У людей, которые увлекаются радиоделом со временем накапливается достаточно много различных электронных деталей, среди которых могут быть и старые советские транзисторы в металлическом корпусе. Как радиодетали они уже давно не актуальны из-за своих больших габаритов, однако их можно использовать совершено по другому назначению: в качестве солнечной батареи. Правда мощность такой батареи выходит достаточно мала по соотношению к ее размерам, и годится лишь для запитки маломощных устройств. Но все же можно собрать ее в качестве эксперимента и ради интереса.

Для переделки транзистора в солнечную батарею в начале необходимо спилить с него крышку. Для этого транзистор аккуратно зажимается в тисах за ободок на корпусе и ножовкой спиливаем крышку. Нужно делать это аккуратно,чтобы не вывести из строя кристалл и тонкие провода внутри транзистора.

После этого можно увидеть, что прячется внутри:

Как видно на фото кристалл достаточно не велик, по сравнению с корпусом транзистора, а ведь именно он и будет преобразовывать солнечную энергию в электрическую.

Вот таблица измерений, приведенная автором на примере транзистора КТ819ГМ:

После замеров можно приступить к сборке солнечной батареи для запитки калькулятора. Для получения 1,5 вольта необходимо последовательно собрать пять транзисторов, при этом коллектор будет минусом, а база – плюсом.

Для крепления транзисторов использовался кусок тонкого пластика, с предварительно просверленными под ножки отверстиями. После установки транзисторов на места, производится подключение из между собой, по указанной выше схеме:

Как показал эксперимент, на улице, при солнечном свете калькулятор работал неплохо, однако в помещении ему определенно не хватало энергии, и на расстоянии больше 30 сантиметров от лампы накаливания он работать отказывался.

Для увеличения мощности батареи имеет смысл подключить параллельно еще пять таких же транзисторов.

Это отличная идея. Все видели калькуляторы, которые питаются от солнечной батарейки, более того - в садовых магазинах пользуется популярностью фонарь, спроектированный по такому же принципу. Днем заряжается, ночью - светит.

Энтузиасты давно знают, что светодиод, помещенный на солнце, выдает вполне замеряемое напряжение и даже какую-то силу тока. Другими словами, светодиод одновременно может работать и как фотодиод (или фотоэлемент). Прелесть в том, что светодиод имеет в виде корпуса своеобразную пластиковую линзу. Эта линза помогает концентрировать свет на крохотном кусочке полупроводника, который значительно меньше поверхности известных фотоэлементов. Теоретически, если соединить n светодиодов в одну цепочку, мы получим вполне себе работающую солнечную батарею.

Эксперимент

Эксперимент хорош тогда, когда его результаты можно применить прикладным образом. Например взять и запитать от такой батареи электролампочку, которая будет работать в каком-нибудь темном помещении садового дома. На улице - светло, а в подвале - тоже светло. Благодать! Но прежде чем мы начнем эксперимент, задайте себе вопрос, слышали ли вы о том, что такие батареи работают? Не в теории, а на практике. Мы тоже не слышали и не видели работающих образцов, однако это нас не остановит.

Для практического опыта были промеряны несколько образцов светодиодов и выбраны те из них, что дают максимальное напряжение в условиях яркого солнечного света. Один светодиод может выдавать 1.5 вольта, значит, если спаять определенное число полупроводников последовательно, мы получим требуемый потенциал, а если эксперимент провести в параллельном режиме, то, в теории, при количестве светодиодов близком к бесконечности, мы сможем получить силу тока запредельной мощности. Как в молнии. Ну или что-то вроде этого.

Было создано две линейки из десяти светодиодов каждая, в параллельном и последовательном режиме соответственно. Мы надеялись увидеть огромные цифры на вольтметре, но на практике ничего подобного не произошло. Не сработал ни параллельный ни последовательный режим. Классический неудачный эксперимент подтвердил следующее - мы не слышали о работающей солнечной батарее из светодиодов и не держали ее в руках, потому что это невозможно. Перейдем к разбору полетов.

Выводы

Один светодиод действительно выдает на солнечном свете 1.5 вольта. Проблема в том, что сила тока - очень маленькая. Кроме этого, светодиод генерирует энергию только на ярком солнце. В условиях обычного комнатного освещения ничего подобного не происходит. То есть, можно сделать вывод, что потери в цепочке из n светодиодов буду очень большими. Светодиод не специализированный прибор для генерации света - если подать на светодиод напряжение, он начинает светиться. Получается, что в то время, когда одни светодиоды производили электричество, другие его тут же «усваивали» на свечение.

Но сила тока настолько мала, что свечения не происходило, вместе с одновременным падением общего потенциала системы. Какой из светодиодов являлся донором, а какой - «акцептором», на данном этапе установить невозможно. Опыт будет более точным, если количество светодиодов увеличить хотя бы до тысячи. Но есть одно «но»! Это теряет всякий практический и экономический смысл.

Если перед вами стоит неразрешимая на данном этапе проблема - сделать солнечную батарею собственными руками, то самым простым методом будет покупка специализированных солнечных элементов. В отличии от светодиодов, они работают при любом свете, даже тогда когда на небе тучи. Естественно, в этом случае падает их КПД, но они работают.

Батарея, собранная из таких элементов и установленная на крыше дома может снабжать в условиях зимы (а не только лета) не самый маленький садовый дом электричеством. Хватает и на телевизор и на компьютер и на основную технику. Проблемы начинаются когда подключается утюг или чайник, но тогда на вторую половину крыши ставят вторую батарею и жизнь налаживается.

Элементы имеют модульную конструкцию и их можно наращивать практически бесконечно. Гле все это счастье можно купить? На сайте Ebay.com - вы не представляете, но оказывается солнечная энергетика в мире очень развита и продается множество недорогих комплектов (до $100) для создания домашних солнечных батарей приличной мощности.

В современном мире основными ресурсами энергии как право являются природные ресурсы. Для получении электрической энергии используются нефть, уголь, торф, газ, или радиоактивные вещества такие как плутоний и уран. Но все мы прекрасно понимаем, что наступит день и они закончатся, поэтому ученые в последнее время очень озабочены этим фактом. Единственный ресурс который не кончится - это вода, но гидроэлектростанции (ГЭС) не могут покрыть все расходы потребителей, ведь в нашем веке с развитием новейших технологий потребление электрической энергии резко возросло. А значит, наше будущее зависит от альтернативной энергетики. На данный момент уже применяются такие источники энергии, как ветростанции и солнечные модули. О ветростанциях мы поговорим в следующий раз, а речь сегодня пойдет о самодельной солнечной панели небольшой мощности, но которой хватит к примеру для зарядки мобильного телефона или питания светодиодной панели на пару ватт.

Данный модуль у меня работает уже пол года без всяких проблем, мощность небольшая, но для светодиодного освещения он в самый раз. Известно, что солнечные модули делают на полупроводниковых элементах, например кремний или германий, их КПД до недавнего времени был 11%, но уже сегодня ученым удалось поднять КПД таких модулей до 25%! И так начнем.

Прошу не судить за то, что для конструирования такой модули мне пришлось разобрать ровно 60 отечественных диодов типа КД2010 и ему подобных. Статья разумеется для новичков, которые интересуются альтернативными видами энергии, радио мастер в жизни не будет мучить себя изготовлением такой модули. Полупроводниковый кристалл диода при ярком солнце дает напряжение порядка 0.7 вольт, сила тока увы…. микроамперы. Для себя создал специальную технологию, которая позволяет очень аккуратно вынимать кристалл диода, металлический корпус диода нам не нужен. Итак ниже смотрим на сам процесс.

Берем сам диод, сверху у него есть стеклянная изоляция, его мы будем ломать нанеся слабенькие удары молотком пока стекло не треснет. Затем при помощи молотка нужно нанести удары по шву диода со всех сторон, в конце концов швы отойдут друг от друга и мы увидим кристалл, который припаян к металлическому корпусу диода. Теперь кристалл нужно отпаять от корпуса, для этого идем на кухню, включаем газовую плиту. Держим диод при помощи плоскогубцев на огне порядка 20 секунд, за это время плавится олово, и кристалл уже можно вынуть, удобно использовать пинцет. И так со всеми диодами, согласитесь процесс не сложный, но отнимает много времени. После того, когда все кристаллы готовы приступаем к сборке солнечной батареи.

Для сборки я использовал стандартную макетную плату, но вам не советую пользоваться ею, даже не представляйте как сложно паять на плате столько кристаллов! Изначально я хотел получить напряжение 6 вольт, но затем передумал и сделал модуль на 2 – 4 вольт. Почему так? спросите вы. Просто если использовать диоды для получения напряжения 6 вольт, нужно параллельно подключить порядка 10 диодов, но в таком случае получаем ничтожную силу тока, который даже не хватит для питания светодиода. А для получения 2 – 4 вольт достаточно собрать блоки которые состоят из 4 – 5 кристаллов подключенных последовательно, затем эти блоки нужно подключить параллельно для повышения силы тока. Таким образом подключая 5 блоков параллельно, ток достаточно большой для питания белого светодиода. И вторая причина по которой я выбрал именно это напряжение для батарейки – последнее время очень часто стали использоваться высококачественные DC-DC преобразователи, область их применения очень широка, например часто их используют для зарядки мобильного телефона всего от одной пальчиковой батарейки. Входное напряжение от 0.8 до 3 вольт, выходное – 5 – 5.5 вольт, выходной ток устройства до 400 мА, отличные параметры для зарядки мобильного телефона и питания небольшой светодиодной панельки которая у меня уже имелась. Итак общий принцип работы – солнечная модуль днем заряжает никель – кадмиевую батарейку емкостью 3300 мА, напряжение батарейки 1.2 вольт, затем ее можно использовать для зарядки мобильного телефона или питания светодиодов, но заранее нужно ставить токоограничивающий резистор на 10 Ом.

Потом друзья подарили целый чемодан диодов! Модуль был изготовлен в корпусе от старого советского стабилизатора напряжения, но по прежнему напряжение модуля 2.3 – 2.6 вольт. Теперь уже модуль заряжает щелочные аккумуляторы, мощность модуля 7 Ватт! Ниже представлен способ подключения кристаллов полупроводника. Прежде, чем паять кристаллы, нужно мультиметром проверить их полярность просветив кристалл на солнце. Для подключения был использован провод МГТФ.

Хочу также представить вашему вниманию схемы двух преобразователей, которые могут использоваться для зарядки мобильных устройств. Первая схема преобразователя выполнена на транзисторах. Она обеспечивает на выходе напряжение 6 В при токе 300 мА. Дроссель намотан на ферритовом кольце от старого блока питания, возможно использовать кольца от энергосберегающих ламп, содержит 35 витков проводом 0.5 мм. Транзистор КТ815 можно заменить на более мощный типа КТ819. КТ315 можно заменить на импортные аналоги типа С9014, 9018.

Вторая схема преобразователя выполнена на основе высококачественного низковольтного DC – DC преобразователя ZHDZ5 это аналог R1210N452D, транзистор 007G полный аналог MMBR5031LT1, у данного преобразователя очень высокий кпд, и он продолжает работоспособность даже тогда, когда напряжение батарейки ниже 0.9 – 0.8 вольт. Такая же схема используется в походных зарядных устройствах для мобильника, которые могут зарядить ваш мобильный телефон всего от одной пальчиковой батарейки. Дроссель состоит из 20 витков провода 0.3 мм.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
	Вариант №1.
VT1	Биполярный транзистор	КТ315Б	1	В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ815А	1	В блокнот
VD1	Стабилитрон	TDZ9V1J	1	В блокнот
VD2	Диод	КД212А	1	В блокнот
VD3	Диод	КД522А	1	В блокнот
С1		47 мкФ	1	В блокнот
С2	Конденсатор	2200 пФ	1	В блокнот
С3	Конденсатор	0.1 мкФ	1	В блокнот
С4	Электролитический конденсатор	100 мкФ	1	В блокнот
R1	Резистор	24 кОм	1	В блокнот
R2	Резистор	220 Ом	1	В блокнот
R3, R4	Резистор	470 Ом	2	В блокнот
L1	Катушка индуктивности	1-5 мкГн	1	В блокнот
	Вариант №2.
	DC-DC преобразователь	ZHDZ5	1	В блокнот
	Транзистор	007G	1	В блокнот
	Выпрямительный диод	1N4148	1	В блокнот
	Диод Шоттки

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:

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.
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!

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: