Самостоятельное изготовление любого технического устройства из подручных средств всегда сопряжено с несколькими факторами. С одной стороны, ощутимая экономия финансов, с другой, солидные затраты времени и труда. Кроме того, вполне возможно, что собранное изделие будет работать несколько не так, как ожидалось, и выдавать совсем другие параметры. Солнечные батареи из диодов – не исключение.

Собрать такую батарею вполне возможно, но для этого потребуются, во-первых, диоды в достаточно большом количестве, во-вторых, плата для подложки, в-третьих, паяльное оборудование и навыки работы с ним. И, естественно, запас времени, поскольку размещение и пайка нужного количества диодов – процесс довольно долгий.

Как получается фототок

Внутри диода содержится полупроводниковый кристалл. Соответственно, под действием солнечных лучей в области p-n-зоны электроны приходят в движение и формируют направленный поток. Он же – фототок. Поэтому обычный диод вполне можно использовать в качестве элемента солнечной батареи.

Другое дело, что напряжение, вырабатываемое таким диодом, очень мало (для диодов типа КД оно составляет около 0,5 В), сила тока при этом – не более 7 мА. Для сравнения, ток потребления белого светодиода достигает 20 мА.

Из старых диодов

Первый этап изготовления диодной батареи своими руками – открытие внутреннего кристалла, чтобы на него попадали лучи солнца. Для этого верхняя часть диода аккуратно срезается и снимается, а нижняя, с кристаллом, подогревается над включенной газовой плитой примерно 20 сек.

Это нужно для того, чтобы расплавился припой, удерживающий кристалл, и кристалл легко извлекся при помощи пинцета. Полученные кристаллы припаиваются к монтажной плате (можно использовать любую подходящую подложку).

Количество кристаллов и схема их расположения зависят от требуемых в итоге параметров. К примеру, для получения на выходе 2-4 В можно собрать 5 блоков из 4-5 последовательно спаянных кристаллов. Между собой блоки коммутируются параллельно. Такой способ позволяет получить нужное напряжение при силе тока, достаточной для питания небольшого светодиодного устройства. Если же использовать только параллельное соединение, то при возросшем напряжении итоговая сила тока будет слишком маленькой.

Из светодиодов

Современные светодиоды тоже подойдут для изготовления мини-солнечной батареи. Принцип работы их фактически аналогичен обычным диодам, отличие только в наличии особого пластикового корпуса. Этот корпус выступает в роли своеобразной линзы и фокусирует лучи солнца на проводящем кристалле.

Вырабатываемое напряжение за счет этого будет выше, чем у обычных диодов. Так, для красно-прозрачного светодиода оно составляет примерно 1,3 В, для инфракрасного – 0,9 В, для зеленого – 1,5 В. Что же касается вырабатываемого батареей тока, то его величина будет незначительной. Как правило, из батареи на 100 диодов удается получить порядка 0,5 мА.

Размещать светодиоды можно как и на текстолитовой (или схожей) подложке, так и на простом плотном картоне. Принципы построения схемы и расчета требуемых параметров такие же, как и при работе с обычными диодами.

Есть ли польза?

Когда речь идет о светодиодах, не стоит забывать о таком явлении, как потребление тока самими диодами и их самопроизвольное свечение. Иными словами, в то время, когда часть светодиодов генерирует электричество, остальные будут его потреблять. В итоге, напряжение схемы увеличивается далеко не пропорционально числу задействованных элементов, и в определенный момент «обратные потери» становятся слишком значительными.

Кроме того, нормально работать самодельная батарея из диодов может только в ясную солнечную погоду. В условиях облачности ее выработка стремится к нулю.

В хозяйстве радиоконструктора всегда найдутся старые диоды и транзисторы от ставших ненужными радиоприемников и телевизоров. В умелых руках это - богатство, которому можно найти дельное применение. Например, сделать полупроводниковую солнечную батарею для питания в походных условиях транзисторного радиоприемника.

Ранее мы уже приводили , надеемся, вы заметили. Как известно, при освещении светом полупроводник становится источником электрического тока - фотоэлементом. Этим свойством мы и воспользуемся. Сила тока и электродвижущая сила такого фотоэлемента зависят от материала полупроводника, величины его поверхности и освещенности. Но чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла, а, говоря точнее, его нужно вскрыть.

Как это сделать, расскажем чуть позже, а пока загляните в таблицу, где приведены параметры самодельных фотоэлементов. Все значения получены при освещении лампой мощностью 60 Вт на расстоянии 170 мм, что примерно соответствует интенсивности солнечного света в погожий осенний день.

Энергия, вырабатываемая одним фотоэлементом, очень мала, поэтому их объединяют в батареи. Чтобы увеличить ток, отдаваемый во внешнюю цепь, одинаковые фотоэлементы соединяют последовательно. Но наилучших результатов можно добиться при смешанном соединении, когда фотобатарею собирают из последовательно соединенных групп, каждая из которых составляется из одинаковых параллельно соединенных элементов.

Предварительно подготовленные группы диодов собирают на пластине из гетинакса, органического стекла или текстолита, например, так, как показано на рисунке 4. Между собой элементы соединяются тонкими лужеными медными проводами. Выводы, подходящие к кристаллу, лучше не паять, так как от высокой температуры можно повредить полупроводниковый кристалл. Пластину с фотоэлементом поместите в прочный корпус с прозрачной верхней крышкой. Оба вывода подпаяйте к разъему - к нему будете подключать шнур от радиоприемника.

Солнечная батарея из 20 диодов КД202

Пять групп по четыре параллельно соединенных фотоэлемента на солнце генерирует напряжение до 2,1 В при токе до 0,8 мА. Этого вполне достаточно для того, чтобы питать радиоприемник на одном-двух транзисторах.

Теперь о том, как превратить диоды и транзисторы в фотоэлементы. Приготовьте тиски, бокорезы, плоскогубцы, острый нож, небольшой молоток, паяльник, оловянно-свинцовый припой ПОС-60, канифоль, пинцет, тестер или микроамперметр на 50-300 мкА и батарейку на 4,5 В. Диоды Д7, Д226, Д237 и другие в похожих корпусах следует разбирать так. Сначала отрежьте бокорезами выводы по линиям А и Б (рис.1).

Смятую при этом трубочку В аккуратно расправьте, чтобы освободить вывод Г. Затем диод зажмите в тисках за фланец. Приложите к сварному шву острый нож и, несильно ударив по тыльной стороне ножа, удалите крышку. Следите за тем, чтобы лезвие ножа не проходило глубоко вовнутрь - иначе можно повредить кристалл. Вывод Д очистите от краски - фотоэлемент готов.

У диодов КД202 (а также Д214, Д215, Д242-Д247) плоскогубцами откусите фланец А (рис.2) и отрежьте вывод Б. Как и в предыдущем случае, расправьте смятую трубку В, освободите гибкий вывод Г.

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:

1. 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.
2. 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!

Обнаружение этого эффекта вызвало широкий интерес как ученых, так и энтузиастов-любителей. Но если наука достаточно быстро убедилась в тупиковости исследований в этом направлении, то горячие головы любителей электротехники это естественно ни в чем не убедило.

Каждый, у кого отыскалось в запасах некоторое количество светодиодов, решил попытать счастья на этом поприще. Почему именно светодиодов? Да просто в них, уже загодя, собрано все, что необходимо для проведения эксперимента.

Полупроводниковая пара со строго определенным диапазоном возбуждения, линза и провода для подключения. Просто замечательная исследовательская база. Результатом облучения солнечным светом светодиода становится появление разности потенциалов порядка 0,7 В. Правда, необходимо сразу оговориться, что о силе тока речь практически не идет, поскольку она исчезающе мала.

Решение, к которому подталкивает традиционная логика, чрезвычайно просто. Достаточно наращивать разность потенциалов, а затем… только вот затем, как правило, в данном случае не происходит, а вся проблема в том, что по мере сборки таких модулей напряжение вовсе не увеличивается пропорционально количеству.

Напротив, все больше возрастают потери в контактах, и, более того, часть светодиодов вместо того, чтобы, потребляя свет, вырабатывать электричество, начинают сами его потреблять и излучать свет.

Методов борьбы с этим эффектом просто нет. Таким образом, до сих пор ни одного реально действующего устройства для получения электроэнергии с помощью светодиодов так и не удалось создать, невзирая на многочисленные попытки и эксперименты.

И все же солнечные батареи

Солнечные батареи сегодня далеко не редкость. Они уже достаточно широко распространены и на Западе, и у нас в стране. Они массово выпускаются промышленностью и имеют вполне удовлетворительные технические данные.

Собранные на единой алюминиевой раме солнечные батареи имеют мощность от 10 до 300 Вт и ориентированы на использование их в качестве источника электроэнергии для зарядки аккумуляторов.

Для получения необходимого напряжения и нужной мощности, солнечные батареи собирают в особые пакеты.

К преимуществам солнечных батарей следует отнести долговечность – более пятнадцати лет работы. Высокую стойкость к циклическому режиму, а также отсутствие необходимости обслуживания.

Светодиоды и диоды под влиянием солнечных лучей или даже яркого света ламп способны производить электрический ток. Это значит, что их можно применить для своей самодельной панели. Самодельная солнечная батарея из диодов станет маленьким дополнительным источником электрического тока.

Необходимые материалы и инструменты

Для изготовления своими руками нужно подготовить:

1. Светодиоды или диоды.
2. Картонку или пластмассовую панель. Лучше взять панель от старых устройств (стабилизатора, радио). Эти панели имеют в себе много отверстий, в которые удобно вставлять контакты диодов. В картонке эти отверстия придется делать своими руками.
3. Диод Шоттки. Необходим для предотвращения обратного движения электрического тока.
4. Медные провода.
5. Аккумулятор. Вполне подойдут аккумуляторы от фонариков, выпущенных в Китае. Обычно, один из них имеет напряжение 4 В и емкость не больше 1 500 мА.
6. Олово.

Для изготовления солнечной панели нужны инструментами:

1. Паяльник.
2. Молоток.
3. Плоскогубцы.
4. Амперметр и вольтметр.

Подготовка кристалликов-полупроводников

В светодиодах кристаллики видимые. Они размещены под стеклянной или прозрачной пластиковой линзой. Некоторые рекомендуют разбивать ее молотком, некоторые советуют оставить ее, поскольку она может собирать свет в пучок и направлять его на полупроводник. Это позволяет улучшить производительность кристаллика. Если использовать светодиод по главному назначению, то эта линза будет рассеивать созданный им свет.

Если планируется сделать из старых советских железных диодов (лучше всего подходят модели кд2010 и кд203), то придется разобрать их и достать оттуда полупроводник.

Процесс разбора таков:

1. Разбивают молотком стеклянный держатель верхнего контакта.
2. С помощью плоскогубцев открывают диод. В середине размещается полупроводник. Он надежно зафиксирован на основании диода. При этом к его верху припаян медный провод. Последний соединен с верхним контактом диода.
3. Берут нижнее основание с кристалликом и отправляются к газовой плитке. Держа основание диода плоскогубцами, его подносят к огню и нагревают. Кристалл должен находиться вверху. Основание нагреется, а вместе с ним горячим станет олово. Из-за этого оно растопится. Далее, используя пинцет, вынимают полупроводник.

Читайте также: Уличное освещение от светильников на солнечных батареях

Если будут использоваться стеклодиоды, то подготовка не является необходимой. Их можно сразу размещать на пластине.

Проведение расчетов

Самодельная солнечная панель представляет собой изделие, которое должно создавать ток желаемых характеристик. Поэтому нужно определить, сколько полупроводников стоит использовать.

Для этого необходимо измерить напряжение и силу тока, созданного одним полупроводником. Это делают с помощью специального инструмента. Все измерения проводят после того, как кристаллик оказался под солнечными лучами.

Полупроводник с диода кд2010 способен создать ток с напряжением до 0,7 В и силой до 7 мА. Стеклодиоды могут генерировать ток с напряжением до 0,3 В и силой до 0,2 мА.

Лучшую производительность способен продемонстрировать оранжевый, зеленый и красный светодиоды. Поскольку есть множество моделей светодиодов с кристаллами разных размеров, следует провести измерения каждого из приобретенных.

Расчеты проводят так:

1. Определяют желаемые параметры солнечной батареи. Пусть при нормальном (среднем) солнечном свете она создаст ток с напряжением 9 В и мощностью 1 Вт.
2. Определяют необходимое количество кристалликов, отталкиваясь от нужного напряжения. Напряжение созданного одним полупроводником диода кд2010 достигает 0,7 В. На практике оно будет меньше. Пусть оно будет достигать 0,5 В. Чтобы увеличить напряжение, нужно эти кристаллики подключить последовательно. При таком