Люстра в стиле лофт своими руками: из дерева, разновидности по цвету и форме

Светильники в стиле лофт: особенности, виды, возможность самостоятельного изготовления

На чтение: 9 минут Нет времени?

Оформляя квартиру или дом в стиле лофт, следует придерживаться стилистики во всем: мебель, материалы, декор. Иногда бывает сложно найти подходящий предмет, например, прибор освещения, который бы идеально вписывался в интерьер помещения. Но если есть желание и творческая жилка, можно изготовить его и своими руками. Редакция HouseChief.ru предлагает вашему вниманию обзор, из которого вы узнаете, что такое светильники в стиле лофт, их особенности, разновидности, а также можно ли сделать их своими руками.

Читайте в статье

Характерные черты освещения в стиле лофт

Лофт – оригинальный стиль фабричных чердаков и производственных помещений, переоборудованных в жилые квартиры. Соответственно, и освещение должно быть таким же. Для лофта характерно наличие большого количества различных осветительных приборов: подвесные и настольные лампы, торшеры, бра и точечные светильники.

Индустриальный стиль подразумевает много свободного пространства, которое нужно зонировать. Для этого используются различные способы, в том числе и освещение – максимально удобное и функциональное. Для лофта характерно наличие в каждой зоне одного основного осветительного прибора и нескольких вспомогательных.

Особенности лофт-светильников в зависимости от типа осветительного прибора

Для освещения помещений в стиле лофт используются самые разные конструкции приборов: торшеры, люстры, бра, настольные лампы, подвесные промышленные и даже уличные светильники. Большое количество представленных на рынке современных моделей изготавливается из самых различных материалов и деталей: стекло, металл, пластик, древесина, трубы, шестерни, цепи. Стоит заметить, что светильники в стиле лофт представлены в том же цветовом решении, что и используемые материалы.

Для монтажа осветительных приборов в стиле лофт используются следующие типы монтажа:

  • потолочный крюк. Предназначен для крепления как групп освещения, так и одиночных приборов;
  • монтажная планка. На нее монтируют споты, трековые системы, подвесы, а также светильники с системой «пантограф»;
  • крестообразная монтажная планка. Предназначена для установки тяжелых осветительных приборов.

У каждого типа осветительных приборов есть свои особенности, которые мы рассмотрим ниже.

Для изготовления светильников используется металл, цепи, трубы и все, что имеет отношение к промышленности

Потолочные светильники в стиле лофт

Для изготовления подвесных светильников в стиле лофт применяется сталь, латунь, алюминий, медь, натуральная древесина и различные полимеры. Современный осветительный прибор подвесного типа – это простая по форме конструкция с необычным дизайном и цветом. Строгие геометрические формы потолочного лофт-светильника отлично подчеркивают индустриальный стиль.

Бра в стиле лофт

Если подвесная лампа служит для основного освещения определенной зоны, то бра и подобные виды осветительных приборов предоставляют вспомогательное. Хорошо, если конструкция будет на вращающемся кронштейне для изменения направления светового потока. Основание ламп, как правило, изготавливается из различных видов металла, а плафоны из прозрачного стекла. Для соблюдения стилистики дизайна внешний вид светильника должен быть простым, без вычурности.

Люстра своими руками – оригинальный свет для домашнего очага

Почему ручная работа всегда высоко ценится? Во-первых, это эксклюзив, такие изделия выполнены в единичном экземпляре, они неповторимы и есть только у вас. Во-вторых, при создании штучного экземпляра мастер вкладывает в него свою душу и тепло рук, получается настоящий оберег – символ уюта и благополучия в доме. И пускай это будет не фундаментальная вещь, а простая рамка для фото, подставка для канцелярских принадлежностей, горшок для цветов или оригинальная люстра, они несут в себе много креатива и дизайнерских возможностей. Особенно производят впечатления люстры, изготовленные своими руками из натуральных материалов. Есть в этом что-то сакральное: да будет свет! Свет лично от мастера-демиурга, просто иные масштабы.

Содержание

  • Люстры лофт своими руками
  • Выбор материалов для изготовления
  • Люстра паук лофт своими руками
  • Люстры из дерева своими руками
  • Как сделать люстру своими руками из дерева: пошагово
  • Люстра на кухню своими руками
  • Люстры на кухню своими руками из ниток
  • Как сделать люстру на кухню своими руками из других материалов

Люстры лофт своими руками

Cтиль лофт характеризуется богемностью и брутальностью. Он необычный и эпатажный, как и творческая среда Нью-Йорка середины ХХ в., где он возник. Высокие потолки, много свободного пространства, необработанные кирпичные и бетонные стены, минимализм в обстановке – вот основные черты этого чердачного стиля (loft – чердак в переводе с англ.). Освещение в таких помещениях не может быть традиционным, поэтому здесь часто устанавливают люстру лофт, изготовленную своими руками.

Самодельный осветительный прибор может генерировать рассеянный или направленный свет. Это зависит от наличия плафона, его типа и места монтажа модели. В интерьерах этого стиля больше принято использовать рассеянный свет. Светильники loft не могут быть романтичными и гламурными, они отличаются достаточно внушительными габаритами, деревянными или металлическими каркасами, угловатостью и незавершенностью. Лофт люстры своими руками чаще всего имеют четкую геометрию форм и крупные выразительные детали.

Для базового центрального освещения помещения используют люстры, для дополнительной подсветки – бра с торшерами, изготовленными в том же стиле. В некоторых случаях маленькие светильники повторяют детали основного освещения. Они нужны для подсветки определенных участков квартиры или арт-пространства. Для осветительных приборов без плафонов используют лампочки различного типа, но самый удачный выбор – филаментные лампы.

Читайте также:  Светодиод SMD 5730 smd: характеристики, параметры и схема включения

Люстры в стиле loft своими руками могут быть разного вида:

  • подвесные, устанавливаются на потолке на монтажную планку или крюк;
  • настенно-потолочные – могут монтироваться на горизонтальную и вертикальную поверхность;
  • поворотные – люстра-паук с поворотными механизмами;
  • точечные подвесы и накладные;
  • торшерные осветительные приборы, их делают из натурального дерева или металла.

Подвесы вешают на тросах, веревках и цепях. Популярны варианты с регулированной высотой. Это свойство делает светильник идеальным для помещений с интерьером в промышленном стиле.

Выбор материала для изготовления

Лаконичный брутальный дизайн обусловлен внешними признаками индустриального стиля. При изготовлении loft люстры своими руками не применяются ткани и яркие покрытия корпуса. Декор на них полностью отсутствует, только функциональные детали. Украшением может служить оригинальная подвеска-шнур, блестящая цепь, стильный канат с крупными узлами, необычные плафоны.

Для изготовления индустриальных моделей используют самые разные материалы:

  • металлические трубы, уголки, обрезки листового катаного металла, легкие швеллера и арматуру, хромированные детали;
  • дерево – обработанную и необработанную древесину, доски, спилы, бревна, цельные ветки;
  • стекло – берут готовые изделия: прозрачные и непрозрачные бутылки, стаканы, банки;
  • пластик – пластиковые трубочки, пластмассовые детали, одноразовую посуду;
  • вторичку – корпус какого-нибудь изделия, металлическую терку, рефлектор от электрообогревателя;
  • папье-маше и картон;
  • канаты и веревки.

Люстра паук лофт своими руками

Люстра паук стала модной последние несколько десятилетий. Ее можно использовать в любых современных интерьерах – хай-тек, минимализм, техно, но для помещений, оформленных в индустриальном стиле лофт, – это самый подходящий осветительный прибор. Самодельный потолочный светильник паук из подручных материалов применяют для основного освещения. Модель изготавливают на несколько лампочек – 5, 6, 9, 12. Число источников света зависит от высоты потолков и площади помещения.

Самый распространенный тип люстры паука – изделие из гибких проводов. Для его изготовления необходима металлическая основа, несколько кусков гибкого кабеля и патроны. Один конец кабеля нужно зачистить и завести в патрон, другой – соединяют с проводом. Затем с помощью монтажной планки осветительный прибор крепят на потолке, монтируют держатели для кабеля и вкручивают лампочки. Для этой модели можно использовать светодиодные, энергосберегающие и лампочки накаливания. Люстра паук без плафонов, поэтому лучше взять декоративные источники света, они будут смотреться очень эффектно.

Как сделать люстру лофт своими руками из других материалов? По такому же алгоритму, как и модель на гибких проводах, только вместо кабелей использовать стальные трубы или металлические настольные лампы. Для осветительных приборов лофт можно изготовить плафоны из арматуры. Они идеально подойдут для интерьеров с необработанными стенами и высокими потолками.

Люстры из дерева своими руками

Самодельные люстры из дерева, изготовленные своими руками, подходят для помещений, интерьеры которых оформлены в стиле лофт, прованс, кантри. Такие светильники не только обеспечат освещение, но и украсят гостиные, прихожие, зоны отдыха на кухне. Их активно используют в жилых помещениях, ресторанах, кафе, загородных охотничьих клубах.

Декоративные люстры из дерева хенд мейд могут быть изготовлены в восточном стиле, под старину, кантри на дачу, вариант для беседки и др. Главное преимущество деревянных изделий в том, что они сделаны из натуральных материалов. Древесина не требует сложной обработки, а при умелом подборе источников света она умеренно нагревается и выделяет приятный аромат.

Для изготовления люстры из дерева своими руками используют:

  • сосну – это мягкая древесина, легко поддается обработке, при нагревании выделяет эфирные масла;
  • лиственные породы – прочнее, чем сосна;
  • дуб – твердый, с ним работать труднее, может расколоться, но имеет очень красивую текстуру.

Главное, чтобы дерево было хорошо высушенное, иначе готовое изделие растрескается. Древесина отлично сочетается с металлом и стеклом. Особенно привлекательно выглядят кованые элементы. Одним из преимуществ самодельных деревянных светильников является их дешевизна. Иногда для изготовления оригинальных моделей используют старую доску или бревно, отработанное колесо, крупную ветку, которую нашли в лесу на прогулке, старый ящик, паллеты.

Есть и сдерживающий фактор: древесина относится к горючим и легко воспламеняемым материалам. Чтобы получить безопасный осветительный прибор, деревянные элементы покрывают специальными антипиренами – противопожарными пропитками. Они создают преграду для воспламенения и препятствуют горению древесины. Чтобы усилить противопожарные свойства, кроме антипиренов, для люстр из дерева, сделанных своими руками, нужно продуманно выбирать источники света. Для них идеально подойдут светодиодные лампочки, которые при работе не нагреваются.

Какие лампочки подобрать для деревянных осветительных приборов?
Подробнее

Как сделать люстру своими руками из дерева: пошагово

Для изготовления деревянного потолочного светильника понадобятся:

  • инструменты – электролобзик, отвертка, молоток, кусачки;
  • защитные составы для дерева – грунтовка, противопожарная пропитка, морилка, лак;
  • рулетка, линейка;
  • малярные кисти и наждачная бумага;
  • патрон с проводом и лампочка;
  • металлические обручи;
  • деревянные дощечки;
  • цепь.

Первый шаг – готовим древесину. Отмеряем и отпиливаем дощечки. Сверлим отверстия там, где доски будут крепиться на металлические обручи. Убираем сучки, обрабатываем наждачкой, покрываем морилкой, противопожарной пропиткой, лаком.

Читайте также:  Адресные светодиоды WS2812B и Ардуино: подключение и управление (эффекты в скетч)

Второй шаг – сборка плафона для люстры своими руками. Устанавливаем деревянные детали на металлические обручи, закрепляем метизами. Соединяем патрон с деревянным плафоном.

Третий шаг – монтаж и подключение. Получившийся подвес подключаем к сети и монтируем на потолок с помощью цепи и потолочного крюка. Вкручиваем светодиодную лампочку. Включаем с помощью клавишного выключателя. Эта компактная модель из дерева отлично подойдет для освещения небольших помещений – кухонь, гостиной на даче, прихожей.

Люстра на кухню своими руками

Кухня – место, где собирается вся семья, туда часто заходят перекусить или просто заглянуть в холодильник. Здесь нужен свет, который располагает к длительным чаепитиям и задушевным беседам. Приятный, мягкий и комфортный свет обеспечивает люстра, сделанная своими руками специально на кухню. Наличие на кухне самодельных светильников из подручных материалов говорит о том, что хозяевам дома не чуждо чувство прекрасного и они достаточно креативны, чтобы обустроить оригинальный интерьер.

Кроме дизайна, осветительные приборы на кухне должны отличаться мощным световым потоком, обеспечивающим качественную готовку. Это вопрос не только красоты, но и безопасности. Если центрального света не хватает, следует установить дополнительный. Это может быть небольшой линейный светильник, светодиодная лента или точечная подсветка.

Сделать люстру на кухню своими руками можно из:

  • ниток и бечевок;
  • дерева;
  • блестящих СD-дисков
  • металлических деталей и стеклянных банок;
  • пластика;
  • кухонных принадлежностей;
  • бусин.

При выборе материала следует учитывать, что на кухне может быть недостаточная вентиляция, что приводит к повышенной влажности. Брызги от жарки попадают не только на стены, но и на абажур светильника, поэтому картон и любой текстиль лучше исключить.

Люстры на кухню своими руками из ниток

Модель из ниток под силу сделать практически каждому. По сути, это легкий изящный плафон, который отлично пропускает свет. Качество и сила светового потока зависит от плотности намотанных ниток. Для изготовления нужен воздушный шар, толстые хлопковые нитки (шерстяные не подойдут), клей ПВА и ножницы. Процесс создания абажура для люстры хенд мейд на кухню состоит из нескольких этапов:

  • надуваем воздушный шар, его размер зависит от желаемого диаметра абажура, рисуем на шарике небольшой круг – должно остаться отверстие для патрона;
  • нитки пропитываем клеем ПВА;
  • наматываем нитки на воздушный шар;
  • просушка изделия – 1 сутки;
  • прокалываем шарик, извлекаем из плафона;
  • монтируем абажур на патрон.

Плафон из ниток можно сделать открытого или закрытого типа. При выборе лампочки следует остановиться на тех источниках света, которые при работе не нагреваются.

Как сделать люстру на кухню своими руками из других материалов

Сегодня очень модно делать креативные вещи из отработанного пластика.

Для этих целей берут пластиковые бутылки, пакеты, одноразовую посуду, упаковочные контейнеры и др. Креативные люди делают самые невероятные дизайны: абажур из пластиковых ложек, плафон люстры на кухню своими руками, украшенный цветочным декором из пластиковых бутылок разного цвета, абажур, сплетенный из коктейльных трубочек. Делая такие светильники, мастера убивают двух зайцев: удешевляют готовое изделие и уменьшают количество пластиковых отходов, которые считаются самыми вредными. Пластик практически не разлагается, пластиковая бутылка «живет» более 400 лет, поэтому такой маленький рециклинг заслуживает внимания и популяризации.

Эффектно смотрятся металлические ложки и вилки на круглом каркасе. Такая люстра внесет определенный шик и в классический, и в современный интерьер кухни. Также оригинально выглядят светильники, в дизайне которых использованы чашки и блюдца. В сети магазинов Брилле можно найти все отдельные комплектующие, которые помогут вам собрать оригинальный светильник. Наши консультанты расскажут, как сделать своими руками люстру на кухню, какие патроны и плафоны для нее лучше купить, какую температуру генерируют при работе лампочки разного типа.

Для интерьеров в стиле кантри и классика идеально подойдет люстра на кухню из дерева своими руками. Светильник может иметь один или несколько источников света. Деревянный осветительный прибор часто изготавливают из природных материалов – для этого собирают живописные ветки деревьев различных пород, обрабатывают их противопожарным составом, лаком, а потом крепят на металлический каркас. Для патронов берут толстые ветки, предварительно распилив их по числу источников света. Затем проделывают в них гнезда для лампочек и вставляют туда патроны с проводами. Держатели монтируют на каркас, кабель подключают к сети, вкручивают лампы и вешают люстру. Модель будет органично смотреться в кухне с мебелью из натурального дерева.

Чтобы сделать стильный светильник, можно применить готовые деревянные детали: палочки для шашлыка, школьные линейки, а также срез дерева, часть выдолбленной колоды, доски, брусья и др. Патроны и монтажные элементы для любой модели можно купить в магазинах Brille.

Как работают солнечные батареи: принцип, устройство, материалы

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии. В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию. Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Читайте также:  Люстры на натяжной потолок: как выбрать, какой вид люстр подойдет

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца. В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный. Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Немного истории

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века. Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций. Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины. Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

  • корпус панели;
  • блоки преобразования;
  • аккумуляторы;
  • дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

  • солнечная энергия абсолютно бесплатная;
  • позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
  • быстро окупаются;
  • простая установка и принцип работы.

  • большая стоимость;
  • для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
  • эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час. В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Читайте также:  Виды фонарей: как выбрать хороший фонарик для дома

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Видео

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Уже почти два века человечество напряжённо думает, где и как достать необходимое количество электрической энергии для своих многочисленных изобретений и возрастающих потребностей.

За это время появились могучие электростанции, масштабные ГЭС, сила расщеплённого атома и мощь бурных рек пришла на помощь человечеству.

Особенно стремительно развиваются в различных регионах Земли в последние десятилетия такие альтернативные источники энергии, как ветровые станции и солнечные батареи.

Учитывая, что угасание Солнца ожидается лишь через 4-5 млрд. лет, такой источник энергии, как солнечные батареи можно считать неисчерпаемым. Поговорим о нём. Что это такое, откуда взялось и как устроено.

Изобретение

Инсолятор О. Мушо Первым, кто смог экспериментально обнаружить взаимодействие между светом и электрической энергией, был знаменитый немецкий физик Генрих Герц. Также известно, что явление, аналогичное открытому позднее фотоэффекту наблюдал и исследовал в 1839 г. Эдмон Беккерель.

Он сумел выяснить, что ультрафиолет значительно способствует возникновению и прохождению разряда между двумя проводниками электрической энергии. Однако, проведя ряд экспериментов, Герц не стал больше развивать эту тему.

Первую в мире, работоспособную схему по выработке и передаче электрической энергии с применением лучей света произвёл русский учёный из Москвы Александр Столетов. Он создал прообраз первого в мире фотоэлемента.

Француз Огюст Мушо в конце позапрошлого столетия сумел создать систему, при которой сфокусированные и преобразованные солнечные лучи приводили в движение печатную машину.

Развитие исследований по преобразованию солнечной энергии в электрическую в 20 веке ознаменовалось работой А. Эйнштейна по открытию фотоэффекта (явление отрывания заряженных частиц от поверхности некоторого вещества, находящегося под действием другого вещества или света).

Это привело к появлению первых фотоэлементов на основе селена (Se – 34), а затем и таллия (Tl – 81). В 1930 гг. учёными-физиками Академии наук СССР был создан медно-таллиевый (Cu-Tl) фотоэлемент с наибольшим для тех времён КПД в 1%.

Появившиеся позднее фотоэлементы на основе Кремния (Si-14) имели в 6 раз больший КПД. В 1953 г. была разработана первая в мире солнечная батарея. Спустя всего 5 лет учёные СССР установили первые солнечные батареи на искусственный спутник Земли №3.

Третий искусственный спутник Земли (СССР, 15 мая 1958 г.) с солнечными батареями. В 1970-х гг. прошлого века учёные выяснили, что полупроводники лучше многих металлов образуют электрический ток из света. С тех пор появилось множество новых видов и материалов для производства солнечных батарей.

Именно открытие фотоэффекта, произведённое А. Эйнштейном, и привело к возникновению и развитию индустрии солнечных батарей.

Как устроена

Система СБ Итак, солнечная батарея – система взаимосвязанных элементов, структура которых позволяет, используя принцип фотоэффекта, преобразовывать попадающий на них под определённым углом солнечный свет в электрический ток.

Система, преобразующая солнечный свет в электрическую энергию состоит из следующих комплектующих элементов:

    Материал-полупроводник (плотно совмещённые два слоя материалов с разной проводимостью). Это может быть, например, монокристаллический или поликристаллический кремний с добавлением других химических соединений, позволяющих получить нужные для возникновения фотоэффекта свойства.

Для возникновения перехода электронов из одного материала в другой необходимо, чтобы один из слоёв имел избыток электронов, а другой – их недостаток. Переход электронов в область с их недостатком называют p-n переходом.

  • Тончайший слой элемента, противостоящего переходу электронов (размещается между этими слоями).
  • Источник электропитания (если его подключить к противостоящему слою, электроны смогут легко преодолевать эту запорную зону). Так возникнет упорядоченное движение зараженных частиц, именуемое электрическим током.
  • Аккумулятор (накапливает и сохраняет энергию).
  • Контроллер заряда.
  • Инвертор-преобразователь (преобразование получаемого от солнечной батареи постоянного электрического тока в переменный ток).
  • Стабилизатор напряжения (предназначен для создания напряжения нужного диапазона в системе солнечной батареи).
  • Читайте также:  Настольная лампа (своими руками): из подручных материалов, оригинальные идеи

    Схема работы солнечной панели Фотоны света (солнечный свет), попадающие на поверхность полупроводника при столкновении с его поверхностью передают свою энергию электронам полупроводника. Выбитые вследствие удара из полупроводника электроны преодолевают защитный слой, имея дополнительную энергию.

    Таким образом, отрицательные электроны покидают p-проводник, переходя в проводник n, положительные – наоборот. Такому переходу способствуют существующие в проводниках на тот момент электрические поля, которые в последствие увеличивают силу и разность зарядов (до 0.5 В в небольшом проводнике).

    Намереваясь приобрести солнечную батарею или изготовить её, тщательно просчитайте:

    • стоимость такой батареи и необходимого оборудования;
    • необходимое вам количество электрической энергии;
    • количество необходимых вам батарей;
    • число солнечных дней в году в вашем регионе;
    • необходимую вам площадь для установки солнечных батарей.

    Сила тока

    Сила электрического тока в солнечном элементе зависит от таких факторов, как:

    • количество света, попавшего на поверхность элемента;
    • интенсивность излучения источника света;
    • площадь принимающего фотоны элемента;
    • угол падения света на принимающий элемент;
    • время эксплуатации элемента;
    • КПД системы (в настоящее время у самых передовых аналогов он составляет не более 24%. О КПД солнечных батарей Вы можете прочитать в этой статье.);
    • температура окружающего воздуха (чем выше она, тем больше у элемента сопротивление).

    Элементы для улучшения работы

    СБ на солнечном трекере Для организации более эффективной работы фотоэлементов в конструкции солнечной батареи используют диод Шоттки.

    Он представляет собой диод полупроводникового типа, который имеет меньше по сравнению с другими конструкциями падение напряжения при включении напрямую.

    Он работает на основе использования перехода p-n типа в среде “металл-проводник”. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что способствует росту КПД системы.

    Для более эффективного попадания солнечного света на поверхность батареи разработано и используется специальное устройство – солнечный трекер. Данное устройство предназначено для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели (батареи) таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей (оптимизация угла падения лучей).

    Для более рационального соединения двух и более панелей солнечных батарей и получения нужного сопротивления в такой системе используются специальные сертифицированные коннекторы, например МС4 Т (male+female).

    Преимущества и недостатки

    Положительными чертами данного вида выработки энергии являются:

    • экологичность (не загрязняет окружающую среду);
    • долговечность (при бережном использовании фотоэлементы прослужат несколько десятков лет);
    • достаточно простой принцип работы.

    Минусами системы являются:

    • сложность сборки самой системы и наладки её работы;
    • низкий КПД (требуется очень большая площадь солнечных батарей для обеспечения нужд даже небольшой семьи. Для 3-4 чел, потребляющих 200 Кв в месяц, нужно 12-15 кв. метров батарей);
    • достаточно высокая стоимость и низкая окупаемость системы.

    Использование солнечной энергии в мире

    Комплекс солнечных батарей в Германии Многие государства всерьёз задумались о масштабном производстве и использовании солнечной энергии.

    Лидерами по производству энергии с помощью солнечных батарей являются США, Япония и Германия.

    Производство солнечной энергии получает своё развитие и в России.

    В настоящее время в РФ уже построено следующее количество установок по производству солнечной энергии:

    • Краснодарский край – 46 ед.;
    • Дагестан – 8 ед.;
    • Ставропольский край – 2 ед.;
    • Бурятия, Хабаровский край, Костромская область – по 1 ед.

    Бурное развитие данной отрасли во всем мире оставляет надежду на то, что в будущем этот неисчерпаемый источник экологичной энергии станет основным для населения планеты.

    Смотрите видео, в котором подробно рассказывается об устройстве и производстве солнечных панелей:

    Принцип работы солнечной батареи, что такое солнечная батарея

    Солнечная батарея – это источник постоянного электрического тока от преобразованной энергии солнца при помощи фотоэлементов.

    Фотоэлементы – это преобразователи энергии фотонов в ток.

    Фотоны – это элементарная частица, не имеющая массы покоя.

    Солнечная батарея для обеспечения бытовых потребностей в электроэнергии

    История создания солнечной батареи

    В 1839 году Антуаном – Сезаром была представлена батарея, которая преобразовывала энергию Солнца в ток.

    В 1877 году Адамс и Дей открыли выработку электричества селеном при действии на него солнечных лучей.

    В 1905 году Альберт Эйнштейн описал фотоэффект.

    В 1954 году был создан элемент солнечной батареи, выполненной из кремния Гордоном Пирсоном, Кэпом Фуллером и Дэррилом Чапиным.

    Виды солнечных батарей

    В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

    I. Классификация по типу их устройства:

    1. 1. Гибкие;
    2. 2. Жёсткие.

    II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

    1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью.

    Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании.

    Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;

    2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;

    Читайте также:  Ремонт светодиодных светильников (на 220 вольт) своими руками

    3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;

    4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;

    5. Из органических соединений;

    6. Из арсенида галлия;

    7. Из нескольких материалов одновременно.

    Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

    Фотоэлементы, выполненные из кремния, отличаются высокой чувствительностью к нагреванию, компактностью, надежностью и высоким уровнем КПД (коэффициента полезного действия).

    Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

    Устройство солнечной батареи

    Для того, чтобы солнечная батарея была способна преобразовывать свет солнца в ток, необходимы следующие элементы:

    1. Фотоэлектрический слой, который играет роль полупроводника. Представлен двумя слоями разных по проводимости материалов. Здесь электроны способны переходить из области p(+) в область n (-). Это называется p-n переход;
    2. Между двумя слоями полупроводников помещен элемент, который является по своей сути преградой для перехода электронов;
    3. Источник питания. Он необходим для подключения к элементу, препятствующему переходу электронов. Он преобразовывает движение заряженных электронов, т.е. создает электрический ток. Аккумуляторная батарея. Аккумулирует и хранит энергию;
    4. Контролёр заряда. Основной его функцией является подключение и отключение солнечной батареи исходя от уровня заряда. Более сложные устройства способны контролировать максимальный уровень мощности;
    5. Преобразователь прямого тока в переменный (инвертор);
    6. Устройство, стабилизирующее напряжение. Обеспечивает защиту системы солнечной батареи от скачков напряжения.

    Принцип работы солнечной батареи

    Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте.

    Солнечный свет (лучи), попадая на фотоэлектрический слой, полупроводниковых пластин приводит к высвобождению излишних электронов из обоих слоёв (n и p). На место оставшееся после освобождения электронов в одном слое встают освобожденные электроны другого слоя. Таким образом, происходит постоянное передвижение электронов из одного слоя в другой через p-n переход.

    В результате этого на внешней цепи начинает появляться напряжение. Слой p становится положительно заряженным, а слой n – отрицательно.

    Аккумулятор в ходе этих действий начинает набирать заряд.

    Контролёр заряда подключает солнечную батарею, если заряд аккумулятора низкий. И выключает её, в случае, когда аккумулятор заряжен. Также контролер не даёт течь обратному току в то время, когда отсутствует солнце.

    Трансформатор прямого тока в переменный необходим для преобразования постоянного тока в переменный с напряжением 220 В. Он бывает двух видов:

    • Сетевой тип инверторов. Обеспечивает работу только в дневное время суток и тех приборов, которые присоединены к нему самому;
    • Автономный тип. Применяется в устройстве элементов солнечной батареи, с наличием аккумуляторной батареи. Они предназначены для работы систем бесперебойного питания.

    Это Интересно! Солнечной энергии, выделяемой за 1 секунду, достаточно для удовлетворения потребностей всего человечества на полмиллиона лет!

    Преимущества и недостатки использования солнечной батареи

    К преимуществам использования солнечной батареи относят:

    1. Экономическую выгоду. Электроэнергия, поставляемая от энергии солнца, бесплатная;
    2. Экологическая безопасность. Работа солнечной батареи не связана с выбросом вредных веществ в атмосферу;
    3. Установка системы солнечной батареи является быстро окупаемой;
    4. Простота эксплуатации и установки.

    К недостаткам относят:

    • Дороговизна установки;
    • Маленькие фотоэлементы не обеспечивают всех потребностей в электроэнергии одной семьи;
    • Эффективность их работы зависит от многих факторов, таких как:
      1. Погодных условий;
      2. Температуры на улице и степени нагрева солнечной батареи;
      3. Грамотного выбора всех комплектующих для обеспечения требуемых параметров;
      4. Мощности потока света;
      5. Ориентации солнечной батареи к положению Солнца;
      6. Чистоты панелей.

    Применение солнечной батареи

    Постепенно происходит внедрение солнечной батареи во многие отрасли жизнедеятельности человека.

    Например, солнечные батареи используются:

    • В автомобилестроении;
    • В промышленных объектах;
    • В сельском хозяйстве;
    • На военно-космических объектах;
    • В бытовых нуждах;

    Это Интересно! Одним из первых вариантов появления прибора с солнечной батареей был калькулятор, способный работать только при попадании на его фотоэлемент солнечных лучей.

    Сейчас солнечными батареями оснащают некоторые модели походных рюкзаков. Они служат источником света, электричества в условиях отсутствия цивилизации.

    Использование солнечной батареи как источника электроэнергии интересует все большее количество людей, причем не только в бытовых нуждах, но и для обеспечения электроэнергией предприятий. Для того чтобы эта система была эффективной необходимо знать ее устройство и принцип работы. Это поможет подобрать компоненты в зависимости от желаемой мощности установки.

    Из чего делают солнечные батареи: особенности строения различных поколений панелей

    До недавних пор на вопрос «из чего делают солнечные батареи» существовал всего один ответ – из кремниевых ячеек в жесткой раме с толстым защитным стеклом. Сегодня ситуация кардинально изменилась, хотя панели на основе кремния по-прежнему занимают большую часть мирового рынка. При изготовлении фотовольтаики дома, из подручных материалов, такие ячейки также применяются чаще других. Однако перспективные разработки последних лет создаются на совершенно иных технологиях и значительно отличаются от старых моделей конструктивно.

    Краткая история модифицирования: три поколения солнечных батарей

    Специалисты разделяют все фотоэлектрические устройства, способные поглощать световые фотоны и преобразовывать их в электрический ток, на три поколения.

    1. Из чего состоят солнечные батареи первого поколения

    Конструктивно такие модули состоят из следующих элементов:

    • металлического листа-основы – базового контакта;
    • нижнего присадочного слоя кремниевого полупроводника с преобладанием электронов n-типа – за счет добавления фосфора;
    • верхнего кристаллического слоя, насыщенного электронами р-типа – обычно, путем легирования бором;
    • антиотражающего покрытия – для максимизации поглощения излучения;
    • тонкого металлизированного контакта сеточного типа с проводом для замыкания сети;
    • толстого защитного стекла – как правило, сверхпрочного закаленного;
    • обрамляющей рамы.
    Читайте также:  Светодиод 3528: параметры и полные характеристики, размеры

    Толщина монокристаллических Mono-Si или поликристаллических Poli-Si кремниевых пластин в ячейках составляет около 200-300 мкм. Срок службы оценивается в 20-25 лет, с падением производительности в среднем на 0,5% ежегодно. КПД при идеальных условиях освещения достигает 22-24% и резко снижается при высоких температурах либо частичном падении освещенности.

    2. Из чего сделаны солнечные батареи второго поколения

    Следующее поколение батарей использует тот же физический принцип p/n перехода, однако создано на базе комбинаций редкоземельных элементов (реже – аморфного кремния). Вспомогательные конструкционные элементы панелей в большинстве случаев те же – металлическая основа, антиотражающая пленка и защитное стекло. Однако все чаще появляются и безрамные конструкции, а также тонкопленочные варианты, способные сворачиваться в рулоны и изгибаться под любыми углами.

    Наиболее частыми полупроводниками для ячеек таких батарей служат:

    • аморфный кремний a-Si;
    • теллурид кадмия (CdTe);
    • селенид индия/галлия/меди (CIGS).

    Иногда на предложение привести примеры, из чего делают солнечные батареи тонкопленочного типа, профильные специалисты приводят и другие, более экзотические варианты. Однако их совокупная доля не превышает 0,1% и используется преимущественно в лабораторных исследованиях.

    Название «тонкопленочные» происходит от значительно меньшей толщины рабочих слоев – от 1 до 3 мкм, что почти в 100 раз меньше, чем у кремниевой «классики». КПД при идеальных условиях тонких пленок составляет 16-20%. Однако при рассеянном свете и/или больших углах падения излучения панели CdTe / CIGS могут быть более эффективны.

    3. Из чего состоит солнечная батарея третьего поколения

    Принцип действия панелей 3-го поколения по-прежнему фотоэлектрический, но конструкция принципиально иная. Полупроводниковые материалы в них, за исключением квантовых точек, не используются вовсе, уступая место органике и полимерам.

    Такие батареи часто не имеют ни рамы, ни защитного стекла, печатаются на 3D-принтерах либо изготавливаются методом травления, подобно компьютерным платам.

    Главное их достоинство – фантастическая дешевизна производства, широчайшие возможности геометрии и прозрачность. Третье поколение – это панели ближайшего будущего, которые будут повсеместно встраиваться в дома, окна, одежду и даже мельчайшие бытовые предметы.

    Основной недостаток на сегодня – низкий КПД, составляющий от 0,1 до 7%.

    Полупроводниковые материалы – из чего делают солнечные батареи сегодня

    Основными полупроводниковыми материалами, которые используются для производства 99% фотоэлектрических ячеек на современном мировом рынке, являются:

    1. Монокристаллический кремний – Выращивается в виде крупных кристаллов по методу профессора Чохральского. Далее кремниевые цилиндрические «чушки» режутся на очень тонкие диски толщиной 0,2-0,4 мм и подвергаются специализированной химической обработке. Практически готовые ячейки обтачиваются, шлифуются, покрываются защитным покрытием и металлизируются. При желании сделать солнечную батарею своими руками такие фотоэлектрические элементы покупаются в магазине, а остальные детали моноблока изготавливаются самостоятельно из подручных материалов.
    2. Поликристаллический кремний – Производится в металлургических тиглях более дешевым методом направленной кристаллизации (block-cast). После расплава кремниевого сырья его медленно остужают, что приводит к образованию «игольчатых» разнонаправленных кристаллов. В эксплуатации такая поверхность чуть хуже монокристалла при идеальной освещенности, но более эффективна в остальных случаях. По этой причине, устанавливая комплект батарей на крышах, на южные скаты часто монтируют Mono-Si, а на юго-западные и юго-восточные – Poli-Si.
    3. Аморфный кремний – из чего делают солнечные батареи этого типа Основой батарей данного типа служит гидрогенезированный кремний с большим коэффициентом лучевого поглощения. Современные модели комбинируют из нескольких слоев, обогащенных германием и углеродом. Это позволяет устранить главный недостаток панелей a-Si – быструю деградацию ячеек.

    Такая модификация носит название уже не аморфного, а микроморфного кремния и показывает КПД до 12%. Низкая эффективность компенсируется дешевизной производства, поскольку на такие ячейки элементов требуется в 200 раз меньше полупроводника чем для Mono-Si или Poli-Si.

    4. Из чего сделаны тонкопленочные солнечные батареи CdTe

    Теллурид кадмия считается лучшим однопереходным полупроводниковым материалом по совокупности трех показателей – поглощающая способность, надежность, стоимость. CdTe значительно производительнее кремния и намного дешевле более эффективных пленок на базе дорогостоящих германия и индия.

    Подложка пленки может быть не металлической, а стеклянной, а сами ячейки – полужесткими или гибкими. CdTe отличается стабильностью, долговечностью, малой чувствительностью к изменению освещения и быстро растущим КПД новых поколений модулей.

    5. Особенность строения солнечных панелей типа CIGS

    Основой батарей на сульфидах редкоземельных элементов является композитное смешение галлия, индия и меди. Такие панели являются «чемпионами» по КПД и стойкости, но стоят очень дорого.

    Коммерческое применение пока ограничено только космосом и авиационной отраслью, поскольку добыча индия и галлия на планете ограничена всего несколькими сотнями тонн в год. Даже если бы все они пошли на изготовление батарей, общая мощность панелей едва достигла бы 10 ГВт.

    6. Из чего состоят солнечные батареи типов GaAs и InP

    Базовыми редкоземельными элементами этой группы панелей служат арсенид галлия GaAs и фосфид индия InP. Отличительная черта обоих вариантов ячеек – практически полное сохранение КПД при температурах в несколько сотен градусов Цельсия.

    Читайте также:  Как подключить светодиодную ленту к 220В своими руками: можно ли без блока питания

    Применение их на земле финансово нецелесообразно, но практически все солнечные панели космических спутников, зондов, МКС и телескопов сделаны именно на их основе. Теоретический КПД этой группы, при условии использовании в конструкции дополнительных концентраторов, может достигать 85%. Практические рекорды сегодня колеблются в зоне 35-45%.

    7. Из чего делают органические солнечные батареи

    Несмотря на низкий КПД (лабораторный рекорд на сегодня – 10,8%, коммерческие прототипы – до 7%) панели на органической основе 3-го поколения сегодня активно исследуются. Для полимеров органического происхождения характерны следующие важные черты:

    • простота и дешевизна создания;
    • отсутствие проблем с утилизацией;
    • неограниченность сфер применения;
    • возможность изготовления в прозрачном виде.

    Подобные панели практически невесомы, а при использовании технологии «tandem solar batteries» (тандемное соединение) их можно встраивать в окна и регулировать прозрачность.

    8. Из чего состоят солнечные батареи на красителях

    Конструктивно в них присутствует тонкая стеклянная подложка и напыляемая токопроводящая «краска». Ее основой является нанокристаллические «катод» и «анод», а также неагрессивный электролит – например, диоксид титана. Удобство использования состоит в возможности получения любых цветовых оттенков и нанесения на любые поверхности сверхтонким слоем.

    9. Особенности солнечных батарей с квантовыми точками

    Последний перспективный вид батарей ближайшего будущего построен на свойствах физических квантовых точек – микроскопических включений полупроводников в тот или иной материал. Геометрически такие «точки» имеют размер в несколько нанометров и распределяются в материале так, чтобы охватить поглощение излучения всего солнечного спектра – ИК, видимого света и УФ.

    Огромным преимуществом подобных панелей является возможность работать даже ночью, генерируя около 40% максимальной дневной мощности.

    Физико-технические характеристики, сертификация и маркировка

    Независимо от того, из чего сделаны солнечные батареи, каждая из них обладает рядом следующих важных характеристик:

    • механические – геометрические параметры, общая масса, тип рамы, защитного стекла, количество ячеек, вид и ширина коннекторов;
    • электрические или вольтамперные – мощность, напряжение холостого хода, сила тока при максимальной нагрузке, эффективность панели в целом и отдельных ячеек в частности;
    • температурные – изменение КПД при повышении температуры на определенную единицу величины (обычно – 1 градус);
    • качественные – срок службы, скорость деградации ячеек, присутствие в рейтинговых списках Bloomberg;
    • функциональные – необходимость и удобство ухода, простота монтажа/демонтажа.

    Промышленные солнечные панели, из каких бы материалов они не были сделаны, обязательно должны быть сертифицированы. Минимальными требованиями являются сертификаты качества ISO, СE, TUV (международные) и/или Таможенного союза (при продаже в его пределах).

    Обязательной является и международные правила маркировки. Например, аббревиатура CHN-350M-72 содержит следующие сведения:

    • CHN – идентификатор компании-изготовителя (в данном случае – китайской СhinaLand);
    • 350 – мощность панели в ваттах;
    • M – обозначение монокристаллического кремния;
    • 72 – число фотоэлектрических ячеек в модуле.

    Из чего можно сделать солнечные батареи своими руками дома

    Для этого необходимо следующее:

    1. Предварительно начерченная схема и проведенные расчеты.
    2. Определенное количество солнечных ячеек заводского изготовления – купить их дешевле всего в сети, например, на сайте Aliexpress или в других сетевых магазинах. Обращайте внимание на то, чтобы все элементы имели одинаковые электрические характеристики.
    3. Самодельный каркас из бруса и фанеры – правила его сборки можно посмотреть на многочисленных видео в сети.
    4. Оргстекло или плексиглас для поверхностного защитного покрытия.
    5. Краска и термостойкий клей для обработки деревянных поверхностей.
    6. Контактные полосы и провода для соединения ячеек. Схемы различные способов соединения также можно изучить в интернете.
    7. Паяльник и припой. Паяльные работы следует проводить очень внимательно, чтобы не испортить будущее изделие.
    8. Силиконовый клей и саморезы для закрепления сборной батареи в каркасе.

    Небольшая батарея потребует около 30-50 долларов вложений, в то время как заводской вариант аналогичной мощности обойдется всего на 10-20% дороже. Разумеется, подобная самодельная конструкция не прослужит 25 лет, не будет обладать мощностью полноценной солнечной электростанции и не сможет похвастаться значительным КПД. Однако стоимость ее будет минимальной настолько, насколько это возможно.

    Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель

    Эффективное преобразование бесплатных лучей солнца в энергию, которую можно использовать для электроснабжения жилья и иных объектов, – заветная мечта многих апологетов зеленой энергетики.

    Но принцип работы солнечной батареи, и ее КПД таковы, что о высокой эффективности таких систем пока говорить не приходится. Было бы неплохо обзавестись собственным дополнительным источником электроэнергии. Не так ли? Тем более что уже сегодня и в России с помощью гелиопанелей “дармовой” электроэнергией успешно снабжается немалое количество частных домохозяйств. Вы все еще не знаете с чего начать?

    Ниже мы расскажем вам об устройстве и принципах работы солнечной панели, вы узнаете, от чего зависит эффективность гелиосистемы. А размещенные в статье видеоролики помогут собственноручно собрать солнечную панель из фотоэлементов.

    Солнечные батареи: терминология

    В тематике «солнечной энергетики» достаточно много нюансов и путаницы. Часто новичкам разобраться во всех незнакомых терминах поначалу бывает трудно. Но без этого заниматься гелиоэнергетикой, приобретая себе оборудование для генерации “солнечного” тока, неразумно.

    Читайте также:  Как сделать ультрафиолетовый фонарик (в домашних условиях)

    По незнанию можно не только выбрать неподходящую панель, но и попросту сжечь ее при подключении либо извлечь из нее слишком незначительный объем энергии.

    Вначале следует разобраться в существующих разновидностях оборудования для гелиоэнергетики. Солнечные батареи и солнечные коллекторы – это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца.

    Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя, т.е. солнечные панели используют для отопления дома.

    Второй нюанс – это понятие самого термина «солнечная батарея». Обычно под словом «батарея» понимается некое аккумулирующее электроэнергию устройство. Либо на ум приходит банальный отопительный радиатор. Однако в случае с гелиобатареями ситуация кардинально иная. Они ничего в себе не накапливают.

    Солнечные батареи предназначены исключительно для генерации электрического тока. Он, в свою очередь, накапливается для снабжения дома электричеством ночью, когда солнце опускается за горизонт, уже в присутствующих дополнительно в схеме энергообеспечения объекта аккумуляторах.

    Батарея здесь подразумевается в контексте некой совокупности однотипных компонентов, собранных в нечто единое целое. Фактически это просто панель из нескольких одинаковых фотоэлементов.

    Внутреннее устройство гелиобатареи

    Постепенно солнечные батареи становятся все дешевле и эффективней. Сейчас они применяются для подзарядки аккумуляторов в уличных фонарях, смартфонах, электроавтомобилях, частных домах и на спутниках в космосе. Из них стали даже строить полноценные солнечные электростанции (СЭС) с большими объемами генерации.

    Каждая солнечная батарея устроена как блок из энного количества модулей, которые объединяют в себе последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Чтобы понять принципы функционирования такой батареи, необходимо разобраться в работе этого конечного звена в устройстве гелиопанели, созданного на базе полупроводников.

    Виды кристаллов фотоэлементов

    Вариантов ФЭП из разных химических элементов существует огромное количество. Однако большая их часть – это разработки на начальных стадиях. В промышленных масштабах сейчас выпускаются пока что только панели из фотоэлементов на основе кремния.

    Обычный фотоэлемент в гелиопанели – это тонкая пластина из двух слоев кремния, каждый из которых имеет свои физические свойства. Это классический полупроводниковый p-n-переход с электронно-дырочными парами.

    При попадании на ФЭП фотонов между этими слоями полупроводника из-за неоднородности кристалла образуется вентильная фото-ЭДС, в результате чего возникает разность потенциалов и ток электронов.

    Кремниевые пластины фотоэлементов различаются по технологии изготовления на:

    1. Монокристаллические.
    2. Поликристаллические.

    Первые имеют более высокий КПД, но и себестоимость их производства выше, нежели у вторых. Внешне один вариант от другого на солнечной панели можно различить по форме.

    У монокристаллических ФЭП однородная структура, они выполняются в виде квадратов со срезанными углами. В отличие от них поликристаллические элементы имеют строго квадратную форму.

    Поликристаллы получаются в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Метод этот предельно прост, поэтому такие фотоэлементы и стоит недорого.

    Но производительность в плане выработки электроэнергии из солнечных лучей у них редко превышает 15%. Связано это с “нечистотой” получаемых кремниевых пластин и внутренней их структурой. Здесь чем чище p-слой кремния, тем более высокий выходит КПД у ФЭП из него.

    Чистота монокристаллов в этом отношении гораздо выше, нежели у поликристаллических аналогов. Их делают не из расплавленного, а из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. Коэффициент фотоэлектрического преобразования у таких ФЭП уже достигает 20-22%.

    Обращенный к солнцу верхний слой пластинки-фотоэлемента делается из того же кремния, но уже с добавлением фосфора. Именно последний будет источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.

    Настоящим прорывов в области использования солнечной энергии стала разработка гибких панелей с аморфным фотоэлектрическим кремнием:

    Принцип работы солнечной панели

    При падении солнечных лучей на фотоэлемент в нем генерируются неравновесные электронно-дырочные пары. Избыточные электроны и «дырки» частично переносятся через p-n-переход из одного слоя полупроводника в другой.

    В итоге во внешней цепи появляется напряжение. При этом на контакте p-слоя формируется положительный полюс источника тока, а на n-слоя – отрицательный.

    Подключенные к внешней нагрузке в виде аккумулятора фотоэлементы образуют с ним замкнутый круг. В результате солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместе белки “бегают” электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд.

    Стандартные кремниевые фотоэлектрические преобразователи являются однопереходными элементами. Переток в них электронов происходит только через один p-n-переход с ограниченной по энергетике фотонов зоной этого перехода.

    То есть каждый такой фотоэлемент способен генерировать электроэнергию только от узкого спектра солнечного излучения. Вся остальная энергия пропадает впустую. Поэтому-то и эффективность у ФЭП так низка.

    Чтобы повысить КПД солнечных батарей, кремниевые полупроводниковые элементы для них в последнее время стали делать многопереходными (каскадными). В новых ФЭП переходов уже несколько. Причем каждый из них в этом каскаде рассчитан на свой спектр солнечных лучей.

    Суммарная эффективность преобразования фотонов в электроток у таких фотоэлементов в итоге возрастает. Но и цена их значительно выше. Здесь либо простота изготовления с невысокой себестоимостью и низким КПД, либо более высокая отдача вкупе с высокой стоимостью.

    Читайте также:  Светильник из фоамирана: мастер-класс и разные шаблоны для цветков

    При работе фотоэлемент и вся батарея постепенно греется. Вся та энергия, что не пошла на генерацию электротока, трансформируется в тепло. Часто температура на поверхности гелиопанели поднимается до 50–55 °С. Но чем она выше, тем менее эффективно работает фотогальванический элемент.

    В итоге одна и та же модель солнечной батареи в жару генерирует тока меньше, нежели в мороз. Максимум КПД фотоэлементы показывают в ясный зимний день. Тут сказываются два фактора – много солнца и естественное охлаждение.

    При этом если на панель будет падать снег, то электроэнергию она генерировать все равно продолжит. Более того, снежинки даже не успеют на ней особо полежать, растаяв от тепла нагретых фотоэлементов.

    Эффективность батарей гелиосистемы

    Один фотоэлемент даже в полдень при ясной погоде выдает совсем немного электроэнергии, достаточной разве что для работы светодиодного фонарика.

    Чтобы повысить выходную мощность, несколько ФЭП объединяют по параллельной схеме для увеличения постоянного напряжения и по последовательной для повышения силы тока.

    Эффективность солнечных панелей зависит от:

    • температуры воздуха и самой батареи;
    • правильности подбора сопротивления нагрузки;
    • угла падения солнечных лучей;
    • наличия/отсутствия антибликового покрытия;
    • мощности светового потока.

    Чем ниже температура на улице, тем эффективней работают фотоэлементы и гелиобатарея в целом. Здесь все просто. А вот с расчетом нагрузки ситуация сложнее. Ее следует подбирать исходя из выдаваемого панелью тока. Но его величина меняется в зависимости от погодных факторов.

    Постоянно отслеживать параметры солнечной батареи и вручную корректировать ее работу проблематично. Для этого лучше воспользоваться контроллером управления, который в автоматическом режиме сам подстраивает настройки гелиопанели, чтобы добиться от нее максимальной производительности и оптимальных режимов работы.

    Идеальный угол падения лучей солнца на гелиобатарею – прямой. Однако при отклонении в пределах 30-ти градусов от перпендикуляра эффективность панели падает всего в районе 5%. Но при дальнейшем увеличении этого угла все большая доля солнечного излучения будет отражаться, уменьшая тем самым КПД ФЭП.

    Если от батареи требуется, чтобы она максимум энергии выдавала летом, то ее следует сориентировать перпендикулярно к среднему положению Солнца, которое оно занимает в дни равноденствия по весне и осени.

    Для московского региона – это приблизительно 40–45 градусов к горизонту. Если максимум нужен зимой, то панель надо ставить в более вертикальном положении.

    И еще один момент – пыль и грязь сильно снижают производительность фотоэлементов. Фотоны сквозь такую “грязную” преграду просто не доходят до них, а значит и преобразовывать в электроэнергию нечего. Панели необходимо регулярно мыть либо ставить так, чтобы пыль смывалась дождем самостоятельно.

    Некоторые солнечные батареи имеют встроенные линзы для концентрирования излучения на ФЭП. При ясной погоде это приводит к повышению КПД. Однако при сильной облачности эти линзы приносят только вред.

    Если обычная панель в такой ситуации будет продолжать генерировать ток пусть и в меньших объемах, то линзовая модель работать прекратит практически полностью.

    Солнце батарею из фотоэлементов в идеале должно освещать равномерно. Если один из ее участков оказывается затемненным, то неосвещенные ФЭП превращаются в паразитную нагрузку. Они не только в подобной ситуации не генерируют энергию, но еще и забирают ее у работающих элементов.

    Панели устанавливать надо так, чтобы на пути солнечных лучей не оказалось деревьев, зданий и иных преград.

    Схема электропитания дома от солнца

    Система солнечного электроснабжения включает:

    1. Гелиопанели.
    2. Контроллер.
    3. Аккумуляторы.
    4. Инвертор (трансформатор).

    Контроллер в этой схеме защищает как солнечные батареи, так и АКБ. С одной стороны он препятствует протеканию обратных токов по ночам и в пасмурную погоду, а с другой – защищает аккумуляторы от чрезмерного заряда/разряда.

    Для трансформации постоянного тока на 12, 24 либо 48 Вольта в переменный 220-вольтовый нужен инвертор. Автомобильные аккумуляторы применять в такой схеме не рекомендуется из-за их неспособности выдерживать частые перезарядки. Лучше всего потратиться и приобрести специальные гелиевые AGM либо заливные OPzS АКБ.

    Выводы и полезное видео по теме

    Принципы работы и схемы подключения солнечных батарей не слишком сложны для понимания. А с собранными нами ниже видеоматериалами разобраться во всех тонкостях функционирования и установки гелиопанелей будет еще проще.

    Доступно и понятно, как работает фотоэлектрическая солнечная батарея, во всех подробностях:

    Как устроены солнечные батареи смотрите в следующем видеоролике:

    Сборка солнечной панели из фотоэлементов своими руками:

    Каждый элемент в системе солнечного электроснабжения коттеджа должен быть подобран грамотно. Неизбежные потери мощности происходят на аккумуляторах, трансформаторах и контроллере. И их обязательно надо сократить до минимума, иначе и так достаточно низкая эффективность гелиопанелей окажется сведена вообще к нулю.

    В ходе изучения материала появились вопросы? Или вы знаете ценную информацию по теме статьи и можете сообщить ее нашим читателям? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: