Фотодиоды для солнечных батарей

Как сделать самодельную солнечную батарею из диодов своими руками

Все человечество сегодня стремится использовать экологические технологии, которые позволяют экономить ресурсы. А что может быть экологичнее и экономнее, чем солнечная энергия? Пока солнце будет светить, его энергию можно и нужно использовать в своих целях. Но для этого необходим специальный улавливатель — солнечная панель или иначе — батарея.

Несмотря на то, что эта технология неновая, она все равно остается дорогостоящей. Поэтому многие умельцы предпочитают собирать такие устройства своими руками. Наиболее простой способ приобщиться к бесплатной энергии солнца, это собрать прибор из диодов. О том, как собрать это чудо инженерной мысли в домашних условиях, расскажет сегодняшняя статья.

Что за устройство такое?

Перед тем, как приступать к сборке солнечной батареи своими руками, необходимо выяснить, что же это такое.
Солнечная батарея представляет собой специальную фотопластину, которая в результате воздействия на нее солнечного света может изменять свою проводимость. Это процесс происходит с выделением электрической энергии.

Обратите внимание! Преобразование солнечного света в нужный вид энергии на сегодняшний день является самым перспективным путем развития в энергетическом плане.

Классический вид заводской солнечной батареи

И такое приобретение станет совсем не лишним в квартире или доме. А ее изготовление своими руками в домашних условиях несет некоторые плюсы. Так, можно сэкономить на покупке производственной модели. И, конечно же, получить определенное моральное удовлетворение, которое всегда приходит, если сделать хорошую вещь своими руками.
Но с другой стороны, в случае самостоятельной сборки всегда имеется один недостаток — отсутствие гарантий качества и работоспособности. Конечно, если вы мастер на все руки и постоянно паяете дома электроприборы, то у вас все получится по высшему разряду, а вот у новичка не столь радужные перспективы. Поэтому решайте сами, выгодно ли делать солнечную панель своими руками или ее проще все-таки купить в специализированном магазине.
Решившись собрать подобное устройство диодного вида, необходимо знать принцип его работы. Солнечная батарея из диодов в своей основе может содержать два типа элементов:

Диод содержит в себе полупроводниковый кристалл с p-n-зоной. При воздействии на элемент солнечного света в области p-n-зоны начинает наблюдаться движение электронов, которые формируют собой направленный поток. В результате получается фототок. Благодаря такому принципу работы становится возможны сборка солнечной батареи своими руками из диодов.
Но здесь необходимо помнить, что вырабатываемое диодом напряжение будет очень маленьким (к примеру, около 0,5 В для диодов вида КД). При этом сила тока не будет превышать 7 мА. А вот для белого светодиода ток потребления может достигать до 20 мА. В результате, чтобы получить относительно нормальную мощность батареи нужно довольно много диодов.

Первый вариант сборки

Как уже стало понятно, на сегодняшний день солнечная панель домашними умельцами может изготавливаться в двух вариантах: из светодиодов и старых диодов.
Рассмотрим первый вариант, когда в качестве главного элемента будет выступать обычный светодиод.

Современные светодиоды могут широко применяться для самостоятельной сборки мини-солнечной батареи. У них принцип функционирования почти аналогичен обычным диодам. От последних светодиод отличается наличием специального корпуса. Он выступает в роли линзы, с помощью которой происходит фокусирование солнечных лучей на проводящем кристалле.

Обратите внимание! За счет наличия этой линзы вырабатываемое напряжение здесь будет несколько выше, чем у стандартных диодных элементов.

При этом нужно помнить, что вырабатываемое напряжение зависит от типа свечения светодиода:

• для красно-прозрачного элемента данный показатель будет равен примерно 1,3 В;
• для зеленого – 1,5 В;
• для инфракрасного – 0,9 В.

Установка элементов может производиться на плотном картоне или текстолитовой подложке. Собрав батарею из 100 светодиодов, можно получить силу тока примерно в 0,5 мА.
Процесс сборки происходит следующим образом:

• избавляем элементы от корпуса. Для этого можно использовать самые разнообразные подручные средства (молоток, долото и т.д.). Снимать корпус следует аккуратно, что избежать повреждения кристалла;

Обратите внимание! Корпус на светодиоде можно вообще не снимать.

• в качестве платы будем использовать картон. В нем проделываем небольшие отверстия. Отверстия делаем не как заблагорассудится, для этого используется схема. Выбирая схему, берите во внимание тот факт, что при последовательном соединении элементов их напряжение будет суммироваться, а при параллельном – суммироваться сила тока. Самый больший эффект будет при сочетании обеих схем подсоединения;
• в проделанные отверстия вставляем светодиоды и соединяем их между собой по выбранной схеме.

Все, батарея готова. Вам останется только проверить ее показатели с помощью регистрирующего прибора. Не ожидайте увидеть внушительные цифры. Зачастую при такой сборке аппарат будет выдавать ток в 0,3 мА.
По сути, кроме чисто «спортивного» интереса здесь мало чего можно добиться. Вы потратите деньги, время и силы, а получите минимальный результат. Еще одним минусом такого устройства будет большая площадь размещения диодных элементов.

Свечение панели

Поскольку для создания солнечной батареи использовались светодиоды, то они будут светиться. Самопроизвольное свечение таких элементов является еще одним минусом идеи использовать светодиоды для создания панели с целью преобразования электрического тока из солнечной энергии.
Такой эффект обусловлен тем, что часть элементов схемы станет генерировать электроэнергию. А вот другая их часть будет ее потреблять.
Обратите внимание! Убрать эффект свечения у светодиодной солнечной батареи невозможно.
Сюда же, к минусам конструкции, можно добавить и тот факт, что панель будет вырабатывать электроэнергию только под прямыми солнечными лучами. Если на небе будет хотя бы одно облачко или просто пасмурный день, то на выходе напряжение будет равно нулю.

Второй вариант

Другим вариантом сборки солнечной батареи будет использование старых диодов. Принцип их работы такой же, как и у современных элементов электросхем подобного плана.

В данном случае изготовление панели осуществляется следующим образом:

• открываем корпус диода, чтобы на его кристалл могли попадать солнечные лучи;
• верхнюю часть корпуса необходимо просто срезать. При этом нижнюю часть следует нагреть с помощью включенной газовой плиты. Держать элемент над огнем нужно не более 20 секунд;
• после того, как припой расплавился, можно без проблем извлечь кристалл. Для этого используем пинцет;
• вытащенные кристаллы следует припаять к плате. Схема приведена ниже. Она может отличаться в зависимости от нужных конечных параметров.

Чтобы получить 2-4 В, необходимо смонтировать 5 блоков, состоящих из 4-5 спаянных последовательно кристаллов. В результате вы получите требуемое напряжение при нужной силе тока. Параллельное подключение принесет меньшую силу тока. Такая собранная своими руками солнечная панель может использоваться для питания светодиодного устройства небольшого размера.

Заключение

Из диодов, конечно же, сложно собрать мощную панель для улавливания солнечного света. Ведь даже в своем самом лучшем исполнении (старые диоды) такое устройство будет малоэффективным и от него максимум можно будет запитать небольшой светодиодный прибор. Поэтому если вы не электротехник-любитель и всякого рода электросхемы – не ваша страсть и вы не особо любите с ними возиться, то не стоит тратить силы на сборку подобных батарей, а лучше купить заводскую модель и получать на выходе хороший результат. В такой ситуации вы гораздо быстрее окупите затраченные средства, да и с большим комфортом.

Источник

Базовая электроника — оптоэлектронные диоды

Это диоды, которые работают на свету. Слово «Опто» означает « Свет» . Существуют типы, которые проводят в зависимости от интенсивности света и других типов, проводимость которых дает некоторое количество света. У каждого типа есть свои приложения. Давайте обсудим выдающиеся типы среди этих.

Некоторые диоды проводят по интенсивности света, падающего на них. В этой категории есть два основных типа диодов. Это фотодиоды и солнечные батареи.

Фотодиод

Фотодиод, как следует из названия, представляет собой PN-переход, который работает на свету. Интенсивность света влияет на уровень проводимости в этом диоде. Фотодиод имеет материал типа P и материал типа N с внутренним материалом или областью обеднения между ними.

Этот диод обычно работает в режиме обратного смещения . При фокусировке света в области обеднения образуются электронно-дырочные пары и возникает поток электронов. Эта проводимость электронов зависит от интенсивности сфокусированного света. На рисунке ниже показан практичный фотодиод.

На рисунке ниже обозначен символ для фотодиода.

Когда диод подключен в обратном смещении, небольшой ток обратного насыщения протекает из-за термически генерируемых пар электронных дырок. Поскольку ток в обратном смещении течет из-за неосновных носителей, выходное напряжение зависит от этого обратного тока. По мере того, как интенсивность света, сфокусированного на соединении, увеличивается, ток, текущий из-за неосновных носителей, увеличивается. На следующем рисунке показана основная схема смещения фотодиода.

Фотодиод заключен в стеклянную упаковку, чтобы свет падал на него. Чтобы точно сфокусировать свет на области истощения диода, над переходом размещается линза, как показано выше.

Даже когда света нет, течет небольшое количество тока, который называется Темным током. Изменяя уровень освещенности, можно изменить обратный ток.

Преимущества фотодиода

Фотодиод имеет много преимуществ, таких как —

• Тихий шум
• Высокий коэффициент усиления
• Высокая скорость работы
• Высокая чувствительность к свету
• Бюджетный
• Маленький размер
• Долгая жизнь

Применение фотодиодов

Есть много приложений для фотодиодов, таких как —

• Обнаружение персонажа
• Объекты могут быть обнаружены (видимые или невидимые).
• Используется в цепях, требующих высокой стабильности и скорости.
• Используется в демодуляции
• Используется в коммутационных цепях
• Используется в кодировщиках
• Используется в оптическом оборудовании связи

Еще один диод такого типа — солнечная батарея. Это называется ячейкой, хотя это диод. Давайте углубимся в детали.

Солнечная батарея

Светозависимые диоды включают солнечный элемент, который является обычным диодным PN-переходом, но имеет проводимость благодаря потоку фотонов, которые преобразуются в поток электронов. Это похоже на фотодиод, но он имеет другую цель преобразования максимального падающего света в энергию и сохранения его.

На рисунке ниже изображен символ солнечного элемента.

У солнечного элемента есть свое имя и символ, указывающий на накопление энергии, хотя это диод. Особенность извлечения большей энергии и ее хранения сосредоточена в солнечном элементе.

Строительство Солнечной батареи

PN-диод с внутренним материалом в области делеции выполнен с возможностью инкапсулирования в стекле. Свет направлен на максимально возможную площадь с тонким стеклом в верхней части, чтобы собрать максимум света с минимальным сопротивлением.

На следующем рисунке показана конструкция солнечного элемента.

Когда свет падает на солнечный элемент, его фотоны сталкиваются с валентными электронами. Электроны заряжены, чтобы покинуть родительские атомы. Таким образом генерируется поток электронов, и этот ток прямо пропорционален интенсивности света, сфокусированного на солнечном элементе. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом .

На следующем рисунке показано, как выглядит солнечный элемент и как несколько солнечных элементов вместе образуют солнечную панель.

Разница между фотодиодом и солнечным элементом

Фотодиод работает быстрее и концентрируется на переключении, а не обеспечивает большую мощность на выходе. Из-за этого он имеет низкое значение емкости. Кроме того, область применения световой энергии меньше в фотодиодах, в соответствии с его применениями.

Солнечный элемент концентрируется на обеспечении высокой выходной энергии и ее накоплении. Это имеет высокое значение емкости . Операция немного медленнее, чем фотодиод. В соответствии с назначением солнечного элемента площадь падения света больше, чем у фотодиода.

Применение солнечной батареи

Есть много приложений для солнечных батарей, таких как —

Наука и технология

• Используется в солнечных панелях для спутников
• Используется в телеметрии
• Используется в системах удаленного освещения и т. Д.

• Используется в солнечных панелях для хранения электроэнергии
• Используется в портативных источниках питания и т. Д.
• Используется в быту, например, для приготовления пищи и обогрева с использованием солнечной энергии.

• Часы
• Калькуляторы
• Электронные игрушки и др.

Некоторые диоды излучают свет в соответствии с приложенным напряжением. В этой категории есть два основных типа диодов. Это светодиоды и лазерные диоды.

LED (светоизлучающие диоды)

Это один из самых популярных диодов, используемых в нашей повседневной жизни. Это также обычный диод с PN-переходом, за исключением того, что вместо кремния и германия в его конструкции используются такие материалы, как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия.

На рисунке ниже показан символ светодиода.

Как и обычный диод PN-перехода, он подключен в состоянии прямого смещения, так что диод проводит. Проводимость происходит в светодиоде, когда свободные электроны в зоне проводимости соединяются с отверстиями в валентной зоне. Этот процесс рекомбинации излучает свет . Этот процесс называется электролюминесценцией . Цвет излучаемого света зависит от зазора между энергетическими полосами.

Используемые материалы также влияют на цвет, как, например, фосфид арсенида галлия излучает красный или желтый, фосфид галлия излучает красный или зеленый, а нитрат галлия излучает синий свет. Принимая во внимание, что арсенид галлия излучает инфракрасный свет. Светодиоды для невидимого инфракрасного света используются в основном в пультах дистанционного управления.

На следующем рисунке показано, как выглядят практичные светодиоды разных цветов.

Светодиод на приведенном выше рисунке имеет плоскую и изогнутую стороны, провод на плоской стороне сделан короче другого, чтобы указать, что более коротким является катодный или отрицательный вывод, а другим — анодный или положительный вывод. ,

Основная структура светодиода показана на рисунке ниже.

Как показано на рисунке выше, когда электроны прыгают в отверстия, энергия рассеивается в виде света самопроизвольно. Светодиод является токовозависимым устройством. Интенсивность выходного света зависит от тока через диод.

Преимущества светодиодов

Есть много преимуществ светодиодов, таких как —

• Высокая эффективность
• Высокоскоростной
• Высокая надежность
• Низкое тепловыделение
• Большая продолжительность жизни
• Бюджетный
• Легко контролируется и программируется
• Высокий уровень яркости и интенсивности
• Требования к низкому напряжению и току
• Требуется меньше проводки
• Низкие эксплуатационные расходы
• Нет УФ-излучения
• Эффект мгновенного освещения

Применение светодиодов

Есть много приложений для светодиодов, таких как —

• Специально используется для отображения семи сегментов
• Цифровые часы
• Микроволновые печи
• Дорожная сигнализация
• Выставочные стенды на железных дорогах и в общественных местах
• игрушки

В электронной технике

• Стерео тюнеры
• Калькуляторы
• Источники постоянного тока
• Индикаторы включения / выключения в усилителях
• Индикаторы мощности

• Инфракрасные считываемые машины
• Считыватели штрих-кода
• Твердотельные видео дисплеи

• В приложениях оптической коммутации
• Для оптической связи, где ручная помощь недоступна
• Передача информации через ВОК
• Схемы восприятия изображения
• Охранная сигнализация
• В железнодорожной технике сигнализации
• Дверные и другие системы контроля безопасности

Подобно тому, как светодиод имеет много преимуществ и применений, существует еще один важный диод, называемый лазерный диод, который также имеет множество расширенных функций и возможностей в будущем. Давайте поговорим о лазерном диоде.

Лазерный диод

Лазерный диод является еще одним популярным диодом в своем роде. Это оптический диод, который излучает свет, но с стимулированным процессом. Название LASER подразумевает L ight A усиление S timulated E миссия R adiation.

Вынужденная эмиссия

Это диод PN-перехода, действие которого начинается, когда на него падает световой луч. В луче света, когда фотоны падают на атом, атом возбуждается и достигает верхнего уровня, который можно назвать высшим энергетическим уровнем .

Когда атом переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень , он выделяет два фотона, которые по своим характеристикам похожи на падающий фотон и находятся в равной фазе с ним. Этот процесс называется стимулированным излучением . Обычно атом может оставаться в этом возбужденном состоянии в течение 10 -8 секунд .

Итак, вышеуказанный процесс устанавливает принцип действия лазерного диода.

Принцип лазерного диода

Всякий раз, когда фотон падает на атом, этот атом возбуждается из состояния с более низкой энергией в состояние с более высокой энергией, и два фотона высвобождаются в этом процессе. На самом деле, атом обычно может оставаться в этом возбужденном состоянии в течение 10 -8 секунд. Таким образом, для достижения усиления во время этого возбужденного процесса атом переводится в другое состояние, называемое метастабильным состоянием, которое находится ниже более высокого энергетического уровня и выше более низкого энергетического уровня.

Атом может оставаться в этом метастабильном состоянии в течение 10 -3 секунд. Пока атом попадает из этого в нижнее состояние, два фотона высвобождаются. Если в возбужденном состоянии находится большее количество атомов до того, как фотоны поразят атомы, мы получим эффект генерации .

В этом процессе нам нужно понять два термина. Наличие большего числа атомов в метастабильном состоянии, чем в состоянии с более низкой энергией или в основном состоянии, называется инверсией населения . Тогда энергия, которая позволяет атомам отправляться из более низкого энергетического состояния в более высокое энергетическое состояние для достижения инверсии населенности, называется накачкой . Это оптическая накачка .

преимущества

Есть много преимуществ лазерного диода, таких как —

• Мощность, используемая лазерными диодами, значительно меньше
• Более высокая скорость включения / выключения
• Более компактный
• Дешевле
• Они дешевле лазерных генераторов
• Меньше шансов на поражение электрическим током

Недостатки

Есть несколько недостатков лазерного диода, таких как —

• Более расходящиеся лучи и, следовательно, качество не так хорошо
• Их срок службы меньше по сравнению со светодиодом.
• Склонен к повреждению при нестабильном питании

Приложения

Есть много применений лазерного диода, таких как —

Используется как лазер накачки и лазер для семян

Используется в оптических устройствах хранения данных

Используется в лазерных принтерах и лазерных факсах

Используется в лазерных указках

Используется в считывателях штрих-кодов

Они используются в приводах DVD и CD

Используется в технологиях HD DVD и BLU RAY

Имеет много промышленных целей, таких как термообработка, облицовка, сварка шва и т. Д.

Имеет много применений в коммуникационных технологиях, таких как связывание и передача данных.

Используется как лазер накачки и лазер для семян

Используется в оптических устройствах хранения данных

Используется в лазерных принтерах и лазерных факсах

Используется в лазерных указках

Используется в считывателях штрих-кодов

Они используются в приводах DVD и CD

Используется в технологиях HD DVD и BLU RAY

Имеет много промышленных целей, таких как термообработка, облицовка, сварка шва и т. Д.

Имеет много применений в коммуникационных технологиях, таких как связывание и передача данных.

Пройдя через все это, давайте попробуем понять несколько терминов.

Составная часть

• Компоненты являются отдельными базовыми элементами электроники.
• Они имеют разные свойства по отношению к их конструкции.
• Каждый компонент имеет разные приложения.

Ex — резистор, конденсатор, диод и т. Д.

схема

• Схема представляет собой сеть различных компонентов
• Компоненты в цепи, в целом, выживают по назначению.
• Если цепь должна быть активной, должен содержать источник питания.

Ex — цепи клипсатора и зажима, цепи усилителя, цепи реле и т. Д.

устройство

Устройство — это оборудование, состоящее из разных цепей.

Все схемы в устройстве помогают ему функционировать, чтобы служить своей цели.

Устройство может использоваться для измерения сигналов, генерации сигналов, контроля результатов или защиты цепей и так далее.

Устройство — это оборудование, состоящее из разных цепей.

Все схемы в устройстве помогают ему функционировать, чтобы служить своей цели.

Устройство может использоваться для измерения сигналов, генерации сигналов, контроля результатов или защиты цепей и так далее.

Ex — CRO, генератор функций и т. Д.

Твердотельные устройства

Раньше у нас были вакуумные трубки, которые работают по термоэлектронному принципу и заполнены внутри вакуумом. Они были больше по размеру, чем сегодняшние компоненты. Эти вакуумные трубки были заменены полупроводниковыми устройствами, которые также называются твердотельными устройствами .

Активные устройства

Устройства (или точно компоненты), которые могут управлять потоком тока, можно назвать активными устройствами.

• Им требуется некоторый входной источник питания, чтобы войти в проводимость.
• Работа этих компонентов определяет поведение схемы.

Ex — Вакуумные трубки, диоды, транзисторы, SCR

Пассивные устройства

Устройства (или точно компоненты), которые не могут управлять потоком тока, можно назвать пассивными устройствами.

• Они не требуют ввода питания для работы.
• Работа этих компонентов немного меняет поведение схемы.

Ex — Резистор, Конденсатор, Индуктор и т. Д.

Легирование

Процесс добавления электронов или создания дырок для изменения характеристик полупроводникового материала, либо путем создания более положительного, либо путем создания более отрицательного, можно понимать как допинг .

Применение диодов включает в себя множество цепей, начиная от цепей ограничителя и зажима, что будет обсуждаться в руководстве по электронным схемам.

Источник