3.2. Самостоятельное изготовление простейших солнечных элементов

Простейшая самодельная солнечная батарея

Эта конструкция рассматривается в познавательных целях, т. к. она не очень эффективна при высокой цене. Цена одного КД202 составляет 50 руб. Итого на 4 блока по 5 шт. понадобиться 20 диодов.

Это примерно 1000 руб., не считая универсальных разъемов для подключения разных устройств. При этом устройство генерирует напряжение до 2,1 В при токе до 0,8 мА.

 Примечание.

Разумеется, это изобретение морально устарело. Проще купить кремниевую, панель за 1100 руб. Но кому интересен процесс, то можете попробовать.

В хозяйстве радиолюбителя 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.

Как известно, при освещении полупроводник становится источником электрического тока — фотоэлементом. Этим свойством мы и воспользуемся (http://electro-shema.ru/zll.htm).

Сила тока и электродвижущая сила такого фотоэлемента зависят:

♦ от материала полупроводника;

♦ от величины его поверхности;

♦ от освещенности.

Но чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла, а, говоря точнее, его нужно вскрыть.

Последовательность работ представлена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Последовательность работ по созданию солнечной батареи

 Примечание.

Энергия, вырабатываемая одним фотоэлементом, очень мала, поэтому их объединяют в батареи. Чтобы увеличить ток, отдаваемый во внешнюю цепь, одинаковые фотоэлементы соединяют параллельно, а для увеличения напряжения — 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. Между собой элементы соединяются тонкими лужеными медными проводами.

 Совет.

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 фотобатарея 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.

Самодельная солнечная батарея

Можно сделать простейшие собственные солнечные батареи в кухне из материалов из хозяйственного магазина (www.scitoys.com). Предлагаемая солнечная батарея будет сделана из оксида меди вместо кремния. Окись меди — один из первых материалов, в котором ученые открыли фотоэлектрический эффект, в котором свет заставляет электричество течь в материале. Фото и подробности см. на http://electro-shema.ru/zll.htm.

Материалы:

♦ лист меди из хозяйственного магазина. Он обычно стоит приблизительно 150 руб. за 1 м². Нам нужно примерно 45 см²;

♦ два зажима «крокодильчика»;

♦ чувствительный микроамперметр, который может измерить промежутки между 10 и 50 микроамперами. Можно использовать и обычный;

♦ электрическая печь не меньше 1100 Вт, чтобы горелка становилась красной;

♦ пластиковая 2-литровая бутылка с отрезанным горлышком;

♦ пара столовых ложек столовой соли;

♦ вода из-под крана;

♦ наждачная бумага или дрель с насадкой (абразивной);

♦ листовой металл.

Сначала нужно отрезать часть меди, чтобы она была размером с электрическую плиту. Помойте руки, чтобы не оставлять жирных или других пятен. Также вымойте медный лист с моющим средством, чтобы смыть с него жир. Используйте наждачную бумагу или абразивную щетку, чтобы полностью убрать медное защитное покрытие так, чтобы любой сульфид или другая легкая коррозия были удалены.

Затем положите чистый медный лист на плитку (электрическую) и включите ее на максимум.

Медь начнет нагреваться и окисляться, вы увидите красивые красно-оранжевые пятна на ее поверхности. Когда медь нагреется еще больше, разноцветные пятна станут заменяться черным цветом — оксидом меди. Все цвета исчезают, когда спираль уже красная.

Когда горелка будет пылать, лист меди будет покрыт черным медным оксидом.

 Совет.

Позвольте ей пожариться еще полчаса, таким образом, черное покрытие будет толстым. Это важно, так как толстое покрытие отслоится легко, в то время как тонкое останется, прилипнув к меди.

После получаса «кулинарии» выключите горелку. Оставьте горячую медь на горелке, чтобы медленно охлаждаться. Если вы охладите ее слишком быстро, то черная оксидная пленка прилипнет к меди.

Поскольку медь охлаждается, она сжимается. Черная медная окись также сжимается. Но они сжимаются с разной скоростью, что заставляет черную медную окись отслоиться.

Когда медь охладилась до комнатной температуры (это занимает приблизительно 20 мин.), большая часть черной оксидной пленки уйдет.

Легкое очищение вашими руками под проточной водой удалит большинство маленьких кусочков. Не пытайтесь отдирать неподдающиеся пятнышки и не сгибайте лист — можете повредить тонкий слой окиси меди, а как раз он нам и нужен.

Остальная часть сборки очень быстрая и простая. Обрежьте второй лист меди под размер с первым (нагретым). Аккуратно согните обе части, таким образом они войдут в пластмассовую бутылку, не касаясь друг друга.

Прицепите «крокодильчики» к обеим пластинам. Соедините провод от чистой меди к плюсу, а провод от пластины с оксидом — к минусу. Теперь смешайте пару столовых ложек соли в небольшом количестве горячей воды из-под крана. Размешивайте, пока вся соль не растворится. Аккуратно вылейте смесь в бутылку (где пластины), оставив примерно 2,5 см от краев пластин.

Оксид меди — полупроводник. Он является промежуточным проводником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами, и не текут свободно.

В полупроводнике есть промежуток, названный запрещенной зоной между:

♦ электронами, которые связаны сильно с атомом;

♦ электронами, которые более далеки от атома, который может переместиться свободно и провести электричество.

Электроны не могут остаться в запрещенной зоне. Электрон может дать только немного энергии и переехать от ядра атома в запрещенную зону. Электрон должен получить достаточно энергии переместиться дальше от ядра, за Пределами запрещенной зоны.

Точно так же электрон вне запрещенной зоны не может проиграть немного энергии и упасть только немного ближе к ядру. Это должно потерять достаточно энергии упасть мимо запрещенной зоны в область, где можно электронам.

Когда солнечный свет поражает электроны в оксиде меди, некоторые из электронов получают достаточно энергии от солнечного света, чтобы подскочить мимо запрещенной зоны и стать свободными провести электричество. Батарея производит 50 мА в 0,25 В.

Свободные электроны перемещаются в соленую воду, затем в чистую медную пластину, в провод, через амперметр, и назад к окисленной пластине. Поскольку электроны перемещаются через амперметр, мы видим работу (ампер). Когда тень падает на солнечную батарею, электроны движутся медленнее и миллиампер меньше.