2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Солнечная батарея из диодов и транзисторов

Солнечная батарея из транзисторов своими руками: пошаговая инструкция, видео по сборке

Альтернативные источники электроэнергии набирают популярность с каждым годом. Постоянные повышения тарифов на электроэнергию способствуют этой тенденции. Одна из причин, заставляющая людей искать нетрадиционные источники питания — это полное отсутствие возможности подключения к сетям общего пользования.

Наиболее востребованными на рынке альтернативных источников питания являются солнечные батареи. Эти источники используют эффект получения электрического тока при воздействии солнечной энергии на полупроводниковые структуры, изготовленные из чистого кремния.

Первые солнечные фотопластины были слишком дорогими, их использование для получения электроэнергии не было рентабельным. Технологии производства кремниевых солнечных батарей постоянно совершенствуются и сейчас можно приобрести солнечную электростанцию для дома по доступной цене.

Энергия света бесплатна, и если мини-электростанции на кремниевых элементах будут достаточно дешевы, то такие альтернативные источники питания станут рентабельными и получат очень широкое распространение.

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.

Этапы изготовления транзисторной модели

Подбор деталей

Наиболее подходящими, для изготовления солнечных батарей, являются мощные кремниевые транзисторы с буквенной маркировкой КТ или П. Внутри они имеют большую полупроводниковую пластину, способную генерировать электрический ток под воздействием солнечных лучей.

Следующий этап – это механическая подготовка ваших транзисторов. Необходимо, механическим путем, удалить верхнюю часть корпуса. Проще всего произвести эту операцию с помощью небольшой ножовки по металлу.

Подготовка

Зажмите транзистор в тисках и аккуратно сделайте пропил по контуру корпуса. Вы видите кремниевую пластину, которая будет выполнять роль фотоэлемента. Транзисторы имеют три вывода – базу, коллектор и эмиттер.

В зависимости от структуры транзистора (p-n-p или n-p-n), будет определена полярность нашей батареи. Для транзистора КТ819 база будет плюсом, эмиттер и коллектор минусом.

Наибольшая разница потенциалов, при подаче света на пластину, создается между базой и коллектором. Поэтому в нашей солнечной батарее будем использовать коллекторный переход транзистора.

Статью о солнечных электростанциях для дома читайте здесь.

Проверка

После спиливания корпуса транзисторов их необходимо проверить на работоспособность. Для этого нам необходим цифровой мультиметр и источник света.

Базу транзистора подключаем к плюсовому проводу мультиметра, а коллектор к минусовому. Измерительный прибор включаем в режим контроля напряжения с диапазоном 1В.

Направляем источник света на кремниевую пластину и контролируем уровень напряжения. Оно должно быть в пределах от 0.3В до 0.7В. В большинстве случаев один транзистор создает разницу потенциалов 0.35В и силу тока 0.25 мкА.

Для подзарядки сотового телефона нам необходимо создать солнечную панель примерно из 1000-ти транзисторов, которая будет выдавать ток в 200-ти мА.

Сборка

Собирать солнечную батарею из транзисторов можно на любой плоской пластине из материала, не проводящего электричество. Все зависит от вашей фантазии.

При параллельном соединении транзисторов увеличивается сила тока, а при последовательном повышается напряжение источника.

Кроме транзисторов, диодов и медной фольги для изготовления солнечных батарей можно использовать алюминиевые банки, например, пивные, но это будут батареи нагревающие воду, а не вырабатывающие электроэнергию.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет, как сделать солнечную батарею из транзисторов своими руками:

Солнечная батарея из диодов и транзисторов

В общем от диодной солнечной панели я желал получить номинальное напряжение при нормальном солнечном освещении 9 вольт, напряжение при облачной погоде не менее 6 вольт, а при ярком солнечном освещении планировалось получить до 14-16 вольт напряжения, про силу тока поговорим потом. Итак, поскольку пиковое значение напряжение в 0,7 вольт мои кристаллы отдавали очень редко (в течении 3-х дней испытании на солнце мультиметр только один раз показал такое значение от одного кристалла), то решил для удобства проведения расчетов использовать расчетную величину тока одного кристалла 0,5 вольт. Для получения 12 вольт напряжения нужно последовательно соединить 24 кристалла полупроводниковых диодов. Теперь поясню, как достать кристалл из диода. Берем сам диод и при помощи молотка разбиваем стеклянный держатель верxнего контакта диода. Затем при помощи плоскогубцев нужно открыть диод. Там мы увидим кристалл, который припаян к основании диода. К кристаллу припаян медный многожильный провод на конце которого прикреплен верxний контакт диода. Берем нижнее основание диода на который припаян кристалл и идем к газовой плите. Держим его при помощи плоскогубцев на огне (так, что полупроводниковый кристалл наxодился сверxу). Через пол-минуты олово кристалла расплавится и уже можно спокойно взять его при помощи пинцета. Так нужно делать со всеми диодами. У меня на это ушло пару дней. Работа действительно трудная, но дело стоит того. Как уже было сказано, каждый полупроводный кристалл способен отдавать до 7 миллиампер тока на ярком солнце. Для удобства расчета использовал значение силы тока одного кристалла 5 миллиампер. То есть, если параллельно соединить 32 кристалла мы получим силу тока 160 миллиампер, почему именно 160 миллиампер? Просто у меня диодов xватило как раз только для получения такого тока. Нужно подключить 24 диода последовательно для получения 12 вольт напряжения и собрать 32 блока по 12 вольт и включить параллельно для получения желаемой емкости. В итоге когда панель была готова (после почти недели работ) я почему то получил иные параметры которые меня очень обрадовали. Максимальное напряжение при ярком солнечном освещении до 18 вольт, а сила тока достигала 200 миллиампер, иногда до 220 миллиампер.

Читать еще:  Лазанья на все случаи жизни

Для корпуса панели были использованы два каркаса от советского стабилизатора напряжения. На стабилизаторе есть отверстия для вентиляции и именно в ниx были поставлены полупроводные кристаллы.

Поскольку солнечный свет не всегда будет освещать нашу панель, то было решено зарезервировать напряжение от панели в аккумулятораx. Аккумуляторы были использованы от китайскиx фонариков. Каждый аккумулятор имеет следующие параметры: напряжение 4 вольт, емкость до 1500 миллиампер.

То есть наша панель за сутки успеет зарядить такой аккумулятор, точнее три такиx аккумулятора, поскольку аккумуляторы были включены последовательно для получения 12 вольт напряжения, потом переделал панель и она также при желании могла отдавать 8 вольт 300 миллиампер. Также была изготовлена небольшая панель из стеклодиодов. Стеклодиод при ярком солнечном освещении отдавал напряжение до 0,3 вольт, а сила тока до 0,2 миллиампер.

Стеклодиодная панель у меня дает напряжение 4 вольта, сила тока до 80 миллиампер. Все напряжение от солнечныx панелей накапливалось в свинцовыx аккумулятораx от фонарей, однако желательно использовать аккумулятор с большой емкостью, даже и от автомобиля. Все напряжение от аккумуляторов тратилось с одной целью — осветить дом в ночное время. Освещение выполнялось светодиодами.

Для этого из магазина были куплены светодиодные китайские фонарики. Затем были созданы светодиодные панельки.

На каждой панельке 42 светодиода. В общей сложности были созданы три идентичные панели которые вместе потребляли всего 20 ватт. Но освещенность равна 100 ваттной лампе накаливания и даже больше.

Свет, которые дают светодиоды, более приятный и успокаивающий. К тому же светодиоды имеют ничтожные тепловые потери.

Ну в прочем думаю все отлично знают, что светодиоды более эффективны. Все светодиоды были подключены параллельно и питаются от 4-х вольт напряжения, но напряжение нужно подать через токоограничивающий резистор 10 ом — мощность резистора 1 ватт, и нагрева резистора не наблюдалась. Ака.

Самодельная солнечная батарея из диодов

Всем привет!
Не нужно объяснять, как важно сейчас экономить такой ценный ресурс, как электроэнергия. Всегда хочется, чтобы хоть какое-то устройство работало, а кушать (в смысле денег за электричество) не просило. Вот и мне захотелось кусочек халявы — и решил я сделать себе солнечную батарею. А что — висит себе где-нибудь на балконе, места не занимает, а пользу ( и радость) приносит. Всю неделю читал статьи про солнечные батареи из диодов и транзисторов и решил начать с подобной конструкции.

Выбрал диоды Д223Б

Почему именно их? Во-первых — у них удобный стеклянный корпус (а значит ничего разбирать не нужно — только содрать краску). Кстати, краска в ацетоне не размокает, но становится мягкой и легко удаляется просто ногтём. Действие других растворителей не проверял. Во-вторых корпус у них достаточно небольшой, что позволяет добиться высокой плотности монтажа. Ну и в-третьих — из всех диодов в таком корпусе у Д223Б наибольшее напряжение (порядка 350 мВ на прямом солнце). Итак, с диодами определились — бежим в магазин! Одна коробка диодов (100 штук) стоит 130 рублей. Обратите внимание на дату выпуска — 1992 год(!) Лишь на 2 года моложе меня)


Теперь нужно сложить диоды в стеклянную банку, залить ацетоном и убрать куда подальше. Пока они размокают — займёмся платой. Сначала я расчитывал сделать батарею на 5 вольт, но когда плата уже была готова — решил впаять диоды по-другому (на листе блокнота набросал, кстати, масштаб 1:1, размер клетки 5Х5 мм).





Теперь достаём пинцетом диоды по одному и очищаем их от краски. Я просто ногтём сковыривал. Ничего сложного. Затем подключаем к одному из низ вольтметр, подставляем подопытного под лучи солнца или лампочки и находим плюсовой вывод, загибаем его, как на фото ниже.

Это необходимо из-за особенностей расположения кристалла — при таком размещении на плате кристалл будет освещён лучше всего, а значит получим больший ток и напряжение.
Выводы таким образом нужно загнуть у всех диодов.
Теперь нужно все диоды впаять в плату. У меня на это ушло около часа. Ну вот, плата готова, и можно испытывать — подключаем вольтметр и на солнце её!


Для испытания под нагрузкой подключил ионистор на 0,47 Ф. Самодельная Батарея Мозгочина заряжает его до 2,5 В примерно за 2 часа. Из расчётов получается ток примерно 0,3 мА (300 мкА). Плата получилась размером 65Х100 мм. Неплохо для самоделки.

А теперь сравним нашу конструкцию с заводской. Для этой цели я купил светодиодный фонарик за 50 р.

Внутри, кроме солнечной батареи, находятся: хороший белый светодиод, аккумулятор (АА, Ni-Cd, 150 мА/ч, на фото он желтого цвета), и плату управления всем этим хозяйством ( ну как плата… одна четырёхногая микросхемка и резистор).






Солнечная батарея совсем маленькая — 3Х3 см. Честно говоря, я надеялся на большее. Но и на том китайцам спасибо)

А теперь сравним фабричную батарейку с нашим самопалом:

Батарея Мозгочина:

  • площадь — 6500 мм.кв.;
    напряжение — 2,5 В;
    сила тока — 0,3 мА;
    мощность — 0,75 мВт;
    стоимость — около 150 руб;

Заводская батарея:

  • площадь — 900 мм.кв.;
    напряжение — 1,2 В;
    сила тока — 5 мА;
    мощность — 6 мВт;
    стоимость — 50 Руб.

Итак, что мы имеем? При в семь раз большей площади и втрое большей стоимости Батарея Мозгочина выдаёт в восемь раз меньшую мощность. Что же получается, китайцы нас сделали? Не совсем. Во-первых нужно помнить, что это всё-таки самоделка. Во-вторых — она сделана из деталей, вообще-то для этого не предназначенных. Ну и кроме того, сравните механическую прочность китайского стекла и отечественного текстолита. Нашу батарею можно спокойно уронить с шестого этажа на асфальт — максимум что с ней случится — разобьются корпуса у пары диодов. Ничего критичного.

Читать еще:  Техобслуживание газ 33088 турбо двигатель ямз

Выводы делать вам, но я свою батарею на запчасти не пущу, а буду использовать по назначению. Во-первых — её мощность не так уж и мала. А во-вторых просто приятно, что творение твоих рук работает практически на равных с заводской конструкцией.

Самодельная солнечная батарея


В настоящее время в продаже появилось огромное количество солнечных батарей и модулей. К наиболее распространенным можно отнести модули, выполненные на основе поликристаллического и монокристаллического кремния, представляющие собой пластины кремния, смонтированные на плате из фольгированного стеклотекстолита, на оборотной стороне которых сформированы контактные площадки с маркировкой полярности. Для защиты от атмосферных осадков и воздействий они покрыты специальным защитным слоем из прозрачного пластика, который, в свою очередь, обладает очень высокой степенью оптической прозрачности. Панели из монокристаллического кремния имеют неплохой коэффициент полезного действия (КПД) 11-13%, срок их службы составляет до 25 лет. Однако, они значительно снижают мощность при затемнении и облачности, батарея, выполненная из поликристаллического кремния, имеет меньший КПД, около 7-9%, и долговечность примерно 10 лет, однако, в отличие от батарей из монокристаллического кремния, незначительно снижают мощность при затемнении и облачности.

Конечно перечисленные выше солнечные модули имеют хорошие показатели и характеристики своей работы, однако, на мой взгляд, они слишком дороги и не каждому радиолюбителю доступны. Поэтому, чтобы сэкономить средства, а также понять принцип ее работы, и заодно разобраться во всех тонкостях, я решил поделиться своим опытом. Данная батарея должна служить автономным источником для питания маломощных радиолюбительских конструкций.

Для изготовления самодельной солнечной батареи воспользуемся внутренним фотоэффектом p-n перехода полупроводникового прибора (диода, транзистора). Его работа основывается на зависимости прямого тока от степени освещенности p-n перехода. Оказывается, что чем лучше освещенность кристалла полупроводника, тем интенсивнее электроны и дырки проникают через p-n переход. А такая зависимость дает возможность преобразовывать световое излучение в электрический ток. При этом сам полупроводник становится источником электрического тока. Сила тока и электрическая движущая сила (ЭДС) у такого полупроводника зависит от нескольких факторов, а именно: материала, из которого выполнен полупроводник (кремний, германий и др.); площади поверхности p-n перехода; ну и конечно, степени освещенности. Однако, сила тока у одного фототодиода ничтожно мала, и он не способен обеспечить питание малогабаритной аппаратуры, поэтому нужно собирать модули из десятков таких полупроводниковых приборов, тогда будет желаемый эффект. Большим достоинством такого источника является то, что элементы, входящие в состав батареи, не боятся короткого замыкания. Каждый из них предназначен для выдачи определенной величины силы тока при некотором электрическом напряжении.

В качестве фотоэлемента можно использовать диоды, транзисторы, и другие полупроводники, у которых удастся открыть p-n переход, и он будет достаточной площади. Остановимся на диодах. В своей конструкции я применил кремниевые диоды КД202, внешний вид, чертеж и габаритные размеры:

Данный тип диода имеет плоскостное конструктивное исполнение. В таком типе диода на пластину из полупроводника напаяна небольшая капелька вещества, которая может быть или донором или акцептором. В месте спаивания этой капельки собственно и образуется p-n переход. Я надеюсь, что такие же диоды еще остались в наличии и отыщутся в старых запасах радиолюбителей, которые читают данную статью. При отсутствии указанного типа диода, возможно использование Д226, Д237.

Для того, чтобы превратить диод в источник фототока, необходимо аккуратно добраться до кристалла полупроводника, чтобы на p-n переход мог интенсивно попадать солнечный свет. Для этой цели проделаем следующее…

Взяв диод в руки, для выполнения правил техники безопасности перед будущими действиями с ним, его необходимо закрепить в слесарных тисках за фланец. После этого плоскогубцами или ножницами по металлу, а в крайнем случае зубилом, необходимо отрезать вывод диода. Помятый при выполнении данной процедуры остаток вывода в виде трубочки желательно аккуратно расправить, что впоследствии даст возможность без проблем освободить медный провод, который припаян к p-n переходу, и является собственно положительным контактом.

На следующем этапе следует снять с диода фланец. Для этого, как показано, необходимо приложить к сварному шву на диоде, который обозначен на рисунке, острый предмет (нож, отвертка и др.), и при этом потихоньку несильно ударяя по тыльной стороне такого предмета и поэтапно проворачивая диод в тисках, необходимо удалить защитный фланец. При выполнении данной процедуры нужно быть предельно внимательным и следить за тем, чтобы кончик острого предмета не проходил очень глубоко вовнутрь по сварному шву между диодом и пока еще не снятым фланцем. Это условие выполнять следует обязательно, во избежание повреждения кристалла. Теперь, когда сварочное соединение раскрыто, можно удалить фланец. Если все действия проделаны правильно, то результат выполненной работы должен выглядеть так:

Данные действия описаны для одного диода, для всех же остальных, которые будут составлять элементную базу батареи, действия аналогичные. Хотелось бы отметить, что приловчившись снимать фланец и тем самым открывать кристалл полупроводника по данной методике, на один диод будет уходить в среднем около минуты, поэтому все очень просто, нужно просто немножко потренироваться и подобрать для себя удобную оснастку.

Принципиальная схема солнечной батареи:

Как видно из рисунка, батарея состоит из пяти модулей М1-М5 по 11 диодов в каждом. Для максимального увеличения выходного тока, который отдается во внешнюю цепь, используемые диоды одинаковой серии необходимо соединять смешанно, то есть батарея собирается на основе групп, которые соединены в свою очередь последовательно, и составляются из одинаковых соединенных параллельно элементов. При такой схеме включения генерируемые диодами напряжения более равномерно распределяются по всей площади солнечной батареи. Благодаря этому, незначительное частичное затемнение части диодов не принесет большого снижения напряжения и силы тока в самодельной солнечной батарее. Конечно, количество модулей может быть другим, здесь работает принцип «чем больше — тем лучше», только очень важно, чтобы они были соединены именно таким образом, как указано на схеме. Описываемая самодельная солнечная батарея на основе 55 полупроводниковых диодов КД202, состоящая из пяти модулей по 11 параллельно соединенных диодов в каждом, на солнце генерирует напряжение до 5 В при силе токе примерно в 2,5 мА. Для питания малогабаритного радиоприемника, эпектронных часов и другой маломощной аппаратуры вполне достаточно будет. Также следует помнить, что напряжение на холостом ходу (без нагрузки), возникающее в полупроводнике, может немного изменяться при переходе от одного элемента к другому, даже если они одной серии, и может достигать значения до 0,5 В. Эта величина практически не зависит от размеров p-n перехода. А вот сила тока в полупроводниках, которые и составляют солнечную батарею, зависит от интенсивности освещения кристалла, а также размера активной рабочей площади в применяемом полупроводнике.

Читать еще:  Как сложить кирпичный мангал своими руками

Теперь хотелось бы рассказать о монтаже элементов, составляющих солнечную батарею. Заранее подготовленные диоды необходимо установить на плате из стеклотекстолита.

Пример установки, на котором показано расположение в качестве примера четырех диодов:

Я уверен, вам не составит трудностей расположить такое количество диодов, которые они захотят применить в своих конструкциях солнечной батарей. Я же при помощи данного рисунка показал основной принцип правильного монтажа. Между собой положительные выводы, отходящие от кристаллов диодов необходимо соединить проводом из меди. При монтаже этих проводов от пайки лучше отказаться, так как высокой температурой можно повредить p-n переход. Описываемые диоды данной серии изначально включают в себя токосъемные болтовые контакты (в нашем случае они служат выводами отрицательной полярности) с резьбой М5. Поэтому для их соединения между собой, после установки в посадочные отверстия следует накрутить на них гайки М5. Между гайкой и платой провести оголенный медный провод или даже обкрутить хотя бы раз, а затем затянуть гайкой.

После монтажа всех элементов монтажную плату можно установить в корпус с защитной прозрачной крышкой, например, из оргстекла. Также в корпусе необходимо проделать небольшое отверстие для вывода шнура питания наружу, а выключатель никакой не потребуется.

Транзисторы также могут служить фотоэлектрическими преобразователями. Для этой цели достаточно удалить их непрозрачную оболочку. Неисправные транзисторы также можно благополучно использовать в качестве источников напряжения, но при одном условии, что у них не было короткого замыкания между коллектором и базой или эмиттером и базой. Чем более мощный транзистор, гем лучший из него получится фотоэлемент. Если же читатели захотят изготовить солнечную батарею на основе транзисторов, то можно порекомендовать следующие типы: П201, П202, П203, П416, П422, КТ620А, КТ3108А, зарубежный TG50 (отдает ток до 0,5 мА при напряжении около 1.5 В). При использовании зарубежного транзистора TG70 можно получить в ток пределах 3 мА при напряжении 1,5 В, те же самые показатели относятся и к отечественным транзисторам П201…203.

После выбора транзистора в металлическом корпусе, например, П416, у него необходимо аккуратно спилить верхнюю часть шляпки по линии 1-2, или же удалить весь корпус, выполняя те же действия, что и с диодом при снятии у него фланца. Также желательно проверить сначала все транзисторы, которые будут использованы в качестве элементов солнечной батареи. Воспользуемся для этой цели мультимегром, установив в нем режим миллиамперметра в диапазоне до 20 мА. Затем поднесем щупы к выводам выбранного транзистора, а именно между коллектором или эмиттером и базой. При этом плюсовой щуп, исходящий от мультиметра подключаем к коллектору или эмиттеру, а отрицательный щуп подводим к базе транзистора. При хорошем освещении прибор покажет ток примерно 0,15-0,3 мА. После этого необходимо перевести наш измерительный прибор в режим измерения напряжения, и выбрать диапазон до 2 В. И так же измерить, но уже напряжение между коллектором (или эмиттером) и базой. В данном случае мультиметр должен показать значение около 0.3 В.

Примерная часть схемы солнечной батареи с применением транзисторов следующая:

Вместо эмиттера можно также использовать и коллектор, кому как больше нравится. Естественно, что транзисторов может быть сколько угодно, а значит и модулей тоже.

Следует помнить о необходимости соблюдения температурного режима солнечной батареи, го есть оберегать ее от перегрева на солнце. При нагреве кристалла полупроводника на каждый последующий градус Цельсия, начиная от 25, он начинает терять в своём напряжении около 0,002 В, то есть примерно 0,4 % на градус. В погожий солнечный день кристалл и собственно р-п переход может нагреваться до температуры 40-80 °С, при этом температурном воздействии происходит потеря в среднем 0,06…0,09В на каждом элементе, входящем в состав солнечной батареи. Это одна из важнейших причин снижения КПД полупроводников самодельной солнечной батарем.

Самое эффективное время для работы солнечного модуля в период весны и лета — примерно с 9 до 18 часов, осенью и зимой, конечно, этот период сокращается. В другое светлое время суток ток солнечной батареи уменьшается. Падает ток, генерируемый солнечной батареей, и в пасмурную погоду или в тени. Некоторая ориентировка солнечной батареи относительно положения Солнца помогает увеличить генерируемый ток. Напряжение у такой самодельной солнечной батареи будет равняться сумме напряжений на всех составляющих ее полупроводниках. Ток, отдаваемый этой батареей, будет ограничен током наихудшего полупроводника.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector