Как самому сделать солнечную батарею? Обзор

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.

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?

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

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.

Модули солнечных батарей

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

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.

Внешнее отличие пластин монокристаллов от поликристаллов заключается в однородности цвета.

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

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.

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.

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

«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.

Солнечные элементы преобразуют энергию солнца в электричество, подобно тому, как растения превращают ее в пищу в процессе фотосинтеза. Солнечные элементы работают на основе энергии Солнца, под воздействием которой электроны в полупроводниковых материалах переходят от орбит, близких к ядрам их атомов, в более высокие орбиты, где они могут проводить электричество.

Коммерческие солнечные элементы используют кремний в качестве полупроводника, но вот несколько способов сделать солнечную батарею из более доступных материалов, чтобы лично увидеть, как это работает.

Изготовление солнечной батареи из диодов своими руками

В качестве основания будет использована подложка из картона. Наклеиваем на картон две полоски фольгированного скотча — они будут служить отражателем.

На каждую полоску наклеиваем сверху по две полосы клеящей ленты — эти будут служить подставкой под диоды.

Снимаем второй защитный слой с наклеенных лент.

Берем 2 упаковки диодов по 40 штук в каждой. Разрезаем их на 4 группы по 20 штук к каждой. Приклеиваем диоды переворачивая группы в шахматном порядки, чтобы можно было удобнее подключать их последовательно.

 

 

 

 

 

 

 

Сначала спаиваем все диоды в каждой группе паралельно, а уже затем соединяем все группы последовательно «плюс» к «минусу».

Солнечная батарея готова. Для проверки работы подключаем мультиметр на выход.

При ярком солнечном освещении солнечная батарея вырабатывает чуть больше 300 мВ.

Стоит только закрыть рукой свет, как напряжение тут же падает, что свидетельствует о работе солнечной батареи.

 

Сборка панели из монокристаллических пластин 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.

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.

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?

Изготовление простой солнечной батареи

Для эксперимента использовались транзисторы типа «MJ 2955».

Это кремниевый прибор прямой проводимости. Довольно большой мощности (115 Вт). А значит величина кристалла, содержащего кремниевые p-n переходы тоже достаточного размера. Для того чтобы в этом убедиться, предлагается спилить ножовкой верхнюю часть транзистора и заглянуть внутрь.

Взгляду открывается кремниевая пластина, к которой подпаяны выводы.

 

 

 

 

 

 

 

Тестер, включенный на измерение напряжения с минимальным пределом, подключается к базе и коллектору испытуемого транзистора.

При средней освещенности величина генерируемого кремниевым переходом напряжения почти равна 0,4 В. Закрывая транзистор рукой, уменьшаем напряжение практически до нуля. Следующий этап испытаний.

А если соединить несколько таких транзисторов последовательно. Достаточно ли будет генерируемого тока для питания какого-либо бытового прибора?

Разместим четыре транзистора с отпиленной верхней частью корпуса на старом лазерном диске.

Практично и эстетично.

Все транзисторы соединяются последовательно.

Коллектор первого с базой следующего и так далее.

Получили цепочку из четырех кремниевых «p-n» переходов.

С коллектора первого транзистора снимается «+», а минус с базы последнего.

Что ж, значение величины напряжения выросло почти в четыре раза и стало 1,5 В.

Это в помещении.

А на улице при небольшой облачности оно увеличивается до 1,7 В.

При закрывании света рукой, напряжение падает.

Всё как в теории.

При измерении величины тока прибор показал 0,015 мА.

Конечно, это крайне мало.

Не зря промышленные солнечные панели соединяются между собой последовательно-параллельно.

Последовательно для увеличения выходного напряжения, а параллельно для увеличения величины вырабатываемого тока.

На следующем этапе эксперимента попробуем запитать от самодельной солнечной батареи бытовые часы с ЖК индикатором.

Устройство очень слаботочное, рассчитанное на напряжение 1,5 В.

Из часов удаляется «таблетка» питания, вместо нее к контактам припаиваются провода от солнечной батареи.

И часы «пошли»!

Индикатор работает, отображая цифры.

 

Но стоит только закрыть транзисторы самодельной батареи рукой, как тут же всё пропадает.

 

 

 

 

 

 

 

Вывод. Эксперимент полностью удался. Солнечная панель из транзисторов вполне работоспособна.