Сонячна батарея альтернативне джерело енергії

Область застосування сонячних батарей

Людство навчилося користуватися сонячною енергією в багатьох сферах свого життя, але ось які з них найцікавіші:

1. Електроніка - вже давно в усьому світі роблять портативні пристрої на кшталт калькуляторів, кишенькових ліхтариків та ін.
2. Авіація - в даній області не так давно стався прорив: в Швейцарії створений літак, який використовує лише сонячну енергію, запасаючи її в батареї акумулятора. Перший політ прототипу тривав 26 годин.
3. Електромобілі - тут застосування сонячної енергії є малоефективним, ККД на рівні 10-15%. Тому багато електрики для акумулятора автомобіль запасти не може, до того ж сонце світить не завжди, скорочуючи тим самим добовий пробіг.
4. Енергозабезпечення будівель - дахи будинків деяких тропічних країн обладнані сонячними батареями. Так значно економиться електрику.
5. Дороги - в 2014 відкрилася велодоріжка в Голландії, викладена сонячними панелями. Проект виявився недостатньо ефективний, але зараз розглядається будівництво проїжджих частин з сонячних батарей у Франції. За таким дорогам електромобілі зможуть пересуватися без підзарядки.
6. Космос - тут сонце світить постійно і без перешкод для сонячного модуля, тому на космічних апаратах вони встановлюються повсюдно.
7. Медицина - вченими з Південної Кореї була розроблена сонячна батарея, імплантують під шкіру. Вона тонше волосся в 15 разів, її мета - забезпечити імплантований в тіло обладнання безперебійним електрикою.

Пристрій і принцип роботи сонячних батарей

Складові частини сонячної батареї називаються фотоелементами. З`єднання між ними паралельне і послідовне, а розташовують їх на каркасі з матеріалів, що не проводять електрику. Напівпровідники працюють завдяки фотогальванічних ефекту, що означає трансформацію променевої енергії сонця в електрику.

Для виготовлення сонячних батарей використовують кремній, це другий за поширеністю хімічний елемент на Землі. У нього висока електропровідність і хороша здатність притягувати сонячні промені. Однак звичайний кремній для даного виробництва не годиться, його перетворюють в придатний, за спеціальною технологією. Виготовлення такого кремнію - дуже дорогий і складний процес.

Бувають два види фотоелектричних перетворювачів: на основі монокристалічного і полікристалічного кремнію. Їх виробляють з різною технологією. ККД першого дорівнює 17,5%, а другого - менше 15%. Конструкція складається з окремих модулів, що підключаються між собою блоками.

Пристрій сонячної батареї залежить від її найбільш значимого параметра - корисної потужності. Розрахунок економічності всієї установки залежить саме від неї. Корисна потужність визначається по напрузі і силі струму на виході, на які впливає інтенсивність променів сонця.

В результаті електроенергія переходить на зберігання в акумулятори і накопичується там. Акумулятор - це хімічне джерело струму, який заряджається при контакті з потенціалом більше його власної напруги. Слабкий сонячне світло знижує інтенсивність заряду батареї акумулятора, тоді вона віддає енергію електроприймачів. Виходить, що акумуляторна батарея завжди функціонує в режимі розрядки і підзарядки.

Стежити за цими процесами можна за допомогою спеціального контролера. Циклічний заряд вимагає постійної напруги або постійного заряду струму. Коли заряд батареї повний, до неї ще підключають резистор, який поглинає надлишкову потужність.

Виготовлення сонячної батареї своїми руками

Розрахунок власної сонячної електростанції не повинен відразу бути грандіозним і масштабним. Досить буде в перший раз зробити пробну панель невеликій площі, а потім, використовуючи ті ж схеми, наростити на конструкцію інші елементи.

1. Виготовлення каркаса. Тут розрахунок максимально простий, а матеріалом служать алюмінієві куточки, або вже готові рами зі склом. Покриття може бути прозорим і з мінімальною пропускною спроможністю ІК-спектра, щоб не спровокувати нагрівання кремнієвих елементів. Менш відповідний - полікарбонат, а найбільш доступним можна вважати скло, оптимальне рішення - плексиглас.
2. Монтаж корпусу батареї. Необхідно включити в розрахунок додаткове відстань між модулями, близько 3 мм. Схема вимагає попереднього виготовлення рами, з`єднання виконують за допомогою метизів. Щоб розрахунок довговічності батареї виправдав себе, повинна бути забезпечена максимальна герметичність конструкції. У раму закладається лист прозорого матеріалу, притискається і фіксується, все повинно добре просохнути, щоб випаровування герметика не створили плівку на елементах. З`єднання кутів проводиться згідно схеми цвяхами і шурупами.
3. Пайка сонячних елементів. Копітка і складний процес, але якщо зробити розрахунок, саморобна сонячна батарея обійдеться в 4 рази дешевше заводської панелі. Заощадити кошти допоможе покупка в інтернеті елементів з дефектами, які не втратили своєї функціональності. Однак зовнішній вигляд всієї конструкції кілька постраждає. Спершу необхідно припаяти контакти, потрібно бути акуратним, так як сонячні елементи досить крихкі. Потрібно виготовити картонну заготовку і по ній нарізати провідники. Орієнтуйтеся схеми, на пайку піде багато часу.
4. Збірка сонячної панелі. З`єднання елементів простіше проводити на розмічальної підкладці, в розрахунок площі потрібно додати 3-5 мм між кожною частиною батареї. За основу можна взяти аркуш фанери, маркувати куточки на ньому і закріпити елементи по черзі на монтажну стрічку. Герметизація не потрібна, проте такий спосіб кріплення в польових умовах не забезпечить довгу службу панелі. Електрична схема пайки на увазі розташування «плюсових» доріжок на лицьовій, а «мінусових» на зворотному боці елементів. Далі слідує нанесення флюсу і припою, а потім акуратна пайка срібних контактів. Клема виводиться на зовнішню сторону рами. З`єднання токовиводящіх проводів повинно бути ізольовано, для цього можуть бути використані трубки для крапельниці.

Добросовісний розрахунок, якісне обладнання, чітка схема і посидючість забезпечать довгий функціонування саморобної сонячної батареї для домашніх потреб.

Недоліки та переваги джерел сонячної енергії

Пристрій сонячної батареї можна охарактеризувати як з позитивною, так і з негативного боку.

плюси:

• все обладнання важить відносно небагато;
• відсутність необхідності прокладання до опор кабелю;
• витрати на установку і обслуговування панелей зведено до мінімуму;
• обладнання при роботі не видає абсолютно ніякого шуму;
• енергія сонця екологічно чиста;
• загальнодоступність і невичерпність;
• сонячні батареї здатні прослужити досить довго.

мінуси:

• процес складання і розрахунок вимагають великих труднощів;
• вночі батареї не виробляють електрику;
• сонячні панелі дуже громіздкі;
• низький ККД - в електрику перетворюється близько 20% енергії, решта розсіюється у вигляді тепла;
• ефективність роботи панелей знижується при похмурій погоді;
• обладнання чутливо до забруднень і механічних пошкоджень.

Фактори, які необхідно враховувати при конструюванні сонячних батарей:

• регіональні особливості сонячної активності;
• розрахунок кута нахилу сонячної панелі і можливість її стеження за сонцем;
• наскільки енергоємно обладнання, яке буде живити сонячна батарея;
• важливо, з чого виготовлені панелі (оргскло, кремній, скло і т.д.).