Солнечная батарея
Содержание:
  • Область применения солнечных батарей
  • Устройство и принцип работы солнечных батарей
  • Изготовление солнечной батареи своими руками
  • Недостатки и преимущества источников солнечной энергии

Область применения солнечных батарей

Человечество научилось пользоваться солнечной энергией во многих областях своей жизни, но вот какие из них самые интересные:

  1. Электроника – уже давно во всем мире делают портативные устройства вроде калькуляторов, карманных фонариков и пр.
  2. Авиация – в данной области не так давно произошел прорыв: в Швейцарии создан самолет, использующий лишь солнечную энергию, запасая ее в батареи аккумулятора. Первый полет прототипа продолжался 26 часов.
  3. Электромобили – здесь применение солнечной энергии малоэффективно, КПД на уровне 10–15%. Поэтому много электричества для аккумулятора автомобиль запасти не может, к тому же солнце светит не всегда, сокращая тем самым суточный пробег.
  4. Энергообеспечение зданий – крыши домов некоторых тропических стран оборудованы солнечными батареями. Так значительно экономится электричество.
  5. Дороги – в 2014 открылась велодорожка в Голландии, выложенная солнечными панелями. Проект оказался недостаточно эффективен, но сейчас рассматривается строительство проезжих частей из солнечных батарей во Франции. По таким дорогам электромобили смогут передвигаться без подзарядки.
  6. Космос – здесь солнце светит постоянно и без помех для солнечного модуля, поэтому на космических аппаратах они устанавливаются повсеместно.
  7. Медицина – учеными из Южной Кореи была разработана солнечная батарея, вживляемая под кожу. Она тоньше волоса в 15 раз, ее цель – обеспечить имплантированное в тело оборудование бесперебойным электричеством.

Устройство и принцип работы солнечных батарей

Составные части солнечной батареи называются фотоэлементами. Соединение между ними параллельное и последовательное, а располагают их на каркасе из материалов, не проводящих электричество. Полупроводники работают благодаря фотогальваническому эффекту, означающему трансформацию лучистой энергии солнца в электричество.

принцип работы солнечной батареи

Для изготовления солнечных батарей используют кремний, это второй по распространенности химический элемент на Земле. У него высокая электропроводимость и хорошая способность притягивать солнечные лучи. Однако обычный кремний для данного производства не годится, его преобразовывают в пригодный, по специальной технологии. Изготовление такого кремния – очень дорогой и сложный процесс.

Бывают два вида фотоэлектрических преобразователей: на основе монокристаллического и поликристаллического кремния. Их производят по разной технологии. КПД первого равен 17,5%, а второго – менее 15%. Конструкция состоит из отдельных модулей, подключаемых между собой блоками.

Устройство солнечной батареи зависит от ее наиболее значимого параметра – полезной мощности. Расчет экономичности всей установки зависит именно от нее. Полезная мощность определяется по напряжению и силе тока на выходе, на которые влияет интенсивность лучей солнца.

В итоге электроэнергия переходит на хранение в аккумуляторы и накапливается там. Аккумулятор – это химический источник тока, который заряжается при контакте с потенциалом больше его собственного напряжения. Слабый солнечный свет снижает интенсивность заряда батареи аккумулятора, тогда она отдает энергию электроприемнику. Получается, что аккумуляторная батарея всегда функционирует в режиме разрядки и подзарядки.

Следить за этими процессами можно при помощи специального контроллера. Циклический заряд требует постоянного напряжения или постоянного заряда тока. Когда заряд батареи полон, к ней еще подключают резистор, поглощающий избыточную мощность.

Изготовление солнечной батареи своими руками

изготовление солнечной батареи

Расчет собственной солнечной электростанции не должен сразу быть грандиозным и масштабным. Достаточно будет в первый раз сделать пробную панель небольшой площади, а потом, используя те же схемы, нарастить на конструкцию остальные элементы.

  1. Изготовление каркаса. Здесь расчет максимально простой, а материалом служат алюминиевые уголки, либо уже готовые рамы со стеклом. Покрытие может быть прозрачным и с минимальной пропускной способностью ИК-спектра, чтобы не спровоцировать нагревание кремниевых элементов. Менее подходящий – поликарбонат, а наиболее доступным можно считать стекло, оптимальное решение – плексиглас.
  2. Монтаж корпуса батареи. Необходимо включить в расчет дополнительное расстояние между модулями, около 3 мм. Схема требует предварительного изготовления рамы, соединение выполняют при помощи метизов. Чтобы расчет долговечности батареи оправдал себя, должна быть обеспечена максимальная герметичность конструкции. В раму закладывается лист прозрачного материала, прижимается и фиксируется, все должно хорошо просохнуть, чтобы испарения герметика не создали пленку на элементах. Соединение углов проводится согласно схемы метизами и шурупами.
  3. Пайка солнечных элементов. Кропотливый и сложный процесс, но если произвести расчет, самодельная солнечная батарея обойдется в 4 раза дешевле заводской панели. Сэкономить средства поможет покупка в интернете элементов с дефектами, которые не потеряли своей функциональности. Однако внешний вид всей конструкции несколько пострадает. Сперва необходимо припаять контакты, нужно быть аккуратным, так как солнечные элементы довольно хрупкие. Нужно изготовить картонную заготовку и по ней нарезать проводники. Ориентируйтесь схемы, на пайку уйдет много времени.
  4. Сборка солнечной панели. Соединение элементов проще проводить на разметочной подложке, в расчет площади нужно добавить 3–5 мм между каждой частью батареи. За основу можно взять лист фанеры, маркировать уголки на нем и закрепить элементы поочередно на монтажную ленту. Герметизация не нужна, однако такой способ крепления в полевых условиях не обеспечит долгую службу панели. Электрическая схема пайки подразумевает расположение «плюсовых» дорожек на лицевой, а «минусовых» на обратной стороне элементов. Далее следует нанесение флюса и припоя, а затем аккуратная пайка серебряных контактов. Клемма выводится на внешнюю сторону рамы. Соединение токовыводящих проводов должно быть изолировано, для этого могут быть использованы трубки для капельницы.

солнечная батарея на крыше

Добросовестный расчет, качественное оборудование, четкая схема и усидчивость обеспечат долгое функционирование самодельной солнечной батареи для домашних нужд.

Недостатки и преимущества источников солнечной энергии

Устройство солнечной батареи можно охарактеризовать как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Плюсы:

  • все оборудование весит относительно немного;
  • отсутствие необходимости прокладывания к опорам кабеля;
  • расходы на установку и обслуживание панелей сведено к минимуму;
  • оборудование при работе не издает абсолютно никакого шума;
  • энергия солнца экологически чистая;
  • общедоступность и неисчерпаемость;
  • солнечные батареи способны прослужить довольно долго.

Минусы:

  • процесс сборки и расчет требуют большого труда;
  • ночью батареи не вырабатывают электричество;
  • солнечные панели очень громоздкие;
  • низкий КПД – в электричество преобразуется около 20% энергии, остальное рассеивается в виде тепла;
  • эффективность работы панелей снижается при пасмурной погоде;
  • оборудование чувствительно к загрязнениям и механическим повреждениям.

солнечная энергия

Факторы, которые необходимо учитывать при конструировании солнечных батарей:

  • региональные особенности солнечной активности;
  • расчет угла наклона солнечной панели и возможность ее слежения за солнцем;
  • насколько энергоемко оборудование, которое будет питать солнечная батарея;
  • важно, из чего изготовлены панели (оргстекло, кремний, стекло и т.д.).