В ПОМОЩЬ НАЧИНАЮЩЕМУ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ - КОНСТРУКТОРУ   

                                       

 

главная

основы

элементы

примеры расчетов

любительская технология

общая схемотехника

радиоприем

конструкции для дома и быта

связная аппаратура

телевидение

справочные данные

измерения

обзор радиолюбительских схем в журналах

обратная связь

      реклама

Сайт и форум нелегальных радиооператоров.

Рейтинг@Mail.ru
 

 

резисторы и конденсаторы     полупроводниковые приборы    акустические приборы     микросхемы     солнечные фотоэлементы    SMD компоненты   реле электромагнитные 

        ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

На этой страничке поговорим о питании аппаратуры от солнечной энергии. 

Первые солнечные элементы появились еще в 50-х годах прошлого столетия в лаборатории Белла.

Принцип работы кремниевого солнечного элемента достаточно прост и заключается в следующем: при освещении кремниевый солнечный элемент генерирует электрическое напряжение величиной 0,5 вольта, независимо от его размеров. От размера (площади) элемента зависит только генерируемый им ток. Чем больше площадь поверхности элемента, тем больший ток он может дать в нагрузку. Сила тока также зависит от длины волны света и его интенсивности. Чем выше интенсивность освещенности элемента, тем больший ток он сможет генерировать.

Солнечный элемент по сути своей представляет собой кремниевый полупроводниковый диод. На одном из переходов диода контактный слой сплошной, а на противоположном - выполнен в виде сетки (для того, чтобы фотоны света беспрепятственно проникали в толщу перехода).

Сами по себе кремниевые солнечные элементы - штуки довольно дорогие, поэтому поговорим о возможности их замены (в отдельных случаях) более дешевыми полупроводниковыми элементами.

Для примера можно взять фотодиод. Исходя из соображения получения максимально возможного тока, следует использовать фотодиоды максимальных размеров, например типа ФД263. Такие диоды использовались раньше в системах дистанционного управления в бытовой аппаратуре. Данный фотодиод имеет кристалл с размерами 5 на 5 миллиметров и при освещении прямыми солнечными лучами  способен отдавать в нагрузку ток до 3 миллиампер. Конечно, это очень маленький ток, но его можно использовать для зарядки малогабаритного аккумулятора. Для подзарядки, например аккумуляторной батареи типа 7Д-0,125, напряжением 9 вольт, нам нужно будет соединить последовательно 24 фотодиода. Для того, чтобы исключить разрядку аккумулятора и порчу фотодиодов в темное время суток, последовательно с фотодиодами следует включить защитный диод.

 

Резистор R1 служит для защиты солнечной батареи от перегрузки. Стабилитрон нужно подобрать на напряжение стабилизации около 10 вольт - он служит для защиты аккумулятора от перезарядки.

Также в качестве маломощного источника питания от энергии солнца можно применить светодиоды. Так как площадь поверхности у светодиода ничтожно маленькая, от такого элемента можно будет снять ток в нагрузку не более 1 миллиампера...

В радиолюбительских изданиях, начиная с 60-х годов прошлого столетия упорно перепечатывается статья об изготовлении солнечной батареи из германиевых диодов типа Д9. Данный совет был проверен мной много лет назад... С полной уверенностью могу сказать - ЭТОТ СОВЕТ - "ФИЛЬКИНА ГРАМОТА"! Такая батарея при освещении прямыми солнечными лучами вырабатывает напряжение, равное НУЛЮ! Поэтому мой вам совет - не тратьте время и средства на проверку данной конструкции! Другое дело, когда для изготовления солнечной батареи используются кремниевые полупроводниковые приборы (например -  мощные транзисторы - в этом случае используется только один из переходов коллекторно-базовый, или эмиттерно-базовый), но такая батарея вырабатывает очень маленький ток и обладает большим внутренним сопротивлением. Для получения приемлемых результатов приходится применять 30-50 штук таких транзисторов. По стоимости такая батарея может уже сравниться с "настоящей" и экономически нецелесообразна... Можно попробовать изготовить солнечную батарею из кремниевых диодов, например типа Д226 - для этого нужно аккуратно вскрыть металлический корпус и извлечь кристалл, но такая батарея также не дает приемлемых результатов.

Кремниевый солнечный элемент, независимо от размера, при освещении генерирует напряжение около 0,5 (обычно - 0,47) вольт. От размеров элемента зависит только его максимальный ток генерации. Существуют монокристаллические и поликристаллические солнечные элементы. Эти две модификации отличаются способом "выращивания" кристалла кремния. У поликристаллических элементов несколько ниже КПД (в отличии от монокристаллических!) и меньший средний срок службы, но зато они способны вырабатывать ток даже  в пасмурную погоду, правда с меньшей эффективностью. На рисунке внизу показана промышленная солнечная батарея с напряжением 2,4 вольта при токе около 70 миллиампер. 

Эта батарея собрана в герметичном исполнении. Аналогичные солнечные батареи я использую для зарядки аккумулятора на даче. Батарея из 8 штук способна поддерживать 6-вольтовый аккумулятор в заряженном состоянии. При выезде на дачу (1-2 раза в неделю) данная система обеспечивает меня необходимой электроэнергией для освещения (6 одноваттных светодиодов), зарядки планшетника и мобильного телефона. В течении последующих дней аккумулятор успевает полностью восстановить свою емкость... В качестве аккумулятора я использую 3 штуки свинцовых герметичных, Китайского производства. Для увеличения емкости аккумуляторы соединены параллельно. Схема соединения показана ниже:

Такой аккумулятор имеет емкость около 12 ампер-часов, при напряжении 6 вольт. На мой взгляд, более целесообразно использовать 12-вольтовую систему. От 12 вольт можно запитать, например, небольшой телевизор. Также промышленностью (преимущественно Китайской) выпускается огромное количество эффективных светодиодных 12-вольтовых светильников на мощности от 1 и до 10 ватт. Перспективным, мне представляется, использование в качестве аккумуляторов герметичных свинцово-кислотных 12-вольтовых, предназначенных для источников бесперебойного питания. Эти аккумуляторы специально разрабатывались для "жестких" режимов разряда и способны отдать в нагрузку значительный ток. Их также можно соединить параллельно несколько штук (для увеличения емкости). Для исключения перезарядки полезно применить простейший ограничитель степени заряда. Такой "девайс" я собрал буквально "на коленке" из того, что было под рукой:

Устройство подключается параллельно гнездам "заряд" в соответствующей полярности. Устройство работает по принципу параллельного стабилизатора напряжения. При увеличении напряжения выше напряжения стабилизации стабилитрона, транзистор начинает приоткрываться и тем самым шунтирует солнечную батарею. Так как солнечный элемент имеет пологую нагрузочную характеристику, напряжение на его выводах снижается. При изготовлении устройства напряжение стабилитрона выбирается таким, чтобы исключить перезаряд аккумулятора (в данном случае, при напряжении 6 вольт, напряжение полностью заряженного аккумулятора может достигать 7,2 вольта). Транзистор берем большой мощности (типа КТ817, КТ972 и т.п.). Желательно использовать металлический корпус и прикрутить транзистор к нему, либо использовать теплоотвод с достаточной площадью. Это поможет облегчить тепловой режим транзистора.

Солнечные батареи сейчас можно свободно приобрести в интернет-магазинах по двольно низкой цене. На фото ниже показана батарея 6 вольт, 100 миллиампер (по описанию). На фото видна защитная пленка - она удаляется перед использованием!

Можно заметить, что эта батарея содержит 12 элементов, следовательно  вырабатываемое ей напряжение можно ожидать около 6 вольт. Так как батарея изготовлена из поликристаллического кремния, напряжение при рассеянном свете будет оставаться постоянным. Изменится только  отдаваемый ток. Размеры этой батареи 55*80 миллиметров. Цена в одном из Китайских магазинов 0,8 доллара. Для зарядки 12 - вольтового аккумулятора нужно 3 таких батареи соединить последовательно. Для мобильного телефона ток зарядки 100 миллиампер явно мал, поэтому нужно включить эти же самые 3 батареи в параллель. При увеличении тока, напряжение батареи падает довольно значительно! Для зарядки 6- вольтового аккумулятора нужно соединить 2 таких батареи последовательно. Используя солнечные батареи для зарядки аккумуляторов нужно учитывать снижение вырабатываемого напряжения под нагрузкой! Лучше иметь 1,5-2 кратный запас по напряжению, либо применять стабилизорованный преобразователь напряжения. Полезно также снабдить такую зарядку ограничителем максимального напряжения для  обеспечения максимального срока службы батареи. Приобретение товаров в Китае вещь весьма выгодная, так как не приходится (как правило) платить за пересылку. Часто в таких магазинах устраиваются акции по снижению цены. Регулярный мониторинг таких акций, а также кэшбек от Копикот.ру позволяют приобрести товары без переплаты и посредников! Кэшбек дает возможность возврата части денег от стоимости покупки. Недостаток - приходится регистрироваться в международной платежной системе Пай-Пал, ну и довольно длительный срок доставки (может доходить до 1-2 месяцев - зависит от работы Российской таможни).

Вот адреса нескольких  таких магазинов:

www.byuinCoins.com

https://www.tinydeal.com/

https://ru.aliexpress.com/ru

http://www.miniinthebox.com/ru/

В этих магазинах можно также приобрести и радиодетали (при поиске радиодеталей следует указать "diy").

 В последнее время в магазине почтового агенства "Десси_Ру" (в закладке "Наборы Мастер_Кит) появились в продаже отдельные солнечные элементы по приемлемой (на мой взгляд) цене. Также можно приобрести элементы и в магазине ЕКИТС .

Если вас заинтересовала данная тема - более подробно вы сможете прочитать об этом в книге Т.Байерса "20 Конструкций с солнечными элементами", выпущенной издательством "Мир" в 1988 году. Скачать книгу (2,1 мБ) можно здесь.


 

 

                                                        вверх

                                            Здесь может быть Ваша реклама!

                                                       реклама