Можливо, для когось це буде відкриттям, таким же за значимістю, як відкриття Америки Колумбом, що навколо нас скрізь є електрика. Воно буквально пронизує все наше життя. Але навіть знання цього часом не заважає нашим очам округлятися, коли ми дізнаємося, що напругу можна отримати з найбільш буденних речей і навіть з продуктів харчування. Використовуючи те, що є на кухні або в гаражі, цілком реально спорудити просту батарейку в домашніх умовах.
Пристрій і принципи роботи
Сонячні батареї - пристрої, що генерують електроенергію за допомогою фотоелементів.
Перш ніж говорити про те, як зробити сонячну батарею своїми руками, необхідно зрозуміти пристрій і принципи її роботи. Сонячна батарея включає фотоелементи, з'єднані послідовно і паралельно, акумулятор, накопичуючий електроенергію, інвертор, що перетворює постійний струм на змінний і контролер, що стежить за зарядкою і розрядкою акумулятора.
Як правило, фотоелементи виготовляють з кремнію, але його очищення обходиться дорого, тому останнім часом почали використовувати такі елементи, як індій, мідь, селен.
Кожен фотоелемент є окремою коміркою, що генерує електроенергію. Комірки зчеплені між собою і утворюють єдине поле, від площі якого залежить потужність батареї. Тобто, чим більше фотоелементів, тим більше електроенергії генерується.
Для того щоб виготовити сонячну панель своїми руками в домашніх умовах, необхідно розуміти сутність такого явища, як фотоефект. Фотоелемент - кремнієва платівка, при попаданні світла на яку з останнього енергетичного рівня атомів кремнію вибивається електрон. Пересування потоку таких електронів виробляє постійний струм, який згодом перетворюється на змінний. У цьому і полягає явище фотоефекту.
Переваги
Сонячні батареї мають такі переваги:
- нешкідливість для екології;
- довговічність;
- безшумна робота;
- легкість виготовлення та монтажу;
- незалежність постачання електрики від розподільної мережі;
- нерухомість частин пристрою;
- незначні фінансові витрати;
- невелика вага;
- робота без механічних перетворювачів.
Різновиди
Сонячні батареї поділяються на такі види:
Кремнієві
Кремній - найпопулярніший матеріал для батарей.
Кремнієві батареї також діляться на:
- Монокристалічні: для виробництва таких батарей використовується дуже чистий кремній.
- Полікристалічні (дешевше монокристалічних): полікристали отримують поступовим охолодженням кремнію.
Плівкові
Такі батареї підрозділюються на такі види:
- На основі телуріду кадмію (ККД 10%): кадмій володіє високим коефіцієнтом світлопоглинання, що і дозволяє використовувати його у виробництві батарей.
- На основі селенида міді - індія: ККД вище, ніж у попередніх.
- Полімерні.
Сонячні батареї з полімерів почали виготовляти відносно недавно, зазвичай для цього використовують фурелени, поліфенілен та ін. Плівки з полімерів дуже тонкі, близько 100 нм. Незважаючи на ККД 5%, батареї з полімерів мають свої переваги: дешевизна матеріалу, екологічність, еластичність.
Аморфні
ККД аморфних батарей становить 5%. Такі панелі виготовляються з силану (кремневодню) за принципом плівкових батарей, тому їх можна віднести, як до кремнієвих, так і до плівкових. Аморфні батареї еластичні, генерують електрику навіть у негоду, поглинають світло краще за інші панелі.
Матеріали
Для виготовлення сонячної батареї потрібні наступні матеріали:
- фотокомірки;
- алюмінієві куточки;
- діоди Шотткі;
- силіконові герметики;
- провідники;
- кріпильні гвинти і метизи;
- полікарбонатний лист/оргстекло;
- паяльне обладнання.
Ці матеріали обов'язкові для того, щоб зробити сонячну батарею своїми руками.
Вибір фотоелементів
Щоб зробити сонячну батарею для будинку своїми руками, слід правильно підібрати фотоелементи. Останні підрозділяються на монокристалічні, полікристалічні та аморфні.
ККД перших становить 13%, але такі фотоелементи малоефективні в негоду, зовні являють собою яскраво-сині квадрати. Полікристалічні фотоелементи здатні генерувати електроенергію навіть у негоду, хоча їх ККД всього лише 9%, зовні темніше монокристалічних і зрізані по краях. Аморфні фотоосередки виготовляються з гнучкого кремнію, їх ККД становить 10%, працездатність не залежить від погодних умов, але виготовлення таких осередків занадто витратне, тому їх рідко використовують.
Якщо ви плануєте застосовувати фотоелементами електроенергію на дачі, то радимо зібрати сонячну батарею своїми руками з полікристалічних осередків, оскільки їх ККД достатньо для ваших цілей.
Слід купувати фотокомірки однієї марки, оскільки фотоелементи декількох марок можуть сильно відрізнятися - це може стати причиною виникнення проблем зі збиранням батареї та її функціонуванням. Слід пам'ятати, що кількість виробленої коміркою енергії прямо пропорційна її розміру, тобто чим більша фотокомірка, тим більше електроенергії вона виробляє; напруга комірки залежить від її типу, а ніяк не від розміру.
Кількість виробленого струму визначається габаритами самого маленького фотоелемента, тому слід купувати фотокомірки однакового розміру. Звичайно ж, не варто купувати дешеву продукцію, адже це означає, що вона не пройшла перевірку. Також не слід купувати фотоелементи, покриті воском (багато виробників покривають фотоосередки воском для збереження продукції при перевезенні): під час його видалення можна зіпсувати фотоелемент.
Розрахунки і проект
Пристрій сонячної панелі своїми руками - нескладне завдання, головне, підійти до її виконання відповідально. Щоб виготовити сонячну панель своїми руками, слід підрахувати денне споживання електроенергії, потім дізнатися середньодобовий сонячний час у вашій місцевості і розрахувати потрібну потужність. Таким чином, стане зрозуміло, скільки комірок і якого розміру потрібно придбати. Адже як було сказано вище, генерований осередком струм залежить від її габаритів.
Знаючи необхідний розмір комірок і їх кількість, потрібно розрахувати габарити і вагу панелі, після чого необхідно з'ясувати чи витримає покрівля або інше місце, куди планується установка сонячної батареї, що замислюється конструкцію.
Встановлюючи панель, слід не тільки вибрати саме сонячне місце, але і постаратися закріпити її під прямим кутом до сонячних променів.
Етапи роботи
Корпус
Перш ніж почати робити сонячну панель своїми руками, необхідно спорудити для неї каркас. Він захищає батарею від пошкоджень, вологи і пилу.
Корпус збирається з вологостійкого матеріалу: фанери, покритої вологовідштовхувальним засобом, або алюмінієвих куточків, до яких силіконовим герметиком приклеюється оргстекло або полікарбонат.
При цьому потрібно дотримуватися відступів між елементами (3-4 мм), оскільки необхідно враховувати розширення матеріалу при підвищенні температури.
Пайка елементів
Фотоелементи викладаються на лицьовий бік прозорої поверхні, так, щоб відстань між ними з усіх боків була 5 мм: таким чином враховується можливе розширення фотохарчиків при підвищенні температури.
Фіксуються перетворювачі, що мають два полюси: позитивний і негативний. Якщо ви хочете збільшити напругу, з'єднуйте елементи послідовно, якщо струм - паралельно.
Щоб уникнути розрядки акумулятора вночі, в єдиний ланцюг, що складається з усіх необхідних деталей, включають діод Ауд тки, під'єднуючи його до плюсового провідника. Потім всі елементи споюють між собою.
Збірка
У готовий каркас розміщуються спаяні перетворювачі, на фотокомірки наноситься силікон - все це накривається шаром з ДВП, закривається кришкою, а місця з'єднань деталей обробляються герметиком.
Навіть міський житель може зробити і розмістити сонячну батарею на балконі своїми руками. Бажано, щоб балкон був засклений і утеплений. Ось ми і розібрали, як зробити сонячну батарею в домашніх умовах, виявилося, це зовсім нескладно.
Лимонна батарейка
Навіть з цього фрукту можна отримати електроенергію. Для цього потрібно підготувати такі речі:
- один лимон;
- шматок чогось сталевого;
- щось з міді;
- і два відрізки дроту для ізоляції.
Спершу нам буде потрібно провести зачистку наших предметів зі сталі та міді. У цьому допоможе звичайний наждачний папір.
Довідка. Предметом зі сталі можуть бути найбільш звичайні цвяхи. Їх повно в будь-якому гаражі. А для «щось з міді», можна використовувати монетки гідністю в десять і п'ятдесят копійок.
Тепер втикаємо в лимон цвях і монетку. Між ними потрібно зробити зазор приблизно в три сантиметри. Це будуть наші електроди, залишається приєднати до них дроти. Можна просто впритул поруч встромити. Монетка - це наш позитивний контакт, а цвях, стало бути - негативний.
Довідка. Лимон з успіхом замінюється звичайним яблуком. Головне - вибрати найкисліше, яке не шкода на досліди пустити. А кислота корисна для протікання реакції.
Лимонна або яблучна батарейка (якщо брати лише один плід), видасть близько 0,5 або 0,7 вольт. Це дуже мало - навіть найпростіший мобільник не зарядиш. Потрібно якось довести напругу до трьох або навіть п'яти вольт. Але як? Та дуже просто - з'єднати в єдиний ланцюг більше плодів.
Довідка. Щоб збільшити заряд нашого ланцюга, його можна і зарядити. У ланцюг достатньо включити батарейку крона або навіть зарядний пристрій від мобільного телефону.
Змусити лимони або яблука виробляти електрику стає можливим, оскільки мідний елемент взаємодіє зі сталевим. Кислота, яка міститься всередині плодів, запускає цю реакцію. Поки всередині є хоч крапля кислоти або поки цілі контакти - батарейка буде продовжувати свою роботу.
Електрика в банку
Навіть зі звичайної банки можна спорудити щось схоже на ту саму, першу в світі батарейку. Для цього буде потрібно:
- проста банка зі скла (можна використовувати склянку);
- цинкова або алюмінієва платівка;
- смужка міді;
- кілька проводів;
- нашатирний спирт, він же хлористий амоній;
- водопровідна вода.
В якості анода в нашій батарейці буде пластина алюмінію, а роль катода відведена мідній пластині. Їх розмір потрібно підібрати так, щоб за своєю площею вони дорівнювали долоні людини. Це дозволить зробити наш акумулятор більш ефективним. Припоюємо до платівок дроту. Тепер наше завдання - встановити пластини в банку, щоб вони не стикалися один з одним. І по висоті ці платівки повинні бути більше самої банки.
Настав час електроліту. Робиться він просто. Змішуємо нашатир з водою. На кожні 0,1 літра води потрібно засипати 50 грам порошку. Ретельно все змішуємо і заливаємо в банку. Замість нашатиря можна використовувати і сірчану кислоту. Для цього її потрібно буде довести до двадцятипроцентного стану.
Важливо! Якщо робити електроліт на основі сірчаної кислоти, то при її розведенні потрібно наливати кислоту у воду, але ніяк не навпаки. А то вода може просто-напросто закипіти, а в результаті бурхливої реакції все розбризкається. Крім того, не забувайте, що працюючи з кислотою потрібно надягати засоби захисту.
Заповнюємо банку отриманим розчином. Якщо об'єднати кілька банок в єдиний ланцюг, то вийде дуже непоганий акумулятор, енергії якого цілком вистачить на зарядку досить потужного пристрою. Даний елемент живлення аналогічний сольовим батарейкам.
Спосіб третій: мідні монети
Інгредієнтами для виготовлення такої батарейки своїми руками є:
- мідні монети;
- алюмінієва фольга;
- щільний картон;
- столовий оцет;
- дроти.
Неважко здогадатися, що електроди будуть мідні та алюмінієві, а в якості електроліту використовується водний розчин оцтової кислоти.
Монети для початку потрібно очистити від окислів. Для цього їх потрібно ненадовго опустити в оцет. Потім виготовляємо гуртки з картону і фольги за розміром монет, використовуючи одну з них як шаблон. Вирізаємо гуртки ножицями, картонні кладемо на деякий час в оцет: вони повинні просякнутися електролітом.
Потім з інгредієнтів викладаємо стовпчик: спочатку монету, потім - картонний гурток, гурток з фольги, знову монету і так далі, поки матеріал не вичерпається. Кінцевим елементом знову повинна стати мідна монета. До крайніх монеток можна заздалегідь припаяти дроти. Якщо паяти не хочеться, то проводки прикладаються до них, і вся конструкція щільно обертається скотчем.
У процесі роботи цієї батарейки, зібраної своїми руками, монети прийдуть у повну непридатність, так що не варто використовувати нумізматичний матеріал, що представляє культурну і матеріальну цінність.
Спосіб четвертий: батарейка в пивній банку
Анодом батарейки служить алюмінієвий корпус банки з-під пива. Катодом - графітовий стрижень.
Додатково знадобляться:
- шматок пінопласту товщиною понад 1 см;
- вугільна крихта або пил (можна застосувати те, що залишилося від багаття);
- вода і звичайна кухонна сіль;
- віск або парафін (можна використовувати свічки).
Від банки потрібно відрізати верхню частину. Потім зробити гурток з пінопласту за розміром дна банки і вставити його всередину, заздалегідь зробивши посередині отвір для графітового стрижня. Сам стрижень вставляється в банку строго по центру, порожнина між ним і стінками заповнюється вугільною крихтою. Потім приготовлюється водний розчин солі (на 500 мл води 3 столових ложки) і заливається в банку. Щоб розчин не вилився, краї банки заливаються воском або парафіном.
Для підключення проводів до графітових стрижень можна використовувати б