Самодельная солнечная батарея из диодов. Солнечная батарея из светодиодов. Есть ли польза

Самостоятельное изготовление любого технического устройства из подручных средств всегда сопряжено с несколькими факторами. С одной стороны, ощутимая экономия финансов, с другой, солидные затраты времени и труда. Кроме того, вполне возможно, что собранное изделие будет работать несколько не так, как ожидалось, и выдавать совсем другие параметры. Солнечные батареи из диодов – не исключение.

Собрать такую батарею вполне возможно, но для этого потребуются, во-первых, диоды в достаточно большом количестве, во-вторых, плата для подложки, в-третьих, паяльное оборудование и навыки работы с ним. И, естественно, запас времени, поскольку размещение и пайка нужного количества диодов – процесс довольно долгий.

Как получается фототок

Внутри диода содержится полупроводниковый кристалл. Соответственно, под действием солнечных лучей в области p-n-зоны электроны приходят в движение и формируют направленный поток. Он же – фототок. Поэтому обычный диод вполне можно использовать в качестве элемента солнечной батареи.

Другое дело, что напряжение, вырабатываемое таким диодом, очень мало (для диодов типа КД оно составляет около 0,5 В), сила тока при этом – не более 7 мА. Для сравнения, ток потребления белого светодиода достигает 20 мА.

Из старых диодов

Первый этап изготовления диодной батареи своими руками – открытие внутреннего кристалла, чтобы на него попадали лучи солнца. Для этого верхняя часть диода аккуратно срезается и снимается, а нижняя, с кристаллом, подогревается над включенной газовой плитой примерно 20 сек.

Это нужно для того, чтобы расплавился припой, удерживающий кристалл, и кристалл легко извлекся при помощи пинцета. Полученные кристаллы припаиваются к монтажной плате (можно использовать любую подходящую подложку).

Количество кристаллов и схема их расположения зависят от требуемых в итоге параметров. К примеру, для получения на выходе 2-4 В можно собрать 5 блоков из 4-5 последовательно спаянных кристаллов. Между собой блоки коммутируются параллельно. Такой способ позволяет получить нужное напряжение при силе тока, достаточной для питания небольшого светодиодного устройства. Если же использовать только параллельное соединение, то при возросшем напряжении итоговая сила тока будет слишком маленькой.

Из светодиодов

Современные светодиоды тоже подойдут для изготовления мини-солнечной батареи. Принцип работы их фактически аналогичен обычным диодам, отличие только в наличии особого пластикового корпуса. Этот корпус выступает в роли своеобразной линзы и фокусирует лучи солнца на проводящем кристалле.

Вырабатываемое напряжение за счет этого будет выше, чем у обычных диодов. Так, для красно-прозрачного светодиода оно составляет примерно 1,3 В, для инфракрасного – 0,9 В, для зеленого – 1,5 В. Что же касается вырабатываемого батареей тока, то его величина будет незначительной. Как правило, из батареи на 100 диодов удается получить порядка 0,5 мА.

Размещать светодиоды можно как и на текстолитовой (или схожей) подложке, так и на простом плотном картоне. Принципы построения схемы и расчета требуемых параметров такие же, как и при работе с обычными диодами.

Есть ли польза?

Когда речь идет о светодиодах, не стоит забывать о таком явлении, как потребление тока самими диодами и их самопроизвольное свечение. Иными словами, в то время, когда часть светодиодов генерирует электричество, остальные будут его потреблять. В итоге, напряжение схемы увеличивается далеко не пропорционально числу задействованных элементов, и в определенный момент «обратные потери» становятся слишком значительными.

Кроме того, нормально работать самодельная батарея из диодов может только в ясную солнечную погоду. В условиях облачности ее выработка стремится к нулю.

Добавить сайт в закладки

Как сделать солнечную батарею из транзисторов или диодов?

Количество областей применения устройств, называемых солнечными батареями, увеличивается с каждым днем. Они находят все более широкое применение в военно-космических отраслях, промышленности, сельском хозяйстве, в быту. Несмотря на то что приобрести такую батарею по разумной цене становится все проще, интересно изготовить ее своими руками.

В этой статье даются практические советы по изготовлению своими руками солнечной батареи, которая может использоваться как источник тока для маломощных радиолюбительских конструкций.

Самодельная солнечная батарея из диодов или транзисторов - устройство, интересное не только с точки зрения практического применения, но и для понимания принципа ее работы. Причем для ее изготовления лучше использовать полупроводниковые приборы, выпущенные 30-40 лет назад.

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:

• 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.

Самодельная солнечная батарея из полупроводниковых диодов или транзисторов

Необходимые для создания солнечной батареи р-n переходы есть и у полупроводниковых диодов, и у транзисторов. У диода 1 р-n переход, а транзистор имеет 2 таких перехода - между базой и коллектором, между базой и эмиттером. Возможность использования полупроводникового прибора в этом качестве определяется 2-мя условиями:

• должна существовать возможность открыть р-n переход;
• площадь р-n перехода должна быть достаточно большой.

Самодельная транзисторная солнечная батарея

Второе условие обычно выполняется для мощных плоскостных транзисторов. Кремниевый n-р-n транзистор КТ801 (а) интересен тем, что у него легко открыть переход. Достаточно надавить плоскогубцами крышку и аккуратно снять ее. У мощных германиевых транзисторов П210-П217 (б) нужно аккуратно разрезать крышку по линии АА и снять ее.

Подготовленные транзисторы, прежде чем использовать их в качестве элементов солнечной батареи, следует проверить. Для этого можно использовать обычный мультиметр. Переключив прибор в режим измерения тока (предел несколько миллиампер), включить его между базой и коллектором или эмиттером транзистора, переход которого хорошо освещен. Прибор должен показать небольшой ток - обычно доли миллиампера, реже чуть больше 1 мА. Переключив мультиметр в режим измерения напряжения (предел 1-3 В), мы должны получить значение выходного напряжения порядка нескольких десятых долей вольта. Желательно рассортировать их по группам с близкими значениями выходных напряжений.

Для увеличения выходного тока и рабочего напряжения применяется смешанное соединение элементов. Внутри групп элементы с близкими значениями выходных напряжений соединяются параллельно. Общий выходной ток группы равен сумме токов отдельных элементов. Группы между собой включаются последовательно. Их выходные напряжения складываются. Для транзисторов со структурой n-р-n полярность выходного напряжения будет противоположной.

Для сборки источника тока лучше разработать монтажную плату из фольгированного стеклотекстолита. После распайки элементов, плату лучше поместить в корпус подходящих размеров и закрыть сверху пластиной из оргстекла. Источник тока из нескольких десятков транзисторов генерирует напряжение в несколько вольт при выходном токе в несколько миллиампер. Ее можно использовать для подзарядки маломощных аккумуляторов, для питания маломощного радиоприемника и других маломощных электронных устройств.

Самодельная диодная солнечная батарея

Может быть изготовлена своими руками и солнечная батарея на диодах. В качестве примера опишем изготовление батарей на плоскостных кремниевых диодах КД202. . Вместо них можно использовать другие полупроводниковые выпрямители: Д242, Д237, Д226 и т.д.

Чтобы открыть р-n переход диода КД202, нужно проделать следующие операции:

1. Зажав диод в тисках за фланец, отрезать, а затем аккуратно расправить вывод анода, чтобы потом можно было легко освободить припаянный к р-n переходу медный провод.
2. Приложив к сварному соединению нож или другой острый предмет, легкими ударами, поворачивая в тисках диод, отделить защитный фланец.

Примерно так же можно отделить защитный фланец и других диодов.

В солнечной батарее подготовленные диоды, как и транзисторы в приведенной выше схеме, соединяются смешанно. В каждой группе элементы также соединяются параллельно: с одной стороны между собой соединяются аноды диодов, а с другой - катоды. Отбирать элементы по группам можно так же, как и транзисторы. Чем больше в таком источнике тока отдельных элементов, тем больше его мощность.

Источник тока из 5 групп по 10 диодов генерирует напряжение порядка 2,5 В при силе тока 20-25 мА. Для изготовления самодельного источника тока допустимо использование выпрямительных диодов малой мощности типа Д223. Они удобны тем, что у них легко открыть для света р-n переход. Для этого достаточно подержать их некоторое время в ацетоне, после чего защитная краска легко очищается со стеклянного корпуса.

Не забывайте, что при работе с полупроводниковыми приборами, не следует забывать, что они легко выходят из строя при перегреве. Для пайки следует применять легкоплавкий припой и маломощный паяльник, стараясь не прогревать слишком долго место спайки.

Нетрудно заметить, что изготовление и сборка самодельной полупроводниковой солнечной батареи - задача не очень сложная для человека, знакомого с азами конструирования электронных устройств. Попробуйте - у вас все получится!

Но то было уже готовое решение.

Сейчас же я расскажу про свой опыт создания светодиодной солнечной батареи своими руками .

Прошу обратить внимание, что статья обозначена символами ƒ↓ (опыт не удался). Перед началом работы люблю смотреть похожие поделки и оценивать у кого что получилось. Вот тема одного форума , где этот вопрос всплыл раньше, но воплотить в жизнь и сделать развёрнутый обзор эффективности светодиодов никто не взялся.

Лично мне, идея пришла совершенно случайно, также случайно как я попал на чужую пару вольным слушателем. Там рассказывали про светодиоды и возможность их использования как фотодиодов . То есть, другими словами, светодиоды тоже преобразуют свет в электричество !

Для начала нужно определить какие светодиоды лучше использовать. Но сейчас не сезон и тестить под прямыми солнечными лучами не получиться, да и не постоянное это солнце. Что же делать? Забить Забыть до лета? Это не подход мозгочинов и всех самодельщиков))

В дело вступает галогеновая лампа, купленная в статье про .

Галогенка выбрана не случайно, а за счет близости к солнечному спектру излучения и большой мощности.

Решил собрать и кое где открутить все светодиоды , которые были в нашей мозгочинской лаборатории.

Для максимальной точности сравнения все светодиоды подносились перпендикулярно и вплотную к центру лампы . Но прежде чем заглянуть в таблицу выберите, основываясь на личных знаниях и опыте, — какой светодиод выдаёт большее напряжение? Белый, красный, может инфракрасный?

5 мм	Вольт
Зеленый непрозрачный светодиод	1,51
Зеленый прозрачный светодиод	1,48
Ультрафиолетовый светодиод	0,11
Инфракрасный светодиод	0,93
Красный прозрачный светодиод	1,37
Оранжевый непрозрачный светодиод	1,52
Красный полупрозрачный светодиод	0,52
Белый светодиод	0,32
3 мм
зеленый непрозрачный светодиод	1,52
зеленый непрозрачный с отражателем!!!	1,57
10 мм
Красный непрозрачный светодиод	1,16

Кто загадывал зелёный , тому — зачот!

Поэтому выберем все зелёные индикаторные диоды.

Далее я спаял 9 светодиодов последовательно и еще 9 параллельно , чтобы сравнить эффективность при 2-х видах подключения. Остановился на 3 мм, т.к. они выдают такой же вольтаж, как и светики по 5 мм (ох и бесит меня это слово) .

Результаты вышли следующими:

При последовательном подключении всего 1,25 V

параллельно 1,56 V. Я ожидал совсем иного. Силу тока измерять не удалось (из за моего мультиметра). Но я и так знаю, что она там ничтожно мала. Интересно, что при последовательном соединении напряжение только уменьшилось. Может это связанно с тем, что светодиоды частично потребляют энергию, которую сами же конвертируют из света!?

В общем слова профессора (с 1 Ф:))) подтвердились и ничего не вышло. Но чтобы убедиться в этом наверняка, я подключил светодиоды к электронному термометру, который питается от 1 полуторовольтовой таблетки. И…. барабанная дробь …

Ничего.(

Epic Fail!

Вывод: площадь p — n перехода у светодиодов очень мала (по сравнению с солнечной батареей). Например полоска составляет несколько сантиметров.

Многие бы хотели перейти на альтернативные источники энергии, ведь это гарантирует не только чистоту окружающей среды, но и экономию денежных средств, но не у каждого из нас есть возможности, чтобы следить и уж тем более использовать последние достижения человечества в этой сфере. Но как говорится, голь на выдумки хитра. Под этим девизом и появилась солнечная батарея из диодов, которую может собрать каждый, кто любит эксперименты и устройства, собранные своими руками.

Но у каждой вещи, изготовленной в домашних условиях из подручных материалов, есть две стороны. Первая – это явная экономия и чувство морального удовлетворения, которое получаешь, когда держишь в руках предмет, который своим появлением обязан только тебе, а вторая – это отсутствие гарантии работоспособности и практичности самодельного устройства. Не обошла стороной эта участь и диодную солнечную батарею. Ну а какая сторона окажется сильнее, Вы узнаете дальше.

В чем заключается принцип работы

В основе всего лежит тот факт, что под действием солнечных лучей диод вырабатывает напряжение. Именно это знание и послужило толчком к тому, что на свет родилась идея изготовления солнечных модулей из диодов. Но проблема в том, что величина вырабатываемого напряжение крайне мала, поэтому для получения более или менее мощной батареи понадобится неограниченное количество диодов.

Если вы хоть раз видели диод, то вы знаете, что он представляет собой, для других же поясним, что диод – это кристалл, заключенный в пластиковый корпус, который выступает в роли линзы, концентрирующей солнечный свет на небольшом проводнике. Исходя из этого, можно предложить, что в теории солнечная батарея может быть изготовлена из диодов. Но как дела обстоят на практике?

Собираем солнечный модуль. 1 часть:

Процесс сборки

Первый шаг – избавиться от корпуса. Для этой цели подойдут любые подручные средства, можно воспользоваться молотком, но очень аккуратно, удары должны быть несильными и осторожными, чтобы не повредить сам кристалл. Но этот шаг можно и пропустить, оставив диоды в их первоначальном состоянии. В таблице 1 приведены значения напряжения для светодиодов разных цветов.

Таблица 1

В качестве платы можно использовать обычную картонку, в которой делаются небольшие отверстия. При параллельном соединении диодов суммируется их сила тока, а при последовательном – напряжение. Наибольший эффект дает сочетание обоих этих видов. Как вы понимаете, сам процесс сборки достаточно простой, но времени на него уходит много. Тем более что, чем большее количество диодов Вы используете, тем большее напряжение будет выдавать Ваша солнечная батарея.

Опыт разрешит все споры

Солнечная батарея из светодиодов готова, теперь остается проверить ее показатели. 100 диодов выдали нам ток всего в 0,3 мА, и стоило ради этого столько возиться?! Если сравнить самодельную СБ с заводской, мы получим крайне неутешительные результаты. Площадь в 7 раз больше, стоимость в 3 раза, а мощность на выходе в 8 раз меньше. Вывод можно сделать не в нашу пользу.

В теории напряжение должно возрастать пропорционально количеству используемых светодиодов, но на практике все совсем не так. Тем более чем больше количество, тем большая площадь потребуется для их размещения, а значит, возрастут потери при их соединении. Еще одна проблема – самопроизвольное свечение. Некоторая часть светодиодов будет генерировать электроэнергию, а другая наглым образом ее потреблять. И устранить этот недостаток невозможно. Ну и 3-я проблема – выработка энергии диодами возможна лишь под прямыми солнечными лучами, небольшое облачко на небе – и напряжение на выходе равно нулю.

Вывод напрашивается сам собой: идея изготовления солнечной батареи из доступных диодов с самого начала обречена на провал. Выгоднее переплатить и приобрести заводской модуль, чем изготовить его своими руками. Есть, конечно, неплохие варианты, но о них мы уже рассказывали в одной из наших предыдущих статей.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Собираем солнечный модуль. 2 часть:

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 . 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 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 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.

Совет специалистов: подбирайте транзисторы одного наименования, так как у них одинаковые технические характеристики и ваша солнечная батарея будет стабильнее в работе.

Транзисторы должны быть в рабочем состоянии, в противном случае толку от них не будет. На фото представлен образец такого полупроводникового прибора, но можно взять транзистор и другой формы, главное, он должен быть кремниевым.

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.

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: