2.1 Изготовление солнечной батареи в домашних условиях.

  Солнечная батарея по материалам журнала "Юный Техник".

  К сожалению интеллект отечественного Интернета не пошел дальше журнала «Юный Техник» за 1980 год, где предлагалось использовать много германиевых диодов или  еще более древней книги Войцеховского «Электронные игрушки», где предлагалось срезать крышки у мощных транзисторов и диодов. Освещая солнечным светом полупроводник, действительно возникает ЭДС, но сила тока пропорциональна площади кристалла. Так как размеры кристаллов очень маленькие ... Но это теория. Давайте проверим на практике, чего можно ожидать от такого решения.

  Мой универсальный стенд выглядит так. На нем можно найти германиевый диод Д9, кремниевые диоды типа КД522 и, для сравнения, фрагмент солнечной батареи (1V, 50mA).

  Вольтметры подключены (слева на право) к германиевому диоду Д9 (напряжение в mV), к кремниевому КД522 (mV) и, последний, к элементу солнечной батареи (V).

  При рассеянном солнечном свете (полдень, облачно – таких дней большинство в году),  удалось получить то, что Вы видите на фото. На германиевом диоде – 0,0065 Вольт, на кремниевом – 0,034 Вольт и на фрагменте солнечной батареи – 1,091 Вольт.

  Ток через нагрузку 100 Ом, на обеих диодах не дотягивал до 1 мкА. За то с элемента солнечной батареи удалось получить 5 - 10 мА, что говорит о мощности солнечного излучения, 100 - 200 Ватт на метр квадратный.

  В общем то, результат достаточно предсказуем, и на этом эксперименты можно было бы закончить, но я решил дождаться солнечного дня.
  То, что получилось в солнечный день, жаркий и безоблачный, Вы можете видеть на следующих фотографиях. Тень, от контактных пружин, показывает в каком направлении падал свет на диоды.

  В варианте А, когда свет максимально освещал кристалл диода Д9, удалось устойчиво получить ток в нагрузке - 1 мкА. Для кремниевого диода КД522, в варианте В, такого тока получить не удалось. Фрагмент солнечной батареи, в обоих вариантах давал ток 35 - 40 мА.

  Остановиться можно было бы и на этом. Но желание узнать что можно получить "по максимуму" взяло свое.  Собирающая линза диаметром 95 мм, которую обычно используют для рассматривания мелких деталей и солнечный свет, из расчета 600 - 800 Ватт на метр квадратный позволили достичь следующих результатов:

  -  от германиевого диода – 0,12 Вольт (ток (100 Ом) - до 5 мкА (0,000005А));

  -  от кремниевого – 0,26 Вольт (ток  меньше чем 1 мкА для диода КД522, т.к.  удается осветить только торец кристалла полупроводника).

  Таким образом, для питания экономичного радиоприемника, который «по жизни» работает от двух пальчиковых аккумуляторов (в сумме 2,4 Вольт) и потребляет 5 мА, необходимо использовать ... 1000 групп по 20 диодов, что в сумме равно 20000 диодов Д9Б. Учитывая, что расчет велся по току короткого замыкания и напряжению на диоде без нагрузки, то для реальной реализации эту сумму надо удвоить. Даже нет смысла считать сколько потребуется диодов для питания всеми любимого радиоприемника ВЭФ, которому необходимо 6-9 В, 10-30 мА.

  Что бы окончательно убить эту идею, попробуем разместить диоды на универсальной плате, с фотографии ниже.

  На всех платах, шаг отверстий - 2,5 мм.

   Один диод Д9 будет занимать площадь 2,5 на 20 мм или 50 мм. кв.

  Таким образом 20000 диодов займут один квадратный метр! На самом деле, если принять реальные данные с фотографии "А", то для получения   2,4В   5мА  потребуется около миллиона диодов (если точнее, то 960000 штук).

  Но даже при этом, фрагмент солнечной батареи, размером 18х55мм, будет вырабатывать больше электричества.

  Теперь становится понятно, что идея применения германиевых диодов Д9,  в качестве элементов солнечной батареи имеет только теоретическое применение. Это было хорошо, что бы популярно объяснить школьникам, что при освещении полупроводникового перехода вырабатывается электрический ток. Но практического применения это не имеет.


  Что делать?

  Но не все так безнадежно. Просто журнал "Юный Техник" выбрал не самую удачную основу для эксперимента. Сейчас, когда прошло 30 лет, многое поменялось и можно подобрать что то получше.
К примеру, все светодиоды являются обратимыми. То есть, если освещать светодиод, то освещается и полупроводниковый переход, который по идее, должен вырабатывать свет. Но в данном случае, он должен вырабатывать электричество. Поэтому это стоит проверить.

  Светодиоды, в качестве источника электричества.


   Ниже, на фотографиях, светодиоды и фотоприемники, которые попались под руку. На тестере отражается напряжение без нагрузки (в Вольтах) и ток через нагрузочный резистор 100 Ом (в милиАмперах). Посмотрим что получилось.
  R1,R2 – обычные красные светодиоды.
  R3 – сверх яркий красный светодиод.
  R4 – красный светодиод, очень старый.
  Наилучшие параметры у R3 (1,47В  0,007 мА).
  Зеленые светодиоды. Наилучшие параметры у G5 (1,66В  0,013 мА).
  На фотографиях разные платы подсветки. Восемь зеленых светодиодов с резисторами, ограничивающими ток. Лучшие – 1,624 В, 0,032 мА.
  R5. Матрица семисегментных  индикаторов показала не самый плохой результат. Если собрать все 32 светодиода вместе, то можно рассчитывать на 1,25 В, 0,032 мА.
  IRr. Микросхема фотоприемника дистанционного управления телевизором, если и не показала хорошего результата по напряжению (только 0,453 В), за то по току она явный лидер (0,029 мА). Кстати, микросхемы фотоприемников от очень старых телевизоров работают на порядок лучше.

  IRt. Белый светодиод, экстра экономичный и яркий, вообще не оправдал моих ожиданий. Напряжение он выдает, а ток – нет.
  N. И последний элемент, неизвестного рода – племени, в корпусе светодиода. ИК светодиод или фотоприемник я не знаю. Но он один из лидеров – 0,837 В, 0,024мА.

    Кремниевые транзисторы.

  Конечно, хотелось бы узнать, какие шансы на изготовление солнечной батареи по книге Войцеховского «Электронные игрушки», где использовались мощные транзисторы и диоды. Поэтому, на следующем фото – материал для эксперимента (можно увеличить).


  Это выходная микросхема усилителя мощности от музыкального центра «Panasonic», которая уже несколько лет не находит себе путного применения. Но ее время настало. Размер кристаллов –  2 мм х 2 мм. Большие «кирпичики» - теплоотводящие пластины.

  Для тех, кто считает, что микросхема извлечена из музыкального центра «не аккуратненько», скажу, что цель - оправдывает средства. К тому же, качество у этих микросхем очень высокое, поэтому из строя они не выходят.
  Методика измерений не отличалась от предыдущих. Прямое солнечное освещение, полдень ... Проверялось напряжение без нагрузки, ток через нагрузку 100 Ом и 1 Ом. Все измерения занесены в таблицу, которую Вы можете посмотреть «кликнув» на следующую фотографию.
    К таблице.

  Все измерения делались между точками К, А, В. Обозначение U К+В- (напряжение между точками К и В, при чем, положительный щуп тестера подключен к точке К). Измерение тока IК+В-(100) дополнено значением  сопротивления (100 Ом), через которое тек ток.
  Что бы уменьшить ошибку, все измерения делались дважды. Значение в скобках - результат второго прохода измерений.
  Последние строчки - результат измерений пар транзисторов, точки К1/К2 и К3/К4.
  Из таблицы можно сделать вывод, что кремниевые транзисторы ведут себя как генераторы тока (ток, для 1 Ома и 100 Ом, практически одинаковый). В этом случае рассчитать максимальную мощность немного сложнее. Поэтому ограничимся мощностью на нагрузке 100 Ом, которая достаточно близка к оптимальной. Для тока 0,4 мА, имеем, (И квадрат Эр) = 0,016 mW, а для двух транзисторов включенных последовательно – 0,056 mW.


  Результат.

  Кремниевые транзисторы мы пропускаем, в силу ущербности идеи. Единственный результат, заключается в том, что один светодиод заменяет от 150 до 1000 диодов Д9, если их использовать в качестве преобразователя солнечный свет - электричество. Конечно, из светодиодов солнечная батарея не получится, то же. Уж слишком много их надо. Но в других, нестандартных применениях светодиоды показывают себя очень неплохо. К примеру в качестве фотоприемников, для компенсации разряда батареек, в системах запуска преобразователей на полевых транзисторах и так далее.

  В заключение.

 Хотелось бы, конечно, проверить что можно получить с кристаллов германиевых транзисторов и мощных диодов. Но при этом, будут безнадежно «убиты» германиевые полупроводники, которые могут прекрасно работать в низковольтных преобразователях. К примеру, на связке германиевый транзистор – полевой, реализуется простой преобразователь напряжения для элемента Пельтье, который уверенно запускается с 0,4 Вольт и продолжает работать до 0,2 Вольт. На кремниевых транзисторах такого сделать невозможно или очень сложно.

  Остается рассмотреть вариант преобразования солнечной энергии в электричество с помощью солнечной батареи работающей на паре медь - оксид меди, но это будет сделано на следующей странице.



20.08.2011  SKootS

_

 
 
Make a Free Website with Yola.