Как сделать солнечную батарею в домашних условиях

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».

Общий принцип действия солнечной батареи

Физический закон, положенный в основу действия солнечной батареи, — внутренний фотоэффект на так называемом p-n переходе. Так называют возникновение в полупроводниковом элементе новых носителей электрического заряда в процессе поглощения световой энергии – электронов или дырок. При этом первые концентрируются в n-области, а вторые – в р-области, и между ними возникает электродвижущая сила, обозначаемая аббревиатурой ЭДС. При подключении внешней нагрузки под воздействием освещения в р-n переходе возникает электрический ток, и энергия света трансформируется в электрическую.

Количество получаемой энергии зависит от нескольких факторов. Это материал полупроводника, площадь поверхности р-n перехода и качество его освещенности. В большинстве случаев сила тока солнечной батареи невелика, и для достижения ею требуемого уровня нужно собрать панель из значительного количества отдельных элементов. Зато солнечные батареи не боятся короткого замыкания, для возникновения которого имеющегося напряжения попросту недостаточно.

Разновидности фотоэлементов и их особенности

В гелиоэнергетике, для создания полупроводниковых моно- и поли- кристаллов, а также аморфных их сборок (гибких) используется пластины на основе кремния, германия, арсенида галлия, индия, йодида висмута.

В зависимости от материала отличается и общий КПД получаемой энергии от такой панели. Он может составлять от 9% у кремниевых и до 44% в некоторых экспериментальных вариантах от изначально падающего света. Полупроводник

Подходящие подручные материалы

Схема солнечной батареи на диодах Многие горячие головы задают себе вопрос: а можно ли изготовить солнечную батарею из подручных материалов. Конечно же, можно! У многих со времен СССР сохранилось большое количество старых транзисторов. Это наиболее подходящий материал для создания мини-электростанции собственными руками.

Также можно изготовить солнечную батарею из кремниевых диодов. Еще одним материалом для изготовления солнечных батарей является медная фольга. При применении фольги для получения разницы потенциалов используется фотоэлектрохимическая реакция.

Как сделать солнечную батарею из фольги

Как мы смогли выяснить из выше написанного в статье, самодельную батарею солнечного типа можно сделать из разных компонентов. Некоторые из составляющих могут даже улучшить работоспособность установки. Установку можно сделать не только из транзисторов, но даже с использованием консервных банок.

Солнечная батарея из фольги не сильно эффективная, но дешевая

Сюда же можно записать и использование фольги в качестве подложки, которая позволит увеличить отражающие способности панели.

Самым простым вариантом стает создание солнечного коллектора, используя обычный поливочный шланг, как основной элемент, деревянную раму и фольгу. К шлангу подводим несколько труб и наш водонагреватель готов.

Кроме того установка фольги может быть проведена и за панелями, таким образом вы сможете уменьшить риск перегрева, а так же улучшить производительность панелей и увеличить срок их эксплуатации. Фольга, подложенная за старые радиаторы, значительно улучшит теплоотдачу. Самодельные установки включают в себя разные компоненты.

Как работает солнечная батарея?

Солнечная батарея как устройство, преобразующее энергию света в электрическую энергию, известно уже достаточно давно. Ее работа основана на явлении внутреннего фотоэффекта в p-n переходе. Внутренний фотоэффект – явление возникновения в полупроводнике дополнительных носителей тока (электронов или дырок) при поглощении света.

Электроны и дырки разделяются p-n переходом так, что электроны концентрируются в n-области, а дырки – в p-области, в результате между этими областями возникает ЭДС. Если к ним подключить внешнюю нагрузку, то при освещении p-n перехода в ней возникнет ток. Энергия солнца превращается в электрическую энергию.

ЭДС и сила тока в таком полупроводнике определяется следующими факторами:

Схема работы солнечной батареи.

• материалом полупроводника (германий, кремний и т.д.);
• площадью поверхности р-n перехода;
• освещенностью этого перехода.

Сила тока, создаваемая одним элементом, очень мала, и для достижения желаемого результата нужно собирать модули из большого числа таких элементов. Такой источник тока не боится коротких замечаний, поскольку величина силы тока, создаваемого им, ограничена некоторым максимальным значением – обычно несколько миллиампер.

4. Объединение фотоэлементов в единую систему

Спаивать все фотоячейки в одну систему необходимо соблюдая электрическую схему. На сегодняшний день известно несколько схем:

• Последовательное соединение;
• Соединение с общей шиной;
• Соединение с выведенной средней точкой.

Также существуют и другие схемы, поэтому, лучше всего предварительно выбрать наиболее подходящий вариант. При этом главное, чтобы в схеме присутствовали шунтирующие диоды, которые необходимо устанавливать на общем ”+” проводнике. Эти диоды требуются для того, чтобы исключить разрядку устройства в темное время суток либо при частичном затемнении. Для этих целей лучше всего использовать диоды Шоттки. В качестве токовыводящих проводов можно использовать обычные кабели, имеющие силиконовую изоляцию. Конечно же, их необходимо надежно и прочно закрепить.

После объединения фотоэлементов по выбранной схеме полученную солнечную батарею необходимо протестировать на силу тока и напряжение. Для этого понадобится обычный амперметр и вольтметр, либо мультиметр, который имеет обе эти функции. Если проверка пройдена успешно, то значит, что соединение элементов выполнено правильно и все контакты целы.

После проверки следует зафиксировать все фотоячейки и выполнить герметизацию панели. Самый легкий способ заключается в нанесении на каждый элемент монтажный силикон, после чего устройство необходимо закрыть панелью, которая может быть изготовлена из прочного пластика. При этом если использовать прозрачный пластик, то у вас будет возможность следить за возможным появлением дефектов либо трещин в элементах. После того как силикон высохнет, заднюю панель необходимо зафиксировать в предварительно изготовленной алюминиевой раме. Все швы конструкции также необходимо загерметизировать при помощи силикона. Для фиксации фотоячеек можно использовать и двухстороннюю липкую ленту. Главное правило заключается в том, чтобы толщина этой ленты (либо слоя силикона) превышала высоту пайки. Это поможет избежать повреждения контактов.

Заключение

Подытоживая вышесказанное, можно отметить, что солнечные батареи — это экономически выгодный метод энергообеспечения и отличная бизнес-идея, ведь избыточную энергию можно не только использовать для бытовых нужд, но даже для майнинга или продажи. Так как данная сфера еще только развивается, то приобретение и установка готовых конструкций стоит внушительных средств. Однако четверть стоимости можно сэкономить, смонтировав солнечные панели своими руками, приобретя только фотоэлементы и материалы.

Количество получаемой электроэнергии напрямую зависит от масштаба конструкции. Маленькая самодельная солнечная батарея может применяться для мобильной подзарядки гаджетов или питания световых диодов, а вот установка солнечной панели на крышу дома способна покрыть всю или часть потребляемой электроэнергии его жильцами.

Сборка модульного каркаса из подручных средств в домашних условиях: установка панелей для освещения и других потребностей

Идеальный вариант для каркаса — алюминиевая рама, но она стоит дорого, поэтому большинство самоделок имеют основание из фанеры. Размер рамы зависит от числа и площади преобразователей, между отдельными элементами предусматривается промежуток не менее 0,5 см. По краям листа с помощью саморезов крепятся рейки с высотой не более 2 см, углы усиливаются металлическими уголками. Наличие вентиляции обязательно: небольшие просверленные отверстия по основанию или по бортам, но ни в коем случае не на крышке. Также предусматриваются отверстия для вывода проводов.

Панели укладываются на листы ДСП или другой материал, не проводящий ток, все деревянные поверхности проходят обработку от влаги (пропиткой или краской под цвет кровли). Критерием выбора материала для крышки является показатель преломления света. Оптимальный в этом и ценовом плане вариант для самоделки ‒ оргстекло или поликарбонат, заводские панели закрыты стеклами с оксидно-металлическим налетом. Некоторые специалисты советуют делать из оргстекла и днище, но такая солнечная панель своими руками слегка уступает в герметичности и долговечности (с прилагаемой к кровле стороне будут поступать влага).