Трехуровневый индикатор напряжения
Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы — норма — больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красно го свечения и один — зеленого.
Рис. 6. Трехуровневый индикатор напряжения.
При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 (напряжение в норме) оба транзистора закрыты и (работает) только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения (больше нормы) на нем открывается транзистор VТ1.
Светодиод HL3 гаснет, а HL1 зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем (‘меньше нормы”) транзистор VТ1 закроется, а VТ2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет HL3 и в заключение вспыхнет HL2.
Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого еще не погас полностью например, HL1, а уже зажигается HL3.
Варианты модулей для самостоятельного изготовления
Эффективность работы солнечной батареи зависит от коэффициента фотопреобразования отдельного элемента. Создать солнечный элемент своими руками с эффективностью от 10 % и выше невозможно, рекомендуется купить новые или б/пластины. Самые долговечные солнечные батареи для дома своими руками собираются из моно- или поликристаллических ФЭП, аморфные снижают вырабатываемую мощность на 40% за 2 года после установки, а после 5 ‒ требуют полной замены.
При отсутствии опыта проще сделать солнечную батарею из элементов с уже припаянными проводниками, но они стоят дороже. В продаже представлены готовые наборы, в состав которых входят: кремниевые элементы, диод шоттки для солнечной батареи (до 3 шт), кислотный карандаш и проводники и шины для пайки. С учетом хрупкости этих элементов лучше заказать запасные: проблемы возникают как при транспортировке, так и при пайке. Допускается использование б/у, надколотых или слегка поврежденных пластин, их функциональность не ухудшается. Главное, чтобы 85% поверхности было чистым, а напыление — неповрежденным.
Сделать солнечную батарею достаточно сложно
В качестве ФЭП подходят и подручные материалы, можно сделать солнечную батарею из фольги, диодов или транзисторов. Но в первом случае целесообразнее преобразовать солнечную энергию в тепловую, а не электрическую. Простейший пример — рама с фольгой, шлангом и двумя трубками. А вот в качестве подложки фольга возражений не имеет. Солнечная батарея из диодов работает за счет возникновения напряжения под прямыми солнечными лучами. Теоретически пиковое напряжение светодиода составляет 2,5В (при хорошей светопропуской способности), но при изменении направления солнечных лучей эта характеристика быстро падает, диоды начинают потреблять энергию, а не вырабатывать . Можно смело заявить, что солнечная батарея своими руками из диодов неэффективна.
Другое дело собранная солнечная батарея из транзисторов. В данном случае принцип «чем больше элементов, тем выше мощность» соблюдается. Верхняя часть транзистора спиливается, высыпается порошок, контактами служат вывода (паять эти элементы не рекомендуется). Собранная солнечная батарея своими руками из транзисторов подходит для питания зарядки телефона (блок из четырех элементов обеспечивает 10-15 А). Но для серьезных целей подручные средства не подходят. Оптимальный вариант — покупка и самостоятельная пайка б/у кремниевых поликристаллов, цена солнечной батареи снизится в 3-4 раза в сравнении с заводскими панелями той же мощности.
Транзисторы, как основа световых элементов
Транзисторы подходят под нашу цель, так как внутри у них располагается довольно большой кремневый полупроводниковый элемент, который и будет использоваться для производства электричества. Лучше всего остановить свой выбор на транзисторах типа КТ или П.
Начинаем работу. В первую очередь срезаем металлическую крышку с необходимого количества радиодеталей. Это сделать проще, если зажать транзистор в тисках и произвести срез аккуратно ножовкой по металлу. Внутри вы увидите пластину. Это и есть главная часть нашего будущего устройства. Он будет служить нам фотоэлементом.
Деталь будет иметь три контакта: база, эмиттер и коллектор. Во время сборки выбирайте коллекторный переход в связи с наибольшей разностью потенциалов.
Своими руками сборку лучше делать на ровной поверхности из любого диэлектрического материала.
Те транзисторы, которые вы собираетесь использовать при создании солнечных батарей, перед работой следует проверить. Для этих целей берем простой мультиметр. Необходимо переключить прибор в режим измерения тока, включить его между базой и коллектором или эмиттером транзистора. Снимаем показатель – обычно прибор демонстрирует небольшой ток — доли миллиампера, реже чуть больше 1 мА. Далее переключаем прибор в режим измерения напряжения (предел 1-3 В), и получаем значение выходного напряжения (оно составит порядка нескольких десятых долей вольта). Транзисторы желательно группировать с близкими значениями выходных напряжений.
Этапы монтажа
Разумеется, это условные цифры: в реальности существует множество поправок в расчетах. Конечно, больше всего солнечных батарей производится в Китае.
Аморфные батареи пока еще экзотика с точки зрения стоимости. Подключение солнечных батарей к сети Предварительно между всеми элементами системы необходимо установить предохранители.
Вы можете корректировать наклон батарей четыре раза: в середине апреля, в конце августа, в первых числах августа и марта. Основные требования при задействовании контроллера — мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов.
Аккумулятор — химический источник тока, который накапливает сгенерированную электроэнергию. Для начала нужно проанализировать, сколько киловатт нужно получить из системы в день. Инструменты, которые понадобятся для сборки: напильник; ножовка по металлу с полотном 18; дрель, сверла на 5 и 6 мм; ключи рожковые; Этапы сборки Сборка состоит из нескольких этапов: Для начала нужно определиться с размерами рамы каркаса.
Новости и информация
Сегодня, установка солнечных батарей в индивидуальном порядке стала привычным делом. Если планируется использовать одну солнечную панель, то здесь всё понятно. Электроприборы в автономном режиме работают тем дольше, чем большую емкость имеет аккумулятор. Батарею можно разместить на крыше балкона или лоджии, в случае если это верхний этаж частного дома или квартира находится на последнем этаже.
Выбирая такой способ генерации энергии в сеть, будьте готовы к тому, что придется оформлять разрешение в местных энергосетях. Панели подсоединяются к прибору, контролирующему уровень запасенного электричества, называемому контроллером, соединенным с АКБ. Можно считать это предрассудком, поскольку надежность современных солнечных систем достаточно высокая. Видео: Как подключить солнечную батарею к аккумулятору На картинке ниже представлен комплект электростанции, состоящий из таких устройств: Поглощающих естественный свет элементов, которые преобразуют его в электрическую энергию, то есть солнечные батареи. Схема подключения Схема подключения СП.
Особенности и виды
Перед тем, как установить солнечные батареи, необходимо рассчитать емкость аккумуляторов. Основные требования при задействовании контроллера — мощность подключаемых панелей свыше 1 кВт и удаленность между батареями на достаточно большое расстояние Решить вопрос можно и путем установки отсекающих диодов. Это требуется для упрощения очистки панелей от следов атмосферных осадков, существенно понижающих эффективность функционирования батарей. А от них — к инвертору. Осуществить такое соединение достаточно просто, однако на выходе получится 24 В.
Поэтому фотоэлементы лучше покупать готовые
Примите во внимание: если не оставить зазор между крышей и панелями для циркуляции воздуха, модули будут перегреваться и выгорать. Для подключения используйте провода с сечением соответствующим мощности контроллера
При подключении солнечных батарей к сети схему лучше выбрать смешанную, так как она оптимальна.
Расключная коробка для солнечных батарей
Проектирование
Нужно произвести правильный расчет мощности панелей, инвертора и емкости аккумулятора. Для этого необходимо определиться, для чего вам нужна солнечная батарея? Если как источник резервного питания, то рассчитайте, какое время резервной работы должна обеспечивать станция, и какое оборудование будет подключено к резервной сети.
Если нужен основной источник энергии, вы должны посчитать, какое количество времени всего в день работает каждый из ваших электроприборов, затем умножить число часов на их мощность. В результате вы узнаете, сколько кВт/ч энергии в день они потребляют. После чего добавьте про запас 20–50%, т. е. умножить количество кВт/ч на 1,2–1,5. Если разделить это число на напряжение АКБ (12 или 24 В) – вы получите емкость (А/ч).
Количество элементов панели подбирается исходя из их мощности и среднесуточного количества часов, когда в ваших широтах светит солнце. То есть если вы за день потребляете 1 кВт/ч, а солнечный день длится в среднем 10 часов, при этом максимально яркий свет падает в течение 4–5 часов, значит:
P=W/(Hs*k),
где P – общая мощность батареи, W – потребляемая мощность, Hs – количество солнечных часов, k – коэффициент максимальной яркости света, т. е. если из 10 часов солнце светит 4 часа очень ярко, а остальное время идет на спад, то он равен 4/10 или 0,4.
Инвертор подбирается исходя из количества работающей техники. В квартирах и домах на распределительных щитках установлены вводные автоматы на 16 А, это примерно 3.5 кВт, значит и инвертора такой мощности вам хватит с головой.
Последний шаг это монтаж всей установки. Самое сложное – это найти оптимальный угол наклона батареи. Нужно опытным путем определить угол, при котором наибольшую продолжительность времени солнечные лучи будут максимально приближены к перпендикулярному положению.
Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти
Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.
Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний
Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.
Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.
Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках
Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.
Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим
Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.
Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов
Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.
Как собрать солнечную батарею своими руками
Сборка корпуса солнечной батареи
Сборка солнечных батарей, а именно, корпуса может выполняться в разных вариантах. В первом случае ее можно сделать из фанерных листов и деревянных реек, поэтому такой монтаж не представляет особой сложности. Конструкции выпиливаются по размерам, а затем соединяются между собой саморезами. Все стыки и швы предварительно промазываются герметиком. Все деревянные части покрываются краской или специальными защитными составами. Дальнейшие работы проводятся только после полного высыхания конструкции.
Немного сложнее изготовить солнечную батарею из алюминиевого уголка. В этом случае сборка каркаса происходит в следующем порядке:
- Сборка из уголка прямоугольного каркаса.
- В каждом углу конструкции сверлятся отверстия под крепления.
- Внутренняя часть профиля по всему периметру покрывается силиконовым герметиком.
- Внутрь каркаса на обработанные места укладывается текстолит или оргстекло, вырезанные по размеру. Их нужно как можно плотнее прижать к уголкам.
- Внутри корпуса лист прозрачного материала фиксируется крепежными уголками, установленными по углам.
- Дальнейшие работы проводятся после полного высыхания герметика. Предварительно, все внутренние поверхности протираются от пыли и загрязнений.
Пайка проводов и соединение фотоэлементов
Все элементы для солнечных батарей отличаются повышенной хрупкостью и требуют аккуратного обращения. Перед началом пайки они протираются, чтобы поверхность была идеально чистой. Элементы с припаянными проводниками все равно следует проверить и устранить обнаруженные недостатки.
На каждой фотопластинке имеются контакты с различной полярностью. Вначале проводники припаиваются к ним, а уже потом соединяются между собой.
При использовании шин вместо проводов, необходимо учитывать следующие особенности:
- Шины размечаются и разрезаются на требуемое количество полосок.
- Контакты пластин протираются спиртом, после чего на них наносится тонкий слой флюса, с одной стороны.
- Шина прикладывается по всей длине контакта, после чего по ней нужно провести разогретым паяльником.
- Пластина переворачивается, и такая же операция повторяется на другой стороне.
Паяльник во время монтажа нельзя сильно прижимать к пластине, иначе она может лопнуть. На лицевой стороне после пайки не должно оставаться неровностей. Если они остались, нужно еще раз пройти паяльником по шву.
Чтобы не ошибиться с размещением пластин, перед тем как их собирать, на поверхность листа рекомендуется нанести разметку с учетом всех размеров и зазоров. После этого фотоэлементы укладываются на свои места. Затем контакты панелей соединяются между собой с обязательным соблюдением полярности.
Нанесение герметизирующего слоя
Перед тем как самому герметизировать конструкцию, нужно выполнить тестирование и проверить солнечные батареи на работоспособность. Она выносится на солнце, после чего на выводах шин замеряется напряжение. Если оно в пределах нормы, можно приступать к нанесению герметика.
Один из наиболее подходящих вариантов предполагает следующие действия:
- Силиконовый герметик наносится на самодельные солнечные батареи капельками по краям корпуса и между пластинами. После этого края фотоэлементов аккуратно прижимаются к прозрачному основанию и должны прилегать к нему как можно плотнее.
- На каждый край пластинок укладывается небольшой груз, после чего герметик полностью высыхает, а фотоэлементы надежно фиксируются.
- В самом конце аккуратно промазываются края рамки и все стыки между пластинами. На данном этапе герметиком покрывается все, кроме самих пластинок, он не должен попасть на их оборотную сторону.
Окончательная сборка солнечной панели
После всех операций остается лишь полностью собрать солнечную батарею в домашних условиях.
В этом случае порядок действий будет следующий:
- В боковой части корпуса устанавливается соединительный разъем, к которому подключаются диоды Шоттки.
- С лицевой стороны вся сборка пластинок солнечной батареи закрывается прозрачным защитным экраном и герметизируется, чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции.
- Для обработки лицевой стороны рекомендуется использовать специальный лак, например, PLASTIK-71.
- После сборки выполняется окончательная проверка, после чего солнечная батарея из подручных средств сделанная своими руками может устанавливаться на свое место.
Как сделать солнечную батарею своими руками
Повер банк с солнечной батареей
Обзор солнечных батарей для туристов
Установка солнечных батарей
Солнечные батареи: альтернативная энергия
Производство солнечных батарей
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.
Устройство
В основе устройства солнечной батареи лежит явление фотоэффекта, открытое в ХХ веке А.Энштейном. Выяснилось, что в некоторых веществах под действием солнечного света или других веществ, происходит отрыв заряженных частиц. Это открытие и привело в 1953 году к созданию первого гелиомодуля.
Материалом для изготовления элементов служат полупроводники — совмещённые пластины из двух материалов с разной проводимостью. Чаще всего для их изготовления используется поликристаллический или монокристаллический кремний с различными добавками.
Под действием солнечного света в одном слое появляется избыток электронов, а в другом — их недостаток. «Лишние» электроны переходят в область с их недостатком, этот процесс получил название р-n переход.
Солнечный элемент состоит из двух полупроводниковых слоём с разной проводимостью
Между материалами, образующими избыток и недостаток электронов, помещён барьерный слой, препятствующий переходу. Это необходимо для того, чтобы ток возникал только при наличии источника потребления энергии.
Попадающие на поверхность фотоны света выбивают электроны и снабжают их необходимой энергией для преодоления барьерного слоя. Отрицательные электроны переходят из р-проводника в n-проводник, а положительные совершают обратный путь.
За счёт разной проводимости материалов полупроводника удаётся создать направленное движение электронов. Таким образом возникает электрический ток.
Элементы последовательно соединены между собой, образуя панель большей или меньшей площади, которую и называют батареей. Такие батареи можно напрямую подключать к источнику потребления. Но поскольку солнечная активность в течение суток меняется, а ночью прекращается вообще, используют аккумуляторы, накапливающие энергию на время отсутствия солнечного света.
Необходимой составляющей в этом случае является контроллер. Он служит для контроля за зарядкой аккумулятора и отключает батарею при полном заряде.
Вырабатываемый солнечной батареей ток является постоянным, для использования его необходимо преобразовать в переменный. Для этого служит инвертор.
Поскольку все электрические приборы, потребляющие энергию, рассчитаны на определённое напряжение, в системе необходим стабилизатор, обеспечивающий нужные значения.
Между гелиомодулем и потребителем устанавливают дополнительные приборы
Только при наличии всех этих составляющих можно получить функциональную систему, снабжающую энергией потребители и не грозящую вывести их из строя.
Выводы о влиянии угла наклона и снега
См. ниже ссылку на приложенный отчет с последними данными
Следующие выводы можно сделать по результатам обработки данных от солнечной батареи.
Влияние снега
Рекомендуем почитать по теме:Руководство покупателя солнечных батарейОсновы фотоэнергетики
При повышении угла наклона повышается способность к естественной очистке от снега. При угле 90° снега на панелях нет в течение 99.5% зимы. При снижении угла наклона с 53° до 14° замечается увеличивающаяся разница в выработке энергии между очищенными и неочищенными от снега модулями.
Стоит ли чистить от снега модули для повышения производительности солнечных панелей?
Испытательная СБ продемонстрировала, что очистка панелей дает прибавку в выработке энергии от 0.85% до 5.31% в зависимости от угла наклона.
Обычно владельцы соединенных с сетью систем не чистят модули в течение зимы. Это поведение зависит от типа системы; при наземном монтаже очищать СБ от снега легче, чем в случае с крышной солнечной батареей.
Владельцы автономных солнечных электростанций обычно чистят регулярно свои СБ от снега, однако это обычно решение, которое принимает владелец самостоятельно.
Каков оптимальный летний угол установки солнечной батареи?
Угол наклона 27° показал максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября
| Месяц | Оптимальный угол наклона(°) |
|---|---|
| Апрель | 45 |
| Май | 18 |
| Июнь | 18 |
| Июль | 18 |
| Август | 27 |
| Сентябрь | 53 |
Каков оптимальный зимний угол наклона?
- Угол наклона 53° показал максимальную производительность СБ в период с 1 октября по 31 марта при условии очистки снега
- Уголы наклона 90° и 53° показали максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября без очистки снега.
| Месяц | Оптимальный угол наклона (°) |
|---|---|
| Октябрь | 53 |
| Ноябрь | 90 |
| Декабрь | 90 |
| Январь | 90 |
| Февраль | 53 |
| Март | 53 |
Каков оптимальный угол наклона для года?
- за год СБ с углом наклона 53° генерировала максимум энергии при условии очистки панелей от снега
- за год СБ с углом наклона 53° генерировала максимум энергии без очистки панелей от снега
В автономной системе с солнечными батареями лучше всего менять угол наклона 2 раза в год во время весеннего и осеннего равноденствия. Конечно, решение по регулярному изменению угла наклона СБ принимает владелец системы электроснабжения.
| Угол наклона (°) | Увеличение выработки при очистке от снега (%) |
|---|---|
| 14 | 5.28 |
| 18 | 5.31 |
| 27 | 4.14 |
| 45 | 1.99 |
| 53 | 1.63 |
Дополнительные факторы, которые надо учитывать:
- Опасность проведения работ зимой на крыше
- Во время теплых солнечных периодов зимой снег тает и слезает с панелей. Интенсивность этого процесса зависит от угла наклона панелей.
- Зимой в месяцы с максимальным снегом приход солнечной радиации минимальный, высота солнца над горизонтом также минимальная и света тоже меньше всего.
Предсказание производительности
Испытательная солнечная батарея NAIT показала разницу в производстве энергии в 17% в течение первой и второй зимы. Это показывает, что выработка энергии бывает существенно разной от года к году. Этот проект позволит получить более достоверные статистические данные по мере накопления истории наблюдений в последующие годы.
Показатели: Наиболее интересные цифры за 2013-2014
- Пиковая мощность одного модуля = 226 Вт
- Пиковая выработка энергии за один день одним модулем = 1.82 кВт*ч 27 мая при угле наклона 18°
- Пиковая месячная выработка энергии солнечной батареей = 442 кВт*ч в мае 2013
- Самая низкая температура за время наблюдений = -31°C 6 декабря 2013
- Самая высокая температура инвертора = 46°C 2 июля 2013
Для дополнительной информации см. приложенный отчет Northern Alberta Institute of Technology Solar Photovoltaic Reference Array Report – March 31, 2015. Project funded by NAIT and the City of Edmonton.
См. текущие и исторические данные по работе системы. (online мониторинг работы системы, можно посмотреть текущие данные измерений; учтите разницу во времени с Канадой!)
Reference: Northern Institute of Technology (Tim Matthews). (2014). Solar photovoltaic reference array report. Alternative Energy Program. Last update: August 18, 2015
Приложение:
NAIT Reference Array Report (на англ.)
Источник. Перевод “Ваш Солнечный Дом”. Ссылка при копировании обязательна
Эта статья прочитана 29940 раз(а)!
