Самодельная солнечная панель

Введение

Современная жизнь не мыслима без электричества. Его научились получать еще в 19 веке. Первые попытки получить электрический ток были связаны с химическими реакциями между некоторыми веществами. Такие источники питания называют гальваническими элементами. Данные элементы используются и до сих пор. Но мы отлично знаем, что они не долговечны, то есть имеют ограниченный срок службы. Следующий этап создания источников электрического тока — изобретение генераторов. Срок службы этих устройств большой, но и есть недостатки: постоянно нужно прикладывать внешнюю силу для вращения ротора; за счет трения между деталями генератора его срок службы сокращается.

Последний источник питания требует некоторых энергетических и финансовых затрат, поэтому мы постоянно платим за использование электрической энергии. В связи сложившейся ситуации возникла проблема в получении бесплатной энергии. Таким источником может служить Солнце.

Вероятно, некоторым знакомо выражение "солнечная революция", которое на слуху последние 20 лет – идея о том, что придет день, когда все мы будем использовать бесплатную энергию Солнца. Это заманчивое обещание: в яркий, солнечный день Солнце отдает примерно 1000 ватт энергии на квадратный метр земной поверхности, и если бы мы смогли собрать всю эту энергию, то мы бы запросто смогли обеспечить бесплатной энергией наши дома и офисы.

Устройство, которое способно преобразовывать солнечную энергию в электрическую называют солнечной батареей. Вы наверняка видели калькуляторы, которые работают на фотоэлементах, им не нужны электрические элементы питания и у которых в некоторых случаях нет даже кнопки выключения. До тех пор, пока у вас есть достаточное количество освещения, они могут работать бесконечно. Возможно, вы видели солнечные батареи покрупнее – на дорожных знаках, извещающих о чрезвычайной ситуации, телефонных автоматах, буйках, даже на стоянках, в качестве источника света. Хотя эти панели не так распространены, как калькуляторы на солнечной энергии, их нетрудно заметить, если вы знаете, куда смотреть. Массивы фотоэлементов есть на космических спутниках, где они используются для питания электрических систем.

Купить солнечную батарею сейчас не составляет труда, но цены довольно серьезные. Например, цена солнечной батареи NP32GK (Мощность – 32 Вт, напряжение–17В, сила тока – 1.88А) составляет 16.000 рублей.

Поэтому основная цель нашей работы — создание солнечной батареи в бытовых условиях.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) изготовить солнечную батарею в домашних условиях с минимальными затратами;

2) собрать схему так, чтобы получить максимальную мощность источника питания.

1. Преобразование солнечной энергии в электрическую

Фотоэлементы, которые вы видите в калькуляторах и на спутниках, являются фотоэлектрическими элементами или модулями (модули – просто группа элементов, электрически соединенных и размещенных в одном каркасе). Фотоэлектричество, как слово, подразумевает преобразование солнечного света прямо в электричество. Начиная с почти исключительного использования в космосе, фотоэлектрические элементы все больше и больше используются в менее экзотических сферах человеческой жизни. Они могли бы даже снабдить энергией ваш дом. Как же работают эти устройства?

Фотоэлектрические (ФЭ) элементы изготовлены из специальных материалов под названием полупроводники (semiconductors), таких как кремний, который в настоящий момент чаще всего обычно и используется. По существу, когда свет попадает на фотоэлемент, определенная его часть поглощается материалом полупроводника. Это означает, что энергия поглощенного света передается полупроводнику. Эта энергия освобождает электроны, позволяя им течь свободно. У всех фотоэлементов также есть одно или несколько электрических полей, которые заставляют электроны, освобожденные световым поглощением (абсорбцией), течь в определенном направлении. Это течение электронов и представляет собой ток, и при помощи установленных сверху и снизу металлических контактов фотоэлементов мы можем извлечь этот ток для внешнего использования.

Всегда можно найти старые диоды и транзисторы от ставших ненужными радиоприемников и телевизоров. В умелых руках это – богатство, которому можно найти дельное применение. Чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла.

2. Получение кристаллов полупроводников

Для получения кристаллов полупроводников понадобятся: тиски, плоскогубцы, острый нож, небольшой молоток, кусачки. Источником кристаллов могут служить диоды марки КД–202, КД–203 или другие в похожих корпусах (рис. 1).

• Рис. 1. Диод КД–202

Для получения кристалла необходимо выполнить следующие операции:

1) удалить кусачками вывод (рис. 2)
2) зажать диод в тисках за фланец
3) приложить к сварному шву острый нож и, несильно ударив по тыльной стороне ножа, удалить крышку, необходимо следите за тем, чтобы лезвие ножа не проходило глубоко вовнутрь, иначе можно повредить кристалл (рис. 3,4, 5). Фотоэлемент готов.

• Рис. 2. Удаление вывода

• Рис. 3. Зажатие диода в тисках

• Рис. 4. Удаление крышки диода

• Рис. 5. Фотоэлемент готов

3. Сборка солнечной батареи

Для сборки батареи необходим корпус. Для его изготовления возьмем текстолитовую пластину. В ней просверлим отверстия (рис. 6).

• Рис. 6. Корпус для солнечной батареи

Далее производим сборку батареи:

1) поместим в отверстия диоды, размещая на два участка из последовательно соединенных шестнадцати диодов;
2) полученные участки соединяем параллельно;
3) батарея готова (рис. 7).

• Рис. 7. Солнечная батарея

4. Проверка работоспособности источника питания

Для проверки работоспособности полученной батареи используем мультиметр, миллиамперметр и светодиод, чтобы определить силу тока и напряжение. Сила тока составила 0,1А, а напряжение – 2В. Проверку работоспособности необходимо проводить при наличии солнечного света или при освещении лампой накаливания.

• Рис. 8. Проверка работоспособности солнечной батареи

Заключение

Данную работу можно считать рекомендацией для сборки солнечной батареи в бытовых условиях. Предложенное описание сборки позволяет создать источник питания небольшой мощности. Мы не понесли материальных затрат, так как при изготовлении использовали только бывшего применения диоды, соединительные провода и текстолит. Если взять больше фотоэлементов, то можно получить большую выходную мощность. И при этом, изменяя количество применяемых элементов и способ их соединения (параллельное, последовательное) можно изменять напряжение и силу тока батареи. Таким образом, можно считать, что поставленные цель и задачи достигнуты.