Фотоэлемент своими руками
Очень часто современному жителю приходит мысль как сделать солнечную батарею своими руками. По той простой причине что заводские автономные источники питания стоят дорого. Ну а кто-то просто желает проверить свои способности изобретателя.
Способ изготовления солнечных батарей
Сначала определимся что нужно:
- Фотоэлементы.
- Основание для крепления самого ценного.
- Площадка где будет стоять будущая электростанция.
Теперь разберемся детальнее с каждым пунктом.
Сборка солнечных модулей из кремниевых фотоэлементов
Фотоэлементы с одного бока покрыты тонким слоем фосфора. Иногда там может быть бор.
Данный слой концентрирует в одном месте большое количество электронов. Они не разбегаются так как удерживаются фосфорной пленкой.
На пластине прикреплены металлические дорожки, по которым в дальнейшем протекает электрический ток. Данные кремневые элементы достаточно хрупкие поэтому будьте аккуратными при работе с ними.
Уровень напряжения зависит от количества таких полноценных пластинок.
Основные составляющие части:
- Кремневые пластины.
- Рейки.
- ДСП, несколько листов.
- Уголки из алюминия.
- Поролон толщиной 1,5-2,5 см.
- Что-то прозрачное для основания кремниевых пластин. Обычно это оргстекло.
- Шурупы или саморезы.
- Герметик.
- Провода.
- Клейма.
- Диоды.
Так же потребуются такие инструменты как:
- Ножовка.
- Шуруповерт.
- Паяльник.
- Мультиметр.
Нужно работать с фотоэлементами одного габарита. Иначе маленькие элементы ограничат ток. В итоге большие кварцевые модули не позволят функционировать на всю мощь.
Масса торговых точек продает фото пластины пачками по 36 или 72 штуки.
Чтобы соединить разделенные пластины-модули нужны специальные шины. А что бы сборку включить потребуются клеймы.
Теперь, когда с кремневыми фотоэлементами стал все ясно, идем собирать основание.
Остов для солнечной батареи
Это самое простое что можно изготовить в домашних условиях! Обычно его выполняют из реечек или алюминиевого профиля. Его без проблем можно приобрести в хозяйственном магазине. Целесообразно работать с алюминием по следующим причинам:
- Он легкий и не очень давит на опорную установку.
- Не ржавеет.
- Не поглощает влагу.
- Не подвержен гниению в отличие от древесины.
При покупке обратите внимание на:
- Процент преломления солнечного света. Чем он ниже, тем лучше! КПД пластин будет больше.
- На сколько он поглощает инфракрасные лучи.
На его роль подойдут:
- Плексиглас.
- Поликарбонат. Чуть хуже.
- Оргстекло.
От уровня поглощения зависит будет ли повышаться температура на кремниевых пластинах. Лучше всего пользоваться антибликовым прозрачным стеклом.
Определяемся с местом
Размер солнечного модуля зависит от количества, фотоэлементов, которые будут в него установлены. Лучше всего ставить батареи в место куда свет солнца падает со всех сторон. Так же можно оснастить подобную электростанцию автоматическим поворотом. То есть она будет всегда повернута к солнцу за счет этой штуки. Поворотное устройство для солнечной батареи можно изготовить своими руками.
Проследите за тем чтобы тени домов и деревьев не падали на нашу самодельную солнечную батарею.
Угол наклона зависит от:
- Климата.
- Того где находится дом.
- Времени года.
Солнечные элементы питания выдают максимальный КПД в тот момент, когда лучи падают перпендикулярно.
По некоторым расчетам было выяснено что 1кв метр выдает 120 Вт. В результате этого можно предположить, что на обычный дом в месяц будет уходить 300 кВт. Поэтому нужно задействовать площадь в 20 квадратных метров.
В результате всего выше сказанного солнечная батарея, выполненная своими руками, поможет сэкономить часть средств на электричество.
Пошаговая инструкция как сделать солнечную батарею своими руками
Сейчас в 5 шагах будет рассмотрена более подробная сборка.
Спаиваем контакты фотоэлементов
Первым делом что нужно сделать это спаять проводники. Если можете приобретите кремневые пластины сразу с этой важной частью. Это существенно сэкономить вам время. Паять достаточно нудно и проблематично. В процессе можно нанести вред пластинам.
- Приготовьте перед собой пластину-фотоэлемент и проводник для припаивания.
- Режим проводники при помощи картонного шаблона. Длина должна быть в 2-а раза больше солнечной пластинки.
- Кладем проводник на фотоэлемент. Потребуется два проводника на 1-и элемент.
- Стоит нанести кислоту на то место где собираетесь паять.
- Выполнить паяние и прикрепить проводник к кремневой поверхности.
Желательно использовать припой, который выполнен в виде трубочки. Внутри которой залита канифоль.
Не стоит сильно давить на пластину из кремния, так как она очень хрупкая и может сломаться.
Создание каркаса
Он нужен для крепления всех фотоэлементов и его можно сделать из подручных средств. Потребуется алюминиевые уголки или рейки. Из них делается прямоугольная рамка. Размер уголка 70-90 мм.
Нанесите слой герметика на внутреннюю часть углов. Выполняйте эту процедуру качественно. От нее зависит долговечность конструкции.
Теперь перейдите к созданию заднего корпуса. Он выполняется в виде небольшого ящика с маленькими краями. Бока не должны быть по высоте больше 2 см. Рейки крепятся на саморезы. После этого проделайте отверстия для вентиляции. Друг от друга их разместите на уровне 10 см. После этого установите в рамку из алюминия прозрачную панель. Она может быть сделана из оргстекла или плексигласа.
Прозрачную панель плотно фиксируем и прикрепляем. Она фиксируется с помощью метизов. 4 штуки крепив по углам и 2 с длинной стороны и 1 с короткой. Метизы привинчиваем шурупами.
Когда каркас создан остается установить в него фотоэлементы. Перед этой процедурой очистите оргстекло от пыли и обезжирьте его спиртом. В место спирта можно использовать любую спиртсодержащую продукцию.
Внедрение кремниевых фотоэлементов
Это самое сложное что может быть когда делаешь солнечную батарею своими руками.
Берем оргстекло и синими пластинами в низ кладем на него наши фотоэлементы. Чтобы сделать все ровно используйте специальную подложку для нанесения разметки. Друг от друга пластины должны быть расположены на расстоянии около 3 мм.
Алгоритм действий
Проверка солнечной батареи перед герметизацией
Как только спаяли ряд элементов выполните его тест. Так проще понять где слабый контакт. В качестве тестера потребуется самый простой амперметр. Можно взять мультиметр. Проверку стоит выполнять в солнечный день в 13-14 часов дня.
Делаем солнечные батареи герметичными
Внимание! Данный процесс выполняйте только после того как убедитесь, что солнечная батарея полностью функционирует. В качестве заливки используем эпоксидный компаунд. Если для вас это дорого, тогда можно взять силиконовый герметик.
Выделяют 2-а способа герметизации:
- Полная.
- Частичная. Герметик наносят на крайние элементы и между пластинками.
Первый вариант более надежен. С верху ставится оргстекло и прижимается к пластинам, на которых нанесен силикон. В качестве дополнительной защиты можно установить прокладку из поролона. Ее ставят между задней поверхностью кремниевых пластин и каркасом.
Когда оргстекло будет установлено, нужно поставить на него груз. Это требуется для выдавливания пузырьков.
Когда все основные работы закончены следует повторно протестировать солнечную батарею. А затем внедрить в эксплуатацию и получать 220 вольт. Но придется прикупить регулятор напряжения, инвертор, аккумулятор и другие дополнительные элементы.
Некоторые люди собирают солнечную батарею из китайских панелей и вполне неплохо. Только сначала их придется заказать на алиэкспресс или другом подобном магазине.
В итоге у вас будет простейшая солнечная батарея.
Солнечная батарея из сд дисков
Для создания потребуется:
- Специальный светодиод прямоугольной формы.
- Компакт диск.
- Специальная крышка блокирующая утечку солнечной энергии.
- Болт.
- Пару проводов.
Процесс создания
Первым делом выполняем работу с крышкой. В ней нужно проколоть отверстие. Это можно сделать аккуратно ножницами, гвоздем или шилом.
Далее вкручиваем шуруп в пробку.
После этого берем CD диск и кладем его на крышку. Затем все закручиваем.
В итоге у нас появилась готовая цельная конструкция усиливающая и концентрирующая солнечный свет.
Теперь чтобы получить электричество перенаправляем луч солнца на светодиод. В итоге генерируется около 5 вольт энергии.
Таким образом если это запаковать в нехитрую конструкцию можно получать нужное количество электричества. Затраты при этом будут самые минимальные.
Солнечная батарея из транзисторов
Чтобы изготовить преобразователь световой энергии потребуется следующее:
- Транзистор типа П 210
- Пассатижи
- Точило
- Алюминиевое донышко от банки из-под пива или газ воды.
- Небольшой кусок ДВП для установки транзисторов.
Способ создания
Для начала потребуется снять верхнюю часть транзистора. Это нужно для того чтобы был виден фотоэлемент, реагирующий на свет. Чтобы добраться до нужного нам элемента потребуется применить пассатижи и точило.
В итоге получим такой вот элемент:
Теперь придется поработать с дном баночки. Из него сделаем отражатель или рефлектор.
Главное, чтобы транзистор не выступал за бортик.
В центре крышки нужно просверлить или пробить отверстие под транзистор.
После всех этих манипуляций закрепляем наш фотоэлемент в углублении.
Теперь нужно проделать отверстия в ДВП. Оно должно совпадать с параметрами транзистора. Размер деревянного прямоугольника должен быть таким чтобы вошло 7 донышек банок.
Транзисторы и отражатели крепим дереву термо клеем.
После этого соединяем наши фото элементы друг с другом последовательно. Используем выводы «база/коллектор.
После сборки наша установка выдает около 0,60 вольт.
Сила тока = 2,8 мА.
Если подобрать транзисторы получше, то можно выжать больше энергии из этой штуковины. Указанные в статье можно встретить за 40 р. За 280 рублей можно собрать своими руками маломощную солнечную панель.
Солнечная батарея из диодов
В конструкции нет ничего сложного. Потребуется лишь несколько диодов. Уровень напряжения зависит от их количества. Эти элементы должны быть прозрачными. В этом случае лучи света будут прямо попадать на кремневую пластинку и давать нам электричество.
Не стоит ждать чуда от всего этого ведь один элемент выдает около 0,1-0,5 вольта. В итоге выйдет вот такая вот конструкция способная выдавать до 4 V.
Подобная установка способна выдавать совсем немного электричества. Эффективность слабая и поэтому лучше закупиться пластинами, выполненными из кремния и сделать нечто более лучшее.
Солнечная батарея из фольги
Из этого материала получится достаточно примитивный энергетический источник. Во многих подобных установках фольга применяется как второстепенный материал. Она выполняет роль отражателя. Попадающие на ее лучи усиливаются и переходят на фотоэлемент. Он генерирует электрический ток.
В сети имеется конструкция где нужно обжечь фольгу на электрической плите. А затем поместить ее в пластиковый контейнер. Дальше залить солевым раствором. Но это уже похоже на обычную солевую батарейку.
Как сделать солнечную батарею в майнкрафт
Поклонникам этой игры сейчас расскажем, как создать энергию из солнца! Этот источник тока применяют как запасной. Когда будет дождь или ночь можно использовать эти батареи. Ток собирается в АКБ. Подобная панель занимает малую площадь поэтому ее выгодно изготовить.
Способ создания
Перед изготовлением придется запастись следующим:
- Уголь – 3 шт.
- Стекло 3 шт.
- Изолированные провода в количестве 12 шт. 4-6 меди.
- Оловянный провод – 1. Должен быть изолированным.
- Железные слитки – 10 штук.
- Красная пыль – 6.
- Олово – 2.
- Булыжники – 8.
- Резина – 13.
Провода, расположенные над солнечными батареями, не будут мешать их работе.
Где ставить и сколько энергии можно получить?
Устанавливаются в места где ничто не препятствует прохождению света. Допускается снег, трубы, стекло, провода.
В хозяйстве радиоконструктора всегда найдутся старые диоды и транзисторы от ставших ненужными радиоприемников и телевизоров. В умелых руках это - богатство, которому можно найти дельное применение. Например, сделать солнечную батарею своими руками для питания в походных условиях транзисторного радиоприемника. Как известно, при освещении светом полупроводник становится источником электрического тока - фотоэлементом. Этим свойством мы и воспользуемся.
Сила тока и электродвижущая сила такого фотоэлемента зависят от материала полупроводника, величины его поверхности и освещенности. Но чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла, а, говоря точнее, его нужно вскрыть.
Как это сделать, расскажем чуть позже, а пока загляните в таблицу, где приведены параметры самодельных фотоэлементов. Все значения получены при освещении лампой мощностью 60 Вт на расстоянии 170 мм , что примерно соответствует интенсивности солнечного света в погожий осенний день.
Как видно из таблицы, энергия, вырабатываемая одним фотоэлементом, очень мала, поэтому их объединяют в батареи. Чтобы увеличить ток, отдаваемый во внешнюю цепь, одинаковые фотоэлементы соединяют последовательно. Но наилучших результатов можно добиться при смешанном соединении, когда фотобатарею собирают из последовательно соединенных групп, каждая из которых составляется из одинаковых параллельно соединенных элементов (рис. 3).
Предварительно подготовленные группы диодов собирают на пластине из гетинакса, органического стекла или текстолита, например, так, как показано на рисунке 4. Между собой элементы соединяются тонкими лужеными медными проводами.
Выводы, подходящие к кристаллу, лучше не паять, так как при этом от высокой температуры можно повредить полупроводниковый кристалл. Пластину с фотоэлементом поместите в прочный корпус с прозрачной верхней крышкой. Оба вывода подпаяйте к разъему - к нему будете подключать шнур от радиоприемника.
Солнечная фотобатарея из 20 диодов КД202 (пять групп по четыре параллельно соединенных фотоэлемента) на солнце генерирует напряжение до 2,1 В при токе до 0,8 мА. Этого вполне достаточно для того, чтобы питать радиоприемник на одном-двух транзисторах.
Теперь о том, как превратить диоды и транзисторы в фотоэлементы. Приготовьте тиски, бокорезы, плоскогубцы, острый нож, небольшой молоток, паяльник, оловянно- свинцовый припой ПОС-60, канифоль, пинцет, тестер или микроамперметр на 50-300 мкА и батарейку на 4,5 В. Диоды Д7, Д226, Д237 и другие в похожих корпусах следует разбирать так. Сначала отрежьте бокорезами выводы по линиям А и Б (рис.1). Смятую при этом трубочку В аккуратно расправьте, чтобы освободить вывод Г. Затем диод зажмите в тисках за фланец.
Приложите к сварному шву острый нож и, несильно ударив по тыльной стороне ножа, удалите крышку. Следите за тем, чтобы лезвие ножа не проходило глубоко вовнутрь - иначе можно повредить кристалл. Вывод Д очистите от краски - фотоэлемент готов. У диодов КД202 (а также Д214, Д215, Д242-Д247) плоскогубцами откусите фланец А (рис.2) и отрежьте вывод Б. Как и в предыдущем случае, расправьте смятую трубку В, освободите гибкий вывод Г.
Спектр применения фотоэлементов чрезвычайно широк. Они необходимы в системах сигнализации, где используются в фотореле, срабатывающих от прерывания светового потока. Без них невозможно сделать некоторые системы связи, например, светотелефоны, в том числе лазерные. Широко применяются фотоэлементы в различных измерительных приборах. При этом они не всегда бывают в продаже. Но фотоэлемент можно сделать и самим.
- -старый фотоэкспонометр;
- -полупроводниковые диоды;
- -вышедший из строя микрокалькулятор;
- -пружинные контакты;
- -транзисторы;
- -паяльник;
- -мультиметр или авометр;
- -напильник.
Для изготовления современного устройства можно применить: готовый фотоэлемент от старого фотоэкспонометра или полупроводниковый диод в стеклянном корпусе. Счистите с диода светозащитную краску, если таковая имеется. Практически все светодиоды могут работать как фотоэлементы.
Сделайте фотоэлемент из солнечной батареи от микрокалькулятора. Имейте в виду, что припаивать повода непосредственно к фотоэлементу нельзя. Нагревание почти наверняка его испортит. Поэтому если у батареи не пригодных для пайки отводов, лучше всего закрепить ее пластину с помощью пружинных контактов. Их можно взять от вышедших из строя электромагнитных реле. Закрепите пружинные контакты одним концом в плате, припаяв к ним отводы проводов. Другие концы должны располагаться так, чтобы прижиматься к нужным токопроводящим участкам солнечной батареи. Это же относится и к селеновым или кремниевым пластинам от фотоэкспонометров.
Фотоэлементы, сделанные из солнечных батарей микрокалькуляторов и пластин фотоэкспонометров очень инертны. Поэтому они пригодны только для устройств телеавтоматики. Для приема модулированного светового сигнала (например, светотелефона) можно изготовить более высокочастотные элементы. Их можно сделать из старых германиевых или кремниевых советских транзисторов серии П или МП. Они есть в сломанных приемниках или магнитофонах. Их часто продают на радиорынках.
С помощью любого измерительного прибора (тестера, мультиметра) измерьте фотототок между парами электродов. Таких электродов три: эмиттер, коллектор и база. Обычно наибольший ток бывает на n-p переходах эмиттер — база или коллектор — база. Выберите пару, дающую наибольший фотототок. Естественно, чем более высокочастотный транзистор вы применяете, тем более высокочастотным получится и фотоэлемент. Соответственно, больший фототок дадут более мощные транзисторы. Измерения нужно проводить, освещая фотоэлемент эталонным источником света (например, настольной лампой с постоянного расстояния.
Солнечные лучи, как альтернативный источник энергии, приобретают все более широкую популярность среди населения. Особенно это касается жителей частного сектора, постепенно избавляющихся от энергетической зависимости. Однако подобные системы еще довольно дороги и не все могут их приобрести. В таких ситуациях наилучшим выходом становится солнечная батарея изготовленная своим руками из подручных материалов.
Выбор фотоэлементов
Любая солнечная батарея для дома сделанная своими руками, будет в любом случае стоить значительно ниже, чем заводская. У известных производителей производится тщательный отбор фотоэлементов, в процессе которого отсеиваются заготовки, имеющие пониженные или нестабильные показатели. Поверхность готовых изделий покрывается специальным стеклом, снижающим отражение света, отсутствующим в свободной продаже. В производстве применяются многие другие методы исследования пластинок, совершенно не подходящие для домашних условий.
Однако, солнечная батарея своими руками вполне может быть изготовлена, а полученные самоделки обладают хорошей работоспособностью и не столь заметно отличаются от изделий промышленного производства. Зато экономия денежных средств получается практически в два раза, и в определенных условиях делать панели не только целесообразно, но и выгодно.
Следовательно, основная цель на стадии подготовки заключается в правильном выборе наиболее подходящих фотоэлементов. По техническим причинам пленочные или аморфные изделия можно сразу же исключить и остановиться на пластинках их кремниевых кристаллов. В самых первых домашних опытах рекомендуется воспользоваться более дешевыми элементами из поликристаллов и лишь потом переходить к работе с монокристаллическими кремниевыми материалами.
Приобрести фотоэлементы для солнечной батареи возможно на известных зарубежных торговых площадках, таких как Алиэкспресс, Амазон и других. Они находятся там в свободной продаже в виде отдельных пластинок с различной производительностью и габаритными размерами, что позволяет собрать солнечную панель требуемой мощности.
Кроме того, существуют бракованные изделия, относящиеся к так называемому классу В, имеющие различные повреждения в виде небольших сколов и трещин. На производительность это почти не влияет, зато их стоимость значительно ниже, поэтому они чаще всего используются в самодельных гелиосистемах.
Расчет и проектирование
Для расчетов солнечной батареи, собранной дома, обязательно потребуется перечень всех электроприборов и оборудования, имеющихся в доме. Сразу же нужно выяснить потребляемую мощность каждого из них.
Данные о мощности указываются в маркировке или в техническом паспорте устройства. Их значения довольно приблизительные, поэтому для панели, работающей с инвертором нужно ввести поправку, то есть среднее энергопотребление умножается на поправочный коэффициент. Полученная таким образом общая мощность дополнительно умножается на 1,2, учитывая потери при работе инвертора. Мощные приборы при запуске потребляют ток, в несколько раз превышающий номинальный. В связи с этим, инвертор также должен в течение короткого времени выдерживать двойную или тройную мощность.
Если мощных потребителей довольно много, но одновременно они практически не включаются, то применяемый в системе инвертор с большим выходным током получится слишком дорогим. При отсутствии значительных нагрузок рекомендуется использовать менее мощные недорогие приборы.
Солнечная батарея в домашних условиях рассчитывается по времени работы каждого электроприбора в течение суток. Вычисленное опытным путем, значение умножается на мощность, и в результате получается суточное энергопотребление, измеряемое в киловатт-часах.
Обязательно понадобятся сведения с местной метеостанции о количестве солнечной энергии, которую можно реально получить в этой местности. Расчет данного показателя выполняется на основе показаний среднегодовой солнечной радиации и ее среднемесячных значений при самой плохой погоде. Последняя цифра позволяет определить минимальное количество электроэнергии, достаточное для решения текущих задач.
Получив исходные данные можно приступать к определению мощности одного фотоэлемента. Вначале показатель солнечной радиации нужно разделить на 1000, в результате, получаются так называемые пикочасы. В это время интенсивность солнечного свечения составляет 1000 Вт/м 2 .
Формула для расчета
Количество энергии W, вырабатываемое одним модулем, определяется по следующей формуле: W = k*Pw*E/1000, в которой Е – величина солнечной инсоляции за определенный период времени, k – коэффициент, составляющий летом – 0,5, зимой – 0,7, Pw – мощность одного модуля. Поправочный коэффициент учитывает потери мощности фотоэлементов при нагревании солнечными лучами, а также изменение наклона лучей относительно поверхности в течение дня. Зимой элементы нагреваются меньше, поэтому и значение коэффициента будет выше.
Учитывая суммарную мощность энергопотребления и данные, полученные с помощью формулы, рассчитывается общая мощность фотоэлементов. Полученный результат делится на мощность 1 элемента и в итоге будет требуемое количество модулей.
Существуют различные модели с целым рядов мощностей элементов – от 50 до 150 Вт и выше. Выбирая компоненты с необходимыми показателями, можно собрать солнечную панель с заданной мощностью. Например, если потребность в электроэнергии составляет 90 Вт, то необходимы два модуля по 50 Вт каждый. По такой схеме можно создать любую комбинацию из имеющихся фотоэлементов. В любом случае расчеты следует производить с некоторым запасом.
Количество фотоэлементов оказывает влияние на выбор емкости аккумуляторной батареи, поскольку именно они создают зарядный ток. Если мощность панели 100 Вт, то минимальная емкость АКБ должна быть 60 А*ч. С возрастанием мощности панелей потребуются и более мощные аккумуляторы.
Выбор места установки
Производительность солнечных панелей во многом зависит от места их установки. Поэтому, перед тем как сделать солнечную батарею своими руками, нужно заранее определиться, где она будет расположена.
Читайте также: