Все части Реальная солнечная автономка для конечного пользователя состоит из потраченных денег, проб, монтажа устройств и обучения домочадцев пользоваться электричеством экономно.
Причем, на последний пункт стоит обратить внимание особо, поскольку автономка предполагает совершенно особый подход к расходу энергии и даже перестройке привычных действий. 
Так как солнечные батареи являются самой видимой частью системы, да еще и преобразуют энергию солнца в электрическую, то начать стоит именно с них. Есть два пути получения солнечной батареи: сделать самому или купить готовое. Сразу скажу, что итоговая стоимость конечного продукта при изготовлении нескольких панелей и без опыта обойдется примерно в ту же сумму, что и готовая панель той же мощности, но произведенная на заводе. Но ведь интересно сделать самому. Тут надо опять добавить немного теории. Существуют три доступных покупателям, за вменяемые деньги, технологии солнечных батарей, состоящих из разных ячеек: монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния. Различаются они структурой и это даже видно на глаз. Я постараюсь рассказать максимально просто, а желающие окунуться в разницу химических составов могут посмотреть информацию сами — не стоит перегружать статью. Аморфный кремний — самая перспективная технология изготовления. Позволяет изготавливать гнущиеся панели и вырабатывать ток при рассеянном свете, то есть в пасмурную погоду, но довольно быстро деградируют, что выражается в снижении КПД. Монокристалл — чистые ячейки из первичного кремния. Как правило, черные пластины без вкраплений, почти квадратной формы со скругленными краями. Иногда распиливаются пополам для увеличения напряжения линии элементов. Поликристалл — ячейки из вторичного кремния или не очень чистого. Вероятно, используется лом монокристалла.
Типы батарей расположены по убыванию их стоимости. И если второй и третий варианты еще близки, то первый заметно вырывается в стоимости, да и со временем снижает выработку энергии. Для изготовления собственной Солнечной Панели (далее СП или СБ — Солнечная Батарея) в Китае была заказана партия солнечных элементов класса Grade B ( почитать про классификацию элементов можно ТУТ) количество на пару СБ. Необходимо проверить, чтобы в комплект включали распаечные коробки, шины для соединения ячеек между собой и хотя бы пару метров кабеля. Там же были заказаны разъемы MC4 для подключения батарей. В России было заказано изготовление просветленного закаленного стекла толщиной 4 мм. Такая толщина обусловлена необходимостью защититься от всяких сосулек(града) и прочих погодных условий (целенаправленный удар камнем вряд ли переживет), а просветленное стекло нужно для увеличения КПД элементов. Для обрамления стекла, защиты от сколов и удобства монтажа был закуплен алюминиевый уголок 30х30 и необходимый крепеж к нему. Для подключения солнечных батарей к системе был выбран многожильный медный кабель с сечением 6 мм кв. Для зарядки был заказан в том же Китае контроллер PWM, а для питания устройств 220В — простой автомобильный инвертер мощностью 100 китайских Ватт. Позже я объясню разницу между обычными и китайскими Ваттами.
Энергетическая система №1. Бюджетная
Самостоятельное производство солнечной панели
Итак, сборка. Модули пришли в коробке и некоторые из них были поломаны, как на первой фотографии. Для этого, в запасе, как правило, имеется около 10 штук. Я пожаловался китайцу в письме и он бесплатно выслал мне еще 10 ячеек. Каждая ячейка давала 0,5 В и 4 А по заявлению китайских продавцов. То есть каждый модуль на 2 Вт. Для зарядки аккумулятора надо иметь напряжение выше 14,4 Вольта, то есть надо объединить ячейки последовательно. Смотря на заводские панели и пользуясь практикой многих самодельщиков, было решено объединить на одном стекле две цепочки по 36 элементов, получая 18 Вольт и 8А в пике. То есть одна панель могла принести до 144 Вт энергии, чего никогда не случалось. Причины рассмотрим позже, но пока изготовление. Процедура проста. Припаиваем шинки:
Готовим стекло с рамкой: 
Укладываем, спаиваем, выводим шины и припаиваем провода, а потом заливаем специальным компаундом, чтобы герметизировать все пластины. Народ заливал герметиком, различными мастиками, мне понравился готовый компаунд производства компании в Санкт-Петербурге.
Приятно, что производство российское, поэтому отдавать деньги было не жалко, да и результат приятно порадовал.
На выводы контактов хорошо бы приладить герметичную коробку с диодом, который будет препятствовать падению мощности системы при последовательном подключении, если одна из батарей окажется затемненной. Коробка шла в комплекте с ячейками.
В итоге я получил две солнечные панели с расчетной мощностью 288 Вт. 
Но тут есть масса условностей. При нагревании солнечной панели ее КПД падает даже от расчетного процентов на 20. Кроме того, влияет непропай элементов и микротрещины, которые неизбежно возникают при пайке. В результате замеров на летнем солнце я получил 40 Вт с каждой панели, то есть результат в три раза меньший от ожидаемого. Цена такой панели вышла около 6000-6500 рублей, в то время как заводские панели с доставкой обходились в 7000-7500 рублей. Так я закончил самодеятельность и в дальнейшем покупал только заводские панели.
Выбор базового напряжения
Солнечная батарея: история развития технологии – Sunnik
Хотя солнечная энергетика, как мы знаем, не старше 60 лет, история открытий, которые привели к созданию солнечной батареи, началась почти 200 лет тому назад. Эти открытия свойств света и электропроводимости сделали солнечную энергетику такой, какая она есть сегодня.
Чтобы помочь вам лучше понять, как появилась солнечная батарея, мы подготовили график открытий и изобретений, которые привели к их созданию.
1839: Наблюдение фотоэффекта
Французский ученый Эдмон Беккерель впервые наблюдал фотоэффект в 1839 году . Этот процесс происходит, когда свет поглощается материалом и создается электрическое напряжение. Большинство современных солнечных батарей используют кристаллы кремния для достижения этого эффекта.
1873-1876: Открыта фотопроводимость селена
Английский инженер-электрик Уиллоуби Смит обнаружил фотопроводимость селена, то есть он становится электропроводным при поглощении света.
Три года спустя Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дей открыли, что селен может производить электричество из света без тепла или движущихся частей, которые могли бы легко сломаться.
Это открытие доказало, что солнечную энергию легко можно собрать и сохранить, при этом требуется меньшее количество деталей, чем для других источников энергии — например, для электростанций, работающих на угле.
1883: создание первого фотоэлемента
Изобретатель из Нью-Йорка Чарльз Фриттс создал первый солнечный элемент путем покрытия селена тонким слоем золота. Этот фотоэлемент достиг эффективности преобразования энергии в 1-2%. Большинство современных солнечных батарей работают с эффективностью 15-20%.
1887: открыт фотоэлектрический эффект
Немецкий физик Генрих Герц впервые наблюдал фотоэлектрический эффект при использовании света для освобождения электронов от твердой поверхности (обычно металлической) для выработки электроэнергии.
В отличие от ожидаемых результатов, Герц нашел, что этот процесс производит больше энергии при воздействии ультрафиолетовым светом, а не более интенсивным видимым. Альберт Эйнштейн позже получил Нобелевскую премию за дальнейшее объяснение эффекта.
Современные солнечные батареи основываются именно на фотоэлектрическом эффекте для преобразования солнечного света в энергию.
1953-1956: коммерческое производство кремниевых фотоэлементов
Физики Лабораторий Белла обнаружили, что кремний является более эффективным, чем селен, создавая первые практичные фотоэлементы — теперь 6% эффективности.
Это открытие привело к созданию фотоэлементов, способных питать электрооборудование.
В 1956 году Western Electric начала продавать коммерческие лицензии на свои кремниевые фотоэлектрические технологии, но чрезмерно высокая стоимость кремниевых фотоэлементов удерживала их от широкого насыщения рынка.
1958: использование солнечной энергии в космосе
После нескольких лет экспериментов по повышению эффективности и коммерциализации солнечной энергии, она получила поддержку, когда американское правительство использовало её для оборудования по изучению космоса.
Первый спутник на солнечных батареях Vanguard 1 сделал более 197 000 оборотов вокруг Земли за 50 лет пребывания на орбите.
Это применение солнечной энергии открыло путь для дальнейших исследований по снижению затрат и увеличению производства.
1970-ые: исследования снижают стоимость
Так как цены на нефть выросли в 1970-е годы, спрос на солнечную энергию вырос.
Exxon Corporation профинансировала исследование для создания фотоэлементов, изготовленных из более низкосортного кремния и более дешевых материалов, снизив стоимость со $ 100 за ватт всего лишь до $ 20 — $ 40 за ватт.
Федеральное правительство также приняло несколько законопроектов и инициатив, способствовавших развитию солнечной энергетики, и создало Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии (NREL) в 1977 году.
1982: строительство первой солнечной электростанции
Arco Solar построил первый солнечный парк — основу солнечной электростанции — в Хесперии, Калифорния, в 1982 г. Эта солнечная электростанция генерирует 1 МВт или 1000 киловатт в час при работе на полную мощность. Это позволяет питать 100-киловаттную лампочку в течение 10 часов.
В 1983 году Arco Solar построила второй парк солнечных батарей в Карризо Плейн, штат Калифорния. В то время это была самая большая коллекция солнечных батарей в мире, состоящая из 100 000 батарей, которые генерировали 5,2 мегаватта при работе на полную мощность.
Хотя эта солнечная электростанция и пришла в упадок из-за возвращения популярности нефти, она продемонстрировала потенциал для промышленного производства солнечной электроэнергии.
1995: созданы выдвижные солнечные батареи
Исследования в области солнечной энергетики продолжают расширятся на другие отрасли: Thomas Faludy подал заявку на патент в 1995 году на выдвижные навесы с интегрированными солнечными батареями.
Это был один из первых случаев, когда солнечные батареи были использованы в рекреационных транспортных средствах.
Сегодня эта функция является популярным способом питания рекреационных автомобилей (recreational vehicle: специализированный автомобиль или прицеп для любителей автотуризма, разделенный на функциональные секции — кухню, спальню, гостиную, туалет, душ и т.п.).
1994¬-1999: эффективность солнечных батарей поднимается на новый уровень
В 1994 году Национальная лаборатория возобновляемой энергии разработала новый фотоэлемент из фосфида индия — галлия и арсенида галлия, эффективность которого превысила 30%. К концу века лаборатория создала тонкопленочные фотоэлементы, которые преобразовывали 32% солнечного света в полезную энергию.
2005: стали популярными самодельные солнечные батареи
Поскольку технология и эффективность солнечных батарей выросли, становится все более популярным использование солнечной энергии для дома.
Самодельные солнечные батареи стали хитом рынка в 2005 году и стали распространяться с каждым новым годом все больше и больше.
На сегодняшний день существует много способов, как сделать свои собственные солнечные батареи, от сборки комплекта солнечных батарей до планирования стрингов солнечных батарей.
2015: печатная гибкая солнечная батарея — хит рынка
Сейчас производятся тонкие, как бумага, фотоэлементы с использованием промышленного принтера. Они имеют 20% эффективности преобразования солнечной энергии, и одна полоса может производить до 50 ватт на квадратный метр. Это хорошая новость для 1,3 миллиарда человек в развивающихся странах, поскольку такие полосы являются гибкими и недороги в производстве.
2016: открытие термофотоэлементов, работающих без солнца
Команда исследователей из Калифорнийского Университета, Беркли, и Австралийского национального университета обнаружила новые свойства наноматериала. Одно из таких свойств называется магнитной гиперболической дисперсией, что означает, что материал светится при нагревании. В сочетании с термофотоэлектрическими элементами, он может превратить тепло в электричество без солнечного света.
Солнечная энергия прошла долгий путь за последние 200 лет от наблюдения за свойствами света до поиска новых способов его преобразования в электроэнергию. Эта технология не проявляет никаких признаков замедления — она идет вперед с беспрецедентной скоростью.
Будьте в курсе последних новостей о солнечной энергии и заранее решите, является ли солнечная энергия правильным выбором для Вас.
Если Вам необходимы солнечные батареи для дома или дачи, наша компания всегда готова предложить Вам идеальные варианты по электроснабжению Вашего домохозяйства:
- автономное энергоснабжение
- резервное электроснабжение
- электроснабжение с продажей электроэнергии по «Зеленому тарифу«.
Источник: http://ems-int.com/blog/a-history-of-solar-cells-how-technology-has-evolved/
Из чего и как делают солнечные батареи? Можно ли их сделать своими руками?
Солнечная энергетика – инновационная и бурно развивающаяся промышленная отрасль. Главной ее составляющей и источником получения солнечной энергии являются солнечные батареи.
При этом конечная стоимость готовой к работе электростанции полностью зависит от подбора типа фотопанелей, их типа соединения и цены монтажа.
Чтобы найти оптимальное решение данной проблемы – разберем детальней, из чего можно сделать солнечные батареи и какие технологии используются в их производстве.
Типы солнечных панелей
Основа любой солнечной панели – фотоэлементы на базе кремния или редкоземельных металлов, а в последнее время и полимеров. Именно они позволяют эффективно аккумулировать солнечную энергию и преобразовывать ее в электричество. На сегодняшний день существует 4 основных типа солнечных батарей, которые отличаются материалом, из чего их делают.
1. Монокристаллические кремниевые
В основе производства монокристаллического кремния лежит метод Чохральского. В результате сложного физико-химического процесса образуются очень «чистые» и крупные кристаллы кремния, которые нарезают на тонкие пластины толщиной не более 0,3 мм.
В последние вставляют электроды и «упаковывают» в квадратные силиконовые ячейки.
Собранные пакетным способом, защищенные и заключенные в раму, они и образуют солнечные панели темно-синего, серого или черного цвета с достаточно высоким КПД в 16-20%.
2. Поликристаллические кремниевые
Солнечные батареи можно сделать дешевле, чего добиваются с помощью технологии плавления кремния. КПД фотоэлементов из такого материала на несколько процентов ниже монокристаллических аналогов.
Оттенок таких фотоэлементов:
- серебристо-серый (в наиболее бюджетном варианте без покрытия);
- синий (с использованием дополнительного покрытия, поглощающего свет).
3. Пленочные
В тонкопленочных технологиях производства солнечных панелей, вместо кремния (или в паре с ним) используют:
- теллурид кадмия (CdTe) – последние модели таких панелей показывают КПД в 18% и более эффективно работают в облачную погоду чем кремниевые конкуренты;
- селениды с добавлением индий/медь либо галлий/медь – с КПД до 20%.
4. Полимерные
Солнечные модули подобного вида отличаются от предыдущих аналогов.
Задавшись вопросом, из чего сделать солнечные батареи с полимерными фотоэлементами, ученые обратились к полупроводниковым материалам органического происхождения.
Чаще всего ими выступают полифенилены, фуллерены на основе углерода или фталацианины меди. Главное преимущество таких панелей – пластичность, экологическая чистота и доступность. Основной их недостаток – низкий КПД (около 5%).
Из чего можно сделать солнечную батарею в домашних условиях?
Попробуем разобраться, из чего вообще можно сделать солнечные батареи дома. Сначала –максимально бюджетный вариант:
- комплектующие для деревянного каркаса (фанера или ДВП и реечные бортики);
- листы оргстекла;
- алюминиевые уголки;
- саморезы;
- недорогие фотоэлементы на основе кремния.
Для работ понадобятся дрель, клей, краска, электрические провода, паяльник, припой и герметик.
Фотоэлементы можно изготовить даже самостоятельно – из медных пластин. Но это дорого, долго, и КПД таких панелей будет невысоким.
Каркас обрамляются рамой из обычных деревянных реек (или более дорогой вариант — из алюминиевых уголков). Туда помещаются пропаянные фотоэлементы. Сверху поле фотоэлементов закрывают прозрачным, с коэффициентом прозрачности не менее 92-93%, закаленным стеклом. Тыльную сторону модуля делают из листа фанеры. Для окантовки используют поликарбонат.
Такая панель будет стоить на 25-30% дешевле заводского аналога. Но времени на ее изготовления, даже с хорошим опытом работы с инструментами, придется затратить немало.
Более дорогой и надежный вариант – простая сборка из готовых деталей хорошего качества. В таком варианте изготовления для солнечной панели понадобятся:
- кремниевые пластины (моно- или поликристалл);
- рамы из усиленного алюминия;
- полипропиленовые «соты»;
- поликарбонатные «соты»;
- набор медных проводов;
- преобразователи электричества.
Детальнее о том, как сделать солнечную батарею своими руками расскажем в блоге.
Из чего делают солнечные батареи на промышленных линиях?
Сборка панелей из готовых материалов в полуавтоматическом режиме – начинающий активно развиваться в Украине малый и средний бизнес. Но в ценовой политике учитывая, как и из чего сделаны солнечные батареи, частичное использование ручного труда делает цену на такие батареи немного выше, чем у конкурентов с полностью автоматическими линиями.
Пошагово производственный процесс выглядит следующим образом:
- кремний нарезается на пластины;
- их поверхность тщательно очищается, затем структурируется и вытравливается;
- в пластину вжигается фосфор;
- поверхность покрывается поглощающим свет слоем;
- фотоэлемент металлизируется;
- производится сушка;
- к фронтальной стороне крепятся электроконтакты;
- каркас обрамляются рамой из анодированного алюминия
- заготовки идеально выравниваются и закрепляются в рамах;
- готовая панель проходит тестирование.
Производство солнечных батарей на автоматизированных линиях больших заводов позволяет снизить цену на продукцию и повысить качество технологий, полностью исключив человеческий фактор.
Как устроено производство солнечных батарей на заводах?
В данном случае производственная линия будет включать автоматическое (либо полуавтоматическое) оборудование:
- гидроабразивной и/или лазерной резки;
- аппарат для ламинирования;
- обрамляющие, шлифовальные и полировальные станки;
- лазерные уровни;
- машины для тестирования работы готовых панелей под напряжением.
Сам процесс производства солнечных батарей от ручной и полуручной сборки отличается лишь высокой скоростью, меньшим количеством расходных материалов и высоким качеством конечной продукции.
Стоимость таких линий – от 100 тыс. долларов.
Перспективы солнечной энергетики в Украине и мире
То, как и из чего делают солнечные панели сегодня, завтра уже может быть не актуально.
Прежде всего, на первый план выйдут более сложные композиты – как из неорганических, так и из органических материалов. По прогнозам ученых, процесс производства фотоэлементов более станет более экологичным, КПД фотоэлементов к 2030-2035 году вырастет до 30%, а себестоимость 1 кВт/час солнечной электроэнергии упадет ниже 1 цента.
Но это – будущее. А что же делать сейчас?
Обеспечить свою энергонезависимость и заработать на солнечной энергетике может каждый житель Украины уже сейчас. Зеленый тариф на выкуп электроэнергии сгенерированной СЭС позволяет за несколько лет окупить все затраты по монтажу и запуску станции.
Сотрудники компании GREEN TECH TRADE, профессионально занимаются реализацией и монтажом уникальных тонкопленочных солнечных панелей First Solar на основе теллурида кадмия (что ускоряет окупаемость СЭС на 20%). Бесплатно ознакомиться с продукцией и рассчитать стоимость станции можно на сайте компании.
Физики из России создали нанолинзы для солнечных батарей
2017-11-14T17:01
2017-11-14T17:01
https://ria.ru/20171114/1508801514.html
Физики из России создали нанолинзы для солнечных батарей
https://cdn23.img.ria.ru/images/150880/06/1508800685_0:0:1501:851_1036x0_80_0_0_1c05cac86d33126ad1c34faf1737169e.png
РИА Новости
https://cdn22.img.ria.ru/i/export/ria/logo.png
РИА Новости
https://cdn22.img.ria.ru/i/export/ria/logo.png
МОСКВА, 14 ноя – РИА Новости. Ученые из Университета ИТМО создали особое покрытие для солнечных батарей из стеклянных наносфер, похожих по форме на капли воды и повышающих их КПД примерно на 20%, говорится в статье, опубликованной в журнале Optica.
«Три года назад мы попробовали покрыть поверхность батареи микросферами. Они существенно улучшали поглощение, но, к сожалению, отражали довольно много света. Мы решили убрать верхнюю часть сферы и сделать своеобразную линзу, которая будет фокусировать свет в батарее. Пытаясь сделать ее, мы нашли более изящное решение. В итоге, конечная структура превзошла наши ожидания, основанные на теоретических расчетах», ‒ рассказывает Михаил Омельянович из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
Кремниевые солнечные батареи и многие их аналоги из других полупроводниковых материалов обладают достаточно низкой эффективностью – они преобразуют лишь небольшую долю энергии Солнца, около 7-15%, в электрический ток. Это, вкупе с высокой себестоимостью подобных генераторов электричества, является сегодня одной из главных проблем для их распространения в быту и промышленности.
В последние годы физики прикладывают огромные усилия для ликвидации этой проблем, создавая более эффективные полупроводниковые материалы, такие как перовскит, и различные покрытия, помогающие фотоэлементам поглощать примерно треть или почти половину энергии лучей Солнца. К примеру, год назад ученые смогли повысить КПД солнечных батарей почти в два раза, «скопировав» наночастицы, которыми покрыты крылья бабочек.
Группа российских и зарубежных физиков под руководством Омельяновича нашла еще один способ увеличения мощности и повышения эффективности работы солнечных батарей, изучая то, как ведут себя солнечные батареи из аморфного кремния, некристаллической разновидности этого полупроводника, покрытые разными наночастицами и микроструктурами.
В отличие от солнечных батарей из кристаллического кремния или перовскитов, фотоэлементы на базе аморфного кремния обладают достаточно низким КПД — не более 7%, но при этом их можно наносить тонким и фактически прозрачным слоем на любую поверхность, в том числе и стекла.
По этой причине он достаточно долгое время считался главным кандидатом на роль основы большинства «бытовых» солнечных панелей, однако в последние годы его начали вытеснять более эффективные, хотя и более опасные для здоровья и экологии панели из полупроводниковых соединений металлов, селена и теллура.
После нескольких неудач ученые решили поменять структуру верхнего электрода фотоэлемента, погрузив в него множество микроскопических стеклянных сфер, которые, как рассчитывали ученые, должны были «захватывать» свет и удерживать его внутри батареи на протяжении достаточно долгого времени.
Первые скромные успехи обнадежили физиков, и через некоторое время они подобрали оптимальную форму нанонастиц – каплевидная линза, и размер – чуть меньше микрона. Нанося подобные структуры на электрод из алюминия и оксида цинка при помощи специальной остановки, способной контролировать толщину слоя на атомном уровне, Омельянович и его коллеги смогли повысить КПД солнечных батарей на 20%.
Как отмечает ученый, такой электрод со стеклянными вкраплениями можно использовать создания для тонких солнечных батарей не только на основе аморфного кремния, но и любых других материалов.
Подобная «поатомная» печать, по словам физиков, уже используется во многих отраслях промышленности и ее внедрение не потребует больших затрат времени и средств, что, как они надеются, поможет ускорить внедрение их открытия в практику.
Санкт-Петербургский университет информационных технологийСанкт-Петербург
Самодельный ветрогенератор и его промышленные аналоги — Онлайн библиотека электрика
Теория, практика, действующая модель ветрогенератора и его промышленные аналоги с описанием и ценой.
Тем, кто часто путешествует и останавливается на дневки и ночевки на природе, наверняка приходило в голову, что хорошо было бы иметь источник подзарядки для автомобильного аккумулятора и аккумуляторов других мобильных устройств: ноутбуков, телефонов, gps навигаторов, фонарей и т.д.
Кроме того, имея достаточно мощный источник энергии даже 12 В, можно, используя преобразователь напряжения 12 220, получить полноценную «розетку» 220 В. Это еще более повысит уровень комфорта, к которому так привыкли все горожане и увеличит количество используемых устройств до привычного уровня.
Получить такой уровень комфорта можно с помощью солнечных батарей, ветряных генераторов и гидрогенераторов. При уровне мощности до 1000 Вт, эти устройства могут быть достаточно компактны даже для переноски одним человеком, если говорить об автотранспорте, то вы можете взять с собой и более мощные источники энергии.
С чего начать?
Если вы обладаете навыком работы с простыми инструментами, такими как «болгарка», электродрель, сварочный аппарат, паяльник, шуроповерт, то вам не составит особого труда собрать самодельный ветряк.
Но помните, что как и в любом деле, мастерство приходит с опытом.
Одно дело собрать действующий макет и совсем другое ветряк, рассчитанный на любой ветер, со стабилизацией напряжения и защитой от перегрузок.
Теперь остановимся подробнее на том, как собрать простейший ветряк и что для этого нужно. Следует сказать, что существуют ветряки горизонтального и вертикального типа, т.е. с плоскостью вращения ротора в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Наибольшее распространение исторически получили ветряки, с вертикально расположенными роторами (ветряные мельницы). Это несколько странно, если вспомнить, что у горизонтальных есть несколько явных преимуществ. Например, они всеракурсные, т.е. ветер с любой стороны будет вращать их ротор. Им нужен только один подшипник.
У «вертикальных» ветряков необходимо такое же поворотное устройство, хвост для отслеживания ветра и поворота по ветру. Кроме того, им нужен дополнительный подшипник для вращения рабочего ротора и еще шарнир, для защиты от слишком сильного ветра.
Сердце ветряка.
В начале, при строительстве ветряка, необходимо определиться с электрическим генератором. Это сердце вашего устройства. Первое, что приходит на ум, это автомобильный генератор. Но надо учесть некоторые нюансы.
Во-первых, автомобильные генераторы требуют напряжения возбуждения, т.е. требуется дополнительный провод для подключения и дополнительный аккумулятор для запуска, что не очень удобно.
Во-вторых, автомобильные генераторы требуют высокой скорости вращения для эффективной работы ( более 1000 оборотов в минуту), что усложняет привод.
В-третьих, они достаточно тяжелы, что усложняет конструкцию мачты.
Исходя из вышесказанного, в качестве рабочего генератора, обычно выбирают двигатели постоянного тока. Если покрутить такой двигатель за рабочий вал, то на его клеммах появится напряжение.
Хорошо зарекомендовали себя электродвигатели от древних ЭВМ середины прошлого века. В этих устройствах они вращали приводы дисководов и ленточных накопителей. Такие двигатели можно найти на радиорынке «Митино» в Москве, или на другой барахолке.
Действующая модель.
Конкретно примененный двигатель имел следующие параметры: U=48 В, I=15A, N=1200 об/мин. Ротор ветряка вращается с частотой примерно 500 об/мин, причем с ростом частоты увеличивается не напряжение, а рабочий ток.
Для оптимизации работы устройства, рабочий ротор не насажен на вал двигателя, а применен редуктор. Редуктор может быть как цепной, так и ременный. Цепной гораздо надежнее, а ременный проще в изготовлении.
Применен цепной. В качестве привода можно использовать «механику» от старого велосипеда и трубы от его рамы. На роторе стоит звездочка Z=48, на генераторе Z=10, соединение осуществляется велосипедной цепь.
Генератор крепится при помощи болтов, но можно использовать отрезок пластиковой трубы, предварительно вставив в нее генератор и закрепив его при помощи автомобильных резьбовых хомутов. Места крепления болтов и хомутов лучше залить резиновым клеем «Момент».
Нюансы изготовления ротора.
Стоит очень ответственно подойти к изготовлению ротора. От его качества очень сильно зависит КПД генератора. Ротор после изготовления нужно тщательно отбалансировать. От этого зависит срок службы всего устройства.
Лопасти изготавливаются из 2 мм алюминия или из пластиковых труб, диаметром 60-80 мм. Из труб делать легче, т.к. этот материал более мягкий и ему легче придать нужный профиль. Возможно, вам придется экспериментально менять размеры лопастей.
Большие и широкие лопасти работают при очень слабом ветре, но не развивают больших оборотов из-за большого аэродинамического сопротивления. Маленькие крутятся быстро, но при достаточно сильном ветре.
Мой ветряк имеет ротор диаметром 2.5 метра, при слабом ветре (5-8м/с) используется 6 лопастей. При сильном ветре четыре лопасти снимаются, даже с двумя лопастями ветряк дает 4-6 А при напряжении 14 В.
Можно уменьшить размер ротора до 1.6 и использовать постоянно 2-3 лопасти. Если вы намерены менять число лопастей в зависимости от силы ветра, то мачту нужно сделать с шарниром при основании, чтобы ее можно было опускать не складывая.
Как сделать мачту?
Мачта делается из нескольких секций длиной 2-2.5 метра из стальной трубы ¾ дюйма или из алюминиевой трубы, но большего диаметра. Обычно применяется 3-4 секции, так их легче монтировать и перевозить.
Чтобы ваша мачта не упала, нужно использовать «пятку» в виде металлического прямоугольника 30х30 см и систему из трех растяжек с металлическими колышками. Можно использовать готовую мачту, например которая применяется для антенн СВ диапазона.
Продаются и очень удобные профессиональные телескопические мачты.
Защита от сильного ветра.
Несколько слов о защите от перегрузок при очень сильном ветре. Простейший вариант-это дополнительный шарнир на мачте.
С помощью этого шарнира ветряк может самостоятельно опрокидываться, «задирая» ротор в небо, при очень сильном ветре, или вы можете сами опрокинуть его с помощью веревки, привязанной к «хвосту» ветряка.
Кстати, хвост делается из трубы или уголка с прикрепленной на конце вертикальной лопастью, размерами примерно 50х50 см. Общая длина хвоста примерно 1.8 м.
Пульт управления.
Пульт контроля и зарядки аккумуляторов содержит в простейшем варианте вольтметр на 30 В; амперметр на 30 А; диодный мост на 30 А 100 В; балластный проволочный резистор с движком (реостат) на 50 Вт, сопротивлением 5-10 Ом. Резистор дорабатывается путем удаления нескольких последних витков.
После доработки, если переместить движок резистора в крайнее положение, его цепь будет разомкнута. Это его рабочее состояние. Резистор включают параллельно генератору до диодного моста, но после амперметра. Он используется для аварийной остановки генератора (снижения числа оборотов ротора).
Электрические способы защиты и управления.
Резистор должен выдерживать ток 20-30 А в течении 30 сек. Если аккумулятор уже полностью зарядился и не нужно включать дополнительные нагрузки, то в течении нескольких секунд закорачиваем с помощью резистора генератор. Ток при этом в 2-3 раза становится меньше рабочего.
После остановки «опрокидываем» генератор или привязываем одну из лопастей к мачте. Никогда не останавливайте лопасти генератора руками или с помощью посторонних предметов, т.к. это всегда приводит к травмам и поломкам оборудования.
Не стоит ограничивать ток зарядки аккумулятора с помощью резистора, т.к. это скорее всего приведет к его выходу из строя. Для ограничения тока используйте дополнительные нагрузки, обычно это лампы накаливания. Для соединения генератора и системы управления используется обычный кабель без скользящих колец. Сечение кабеля 2х2.5 квадратных миллиметра. Лучший материал, это резина или силикон.
Преобразователь напряжения 12-220 В.
В качестве инвертора 12-220 В обычно используют покупные устройства, но они достаточно дороги ( от 1500 до 10000 руб.). Для таких целей можно использовать списанные офисные «бесперебойники» UPS 1000-UPS 5000.
После годичной эксплуатации их аккумуляторы уже не «держат» нагрузки. Такие устройства списывают и выбрасывают на помойку. Подключив автомобильный аккумулятор к UPS, вы получите прекрасный инвертор бесплатно.
Чем порадует рынок готовой продукции?
Теперь посмотрим, что можно купить на нашем рынке из готового оборудования и сравним цены. Посмотрим, «Стоит ли овчинка выделки»? Напимер, ветрогенераторы «WIND TURBINE » без учета стоимости мачты, преобразователя и устройства управления: 500 Вт 28500 руб., 2 кВт 59900 руб., 3 кВт 119000 руб., 5 кВт 179000 руб. Сайт http://www.vetrogenerator.ru.
Интересны генераторы серии ВЭУ ,http://www.kombitel.ru/? >
Не менее дорогие ветрогенераторы из Китая, например JFWC-1KW стоит 2500$. Еще с ветрогенераторами можно ознакомиться на сайтах: www.kz.all-biz.info, www.svs-solar.ru, www.volgaveter.ru, http://vetrogenerator.invertory.ru/ и т.д.
Выводы
Выбор, конечно, всегда за вами. Но если у вас еще нет хобби, то смастерив самодельный ветрогенератор, вы сэкономите не менее 500 долларов, познакомитесь со всеми соседями по даче, привлечете повышенное внимание к своей персоне, обретете новых друзей и знакомых и ,возможно, начнете жить по новому. Удачи, лучше делать хоть что-то, чем не делать ничего.
В россии создали новые краски для органических солнечных батарей
ТАСС, 5 марта. Ученые из России и Великобритании создали новый тип красителей, которые увеличивают коэффициент полезного действия (КПД) органических солнечных батарей. Статью с описанием работы опубликовал Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry, кратко об этом пишет пресс-служба проекта «5-100».
«Одной из наиболее перспективных альтернатив для кремниевых преобразователей солнечной энергии являются органические солнечные батареи. Ключевую роль в таких устройствах играют вещества-фотосенсибилизаторы, на создание которых был направлен наш проект», – рассказал о своей работе один из авторов статьи, профессор Южно-уральского государственного университета Олег Ракитин.
Эффективность кремниевых солнечных батарей и многих их аналогов из других полупроводниковых материалов не очень велика. Лучшие приборы такого рода преобразуют в электрический ток лишь небольшую долю энергии солнца, около 24%. Вместе с высокой себестоимостью подобных генераторов это – одна из главных проблем для их распространения в быту и промышленности.
Ученые пытаются заменить такие батареи более дешевыми органическими, в которых электричество вырабатывают фотосенсибилизаторы – специальные красители, которые могут восстанавливаться и окисляться, взаимодействуя со светом. Пока их эффективность остается достаточно низкой, меньше 10%.
Ловушка для света
Изучая свойства органических красителей на основе так называемых карбазолов – молекул, которые состоят из нескольких углеводородных колец и содержат в себе вкрапления в виде атомов азота, Ракитин и его коллеги сделали большой шаг к решению этой проблемы. Их широко применяют при создании различных светящихся красителей, которые могут взаимодействовать с ультрафиолетом и другими типами излучения.
Ученые попытались поменять структуру их молекул, а также присоединить к ним другие структуры таким образом, что карбазолы начали активнее взаимодействовать с солнечным светом и передавать его энергию в другие компоненты солнечных батарей. Ракитин и его коллеги создали три новых краски, которые смогли решить эту задачу особенно эффективно.
Как отмечают ученые, примитивные прототипы солнечных батарей на их основе поглощают около 5,8% энергии солнечного света. В этом отношении они превосходят многие существующие и широко применяемые фотосенсибилизаторы, если поместить их в аналогичные условия.
Сейчас российские ученые продолжают опыты с карбазолами в надежде открыть более совершенные версии красителей, а также анализируют, можно ли использовать в солнечных батареях сразу два красителя, которые взаимодействуют с разными типами света. Этот прием, как надеются исследователи, повысит КПД подобных батарей и поможет им поглощать значительно больше энергии солнца, чем это возможно сейчас.