Сегодня у нас любимая тема, солнечные батареи.
Часть первая Топливные генераторы и хранение топлива
Часть вторая Двигатели Стирлинга
Часть третья Термоэлектрические модули
Уже подсчитано, что если в пустыне Сахара разместить солнечные батареи на территории 160 квадратных километров, то можно полностью отказаться от всех других источников и видов энергии нефти, газа, урана, воды, ветра и тд.
Солнечные батареи состоят из кремния.
Кремний самый распространённый материал на земле, к примеру песок.
Так за чем же проблема?



Многие из нас не подозревают, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен около 130 лет. Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Это случайное открытие оставалось незамеченным вполоть до 1873г., когда Уиллоуби Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотя его первые опыты были далеко несовершенны, они знаменовали собой начало истории полупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии в лаборатории Белла был изобретен кремниевый солнечный элемент, который стал предшественником современных солнечных фотопреобразователей. Лишь в начале 50-х годов 20-го века солнечный элемент достиг относительно высокой степени совершенства.

По принципу работы солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, который использует эффект преобразования лучистой энергии в электрическую. Точнее, в солнечных батареях использовано свойство полупроводников на основе кристаллов кремния. Кванты света, попадая на пластину полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома данного химического элемента, что создает достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока.



Самый простой эксперимент с солнечными батареями можно сделать самому не выходя из дома,
любой транзистор имеющий p-n переход может быть использован для этих целей.
В школьном возрасте мы пробовали это делать с транзисторами П213



во первых он большой и дает максимальный ток, а во вторых был очень доступным.
Спиливается крышка, промывается от белого порошка, подсоединяются два контака
к вольтметру и можно эксперементировать на солнце.
Напряжение и ток мизерные, 15-20 миливольт, но это было интересно!!!
Потом появились первые маленькие солнечные батарейки от испорченых калькуляторов,
это была просто находка, очень ценилась.
Это сейчас досутуп есть ко всему и испорченый калькулятор с ноги летит в мусорку.
Кто знает то время и проводил его в интересных поисках и экспериментах,
а не сидел как сейчас у утра до вечера вКонтакте со своего iPod, тот поймет.

размеры могут быть очень разные


до целых космических станций


варианты применения солнечных батарей
калькулятор


детские игрушки


часы


фонарики


светильники


даже столбы освещения


Блютуз


Варианты для туристов



беспроводная клавиатура


телефонная будка (нам так не жить, упрут вместе с будкой)


самолет на солн батарее



На катере, очень автономно


извращения в виде обвешивания вояк, это в Австралии, а им по барабану,
они все равно никогда не воевали


готовый комплект для автономного туризма


если вам дискомфотно и неудобно носить и использовать скажите это им




Ка варианты домашнего использования могут быть совсем небольшими




так и целые мощные, автономные системы


Где же это все берется?
В каждом городе есть уже десятки и сотни фирм которые предлагают солнечные батареи от 10 ватт до целых автономных систем за 40000 долларов.
Почему же тогда мы так мало видим их в реальности? Да все просто.
Большинство таких фирм и менеджеров батареи и в глаза даже не видели,
поэтому путают характеристики, приводят только максимальные данные, рассказывают о выгодных перспективах и тд. Основная их цель подсадить клиента на крючок, а потом
уже искать сами батареи.
В Европе приняты законы по которым энергия полученная из альтернативных источников покупается государством по максимальной цене, что бы стимулировать развитие.
Наши продавцы быстренько сообразили выгоду и всем рассказывают тоже самое.
А вы вообще спрашивали у местного Облэнерго, им вообще нужна наша энергия?
Кто будет ставить аппаратуру для синхронизирования частоты и напряжения?
Рядом возле меня находится ГРC, на станции стоит эксперементальная турбина которая вырабатывает халявные 5 МВт энергии, цифра огроменная, можно запитать целый район.
Мало того что им сказали что их энергия никому не нужна в Облэнерго, так еще и запретили
поставлять ближайшим потребителям, потому что есть монополист.
Никого не интересует что бы было лучше, интересует что бы было выгодно!
Что уже говорить про наши 300-500-1000 ватт.
Но фото этих перспектив приводится.


Поэтому верить таким продавцам можно максимум на 20%
Чего стоит главная страница одного из самых разрекламированных продавцов таких батарей.
На всю главную страницу очень красивая картинка огромной солнечной батареи на закате.
Очень красивая картинка, но это не солнечная батарея!!!
Это фото установки двигателя Стирлинга на зеркалах.
В моем описании Стирлинга есть такое фото.
Как думаете стоит доверять такой компании?
Не буду голословным одна из таких.
solnechnie-batarei.com.ua/

Разновидности батарей:
Монокристаллические кремниевые фото-элементы наиболее эффективны и популярны у потребителей. Их получают в расплаве кристаллов кремния высокой чистоты, при котором расплав отвердевает при контакте с затравкой кристалла. В процессе охлаждения кремний постепенно застывает в форме цилиндрической отливки монокристалла диаметром 13 – 20 см, длина которого достигает 200 см. Получаемый таким образом слиток нарезается листочками толщиной 250 – 300 мкм. Поэтому пластины имеют не квадратную форму, а как бы восьмиугольную, у круглого стержня отрезаются края.
Такие элементы имеют более высокую эффективность по сравнению с элементами, вырабатываемыми другими способами, КПД достигает 19 %, благодаря особой ориентации атомов монокристалла, которая способствует росту подвижности электронов.
Кремний пронизывает сетка из металлических электродов. Традиционно монокристаллические модули вставлены в алюминиевую рамку и закрыты противоударным стеклом. Цвет монокристаллических фото-элементов – темно-синий или черный.



Поликристаллический кремний является основной альтернативой монокристаллам. У него более низкая себестоимость. Кристаллы в нем ещё агрегатные, но имеют различную форму и ориентацию. Этот материал, по сравнению с темными монокристаллами, отличается ярко синим цветом. Совершенствование процесса производства элементов данного типа позволяет сегодня получать компоненты, характеристики которых лишь немного уступают по электрическим показателям монокристаллу. Чистота поликристаллического кремния немного ниже, поэтому КПД достигает 16-17%.
Хоть поликристалл и дает меньше КПД, но выигрывает в том что может лучше работать
при пасмурной погоде и под большим углом падения солнечных лучей.
Если панель направлена на юг, то утром и вечером будет работать более эффективно.
Ресурс моно и поликристаллических пластин примерно одинаков, более 30 лет.
Деградация 20% наступает после 25 лет использования.



Аморфный кремний или попросту тонкопленочный производят путем напыления на необходимую поверхность. Это может быть стекло, а может быть и любая гибкая поверхность. Качественные тонкопленочные панели покрытые защитным слоем прозрачной
пленки можно свернуть в трубочку или придать другую форму, поэтому они очень популярны среди туристов, охотников, рыбаков и тд.
Там где необходима мобильность и малый вес.
Если бы все было так хорошо, то других бы панелей не было бы вообще в продаже.
За такую мобильность приходится расплачиваться более высокой ценой,
более низким КПД всего7-9% и ресурсом,
срок службы таких гибких батарей около 7 лет.
Деградация 10-15% начинается с 4 года пользования.




Устройство:
Готовые панели бывают разных размеров мощностью от 10 до 200 ватт.
То что меньше это уже упрошенный вариант, качество страдает.
Панель состоит из 36 пластин.


Каждая пластина вырабатывает 0.5-0.53 вольта.
Все пластины соединяются проводниками последовательно, в каждом ряду пластин стоит
диод Шотке, это для того что бы предохранить пластины от перегорания.
Например если упал лист и закрыл от солнца именно один модуль,
а остальные вырабатывают электричество.
Ток зависит от размера этих пластин, к примеру пластина 6*6 дюймов
дают ток от 6 до 8 ампер. Зависит от класса и чистоты кристалла.
Соответственно готовая сборка выдаст нам напряжение в холостом режиме 18 вольт.
Расчет очень простой, если наши модули дают 8 ампер, значит наша солнечная батарея
выдает 144 ватта энергии.


В реальности получается чуть меньше, потому что небо не всегда идеально чистое,
не всегда солнце в зените, а еще есть пыль, смог и тд.

Батареи могут быть как сами по себе 12, 24, 48 вольт рабочих, так и соединяться в огромные сборки из более мелких батарей. Ограничение может быть только в финансах.




Так почему же если батареи такие замечательные не использовать только их?
Да потому что максимум энергии солнечные батареи вырабатывают днем и летом, а
нам больше всего нужно ночью и зимой.
Для таких целей есть аккумулятор.
Достаточно сказать что на обычную батарею можно использовать любой 12 вольтовый
аккумулятор, щелочной, кислотный, гелиевый и тд.
Все ограничено его емкостью.
Обычный аккумулятор является самым слабым звеном во всей цепи,
потому что имеет ограниченный ресурс.
Кислотный протянет 3-5 лет.
Гелиевый 8-10 лет.
Но специально для таких целей разработан солнечный аккумулятор, его преимущество в том что не обслуживается, дает большой ток разрядки, а гарантированный ресурс 18-20 лет.
Это круто, но цена на такие тоже не радостная.
Ак. имеют напряжение 2 вольта и емкостью от 200 до 2000 Ач.
Нужное количество собирается последовательно и параллельно.


(каждый раз когда вижу эту картинку, капает слюна и пожелание этой стопки)

Следующим после батареи идет контроллер.
Прибор который управляет всем процессом, основное его предназначение это выдать нам не холостых 18 вольт, а рабочих 12. И конечно же следить за зарядом аккумулятора.
Контроллеры бывают от самых простых до целых систем с датчиками и табло навигации.




Ничего сложного.
Что же нам мешает самим собирать такие батареи?
На весь интернет единственная и уже просто измученная статья Майкла Дэвиса
о том как он собирал сам батарею из модулей.
Статья есть на сотнях сайтах и форумах, многие даже приписывают себе авторство этой статьи. Лжеавторов даже не смущает что надписи на рисунках сделаны на английском языке,
а в процессе изготовления лежит на куче американских газет. )))
Какие все щедрые на американские газеты.
Оригинал конечно не найти, но вот первый попавшийся перевод, почитать интересно.
sam-master.at.ua/news/solnechnaja_batareja_svoimi_rukami/2011-05-05-97

Вариантов использования тысячи.
Так что же можно купить для пользования из всего что есть?
Начнем с самого простого
Называется вечный фонарик


маленький, компактный и довольно яркий фонарик на трех диодах.
внутри обычная батарейка таблетка напрямую соединена с фотоэлементом.
из за такой схемы ресурс данного фонарика далеко не вечный.

Самое популярное солнечная зарядка


довольно таки честный аккумулятор внутри, попадались и Сони и Самсунг.
емкость 1350 мАч.
В наборе переходники на разные устройства, сетевой зарядник и для компа.
Сама панель дает всего 35-40 мА ток, получается что бы зарядить полностью весь аккумулятор нужно что бы пролежал не меньше 3 дней на ярком солнце.
Производитель обещает заряд за 8 часов, врет.


Принцип тот же и комплектация.
Но сама панель интереснее, площадь в 2 раза больше, ток соответственно.
Но не все так гладко, в описании емкость встроенного аккумулятора 2800 мАч.
Это примерно должен занимать все внутреннее пространство, контроллер
очень мало места занимает.
Из 20 шт про шедших через мои руки (я не извращенец, просто продавал такие)
все были фейковые, емкость примерно 600-700 мАч.
Последние были вообще шедевром
(фото не нашел, в общем китайское кидалово, ак размером 2 см.
что бы только можно было проверить что работает, примерно 40-50 мАч)
Пришлось их разбирать и ставить новые акк. что бы хоть в ноль продать.

Зарядки для аккумуляторов.
с ними та же проблема, нужно не меньше 2 ярких дней крутить их за солнцем что бы
зарядились аккумуляторы.


Гибкими панелями никогда не пользовался, по причине их неразумной цены.
196 евро за 10 ваттную батарею это очень много.
24 доллара за ватт, при стоимости промышленных батарей на кристаллическом кремнии
примерно 5-6 долларов за ватт в интернете и 10 в супермаркете.

Что же мешает нам самим изготовить батарею, да ничего!
Стоимость будет раза в 4-6 дешевле чем промышленный вариант.
Ну не такая красивая, но цена переубеждает.
Есть цель купить к лету модулей и пробовать собирать батареи, стоимость модулей
получится по 1 долл за ватт. Есть еще желающие?

Вот собственно и все про такой перспективный вид энергии как солнечный.
Практически не оганиченый.

Спасибо за внимание, продолжение следует….