Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель

Подбор материалов для создания панели

В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.


Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:

  • Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
  • Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
  • Рабочая мощность — 0,62 Вт.
  • Габариты — 52х77 мм.
  • Цена 29 р.

Совет: Надо учитывать, что элементы очень хрупкие и при транспортировке часть из них может быть повреждена, поэтому при заказе следует предусмотреть некоторый запас по их количеству.

Где лучше устанавливать самодельные батареи для выработки энергии

Так как батарея изготовлена самостоятельно, то её габаритные размеры могут быть совершенно любыми. Это большое преимущество, так как такое устройство можно более легко вписать в конструкцию крыши дома или найти место на придомовом участке.

Именно поэтому место для её установки должно быть определено ещё до момента проектирования.

Необходимо учитывать следующие факторы:

  • Место должно быть открытым для лучей солнца;
  • Отсутствие деревьев и высоких построек;
  • Расстояние до аккумуляторов и преобразователей энергии должно быть сведено к минимуму.

Не редко местом установки является кровля здания, но установка на земле имеет ряд преимуществ. Исключается возможность повреждения крыши здания при установке на земле, затраты на монтаж значительно меньше, возможность корректирования угла атаки лучей солнца.

Немаловажным фактором является возможность производить чистку оборудования, установленного на земле.

Инструменты и материалы

Если нет возможности приобрести готовую солнечную батарею для дома, её можно сделать самостоятельно.

Для изготовления солнечной батареи понадобятся:

  • фотоэлементы (для создания гелиопанели);
  • набор специальных проводников (для соединения фотоэлементов);
  • алюминиевые уголки (для корпуса);
  • диоды Шотке;
  • крепёжные метизы;
  • винты для крепежа;
  • лист поликарбоната (прозрачный);
  • силиконовый герметик;
  • паяльник.

Выбор фотоэлементов

Сегодня производители предлагают потребителям выбор из двух типов устройств. Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД до 13%. Они отличаются низкой эффективностью при пасмурной погоде. Фотоэлементы из поликристаллического кремния имеют КПД до 9%, однако они способны работать не только в солнечные, но и в облачные дни.

Чтобы обеспечить дачу или небольшой частный дом электроэнергией, достаточно воспользоваться поликристаллами.

При выборе фотоэлементов необходимо обратить внимание на следующее:

  • чем больше ячейка, тем большее количество энергии она производит;
  • элементы одного типа создают одинаковое напряжение (от размера данный показатель не зависит).

Чтобы определить мощность солнечной батареи, достаточно генерируемый ток умножить на напряжение.

Отличить поликристаллические фотоэлементы от монокристаллических достаточно просто. Первый тип выделяется ярко-синим цветом и квадратной формой. Монокристаллические фотоэлементы темнее, они срезаны по краям.

Поли- и монокристаллические панели легко отличить даже на первый взгляд

Не стоит отдавать предпочтение продукции со сниженной ценой, поскольку она может отказаться отбраковкой — это детали, которые не прошли тест на заводе. Лучше воспользоваться услугами проверенных поставщиков, которые хоть и предлагают товар по высокой цене, зато отвечают за его качество. Если нет опыта в сборе фотоэлементов, рекомендуется приобрести несколько тестовых образцов, чтобы потренироваться, а только потом купить продукцию для изготовления самой батареи.

Некоторые производители запаивают фотоэлементы в воск, чтобы предотвратить порчу во время перевозки. Однако избавиться от него довольно сложно из-за высокого риска повреждения пластин, поэтому рекомендуется покупать фотоэлементы без воска.

Особенности и разновидности устройства

Из экзотического устройства, предназначенного только для специальных нужд, солнечная батарея превратилась в уже относительно массовый источник энергии. И причина не только в экологических соображениях, но и в беспрерывном росте цен на электроэнергию из магистральных сетей. Более того, есть еще немало мест, где такие сети вовсе не протянуты и неизвестно когда они появятся. Самостоятельная забота о протягивании магистрали, объединение ради этого усилий большого числа людей вряд ли возможны. Тем более что даже при успехе предстоит окунуться в мир стремительной инфляции.

И дело даже не в формате – внешний вид и геометрия как раз довольно близки. А вот химический состав отличается разительно. Наиболее массовые изделия выполнены из кремния, который доступен почти всем и стоит недорого. По производительности батареи не хуже как минимум более дорогих вариантов.

Существует такие три основных варианта кремния, как:

  • монокристаллы;
  • поликристаллы;
  • аморфное вещество.

Монокристалл, если исходить из сжатых технических объяснений – это наиболее чистый тип кремния. Внешне панель похожа на своеобразные пчелиные соты. Основательно очищенное вещество в твердом виде делят на особо тонкие пластины, каждая из которых имеет не больше 300 мкм. Чтобы они выполнили свою функцию, используют электродные сетки. Многократное усложнение технологии по сравнению с альтернативными решениями делает подобные источники энергии наиболее дорогими.

Несомненным преимуществом монокристаллического кремния является очень высокий КПД по меркам солнечной энергетики, составляющий приблизительно 20%. Поликристалл получают иначе, требуется сначала расплавить материал, а затем медленно понижать его температуру. Относительная простота методики и минимальный расход энергоресурсов при производстве положительно сказываются на стоимости. Минусом становится пониженная эффективность, даже в идеальном случае она составляет не более 18%. Ведь внутри самих поликристаллов есть немало структур, понижающих качество работы.

Аморфные панели почти не проигрывают обоим только что названным видам. Кристаллов тут нет вообще, есть вместо них «силан» – это соединение кремния с водородом, размещаемое на подложке. КПД составляет примерно 5%, что в значительной мере компенсируется многократно увеличенным поглощением.

Иногда можно встретить комбинацию монокристаллических или поликристаллических элементов с аморфным вариантом. Это помогает сочетать достоинства используемых схем и гасить практически все их недостатки. С целью снижения стоимости изделий сейчас все чаще используют пленочную технологию, которая предусматривает генерацию тока на базе теллурида кадмия. Само по себе это соединение является токсичным, но выброс яда в окружающую среду исчезающе мал. А также могут использоваться селениды меди и индия, полимеры.


Концентрирующие изделия повышают эффективность использования площади панели. Но это достигается только при использовании механических систем, обеспечивающих разворот линз вслед за солнцем. Применение фотосенсибилизирующих красителей потенциально помогает улучшить прием энергии Солнца, но пока это скорее общая концепция и разработки энтузиастов. Если нет желания экспериментировать, лучше выбрать более стабильную и проверенную конструкцию. Это относится как к самостоятельному изготовлению, так и к покупке готового продукта.

Устройство системы электропитания от солнечных батарей

Преобразовывать энергию солнца в электричество – эта идея длительное время не давала спать ученым. С открытием свойств полупроводников это стало возможным. В солнечных батареях используются кремниевые кристаллы. При попадании на них солнечного света в них образуется направленное движение электронов, которое называется электрическим током. При соединении достаточного количества таких кристаллов получаем вполне приличные по величине токи: одна панель площадью чуть больше метра (1,3-1,4 м2 при достаточном уровне освещенности может выдать до 270 Вт (напряжение 24 В).

Электрические солнечные батареи для дома открывают много возможностей

Так как освещенность меняется в зависимости от погоды, времени суток, напрямую подключать устройства к солнечным батареям не получается. Нужна целая система. Кроме солнечных панелей требуется:

  • Аккумулятор. На протяжении светового дня под воздействием солнечных лучей солнечные батареи вырабатывают электрический ток для дома, дачи. Он не всегда используется в полном объеме, его излишки накапливаются в аккумуляторе. Накопленная энергия расходуется ненастную погоду.
  • Контролер. Не обязательная часть, но желательная (при достаточном количестве средств). Отслеживает уровень заряда аккумулятора, не допуская его чрезмерного разряда или превышения уровня максимального заряда. Оба этих состояния губительны для аккумулятора, так что наличие контролера продлевает срок эксплуатации аккумулятора. Также контролер обеспечивает оптимальный режим работы солнечных панелей.
  • Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Не все устройства рассчитаны на постоянный ток. Многие работают от переменного напряжения в 220 вольт. Преобразователь дает возможность получить напряжение 220-230 В.

Солнечные батареи для дома — только часть системы

Установив солнечные батареи для дома или дачи, можно стать совершенно независимым от официального поставщика. Но для этого надо иметь большое количество батарей, некоторое количество аккумуляторов. Комплект, который вырабатывает 1,5 кВт  а сутки стоит около 1000$. Этого достаточно для обеспечения потребностей дачи или части электрооборудования в доме. Комплект солнечных батарей для производства 4 кВт в сутки стоит порядка 2200$, на 9 кВт в сутки — 6200$. Так как солнечные батареи для дома — модульная система, можно купить установку, которая будет обеспечивать часть потребностей, постепенно увеличивая ее производительность.

Как паять элементы для солнечной батареи

Немного об обращении с кремниевыми пластинами. Они очень-очень хрупкие, легко трескаются и ломаются

Потому обращаться нужно с ними с крайней осторожностью, хранить в жесткой таре подальше от детворы

Работать нужно на ровной твердой поверхности. Если стол покрыт клеенкой, положите лист чего-то твердого. Пластина не должна прогибаться, а всей поверхностью жестко опираться на основу. Причем основание должно быть гладким. Как показывает опыт, идеальный вариант — кусок ламината. Он, жесткий, ровный, гладкий. Паяют на тыльной стороне, не на лицевой.

Все что понадобится для сборки солнечной панели своими руками

Для пайки использовать можно флюс или канифоль, любой из составов в маркере для пайки. Тут у каждого свои пристрастия. Но желательно, чтобы состав не оставлял следов на матрице.

Укладываете кремниевую пластину лицом вверх (лицо — синяя сторона). На ней есть две или три дорожки. Их промазываете флюсом или маркером, спиртовым (не водно-спиртовым) раствором канифоли. В комплекте с фотопреобразователями идет обычно тонкая контактная лента. Иногда она нарезана на куски, иногда идет в катушке. Если лента намотана на катушку, отрезать нужно кусок, равный двойной ширине солнечного элемента, плюс 1 см.

На обработанную флюсом полосу припаиваете отрезанный кусок. Лента получается намного длиннее пластинки, весь остаток остается с одной стороны. Старайтесь вести паяльник не отрывая. Насколько это возможно. Для более качественной пайки на кончике жала у вас должна быть капля припоя или олова. Тогда пайка будет качественной. Непропаянных мест быть не должно, хорошо все прогревайте. Но не давите! Особенно по краям. Это очень хрупкие изделия. Поочередно припаиваете ленты на все дорожки. Фотопреобразователи получаются «хвостатые».

Лицевая сторона — синяя. На ней есть несколько дорожек (две или три) к которым нужно припаять проводники. Серая — это тыльная сторона. К ней потом припаивают проводники от идущей выше пластинки

Теперь, собственно, о том, как собрать солнечную батарею своими руками. Приступаем к сборке линейки. С обратной стороны пластинки тоже есть дорожки. Теперь «хвост» от верхней пластины припаиваем к нижней. Технология такая же: дорожку промазываем флюсом, потом пропаиваем. Так последовательно соединяем нужное количество фотоэлектрических преобразователей.

В некоторых вариантах на задней стороне не дорожки, а площадки. Тогда пайки меньше, но претензий по качеству может быть больше. В этом случае промазываем флюсом только площадки. И паяем тоже только на них. Вот, собственно, все. Собранные дорожки можно переносить на основание или корпус. Но есть еще множество хитростей.


Паять нужно на твердой ровной поверхности

Так, например, между фотоэлементами нужно выдерживать определенное расстояние (4-5 мм), что без фиксаторов не так и легко. Малейший перекос, и есть возможность порвать проводник, или сломать пластинку. Потому для задания определенного шага на кусок ламината приклеивают строительные крестики (используются при укладке плитки), или делают разметку.

Об использовании солнечной энергии для отопления дома можно прочесть тут.

Солнечная батарея своими руками из подручных средств и материалов в домашних условиях

Несмотря на то, что мы живём в современном и быстроразвивающимся мире – покупка и монтаж солнечных батарей остаётся уделом обеспеченных людей. Стоимость одной панели, которая будет вырабатывать всего лишь 100 Ватт варьируется от 6 до 8 тысяч рублей. Это не считая ещё то, что отдельно надо будет покупать конденсаторы, аккумуляторы, контроллер заряда, сетевой инвертор, преобразователь и другие вещи. Но если у вас нет большого количества средств, а хочется перейти на экологически чистый источник энергии то у нас для вас есть хорошие новости – солнечную батарею можно собрать в домашних условиях. И если следовать всем рекомендациям, КПД у неё будет не хуже, чем у собранного в промышленных масштабах варианта. В данной части мы рассмотрим пошаговую сборку

Также уделим внимание материалам, из которых можно собрать солнечные панели

Из диодов

Это один из самых бюджетных материалов. Если вы собрались делать солнечную батарею для дома из диодов, то помните, что с помощью данных компонентов собираются лишь небольшие солнечные батареи, способные запитать какие-либо незначительные гаджеты. Лучше всего подойдут диоды Д223Б. Это диоды советского образца, которые хороши тем, что имеют стеклянный корпус, из-за размера обладают высокой плотностью монтажа и имеют приятную цену.

Затем подготовим поверхность для будущего размещения диодов. Это может быть деревянная дощечка или любая другая поверхность. В ней требуется проделать отверстия на протяжении всей её площади Между отверстиями надо будет соблюдать расстояние от 2 до 4 мм.

После берём наши диоды и вставляем алюминиевыми хвостиками в данные отверстия. После этого хвостики требуется загнуть в отношении друг к другу и спаять для того, чтобы при получении солнечной энергии они распределяли электричество в одну “систему”.

Наша примитивная солнечная батарея из стеклянных диодов готова. На выходе она может давать энергию в пару вольт, что является неплохим показателем для кустарной сборки.

Из транзисторов

Этот вариант уже будет более серьёзный, чем диодный, но всё равно является образцом суровой ручной сборки.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею из транзисторов вам понадобятся для начала сами транзисторы. Благо их можно купить практически на любом рынке или в магазинах электронной техники.

После покупки вам потребуется срезать крышку у транзистора. Под крышкой прячется самый главный и нужный нам элемент – полупроводниковый кристалл.

Далее подготавливаем каркас нашей солнечной батареи. Можно использовать как дерево так и пластик. Пластик, конечно, будет лучше. В нём сверлим отверстия для выводов транзисторов.

Затем вставляем их в каркас и спаиваем их между друг другом соблюдая нормы “ввода-вывода”.

На выходе такая батарея может давать мощность, которой хватит на осуществление работы, к примеру, калькулятора или маленькой диодной лампочки. Опять же такая солнечная батарея собирается чисто ради забавы и не представляет собой серьёзный “электропитательный” элемент.

Из алюминиевых банок

Данный вариант уже является более серьёзным в отличие от первых двух. Это тоже невероятно дешёвый и эффективный способ получить энергию. Единственное, на выходе её будет гораздо больше, чем в вариантах из диодов и транзисторов и она будет не электрическая, а тепловая. Всё что вам надо – большое количество алюминиевых банок и корпус. Хорошо подходит корпус из дерева. В корпусе лицевая часть должна быть закрыта оргстеклом. Без него батарея не будет эффективно работать.

Затем с помощью инструментов на дне каждой банки пробиваются три отверстия. Наверху в свою очередь делается звездообразный вырез. Свободные концы загибаются наружу, что необходимо для того, чтобы происходила улучшенная турбулентность нагретого воздуха.

После данных манипуляций банки складываются в продольные линии (трубы) в корпус нашей батареи.

Затем между трубами и стенками/задней стенкой прокладывается слой изоляции (минеральная вата). Затем коллектор закрывается прозрачным сотовым поликарбонатом.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Солнечная батарея из фольги

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.


Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

  • 2 «крокодильчика»;
  • медная фольга;
  • мультиметр;
  • соль;
  • пустая пластиковая бутылка без горлышка;
  • электрическая печь;
  • дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Далее «крокодильчики» прицепляются к панели, провод от ненагретой фольги — к плюсу, от нагретой — к минусу, соль растворяют в воде и выливают раствор в бутылку. Батарея готова.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

Солнечная батарея из транзисторов

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Солнечная батарея из диодов

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Солнечная батарея из пивных банок

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки

Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Принцип работы

Во-первых, фотоэлементы являются кремниевыми пластинами. В свою очередь, кремний по своему химическому составу имеет максимальную схожесть с чистым силицием. Именно этот нюанс дал возможность понизить стоимость солнечной батареи и запустить ее уже на конвейер.

Кремний в обязательном порядке кристаллизуют, так как сам по себе он является полупроводником. Монокристаллы изготавливаются намного проще, но при этом не имеют много граней, за счет чего электроны имеют возможность двигаться прямолинейно.

Важно знать, что добавлением фосфора или мышьяка повышается электропроводность. Также, одним из важных свойств силиция является невидимость для инфракрасного излучения

Благодаря этому элементу, преобразовательные блоки поглощают только полезные части солнечного спектра.

Последовательность действий солнечной батареи:

  1. Энергия солнца попадает на пластины.

  2. Пластины нагреваются и освобождают электроны.
  3. Электроны активно двигаются по проводникам.
  4. Проводники дают заряд аккумуляторам.

Вот мы и выяснили, из чего состоят солнечные батареи и каков их принцип действия.

В заключение хотелось бы добавить, что такую альтернативу можно сделать дома самостоятельно, при наличии всех необходимых частей.

Смотрите видео, в котором в легкой и познавательной форме объясняется принцип работы солнечных батарей:


С этим читают