтирующие диоды, токопроводящие дорожки и флюс-карандаш. На счёт наличия токопроводящих дорожек следует уточнить, поскольку реализаторы могут их не положить в заказываемый комплект.

Разоблачение фейков про CD

Не торопитесь следовать советам популярных каналов. Фейков про светодиодную лампу и лазерный диск так много, что просто стыдно за авторов, вводящих своих зрителей в заблуждение.

ФОТО: YouTube.comАвторы таких роликов помещают светодиоды в центр CD диска и утверждают, что конструкция способна генерировать напряжение в 5 В. Это неправда. Всё дело в том, что отражающая поверхность диска совершенно плоская, и при таком расположении световой поток не увеличивается и не направляется к светодиодам в фокусированном виде
ФОТО: YouTube.comЛюбой хорошист седьмого класса после урока физики вам объяснит, что для фокусировки светового потока нужна линза, то есть вогнутая поверхность. Она и способна собирать свет в направленный пучок, и концентрироваться он будет только на расстоянии от этой линзы, а уж никак не на её плоскостиФОТО: YouTube.comВот так выглядит солнечный блик от обычного диска, он прямо отражает свет и не собирает его в пучок

Выбор фотоэлементов

Здесь необходимо определиться с индивидуальными предпочтениями:

• какая мощность необходима;
• какую площадь вы можете себе позволить;
• планируемый бюджет;
• наличие базовых навыков по изготовлению таких устройств.

Для получения наибольшей мощности желательно использовать поликристаллические фотоэлементы. Монокристаллы быстро накапливают солнечную энергию и относительно долго не сохраняют после захода солнца. Но, такие батареи обойдутся довольно дорого.

Поликристаллические блоки имеют меньшую стоимость и дольше сохраняют накопленную мощность. Но, скорость накопления энергии значительно ниже, чем у монокристаллов.

Тонкопленочные солнечные батареи не считаются популярными из-за низкого КПД — в домашних условиях вы сможете собрать устройство с показателем не выше 5%. При этом именно аморфные пластины наиболее актуальны для начинающих — полимерные материалы удобны для монтажа за счет хорошей пластичности. Себестоимость таких солнечных батарей ниже, чем у кристаллических аналогов при одинаковой долговечности.

Стоит учитывать, что абсолютно все элементы для изготовления основы должны быть одного номинала и размера. В продаже встречаются фотоэлементы с восковым покрытием — его необходимо удалить.

Солнечная батарея — что это такое

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.

Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

• • Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
  • Минимальные расходы на эксплуатацию.
  • Долговечность 30~50 лет.
  • Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
  • Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
  • Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
  • Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

Расчет и проектирование

Как из диска сделать солнечную линзу

Как вы уже поняли, чтобы использовать CD для получения электричества, нужно придать ему форму вогнутой линзы. Возможно ли это? Конечно, ведь диски сделаны из пластика, а он поддаётся деформации.

ФОТО: YouTube.comЧтобы деформировать CD в изогнутую форму, потребуется пластиковая круглая пластина диаметром меньше, чем сам диск. Отлично подойдут винтовые крышки от майонезных банокФОТО: YouTube.comСделайте в центре крышки отверстие и приготовьте винт и кусочек винной пробки. А теперь завинтите крепёж в крышку через диск, используя пробку как шайбу. После нескольких вращений винт начнёт прижимать диск к крышке и слегка деформировать его, превращая в линзу. Не нужно слишком туго заворачивать – ваша цель добиться пучка отражения, а не сломать дискФОТО: YouTube.comЕсли всё сделано правильно, CD уже будет давать солнечный «зайчик» совсем другой формы и интенсивности. Таким направленным пучком можно даже подпалить пластик

Статья по теме:

Есть ли польза?

Когда речь идет о светодиодах, не стоит забывать о таком явлении, как потребление тока самими диодами и их самопроизвольное свечение. Иными словами, в то время, когда часть светодиодов генерирует электричество, остальные будут его потреблять. В итоге, напряжение схемы увеличивается далеко не пропорционально числу задействованных элементов, и в определенный момент «обратные потери» становятся слишком значительными.

Кроме того, нормально работать самодельная батарея из диодов может только в ясную солнечную погоду. В условиях облачности ее выработка стремится к нулю.

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

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

На какую мощность можно рассчитывать

Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое батарея способна выдать в единицу времени. Теоретически возможная мощность характеризуется солнечной постоянной – 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена на экваторе при 250 °С и обозначает количество энергии, прошедшее через земную атмосферу и падающее вертикально на земную поверхность в солнечный день. КПД солнечного элемента 16%. Это значит, что с одного квадратного метра можно получить в лучшем случае около 160 Ватт электричества. На практике достичь такой величины мощности невозможно.

Расчёт солнечной электростанции должен учитывать поправки на сезонные условия, длительность дня в данной точке планеты и другие природные факторы.

ФОТО: avatars.mds.yandex.netСолнечная панель, собранная из фотоэлементов

Дополнительное оборудование тоже потребляет электрическую энергию. Корректный расчёт требуемого количества солнечных панелей можно сделать и по формулам, и по онлайн-калькулятору. А ещё можно изучить опыт соседей, которые уже смонтировали солнечную электростанцию.

Сборка представленной на рис. 3 батареи проводилась из 36 пластинок размером 80 х 150 мм. Производительность каждой пластинки по 2,1 Вт, общая мощность прибора 76 Вт.

Из старых диодов

Первый этап изготовления диодной батареи своими руками – открытие внутреннего кристалла, чтобы на него попадали лучи солнца. Для этого верхняя часть диода аккуратно срезается и снимается, а нижняя, с кристаллом, подогревается над включенной газовой плитой примерно 20 сек.

Это нужно для того, чтобы расплавился припой, удерживающий кристалл, и кристалл легко извлекся при помощи пинцета. Полученные кристаллы припаиваются к монтажной плате (можно использовать любую подходящую подложку).

Количество кристаллов и схема их расположения зависят от требуемых в итоге параметров. К примеру, для получения на выходе 2-4 В можно собрать 5 блоков из 4-5 последовательно спаянных кристаллов. Между собой блоки коммутируются параллельно. Такой способ позволяет получить нужное напряжение при силе тока, достаточной для питания небольшого светодиодного устройства. Если же использовать только параллельное соединение, то при возросшем напряжении итоговая сила тока будет слишком маленькой.

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:

Выбор светочувствительных пластин

Они являются главным элементом будущей устанавливаемой на крыше дачи или частного дома солнечной панели. Именно от их особенностей будет зависеть мощность всей сделанной в домашних условиях установки. Можно установить:

1. Монокристаллические пластины.
2. Поликристаллические пластины.
3. Аморфный кристалл.

Первые способны создать наибольшее количество электрического тока. Такая их производительность проявляется в условиях отличного освещения. Если  интенсивность освещения становится меньше, их эффективность падает. Более продуктивной в таких условиях становится панель с поликристаллическими пластинами. Она при плохом освещении сохраняет привычный для себя небольшой КПД 7-9%. Монокристаллические радуют КПД, равным 13%.

Аморфный кремний отстает в производительности, однако из-за того, что является гибким и неуязвимым к ударам, он самый дорогой.

Самые хорошие светочувствительные элементы  стоят дорого. Это касается тех пластин, в которых нет ни одного дефекта. Дефектные же изделия имеют чуть меньшую мощность и стоят значительно дешевле. Именно такие фотоэлементы стоит использовать для своего, создаваемого в домашних условиях, источника тока.

Фотоэлементы различных размеров генерируют ток с разной силой. Чем больше размер, тем больше сила тока. При этом она будет ограниченной силой тока наименьшего элемента

Неважно, что на панели размещается пластина с вдвое большими размерами. Панель будет выдавать электрический ток с той силой, которую имеет ток, созданный наименьшим элементом. Поэтому крупные элементы будут немного «отдыхать»

Поэтому крупные элементы будут немного «отдыхать».

Напряжение от размеров не зависит. Оно зависит от типа элементов. Его можно нарастить, подключив пластины последовательно. Мощность всей установки для частного дома или дачи является произведением напряжения и силы тока.

Принцип работы

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

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

1. Солнечный коллектор.

Нормальный показатель генерирования одного элемента – 0.5В. Задача солнечного коллектора выработать электрический ток напряжением в 18В. Данного показателя вполне достаточно для зарядки 12В аккумуляторной батареи. Так что о генерировании показателя напряжения 220В говорить не приходится. Электростанция типового показателя выработки энергии будет занимать огромный объем площади.

2. Аккумуляторы.

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

3. Инверторное устройство.

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

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.

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

Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.

Схема сборки элементов солнечной батареи

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.

В сравнении с диодной солнечной панелью собранный транзисторный блок при одинаковой мощности будет занимать большую площадь.

Китайская альтернатива

Существует, конечно, и альтернатива – батареи китайской сборки. Но стоит ли доверять производителям из Поднебесной? Качественная самодельная батарея – миф или реальность? Не проще ли самому её собрать на основе имеющихся в продаже деталей? Если хорошенько поискать, то можно найти качественные инструкции по конструированию солнечных батарей на русском.

Среди большинства из них, встречаются инструкции по конструированию миниатюрных моделей, на основе транзисторов и светодиодов. Необходимые  P-N переходы имеются в транзисторах и диодах. Купить их не составит никакого труда. Бесчисленное количество светодиодов, диодов и транзисторов всё еще пылятся в ящиках для инструментов. Советское прошлое даёт о себе помнить. К слову, обычный советский транзистор днём спокойно выдаёт 0.53 В.

Эксперимента ради, можно взять две параллельные цепи (с 4 транзисторами на каждой). При нагрузке, такая солнечная батарея из диодов выдаёт до 2-2,5 мА. Это позволит подзарядить аккумулятор мобильника, часы и прочие безделушки. Но не проще ли сразу построить мощную батарею, способную обеспечить Вас куда большим количеством энергии?

Как собрать солнечную батарею своими руками

Принцип работы солнечной батареи

Система работает посредством фотоэлектрических преобразователей, которые соединяются в определенной последовательности. Каждый фотопреобразователь состоит из двух кремниевых пластин, которые отличаются типом проводности. Одна покрыта фосфором, в результате чего здесь происходит образование избытка отрицательно заряженных электронов. Другая пластина покрыта бором, что приводит к образованию, отсутствующих в слое отрицательных зарядов, частиц, так называемых «дырок».

Принцип работы неисчерпаемого источника альтернативной энергии заключается в следующем: солнечный свет попадает на отрицательно заряженную панель, что приводит к активному образованию дополнительных «дырок» и электронов. На панели, покрытой фосфором, присутствует электрическое поле, благодаря которому появляется разность потенциалов. Положительно заряженные частицы устремляются в верхний слой, а отрицательно заряженные направляются в нижний. Создается постоянное напряжение. Получается, что один преобразователь работает как батарейка. В цепи возникает постоянный ток, когда к нему присоединяется нагрузка. Каждая батарея покрыта тонкими медными жилками, отводящими ток и направляющими его по назначению.

Сила тока зависит от определенных параметров:

• размера фотопреобразователя;
• уровня инсоляции;
• типа фотоэлемента;
• общего сопротивления приборов, которые подключены к солнечной панели.

Схема подключения и работы солнечной станции

Стоит ли делать?

Во многих случаях солнечная батарея окажется очень полезной: например, владелец частного дома или дачи, расположенного вдалеке от электросети, сможет даже от компактной панели поддержать свой телефон заряженным, подключить маломощные потребители наподобие автомобильных холодильников.

С этой целью выпускаются и продаются готовые компактные панели, выполненные в виде быстро сворачиваемых сборок на основе из синтетической ткани. В средней полосе России такая панель размером около 30х40 см сможет обеспечить мощность в пределах 5 Вт при напряжении 12 В.

Более крупная батарея сможет обеспечить до 100 Вт электрической мощности. Казалось бы, это не так много, но стоит вспомнить принцип работы небольших ветряных электростанций: в них вся нагрузка запитывается через импульсный преобразователь от батареи аккумуляторов, которые заряжаются от маломощного ветряка. Таким образом становится возможным использование более мощных потребителей.

Использование аналогичного принципа при постройке домашней солнечной электростанции делает ее более выгодной по сравнению с ветряком: летом солнце светит большую часть дня, в отличие от непостоянного и часто отсутствующего ветра. По этой причине аккумуляторы смогут набирать заряд днем гораздо быстрее, а сама солнечная панель гораздо проще в установке, чем требующий высокой мачты ветряной генератор.

Есть свой смысл и в использовании солнечной батареи исключительно как источника аварийного питания. Например, если в частном доме установлен газовый котел отопления с циркуляционными насосами, при отключении электропитания можно через импульсный преобразователь (инвертор) запитать их от аккумуляторов, которые поддерживаются заряженными от солнечной батареи, сохраняя систему отопления работоспособной.

Телевизионный сюжет на эту тему

Солнечная панель из простых алюминиевых банок

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

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

Сборка банок в единую систему выглядит следующим образом:

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

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

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

Заключение

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

Как правильно подобрать и установить фонари с датчиками движения

Как собрать блок питания с регуляторами своими руками

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.