🌞 🔋 Солнечная батарея своими руками: инструкция и схема по изготовлению

Природа способна обеспечить человечество всеми необходимыми ресурсами, в том числе и электроэнергией. Самым большим источником энергии является Солнце, преобразование энергии которого активно применяется и развивается. Альтернативные методы и технологии производства электрического тока способны сделать электрообеспечение более эффективным и дешевым. Особенно это актуально для майнеров, ведь затраты на изготовление солнечной батареи могут быстро окупиться, и майнинг начнет приность чистую прибыль. Это может быть очень выгодно, ведь, как известно, добыча криптовалюты потребляет огромное количество электроэнергии.

Как работает солнечная батарея?

Работа солнечной батареи основывается на фотоэлектрическом эффекте. Первый функционирующий фотоэлемент был создан русским ученым Александром Столетовым, но открытие его еще середине XIX приписывают французскому физику Александру Беккерелю.

Фотоэлектрический эффект достигается путем замыкания полупроводников (фотоэлементов) в электрическую цепь. Один полупроводник должен иметь в составе лишние электроны (n-слой), во втором их должно не хватать (р-слой). Лучи солнца способны выбивать лишние электроны из n-слоя, после чего они автоматически направляются на свободные места в р-слое, и наоборот. Таким образом достигается постоянное движение электронов. Вытесненные из р-слоя электроны проходят через аккумулятор и возвращаются в n-слой.

Отдельные фотоэлементы могут обеспечить электроэнергией незначительные по мощности объекты, а для питания крупных объектов требуется объединить множество фотоэлементов в одну электрическую цепь.

Первым в истории фотоэлементом стал селен, но он обладал КПД менее одного процента, поэтому ему сразу же стали искать замену. Нашли ее в кремние и до сих пор этот элемент наиболее широко используется в солнечных панелях.

Какие бывают солнечные батареи

Солнечные панели сейчас широко применяются для питания различных устройств, механизмов и помещений, в частности для мобильных гаджетов, электроавтомобилей. Используются солнечные батареи в квартире, в доме, на даче и промышленных объектах.

Классификация солнечных батарей осуществляется по типу их конструкции и условно может быть распределена на четыре основных вида:

Типы батарей

Солнечная батарея, принцип работы которой заложен во всех случаях в фотоэлектрическом эффекте, может быть выполнена из различных материалов.

Преимущественное большинство (примерно 90%) всех солнечных панелей производиться из фотоэлементов, состоящих из монокристаллического или поликристаллического кремния. Следующие по популярности тонкопленочные панели с напылением из фоточувствительных веществ. Они имеют меньшую стоимость, так как на их изготовление требуется значительно меньшее количество материала. А последнюю нишу занимают многопереходные солнечные модули, состоящие из слоев, способных улавливать и перерабатывать в электрический ток весь спектр солнечных лучей.

Солнечные батареи из кремния представляют собой прямоугольную панель, состоящую из фотоэлементов. КПД таких панелей 15-20%, мощность может постепенно снижаться, приблизительно на 20% каждые 25 лет. Такие панели устойчивы к разрушительным факторам окружающей среды.

Тонкопленочные солнечные батареи изготовляются с напылением аморфного кремния, теллурида кадмия, состава из селенида, меди, индия и галлия. КПД тонкопленочных батарей составляет 10-12 %.

Многомодульные солнечные панели изготавливаются из слоев различных материалов. Каждый слой улавливает один диапазон солнечных лучей от ультрафиолетового до инфракрасного, за счет этого солнечная панель поглощает весь спектр света, а внутри системы происходит несколько переходов электронов из n-слоя в р-слой. Соединения галлия — основной элемент многомодульных солнечных панелей. Такая технология применяется для космических станций и марсоходов. КПД такой солнечной панели зависит от количества слоев. Так для двухслойной ячейки КПД составляет 42%, трехслойной — 49%, а для остальных 68%.

В последнее время производителями активно разрабатываются органические солнечные батареи, но на рынке они еще широко не представлены. Специалисты Мичиганского университета придумали прозрачные солнечные батареи, которые способны поглощать и ультрафиолетовое, и инфракрасное излучение без надобности использования многослойной конструкции. Самое интересное, что в теории солнечным фотоэлементом может выступать практически любой объект с прозрачной стеклянной поверхностью — от окон домов до экранов мобильных гаджетов.

Но пока это все в теории и разработке, рассмотрим реальные варианты создания солнечной батареи своими руками.

Из чего состоит солнечная батарея

Солнечная батарея — это система, перерабатывающая энергию солнечных лучей в электрический ток. Она состоит из пяти взаимосвязанных комплектующих компонентов:

• полупроводников;
• источника электропитания;
• аккумулятора;
• инвертора-преобразователя;
• стабилизатора напряжения.

Получаемый от полупроводников постоянный ток преобразуется инвертором в переменный 220 В, затем через стабилизатор напряжения подается напрямую в источник электропитания или для накопления в аккумулятор.

Сколько стоит изготовление солнечной батареи?

На солнечные батареи для дома цены разные, стоимость зависит от требуемой мощности. Готовые батареи имеют достаточно высокую цену. Купить одну солнечную панель, мощность которой составляет 170 Вт, можно в среднем от $250 до $450. В то время как фотоэлементы для самостоятельного изготовления стоят значительно дешевле, порядка $30. Стоимость комплекта в целом с шинами, карандашами для пайки и прочими необходимыми элементами 300-400 долларов.

Для изготовления каркаса используют алюминиевые уголки, фанеру, ДСП, а в качестве защитного покрытия подойдет органическое или обычное стекло. Для герметизации конструкции используют силиконовые герметики или компаунды.

Перед тем, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, следует обозначить ее предназначение, соответственно просчитать нужную мощность и размер панели и количество материалов.

Как собрать солнечную батарею?

Соединение фотоэлементов солнечных панелей имеет одинаковые схемы. Все элементы могут быть соединены в последовательную или параллельную цепь. Последовательное припаивание фотоэлементов происходит в соответствии со следующими этапами:

• Фотоэлементы следует выложить на ровную поверхность, при этом между ними должно оставаться расстояние в 5 мм.
• На точки пайки наноситься припой.
• Контакты элементов припаиваются последовательно друг другу.
• Крайние контакты фотоэлементов выводятся в соответствии к плюсу или минусу на шину.
• На конец шины устанавливается клеймо подключения.

Параллельное подключение имеет такие же принципы пайки. Для параллельного соединения следует минусовой контакт первого фотоэлемента соединить с плюсовым контактом второго, минусовой второго элемента — с плюсовым третьего и т. д. Крайние плюс и минус всей цепочки соединяются общей шиной.

В независимости от того, как устроена солнечная батарея, она будет выдавать одинаковую мощность рассчитанную от площади фотоэлементов.

Перед тем, как сделать солнечную батарею, следует определить:

• для каких целей она будет использоваться
• какие материалы при этом понадобятся. Для частного дома батарея должна иметь твердый защитный каркас, а для квартиры больше подойдут гибкие солнечные батареи. Для разных целей подойдет свой тип батареи. Маленькие солнечные батареи могут пригодиться для питания отдельных низкопотреблямых объектов, а для домов нужны самодельные аналоги производственных моделей. Солнечные батареи для дачи можно выполнить даже из подручных материалов.

Как сделать солнечную батарею из фольги

Необходимые материалы:

• медная фольга;
• пластиковая бутылка;
• нагревательные приборы;
• соль;
• два проводника "крокодильчика".

Изначально следует вырезать два одинаковых по площади листа фольги. Затем листы размещают на электроплите или другом нагревательном элементе для того, чтобы оксидная пленка отслоилась и ее можно было убрать.

Одному листу дают остыть, другому нет. Листы сгибаются и размещаются в пластиковой бутылке так, чтобы они не соприкасались между собой. Вовнутрь наливают воду с растворенной в ней солью. Далее один проводник подключается к нагретой панеле, образовывая плюсовой контакт, второй - к не нагретой, образовывая минусовой.

Солнечная батарея из транзисторов

Старые работающие транзисторы также могут сгодиться для изготовления батареи. Пластина, которая размещена внутри транзисторов может выступать как фотоэлемент.

Чтобы изготовить батарею, транзистор следует вскрыть, срезав с него крышку. Раскрытые транзисторы спаиваются между собой и размещаются внутри корпуса. Солнечная батарея из транзисторов имеет низкий КПД за счет маленького объема пластины, поэтому чем больше их будет использовано, тем мощнее будет батарея.

Солнечные батареи своими руками из диодов

Фотоэлементом в данном случае будет выступать кристалл, содержащийся в диоде. Для того, чтобы извлечь кристалл, следует вскрыть диод и разогревать его в течении 20 секунд, чтобы расплавился припой. Чистые кристаллы размещают на панели и припаивают между собой последовательно или параллельно серебряными контактами.

Тонкопленочные солнечные батареи

Для изготовления следует приобрести соответствующий фотоэлемент необходимой площади. Тонкопленочная солнечная панель может быть легко смонтирована и помещена на крышу или на балкон. Такая текстура принимает любые изгибы и ее монтаж не проблематичный, так как не требует изготовления каркаса.

Для подключения отрезки пленки соединяют между собой и выводят общие контакты через преобразователь и стабилизатор напряжения в потребляющую сеть. Особенно выгодно использовать тонкопленочные солнечные батареи на кровле частных домов. Под ними допускается размещение труб. Такая система позволяет снимать излишний нагрев с солнечных панелей для обеспечения большего КПД, а подогрев воды в трубах может использоваться для отопления дома.

Кремниевые (монокристаллические) солнечные батареи

Кремниевые солнечные батареи размещают на солнечной стороне крыши. Сами фотоэлементы должны быть размещены на каркасе. Каркас может быть выполнен из любых материалов.

Сборка солнечной батареи такого типа начинается с изготовления каркаса. Верхняя его часть должна быть выполнена из стекла, помещенного в раму, нижняя часть — твердая ровная панель. Для установки потребуется сконструировать ножки. Следует учитывать особенности места установки и преимущественный наклон для солнечной панели.

Далее приобретенные кремниевые элементы соединяются между собой в электрическую сеть. Можно осуществлять пайку прямо на лицевой стороне каркаса, разместив пластины лицом вниз.

Выходы шин контактов выводятся через отверстия в раме, швы герметизируются, а сама конструкция закрывается нижней панелью. Далее солнечная панель устанавливается, а контакты от нее прокладываются к источнику электросети.

Многопереходные (многослойные, тандемные) солнечные модули

Многопереходные солнечные модули подключаются и устанавливаются аналогично кремниевым, только в своей основе имеют более улучшенный фотоэлемент. За счет этого и более высокий КПД, и соответственно стоимость.

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.