Получение энергии в больших количествах с помощью батарей фотоэлементов из-за развития технологий дешевеет и применяется все чаще. Однако такая энергия остается достаточно дорогой для неограниченного удовлетворения всех потребностей в электрической энергии. Но и игнорировать достаточно надежный источник энергии для некоторых потребностей уже на стоит. Иметь небольшой и недорогой резервный источник энергии, который возьмет на себя часть повседневной нагрузки для важных потребителей совсем не лишнее. Сейчас много информации по технике сборки батарей, но недостаточно о правильном выборе количества элементов в солнечной батарее, согласовании её с нагрузкой. Именно из-за неправильного комплектования даже большие по площади батареи фотоэлементов выдают недостаточно энергии, а оборудование выходит из строя. Поэтому попробуем скомплектовать солнечную батарею по нашим потребностям, тем более, что по результатам испытаний со временем возможности солнечной системы электроснабжения можно увеличить

Самый дешевый вариант солнечной батареи, это самостоятельная сборка её из готовых покупных панелей, состоящих из одной или нескольких ячеек. Солнечные панели обычно состоят из нескольких ячеек бывают самых разных размеров и отличаются по производительности.

В настоящее время для сборки солнечных батарей можно недорого купить солнечные панели с доставкой. Каждая пластина панели состоит из одной или нескольких ячеек фотоэлементов разделенных видимыми глазом перегородками. Напряжение от каждой ячейки небольшое, обычно примерно 0,5 В, поэтому для увеличения общего напряжения обязательно используют последовательное соединение. Однако внутреннее сопротивление каждого элемента слишком велико для получения большого тока зарядки. Поэтому приходится примерять и параллельное соединение. Характеристики каждой пластины зависят от площади каждого элемента и способа их соединения. Чаще всего одна кремниевая пластина не может обеспечить потребности в солнечной энергии, поэтому нам надо используя смешанное соединение таким образом скомпоновать количество элементов в каждой ветви, чтобы получить наибольший выход энергии. В каждой ветви, состоящей из последовательно соединенных пластин должно быть их одинаковое количество.

Общее количество энергии, которое может отдать солнечная батарея зависит от характеристик каждой пластины и общей площади всей батареи, а также угла падения солнечных лучей, температуры и характеристик нагрузки. Технически правильно взять и использовать эту энергию наша задача. При неправильной компоновке солнечная батарея не будет нормально выдавать энергию или дорогое оборудование может выйти из строя.

Чтобы лучше понять, на что на нужно обращать внимание при компоновке солнечной батареи, приведу простой конкретный пример. Предположим, мы хотим сделать зарядку, чтобы заряжать батарею сотового телефона напряжением 5 В от пластин фотоэлементов с заявленными характеристиками по напряжению 6 В и по мощности 0,6 Вт. При средней дневной освещенности смело подключаем пластину солнечного элемента к сотовому телефону, но зарядку можем и не наблюдать. При измерении вольтметром выходное напряжение при средней освещенности скорее всего будет меньше 5В и тогда нам долго придется ждать очень яркого солнечного безоблачного неба. В этих условиях последовательное соединение двух пластин фотоэлементов решит проблему, напряжение увеличится и зарядка пойдет, но небольшим током. Увеличить ток можно если параллельно первой ветви из двух фотоэлементов подключить вторую ветвь тоже из двух фотоэлементов. Сразу хочу предупредить, что в таких экспериментах есть существенная доля риска для сотового телефона. При ярком свете напряжение и ток от солнечной батареи увеличатся и могут превысить допустимые пределы. Задачу более безопасной зарядки обычно решает зарядное устройство или контроллер, подключаемые между солнечной батареей и аккумулятором. Но они не создают электрическую энергию, и даже уменьшают количество энергии, которое вырабатывает солнечная батарея. Кроме того, даже у хорошего контроллера есть пределы по мощности и напряжению, которым должны соответствовать характеристики солнечной батареи.

Поэтому необходимо провести реальные испытания возможностей солнечной батареи, тем более, что в розницу продаются элементы не самого хорошего качества, но по вполне доступной цене. Для этого нужно измерить выходное напряжение холостого хода каждого элемента и ток короткого замыкания, которого солнечные элементы не боятся из-за большого внутреннего сопротивления. Идеальный вариант проверки элементов солнечной батареи, это измерение напряжения на каждой ячейке в рабочем режиме. Если в последовательно соединенной цепочке из несколькольких панеле на одной будет завышенное напряжение, то эта панель имеет повышенное внутреннее вопротивление и не пригодна к работе. Элементы, отличающиеся по характеристикам нужно отбраковывать или использовать для других целей.

Иногда перемножая ток к.з. и напряжение холостого хода считают, что это и есть выходная мощность. На самом деле при подключении вольтметра нет существенного тока в нагрузке (за исключением потребляемого прибором), а значит нет и выходной мощности. При замере тока короткого замыкания на нагрузке нет напряжения. Перемножая ток к.з. на нулевое напряжение опять получаем нулевую мощность, а вся полученная энергия будет потребляться и рассеиваться на солнечной батарее. Чтобы получить и измерить максимально возможную выходную мощность, нужно к солнечному элементу или батарее подключить такое нагрузочное сопротивление, чтобы напряжение уменьшилось в два раза. Другие режимы работы дадут меньшую выходную мощность. Энергетическая эффективность солнечной батареи на 100 Вт, которая при максимальном освещении используется только на зарядку сотового телефона мощностью 1 Вт и будет равна 1 Вт. Чтобы измерить количество реально полученной аккумулятором солнечной энергии, нужно использовать прибор для измерения энергии.

Подбирать выходные характеристики солнечной батареи нужно с учетом характеристик потребителя. Измеренные в реальных условиях при работе на зарядку напряжение и ток не должны превышать предельно допустимые характеристики для зарядного устройства и аккумулятора. Нужно также обратить внимание на режим холостого хода. Это когда аккумулятор уже зарядился и не потребляет ток от солнечной батареи. В таком режиме, особенно при ярком освещении выходное напряжение у солнечной батареи будет максимальным и не должно превышать допустимые значения для нагрузки. Второй важный параметр, это обеспечение выходного напряжения достаточное для зарядки аккумуляторов при снижении освещенности. Если большую часть дня выходное напряжение хоть немного меньше необходимого для осуществления заряда и аккумулятору на 12 В мы даем напряжение 10-11 В, то в этот период мы никакой энергии не получим. В таком случае надо или изменять схему подключения солнечных пластин, или добавлять еще одну дополнительную солнечную батарею на небольшое необходимое для зарядки напряжение.

Коротко основные правила при компоновке солнечной батареи для максимального правильного использования системы солнечной энергетики:

1. Солнечная батарея собирается из исправных проверенных панелей.
2. Последовательное соединение панелей фотоэлементов увеличивает выходное напряжение батареи.
3. Параллельное соединение панелей или последовательно подключенных ветвей могут увеличить максимально возможную выходную мощность и ток.
4. Общая максимально возможная мощность солнечной батареи увеличивается прямо пропорционально увеличению количества солнечных панелей в батарее.
5. Солнечная батарея способна начать отдавать электрическую энергию только при достижении минимально необходимого напряжения на нагрузке.
6. Напряжение холостого хода солнечной батареи не должно превышать максимально допустимого напряжения следующей за батареей нагрузки (контроллера, аккумулятора и т.д.)
7. Выходное напряжение солнечной батареи должно быть достаточным чтобы отдавать энергию потребителю большую часть светового дня.
8. Реально полученные от солнечной батареи ток и мощность зависят от характера нагрузки.
9. Выходные характеристики солнечной батареи по своим параметрам должны быть согласованными со следующим потребителем по мощности и напряжению.
10. Реально полученную энергию от солнечной батареи нужно учитывать на входе конечного потребителя энергии.

Соблюдение этих несложных в применении правил позволит удешевить систему для получения солнечной энергии и увеличит количество полученной энергии.