Это отличная идея. Все видели калькуляторы, которые питаются от солнечной батарейки, более того - в садовых магазинах пользуется популярностью фонарь, спроектированный по такому же принципу. Днем заряжается, ночью - светит.

Энтузиасты давно знают, что светодиод, помещенный на солнце, выдает вполне замеряемое напряжение и даже какую-то силу тока. Другими словами, светодиод одновременно может работать и как фотодиод (или фотоэлемент). Прелесть в том, что светодиод имеет в виде корпуса своеобразную пластиковую линзу. Эта линза помогает концентрировать свет на крохотном кусочке полупроводника, который значительно меньше поверхности известных фотоэлементов. Теоретически, если соединить n светодиодов в одну цепочку, мы получим вполне себе работающую солнечную батарею.

Эксперимент

Эксперимент хорош тогда, когда его результаты можно применить прикладным образом. Например взять и запитать от такой батареи электролампочку, которая будет работать в каком-нибудь темном помещении садового дома. На улице - светло, а в подвале - тоже светло. Благодать! Но прежде чем мы начнем эксперимент, задайте себе вопрос, слышали ли вы о том, что такие батареи работают? Не в теории, а на практике. Мы тоже не слышали и не видели работающих образцов, однако это нас не остановит.

Для практического опыта были промеряны несколько образцов светодиодов и выбраны те из них, что дают максимальное напряжение в условиях яркого солнечного света. Один светодиод может выдавать 1.5 вольта, значит, если спаять определенное число полупроводников последовательно, мы получим требуемый потенциал, а если эксперимент провести в параллельном режиме, то, в теории, при количестве светодиодов близком к бесконечности, мы сможем получить силу тока запредельной мощности. Как в молнии. Ну или что-то вроде этого.

Было создано две линейки из десяти светодиодов каждая, в параллельном и последовательном режиме соответственно. Мы надеялись увидеть огромные цифры на вольтметре, но на практике ничего подобного не произошло. Не сработал ни параллельный ни последовательный режим. Классический неудачный эксперимент подтвердил следующее - мы не слышали о работающей солнечной батарее из светодиодов и не держали ее в руках, потому что это невозможно. Перейдем к разбору полетов.

Выводы

Один светодиод действительно выдает на солнечном свете 1.5 вольта. Проблема в том, что сила тока - очень маленькая. Кроме этого, светодиод генерирует энергию только на ярком солнце. В условиях обычного комнатного освещения ничего подобного не происходит. То есть, можно сделать вывод, что потери в цепочке из n светодиодов буду очень большими. Светодиод не специализированный прибор для генерации света - если подать на светодиод напряжение, он начинает светиться. Получается, что в то время, когда одни светодиоды производили электричество, другие его тут же «усваивали» на свечение.

Но сила тока настолько мала, что свечения не происходило, вместе с одновременным падением общего потенциала системы. Какой из светодиодов являлся донором, а какой - «акцептором», на данном этапе установить невозможно. Опыт будет более точным, если количество светодиодов увеличить хотя бы до тысячи. Но есть одно «но»! Это теряет всякий практический и экономический смысл.

Если перед вами стоит неразрешимая на данном этапе проблема - сделать солнечную батарею собственными руками, то самым простым методом будет покупка специализированных солнечных элементов. В отличии от светодиодов, они работают при любом свете, даже тогда когда на небе тучи. Естественно, в этом случае падает их КПД, но они работают.

Батарея, собранная из таких элементов и установленная на крыше дома может снабжать в условиях зимы (а не только лета) не самый маленький садовый дом электричеством. Хватает и на телевизор и на компьютер и на основную технику. Проблемы начинаются когда подключается утюг или чайник, но тогда на вторую половину крыши ставят вторую батарею и жизнь налаживается.

Элементы имеют модульную конструкцию и их можно наращивать практически бесконечно. Гле все это счастье можно купить? На сайте Ebay.com - вы не представляете, но оказывается солнечная энергетика в мире очень развита и продается множество недорогих комплектов (до $100) для создания домашних солнечных батарей приличной мощности.

Многие бы хотели перейти на альтернативные источники энергии, ведь это гарантирует не только чистоту окружающей среды, но и экономию денежных средств, но не у каждого из нас есть возможности, чтобы следить и уж тем более использовать последние достижения человечества в этой сфере. Но как говорится, голь на выдумки хитра. Под этим девизом и появилась солнечная батарея из диодов, которую может собрать каждый, кто любит эксперименты и устройства, собранные своими руками.

Но у каждой вещи, изготовленной в домашних условиях из подручных материалов, есть две стороны. Первая – это явная экономия и чувство морального удовлетворения, которое получаешь, когда держишь в руках предмет, который своим появлением обязан только тебе, а вторая – это отсутствие гарантии работоспособности и практичности самодельного устройства. Не обошла стороной эта участь и диодную солнечную батарею. Ну а какая сторона окажется сильнее, Вы узнаете дальше.

В чем заключается принцип работы

В основе всего лежит тот факт, что под действием солнечных лучей диод вырабатывает напряжение. Именно это знание и послужило толчком к тому, что на свет родилась идея изготовления солнечных модулей из диодов. Но проблема в том, что величина вырабатываемого напряжение крайне мала, поэтому для получения более или менее мощной батареи понадобится неограниченное количество диодов.

Если вы хоть раз видели диод, то вы знаете, что он представляет собой, для других же поясним, что диод – это кристалл, заключенный в пластиковый корпус, который выступает в роли линзы, концентрирующей солнечный свет на небольшом проводнике. Исходя из этого, можно предложить, что в теории солнечная батарея может быть изготовлена из диодов. Но как дела обстоят на практике?

Собираем солнечный модуль. 1 часть:

Процесс сборки

Первый шаг – избавиться от корпуса. Для этой цели подойдут любые подручные средства, можно воспользоваться молотком, но очень аккуратно, удары должны быть несильными и осторожными, чтобы не повредить сам кристалл. Но этот шаг можно и пропустить, оставив диоды в их первоначальном состоянии. В таблице 1 приведены значения напряжения для светодиодов разных цветов.

Таблица 1

В качестве платы можно использовать обычную картонку, в которой делаются небольшие отверстия. При параллельном соединении диодов суммируется их сила тока, а при последовательном – напряжение. Наибольший эффект дает сочетание обоих этих видов. Как вы понимаете, сам процесс сборки достаточно простой, но времени на него уходит много. Тем более что, чем большее количество диодов Вы используете, тем большее напряжение будет выдавать Ваша солнечная батарея.

Опыт разрешит все споры

Солнечная батарея из светодиодов готова, теперь остается проверить ее показатели. 100 диодов выдали нам ток всего в 0,3 мА, и стоило ради этого столько возиться?! Если сравнить самодельную СБ с заводской, мы получим крайне неутешительные результаты. Площадь в 7 раз больше, стоимость в 3 раза, а мощность на выходе в 8 раз меньше. Вывод можно сделать не в нашу пользу.

В теории напряжение должно возрастать пропорционально количеству используемых светодиодов, но на практике все совсем не так. Тем более чем больше количество, тем большая площадь потребуется для их размещения, а значит, возрастут потери при их соединении. Еще одна проблема – самопроизвольное свечение. Некоторая часть светодиодов будет генерировать электроэнергию, а другая наглым образом ее потреблять. И устранить этот недостаток невозможно. Ну и 3-я проблема – выработка энергии диодами возможна лишь под прямыми солнечными лучами, небольшое облачко на небе – и напряжение на выходе равно нулю.

Вывод напрашивается сам собой: идея изготовления солнечной батареи из доступных диодов с самого начала обречена на провал. Выгоднее переплатить и приобрести заводской модуль, чем изготовить его своими руками. Есть, конечно, неплохие варианты, но о них мы уже рассказывали в одной из наших предыдущих статей.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Собираем солнечный модуль. 2 часть:

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.

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.