Солнечная батарея своими руками: делаем солнечную батарею в домашних условиях

Из подручных материалов

Ниже предлагаем вам рассмотреть изготовление солнечной батареи из подручных материалов, а именно:

• Вариант 1-й – из медного листа.
• Вариант 2-й – из алюминиевых банок.

Вариант 1

Для того чтобы сделать солнечную батарею из меди, вам потребуется подготовить такой материал:

• Медный лист размером в 0,45 м2.
• Зажимы (крокодильчики) – 2 шт.
• Тестер для измерения электричества между 10 и 50 микроамперами.
• Электроплита, мощностью от 1100 Ватт.
• Пластиковая бутылка со срезанным горлышком.
• Соль.
• Теплая вода.
• Наждачная бумага.

При наличии всего этого, можно приступать к работе, ниже приводится пошаговая инструкция:

Отрежьте кусок меди, равные размеру спирали на кухонной плите. Медь следует тщательно очистить от пыли и грязи.
При нагревании меди на плите происходят химические реакции медь начнет чернеть. Когда она приобрела такой окрас должно пройти полчаса. За этот период слой черного цвета должен стать толстым.
После этого выключите плиту. Кусок меди должен остыть. При этом процессе медная окись и сама медь начнет сжиматься с разной скоростью. Именно в этот момент и произойдет отслоение окиси.
Теперь, когда температура заготовки снизится до комнатной, помойте ее в теплой воде

Важно не отскребывать черные остатки окиси.
На следующем этапе можно начинать сборку солнечной батареи. Для этого отрежьте второй кусок меди, по размеру соответствующий первому.
2 листа сгибаете так, чтобы их можно было поместить в бутылку. Далее необходимо прицепить к ним зажим так, чтобы они не соприкасались друг с другом.
В завершение присоедините шнур от второго непрогретого куска меди на плюс, а от прогретого на плите к минусу.
На следующем этапе добавьте пару ложек соли в нагретую воду и перемешайте ее до полного растворения.
Полученный раствор вылейте в бутылку, где расположены медные заготовки

Пластины заливайте не полностью, от их краев оставьте 0,5 см.

Далее необходимо прицепить к ним зажим так, чтобы они не соприкасались друг с другом.
В завершение присоедините шнур от второго непрогретого куска меди на плюс, а от прогретого на плите к минусу.
На следующем этапе добавьте пару ложек соли в нагретую воду и перемешайте ее до полного растворения.
Полученный раствор вылейте в бутылку, где расположены медные заготовки. Пластины заливайте не полностью, от их краев оставьте 0,5 см.

Изготовленная таким методом солнечная батарея сможет давать несколько миллиампер даже в пасмурную погоду.

Вариант 2

В этом случае вам потребуются такие материалы:

• Алюминиевые пивные банки.
• Обезжириватель.
• Деревянная рама.
• Оргстекло.
• Фольга.

Итак, работа по изготовлению такой батареи выглядит следующим образом:

1. На первом этапе осуществляете подготовку банок. Для этого промойте каждую банку. Для потока и сборки тепла, дно банок пробивается.
2. Поверхность банки необходимо обезжирить.
3. По принципу конструктора, банки склеиваете друг на друга.
4. Далее изготавливаете каркас для теплообменника из деревянных реек и оргстекла.
5. В качестве подложки лучше всего использовать фольгу, так как этот материал имеет хорошие показатели по светоотражению.

Вот такими простыми и нехитрыми методами, можно сделать солнечные батареи из подручных средств.

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/м2:

• 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.

Изготовление в домашних условиях

Для того чтобы готовая конструкция качественно выполняла свои функции и обеспечивала людей достаточным количеством электричества, необходимо правильно её изготовить. Для этого нужно учитывать много факторов и выбирать только высококачественные материалы.

Основные требования

Перед тем как своими руками сделать солнечную батарею, необходимо выполнить ряд подготовительных мероприятий и тщательно изучить все требования, предъявляемые к устройству. Это поможет получить работающую установку и упростить процесс её монтажа.

Чтобы солнечная панель работала на максимуме своих возможностей, необходимо соблюдать такие требования:

1. Готовое изделие отличается повышенной хрупкостью, поэтому его нужно защитить специальным каркасом.
2. Размер конструкции зависит от количества необходимой электроэнергии. При этом следует учитывать, что увеличение количества проводников приведёт к повышению массы батареи.
3. В корпусе устройства должны быть предусмотрены боковые бортики небольшой величины. Всё это нужно для того, чтобы отбрасываемая ими тень закрывала минимальное рабочее пространство батареи.
4. Конструкция устанавливается на открытом воздухе, поэтому будет подвергаться постоянному воздействию атмосферных явлений. Из-за этого внутренняя и внешняя часть корпуса должна быть покрыта качественной влагостойкой краской.
5. В каркасе необходимо предусмотреть место для изготовления подложки.
6. В нижней части панели нужно сделать небольшие отверстия для вентиляции. С их помощью будет выводиться газ, который образовывается в процессе работы батареи.

Материалы и инструменты

Наиболее важными деталями устройства считаются фотоэлементы. Производители предлагают покупателям только 2 их разновидности: из монокристаллического (КПД до 13%) и поликристаллического кремния (КПД до 9%).

Для изготовления панели понадобятся такие материалы и инструменты:

• набор фотоэлементов;
• крепёжные детали (метизы);
• вакуумные подставки из силикона;
• медные провода, способные работать при большой мощности;
• алюминиевые уголки;
• диоды Шоттки;
• паяльное оборудование;
• набор винтов;
• прозрачный лист из плексигласа или поликарбоната.

Порядок действий

Для того чтобы сделать солнечные батареи своими руками в домашних условиях, необходимо соблюдать последовательность действий. Только в этом случае можно избежать ошибок и добиться желаемого результата.

Процесс изготовления панели прост и состоит из следующих этапов:

Берётся набор поли- или монокристаллических фотоэлементов и детали собираются в общую конструкцию. Их количество определяется исходя из требований владельцев дома.
На фотоэлементы наносятся контуры, образующиеся из олова припаянные проводники. Эта операция выполняется на ровной стеклянной поверхности при помощи паяльника.
По заранее подготовленной электрической схеме соединяются друг с другом все ячейки. При этом обязательно нужно подключить шунтирующие диоды. Идеальным вариантом для солнечной батареи будет использование диодов Шоттки, предотвращающих разрядку панели в ночное время.
Конструкция из ячеек перемещается на открытое пространство и тестируется на работоспособность. При отсутствии каких-либо проблем можно начинать сборку каркаса.
Для этих целей используются специальные уголки из алюминия, которые крепятся к элементам корпуса при помощи метизов.
На внутренние части реек наносится и равномерно распределяется тонкий слой силиконового герметика.
Поверх него кладётся лист из плексигласа или поликарбоната и плотно прижимается к контуру рамы.
Конструкция оставляется на несколько часов для полного высыхания силиконового герметика.
Как только этот процесс завершился, прозрачный лист дополнительно крепится к корпусу при помощи метизов.
Вдоль всей внутренней части получившейся поверхности помещаются выбранные фотоэлементы с проводниками

При этом важно оставлять небольшое расстояние (примерно 5 миллиметров) между соседними ячейками. Для упрощения этой процедуры можно заранее нанести необходимую разметку.
Установленные ячейки надёжно фиксируются на раме с помощью монтажного силикона, а панель полностью герметизируется

Всё это поможет увеличить срок работы солнечной батареи.
Изделие оставляется для высыхания нанесённой смеси и приобретает свой окончательный вид.

Как сделать солнечную батарею своими руками

Сначала определимся с инструментами, материалами и правилами их выбора.

Инструменты

• Ножовка по дереву или металлу – нужна для резки заготовок.
• Шуруповерт – понадобится при скреплении деталей основания и боковин шурупами-саморезами. Если его нет, можно обойтись отверткой.
• Паяльник – необходим для пайки токопроводящих дорожек.
• Мультиметр – этим прибором на завершающем этапе проверяются вольтамперные характеристики готового изделия.

Материалы

• Фотоэлектрические ячейки-пластины на основе кремния с токопроводящими дорожками.
• Деревянные рейки.
• Листы ДСП.
• Алюминиевые уголки.
• Поролоновые прокладки, толщина около 2 см.
• Лист прозрачного материала, который послужит подложкой.
• Пакет саморезов. 
• Банка герметика.
• Набор проводов.
• Клеммы и диоды.

Правила выбора комплектующих и числа ячеек

Для сборки солнечной батареи своими руками в домашних условиях потребуется соблюдать следующие правила выбора.

Фотоэлементы. Обязательное условие – абсолютно одинаковые размеры. Наиболее распространенные габариты 3х6 дюйма. Покупаются обычно на Ali Express или других китайских сайтах. Максимально выгодно приобретать готовыми пачками, по 36 ли 72 шт. Единственный недостаток – в самых дешевых наборах часто встречается брак. 
Клеммы и токопроводящие шины

Приобретаются для соединения фотоэлектрических ячеек в единый модуль
Важно помнить, что кремниевые пластинки очень хрупкие, поэтому обращаться с ними в процессе припайки следует предельно осторожно!

Деревянные рейки или алюминиевый профиль для рамы. Собирая солнечную батарею своими руками из подручных средств, предпочтительнее использовать алюминий
Этот авиационный металл легкий, дешевый, не подвержен коррозии и не гниет, подобно древесине

Купить готовые профили любых размеров несложно в обычных хозяйственных магазинах.

Прозрачные защитные листы. Могут быть поликарбонатными, плексигласовыми, акриловыми или стеклянными с антибликовым покрытием. Последний вариант дороже, но наиболее предпочтителен, поскольку обладает наивысшим коэффициентом поглощения лучей. Дополнительное его преимущество – минимальная среди перечисленных материалов степень нагрева, что способствует повышению КПД.

Число и общая площадь ячеек. Лучшие самодельные панели, как установлено опытным путем, выдают порядка 100-120 Вт на квадратный метр площади. На первый взгляд кажется, что выгодно сделать и сами модули, и их количество как можно большим. Но на практике даже одна солнечная батарея, собранная своими руками, требует долгих часов, а иногда и дней кропотливого труда. При этом в процессе пайки нельзя допускать ни одной ошибки, иначе вся проделанная работа пропадет зря. Поэтому рассчитывать на создание полноценной мощной СЭС не  стоит. Обычно вручную, а не на заводских автоматических линиях, реальной оказывается сборка одной- двух, редко трех-четырех панелей.

Место размещения

Оптимальным местом установки готовых модулей должен быть участок земли или пространство на крыше, постоянно освещаемые солнцем. 

Для повышения производительности в любое время года панели желательно закреплять на конструкциях, позволяющих осуществлять поворот модулей. Тогда азимут и угол наклона относительно солнца всегда будет приближенным к идеальному положению. Собрать такие конструкции также несложно самостоятельно.

Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти

Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.

Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний

Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.

Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.

Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках

Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.

Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим

Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.

Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов

Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.

Солнечные батареи из подручных средств

Светильник. Для того, чтобы собрать схему для светильника, необходимо приобрести:

• Аккумулятор – для хранения энергии;
• Белого свечения светодиоды;
• Резистор, с номиналом напряжения 33 Ом, для каждого светодиода;
• Транзистор – триод с тремя выводами;
• Выпрямительный диод – для преобразования переменного тока в постоянный;
• Солнечные ячейки;
• Добавочный резистор.

Противоположные концы резисторов припаиваются вместе к коллекторному выходу транзистора. Базовый выход транзистора выходит на резистор, номиналом 3,6 кОм, а эмиттер на отрицательно заряженный выход выпрямительного диода.

Анод диода соединен с резистором базы, положительный выход солнечных элементов подается на этот же узел. Минус подается на катоды светодиодов. Солнечные ячейки соединяются для увеличения мощности итоговой работы.

Собранная схема помещается в пустую банку или емкость, собранные ячейки наклеиваются на кусок фанеры.

Фонарь

Зачастую готовые сборки фонарей не отличаются особой надежностью, быстро ломаются и приходят в негодность. Любую китайскую комплектацию готового фонаря можно с легкостью усовершенствовать, воспользовавшись уже имеющимся набором элементов:

• В донышке фонаря, который может быть сделан из стеклянных или пластиковых банок или бутылок, необходимо подготовить отверстия диаметром 7-10 миллиметров. К заранее вырезанному поливинилхлоридовому основанию приклеивается собранная цепь из фотоэлементов, в месте выводов проводов нужно загерметизировать отверстия.
• Светодиод размещается в центральной части полости пластиковой трубки, а плата электроники, состоящая уже из готовой цепи электрических элементов, соединяется с проводами панели.

Зарядка для телефона

Четыре полупроводниковых материала соединить последовательно и к положительному выходу соединить с диодом Шоттки.

Базовый линейный стабилизатор напряжения, номиналом 5 В, и специализированный разъем USB для зарядки располагаются сразу после собранной цепи, границы модулей покрываются термоклеем. Такая простая схема обеспечит зарядку телефонного аппарата с использованием альтернативного вида энергии.

Спектр применения солнечной энергии очень широк, из достоинств применения можно отметить: простоту конструкции, небольшой вес, надежность эксплуатации, бесшумность, отсутствие загрязнения окружающей среды и длительный срок службы.

Какие бывают солнечные батареи

Солнечные панели сейчас широко применяются для питания различных устройств, механизмов и помещений, в частности для мобильных гаджетов, электроавтомобилей. Используются солнечные батареи в квартире, в доме, на даче и промышленных объектах.

Классификация солнечных батарей осуществляется по типу их конструкции и условно может быть распределена на четыре основных вида:

Тип	Особенности
Жесткие	Производятся в основном из кристаллического или аморфного кремния. Представляют собой твердую панель из фотоэлементов.
Пленочные	Такой вид представляет собой тонкую гибкую пленку из кристаллического или аморфного кремния, теллурида кадмия и других элементов.
Односторонние	Панели, поглощающие солнечные лучи только с одной стороны.
Двухсторонние	Фотоэлементы способны поглощать энергию с двух сторон.

Панель без затрат в домашних условиях

Солнечную панель можно изготовить в домашних условиях без приобретения фотоэлементов. Самодельная солнечная батарея из диодов либо транзисторов, конечно, не обеспечит энергией все потребности дома. Тем не менее, батарея из транзисторов с легкость сможет обеспечить бесперебойную работу мелкой домашней электроники.

В домашних условиях можно собрать устройство можно из старых транзисторов типа «П» либо «КТ». В начале аккуратно спиливается верхняя часть транзисторов для свободного попадания света на р-n-переход. Верхняя часть транзистора типа «П» продувается после высыпанного порошка. Для использования фотоэлементов необходимо воссоединить ячейки в блоки (параллельное соединение). Крепление ячеек транзисторов воспроизводится посредством навесного закрепления на текстолитовой подложке.

Диоды (типа Д223Б) не стоит разбирать. Со стеклянной поверхности корпуса снимается (ацетоном) краска. Впаиваются диоды в подложку в вертикальном расположении, что придает больший эффект площади освещенности элемента.

Солнечная батарея из сд дисков

Для создания потребуется:

• Специальный светодиод прямоугольной формы.
• Компакт диск.
• Специальная крышка блокирующая утечку солнечной энергии.
• Болт.
• Пару проводов.

Процесс создания

Первым делом выполняем работу с крышкой. В ней нужно проколоть отверстие. Это можно сделать аккуратно ножницами, гвоздем или шилом.

Далее вкручиваем шуруп в пробку.

После этого берем CD диск и кладем его на крышку. Затем все закручиваем.

В итоге у нас появилась готовая цельная конструкция усиливающая и концентрирующая солнечный свет.

Теперь чтобы получить электричество перенаправляем луч солнца на светодиод. В итоге генерируется около 5 вольт энергии.

Таким образом если это запаковать в нехитрую конструкцию можно получать нужное количество электричества. Затраты при этом будут самые минимальные.

Солнечная батарея из различных материалов своими руками

Солнечная батарея из оптического диска

Для того чтобы сделать солнечную батарею из обычного CD-диска потребуются три кремниевых стабилитрона (2С168).

• Прежде всего на самом диске нужно сделать несколько витков из проволоки и закрепить термоклеем, сами витки будут напоминать лепестки цветов вокруг отверстия диска. Между обмотками разместить и впаять стабилитроны.
• Одну из обмоток нужно разрезать для создания выводов снятия параметров напряжения. После зачистки выводов необходимо припаять к ним участки проводов, чтобы удобно было приставлять щупы мультиметра. Для проверки работоспособности батареи замеряем мультиметром параметры напряжения цепи.

С использованием диодов Шоттки 2С168 напряжение должно равняться 2,5-3,5 мВ, под прямыми солнечными лучами значение значительно увеличится – 1,3 В.

Солнечная батарея из медной фольги

Чтобы не тратить большое количество времени на закупку и поиски электрических элементов, опытные умельцы могут соорудить солнечную батарею даже из листов медной фольги:

• Для этого необходимо взять фольгированный материал и очистить его от различного рода загрязнений, чтобы не уменьшать мощность готовой схемы.
• Не нужно недооценить и влияние процесса оксидирования. Чтобы очистить лист, необходимо накалить его на электрической плите до окрашивания в черный цвет. Это означает, что образовался оксид меди, который нужно полностью остудить и удалить с поверхности листа. Со вторым материалом данные действия не потребуются.
• Оба листа теперь нужно поместить в прозрачную емкость так, чтобы соприкосновение между ними отсутствовало, и залить соляным раствором. Материалы лучше всего разместить так, чтобы верх выступал на 2,5 сантиметра.
• Щупы мультиметра аккуратно закрепляются на каждом из листов.

Подбор и пайка элементов

На Еbay можно купить солнечные элементы для батареи с уже припаянными проводниками. Вы должны сами расценить свои силы, так как пайка контактов в такой сложной конструкции является достаточно сложным процессом, который усугубляется хрупкостью элементов.

Если вы решили сами паять элементы, то сначала проводники нужно нарезать при помощи картонной заготовки и аккуратно положить его на фотоэлемент. Потом на место припаивания наносят кислоту и припой. Для удобства проводник фиксируют тяжелым предметом. Необходимо аккуратно проводник припаять к фотоэлементу, не пережимая хрупкий кристалл. По нормативу серебряное напыление на проводниках должно выдерживать три цикла пайки.

Заключение

Из диодов, конечно же, сложно собрать мощную панель для улавливания солнечного света. Ведь даже в своем самом лучшем исполнении (старые диоды) такое устройство будет малоэффективным и от него максимум можно будет запитать небольшой светодиодный прибор. Поэтому если вы не электротехник-любитель и всякого рода электросхемы – не ваша страсть и вы не особо любите с ними возиться, то не стоит тратить силы на сборку подобных батарей, а лучше купить заводскую модель и получать на выходе хороший результат. В такой ситуации вы гораздо быстрее окупите затраченные средства, да и с большим комфортом.