Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции

ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ,
СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ
и другие полезные 
конструкции

Москва, 2023

Кашкаров А. П.

Издание рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов технических вузов

2-е издание, электронное

УДК 004.438
ББК 32.973.26-018.2
K31

K31
Кашкаров, Андрей Петрович.
Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции / А. П. Кашка-
ров. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 145 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: 
Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-375-2
Альтернативные источники энергии — ветер и солнце являются постоянно возобновляемыми, 
практически вечными видами энергии.
В данной книге автор раскрывает особенности современных преобразователей энергии солнца 
и ветра, их выбора, строения и установки. Целая глава книги посвящена нетрадиционным радиоэлектронным 
конструкциям.
Издание предназначено для широкого круга читателей, стремящихся к самостоятельному техническому 
творчеству, интересующихся радиотехникой, нетрадиционными источниками питания, 
солнечными батареями и ветрогенераторами в эпоху всеобщей экономии и оптимизации издержек. 
В приложениях даны справочные данные и другая полезная информация.

УДК 004.438 
ББК 32.973.26-018.2

Электронное издание на основе печатного издания: Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные 
конструкции / А. П. Кашкаров. — Москва : ДМК Пресс, 2012. — 144 с. — ISBN 978-5-94074-662-1. — Текст : 
непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы 
то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно 
существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с 
этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских 
прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-375-2
©  Кашкаров А. П.
© Оформление, ДМК Пресс

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие .............................................................................7

Глава 1. Источники питания на солнечных батареях и не только ...9
1.1. Основные принципы применения солнечных батарей ..11
1.2. Виды и характеристики солнечных батарей ................14
Фотоумножители .......................................................................................14
Фотоэлектрический преобразователь .................................................16
1.3. Электронные устройства для дома и дачи своими   
руками ...........................................................................17
1.3.1. «Камень» для дачи с элементом солнечной батареи ...........17
1.3.2. Фонарик на элементах солнечной батареи и методы его 
усовершенствования..................................................................................19
Принцип работы устройства .......................................................22
О деталях ............................................................................................24
Рекомендации по улучшению работы ......................................24
Спектр практического применения ..........................................26
1.4. О модулях солнечных батарей ...................................26
1.5. Номенклатура мощных солнечных батарей ................27
1.5.1. Солнечные батареи разных производителей .........................27
Характеристики солнечного модуля ТСМ-15F(12) ...........30
1.5.2. Солнечные батареи фирмы Sharp ..............................................31
Основные характеристики солнечных панелей Sharp .......31
Область применения ......................................................................32
Некоторые интересные особенности солнечных         
батарей .................................................................................................33
1.6. Солнечная панель для зарядки портативных      
устройств PowerFilm WeatherPro Solar panel фирмы         
Sundance Solar ...............................................................33
1.7. Рекомендации по сборке элементов и модулей 
солнечных батарей .........................................................35

Глава 2. Ветрогенераторы и преобразователи электрической 
энергии ...................................................................................37
2.1. Преимущества и особенности ветрогенераторов .........39
2.1.1. Основная комплектация ВЭУ ....................................................41
Мачтовый комплект .......................................................................42

СОДЕРЖАНИЕ
4

2.1.2. Дополнительная комплектация ВЭУ (кроме 
непосредственно генератора) .................................................................43
2.1.3. Расчеты экономии ...........................................................................43
2.1.4. Важные замечания ..........................................................................44
2.2. Место установки ВЭУ ...............................................45
2.3. ВЭУ для сборки своими руками .................................46
Некоторые примеры и выводы ..............................................................47
2.4. Преобразователи энергии (инверторы) ......................48
Некоторые технические характеристики ...........................................49
Методы соединения инверторов ...........................................................51
2.5. Меры предосторожности при работе с инверторами         
и АКБ, использующихся на вентрогенераторных   
установках .....................................................................52
2.6. Расчет электропроводки и выбор провода ..................54

Глава 3. Аккумуляторы и другие химические источники тока......55
3.1. Эксплуатация АКБ и уход за ними .............................56
3.1.1. Заряд АКБ ..........................................................................................56
3.2. Контроллеры заряда .................................................57
Morningstar SHS 10 ....................................................................................57
3.3. Аккумуляторы глубокого разряда AGM и GEL ...........58
3.3.1. Гелевая (GEL) АКБ Leoch LPG12-200 .....................................58
3.3.2. Герметичная необслуживаемая свинцовые батарея      
АGM-технологии Leoch DJW 12-18 ....................................................59
3.3.3. AGM технология ..............................................................................60
3.4. Химические источники тока на примере батареи 
«Дымок» .......................................................................61
3.4.1. Внутренняя начинка ХИТ «Дымок» ........................................63
3.4.2. Основные технические характеристики батарей серии 
Дымок .............................................................................................................64
Практика применения и эксперименты ..................................66
Вывод ...................................................................................................68
Практика применения ...................................................................68
Как подключить ...............................................................................69
Предостережения ............................................................................70
3.5. Другие элементы и АКБ ............................................70
3.5.1. Марганцево-цинковые и угольно-цинковые элементы и 
батареи ............................................................................................................71
3.5.2. Алкалиновые элементы и батареи .............................................71
3.5.3. Элементы и батареи с воздушной деполяризацией ............72

СОДЕРЖАНИЕ

3.5.4. Ртутно-цинковые элементы и батареи .....................................72
3.5.5. Серебряно-цинковые элементы и батареи .............................72
3.5.6. Литиевые элементы и батареи с органическим 
электролитом ...............................................................................................72
3.5.7. Элементы питания дисковые Renata с номинальным 
напряжением 1,5 В .....................................................................................73
3.5.8. Дисковые элементы питания типа LR c номинальным 
напряжением 1,5 В .....................................................................................73
3.5.9. АКБ Energizer ...................................................................................74
3.5.10. АКБ GP-Greencell .........................................................................74
3.5.11. Кодировка и параметры АКБ с различной 
энергоемкостью ...........................................................................................75
3.5.12. Элементы питания и АКБ большой емкости ......................77
3.5.13. Маркировочные надписи на АКБ ...........................................78

Глава 4. Нетрадиционные электронные конструкции..................79
4.1. Подогрев почвы из подручных средств ......................80
4.2. Электронные конструкции для аудио и видео .............84
4.2.1. Усилитель мощности из CD-чейнджера ..................................84
Электрические характеристики .................................................87
Практическое применение ...........................................................87
Микросхемы-аналоги для усиления аудио-    
видеосигналов ...................................................................................88
4.2.2. Замена СZN-15E на XF-18D в широком спектре 
конструкций .................................................................................................93
Замена микрофона СZN-15E на XF-18D в                  
тангенте НМ-36 ................................................................................95
Некоторые электрические характеристики отечественных 
и зарубежных электретных микрофонов ................................97
4.2.3. Преобразователь в тангенте СВ-трансиверов                     
 Tokai PW-2024, PW-404S, PW-5024, LAR-301RM ........................99
Практическое применение .........................................................101
4.3. Преобразователь напряжения для портативного   
фонаря ........................................................................ 101
Принцип работы устройства ................................................................102
О деталях .....................................................................................................104
Иные варианты применения ................................................................105
4.4. «Быстрый» переходник для GSM-антенны ............... 105
4.4.1. Почему нужна дополнительная антенна ...............................106
4.4.2. Изготовление переходника ........................................................107
Другой вариант изготовления переходника ........................110

СОДЕРЖАНИЕ
6

4.5. Замена аккумулятора в линейке (батарее) ............... 110
Характеристики оригинального аккумулятора                       
 ICOM BP-209N ........................................................................................112
Практика замены элементов .................................................................113
Как «обмануть» эффект памяти ..........................................................114
4.6. Эксперименты и полезные советы с нетрадиционными 
источниками питания .................................................... 114
4.6.1. Невидимая гирлянда к Новому году ......................................114
4.6.2. Люминесцентная лампа в виде простейшей        
светомузыки ...............................................................................................115
4.6.3. Зажигаем на расстоянии или меч Джедая ............................116
4.6.4. Нетрадиционный подогрев сосиски .......................................117
4.7. Полезное о тиристорах ........................................... 118

Приложения .......................................................................... 119
Приложение 1. Сокращения и условные обозначения, 
применяемые в электронике и электротехнике ............... 120
Приложение 2. Ленточные кабели и пленочные шлейфы..130
Разъемы для соединительных плоских кабелей и шлейфов .....132
Приложение 3. Как отремонтировать пленочный шлейф..137
Технология ремонта шлейфа ................................................................139

Литература ........................................................................... 141

ПРЕДИСЛОВИЕ

От научно-технического прогресса уже не скрыться, его плоды проникли 
во все сферы жизни, включая и нетрадиционные источники 
питания альтернативной энергетики. Энергопотребление мировой 
экономики непрерывно растет. Рано или поздно мир столкнется с 
тем, что запасы нефти, газа и угля будут исчерпаны. Чем их заменить? – 
вопрос уже далеко не праздный. Поиск ответа на него 
заставляет исследовать альтернативные, экологически чистые и возобновляемые 
источники энергии. К их числу относят: ветер (вет-
рогенераторы), солнце (водонагреватели, коллекторы, солнечные 
батареи), движение вод (приливные и волновые электростанции, 
мини- и микроводопадные электростанции), подземное тепло (геотермальная 
энергия: тепловые и электрические станции, грунтовые 
теплообменники), водород и сероводород (использование энергии, 
выделяемой при их сгорании), биотопливо (топливо, получаемое из 
биологического сырья) и другие.
К достоинствам нетрадиционных видов энергии – ветровой, солнечной, 
и водной относится то, что это постоянно возобновляемый, 
практически вечный источник энергии.
В книге, которая перед вами я раскрываю особенности современных 
преобразователей энергии солнца и ветра, их выбора, строения 
и установки.
Да, пока еще промышленные образцы генераторов, преобразовывающих 
природную энергию в электрический ток с большой выходной 
мощностью, дороги. Но дороговизна оборудования компенсируется 
дешевизной получаемой электроэнергии, и наступит момент, 
когда ветрогенератор и мощный модуль солнечной батареи, окупив 
себя, будет давать потребителю совершенно бесплатную электроэнергию (
если предполагать, что в этом мире вообще существует 
нечто бесплатное).
Зато ветрогенераторы и солнечные батареи, как экологически 
чистый источник электрической энергии сокращают выбросы в атмосферу; 
в 50 странах мира приняты и действуют законы по государственной 
поддержке развития ветроэнергетики; в России, к 
сожалению, таких законов нет. И это при том, что свыше половины 
географической территории РФ не имеет доступа к электросетям и 

ПРЕДИСЛОВИЕ
8

обеспечивается электричеством от дизельных генераторов, что очень 
дорого. Ветрогенератор можно установить практически в любой местности, 
следуя определенным рекомендациям, описанным в книге.
Кроме промышленной сферы, ветрогенераторы и модули солнечных 
батарей с успехом можно применить на дачных участках и даже 
сделать самостоятельно.
Целая глава книги посвящена нетрадиционным радиоэлектронным 
конструкциям.
Для широкого круга читателей, имеющих стремление к самостоятельному 
техническому творчеству, интересующихся радиотехникой, 
нетрадиционными источниками питания, солнечными батареями 
и ветрогенераторами в эпоху всеобщей экономии и оптимизации 
издержек.

СТРАНИЦА
ГЛАВА

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 
НА СОЛНЕЧНЫХ 
БАТАРЕЯХ И НЕ 
ТОЛЬКО
1

Ветрогенераторы и преобразователи 
электрической энергии

Аккумуляторы и другие химические 
источники тока

Нетрадиционные электронные   
конструкции

Приложения

2

3

4

37

55

79

119

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И НЕ ТОЛЬКО
10

В реальном мире отождествленная с сущностью 
форма сияет в качестве света, так же как 
в идеальном мире сияет сама мысль

Гегель

С каждым днем люди на планете все больше зависят от разного 
рода носителей энергии. Один из них, безусловно, солнце. Но что 
есть такое его лучи?
Весь электромагнитный спектр солнечного излучения, какую бы 
энергию ни несли отдельные ее участки, представляет излучение 
физических тел. Основные источники света – атомы – никогда не 
испускают его непрерывно. Напротив, их излучение носит прерывистый, 
дискретный характер, ибо все атомы генерируют свет только 
в виде отдельных квантов электромагнитного поля – фотонов. 
Однако уже в простом опыте по разложению белого света с помощью 
призмы обнаруживается удивительный красочный порядок, который 
наглядно демонстрирует не только энергетический, но и явно 
семиотический (знаковый) характер спектра. Примерно такой же по 
многогранности спектр представляют собой и солнечные лучи, воздействующие 
на кремний (заложенный в основе) фотоэлементов, 
соединенных в батареи.
Современный мир уже невозможно представить без электричества, 
и аккумулирующих его устройств, в частности – солнечных 
батарей, а, следовательно, чтобы идти в ногу со временем, людям 
нужно применять новые нетрадиционные методы энергоснабжения, 
хотя бы для того, чтобы наш жизнь в быту и на природе стала более 
комфортной.
К слову, цены на солнечные батареи упали (за последние 20 лет) 
в 30-40 раз… Более того, они продолжают снижаться, что делает их 
использование весьма перспективным.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

1.1. Основные принципы применения 
солнечных батарей

Сегодня можно самостоятельно собрать устройство для альтернативного 
обеспечения солнечной энергией, состоящее непосредственно 
из солнечной батареи (солнечных элементов, соединенных 
в батарею), аккумулятора и устройства преобразователя (инвертора) 
тока – с постоянного в переменный; таким образом иметь дома 
источник альтернативного питания с сетевым напряжением 220 В. 
На рис. 1.1 представлена блок-схема устройства источника питания 
от солнечной батареи.

Рис. 1.1.  Блок-схема устройства источника питания от солнечной батареи.

Согласно представленной иллюстрации полезная мощность (и 
ее смысл) для потребителя зависит от мощности каждого элемента 
устройства.
Главным ценообразующим фактором солнечной батареи и ее отдельных 
элементов также является полезная мощность (напряжение 
и выходной ток). К примеру, сегодня стоимость готовой солнечной 
батареи типа ТСМ-180 (12) с номинальным напряжением 12 В и полезной 
мощностью 180 Вт составит 27…29 тыс. рублей. Для обеспечения 
работы одного современного электрочайника потребовалось 
бы около 2 кВт, то есть не менее 11 подобных батарей, поэтому, 
кроме источников питания на основе солнечных батарей, сегодня 
активно применяются и другие альтернативные источники, к примеру, 
преобразующие кинетическую энергию ветра в электрический 
ток – ветрогенераторы – о которых речь пойдет в главе 2.
Солнечные батареи мощностью 1 кВт, сегодня имеет цену порядка 
180 тысяч руб.
Для сравнения дизельному электрогенератору для выработки 
1 кВт/час электроэнергии потребуется до 0,33 литров дизельного 

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И НЕ ТОЛЬКО
12

топлива. При стоимости топлива 18 руб./литр затраты на топливо 
составят примерно 6 руб./кВт/час. Приобрести такой генератор с 
размером, сопоставимым с системным блоком ПК, можно за 15 000 
руб. Выводы делайте сами.
Большинство солнечных элементов производятся из дорогостоящего 
кремния. Как следствие, высокая стоимость электроэнергии, 
производимой солнечными батареями. Однако, возможно все может 
измениться в будущем. Предполагается, что через 10 лет – энергоресурсы, 
добытые с помощью солнца, будут продаваться по цене на 50 % 
ниже добываемой при помощи угля, природного газа и ядерного 
топлива.
В течение года солнечные батареи теряют до 1,5% своей первоначальной 
мощности из-за старения кремния. Если при изготовлении 
солнечной батареи был допущен брак, то он может обнаружиться 
через несколько месяцев, или даже лет. Именно поэтому не стоит 
покупать «дешевые» солнечные батареи, потому что они в результате 
могут оказаться очень дорогостоящими (скупой платит дважды и 
трижды). Тем не менее, мнений и соображений противников и сторонников 
солнечных батарей очень много, и пожалуй, единственное 
в чем все противоборствующие стороны солидарны, так это в том, 
что использование солнечной энергии для альтернативных источников 
питания устройств весьма оправдано и очень перспективно.
Учитывая относительно небольшую выходную мощность, источник 
на основе лишь одной солнечной батареи нельзя назвать удовлетворительным. 
Поэтому, те потребители, кто обладает серьезным 
финансовым ресурсом, соединяют солнечные батареи в модули, дополняют 
их устройствами контроля заряда аккумуляторов, мощными 
преобразователями энергии и в таком виде система может уже 
обеспечивать бесперебойное энергоснабжение дома (коттеджа), хотя 
окончательная стоимость соизмерима с несколькими сотнями тысяч 
рублей.
На рис. 1.2 представлен вид солнечного модуля мощного источника 
питания для дома.
Полагаю, что за источниками альтернативной энергии, безусловно, 
будущее. Год от года солнечные элементы будут «дешеветь», а их 
полезная мощность, на радость потребителю, повышаться. Сегодня 
солнечные батареи массово применяются в качестве зарядных устройств 
небольшой мощности – для сотовых телефонов и другой 
бытовой техники.
Главным же минусом применения солнечной батареи обычно на-

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

зывают зависимость от ее питания – Солнца. Именно поэтому (см. 
рис. 1.1) в системе альтернативного источника питания предусмотрена 
мощная АКБ, которая «отдает» ток в нагрузку в то время, когда 
солнечная энергия ослабевает, к примеру, ночью.
Немаловажным фактором является и то, что максимальная польза 
(КПД) солнечной батарей получается тогда, когда солнечные лучи 
падают на поверхность фотоэлектрических элементов (ФЭЭ) под 
углом 90°, то есть перпендикулярно. В иных случаях (земля, как 
известно, постоянно вращается вокруг солнца) при изменении угла 
падения солнечных лучей и их отражения, эффективность батареи 
несколько снижается даже в солнечную погоду.
В ясную погоду на 1м2 земной поверхности в среднем падает 1000 
Вт световой энергии солнца. В зависимости от местности участка 
земли солнечная энергия поступает неравномерно из-за облачности 
в пасмурную погоду, есть места, где солнце светит 320-350 дней в 
году, а есть такие места, где солнца не бывает вообще. Исходя из 
этого, необходимо рассчитать эффективность их применения в каждом 
конкретном случае.
В помощь этому в табл. 1.1 приведены сведения о поступлении 
солнечной радиации для некоторых городов России. Таблица построена 
по данным спутников NАSА.
На широте Москвы в течение ясного солнечного дня поступает 
около 3 кВт/час солнечной энергии на 1 м2. В табл. 1.2 представлены 
сведения о суммарной солнечной радиации применительно к широтам (
по ней можно приблизительно высчитать солнечную энергию 
в других городах).

Рис. 1.2. Вид солнечного модуля мощного источника питания для дома

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И НЕ ТОЛЬКО
14

Справочная таблица среднемесячной суммарной солнечной радиации, 
кВт/ч/м2.

Янв. Февр. Март
Апр.
Май
Июнь
Июль
Авг.
Сент.
Окт.
Нояб.
Дек.
В год
*К

Москва
20,6 53,0 108,4 127,6 166,3 163,0 167,7 145,0 104,6 60,7 34,8 
22 1173,7
1

Воронеж
30,7 60,1
117
129
169
166
176
151
120 81,8 50,3 37,1
1245
1,06

Краснодар 42,8 77,8
127
147
178
171
194
172
148
123 81,7 55,6
1433
1,22

Махачкала 48,2
77
128
168
200
190
208
196
161
132
93
77,2
1581
1,35

Рязань
21,2
55
109
130
168
165
169
147
106 62,3 35,2
23
1174
1,01

* К – коэффициент суммарной солнечной радиации по отношению к г. Москва.

Таблица 1.1. Поступления солнечной радиации, для некоторых городов

Широта, град

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90

кВт/час/м2
5,9
5,8
5,4
4,9
3,9
3,3
2,6
1,9
1,4
1,3

Таблица 1.2. Суммарная солнечная радиация на разных широтах

1.2. Виды и характеристики солнечных 
батарей

Солнечная батарея состоит из отдельных элементов, соединенных 
последовательно-параллельно (рис. 1.3, 1.4).
Элементы применяются в портативных устройствах радиоэлектронной 
техники, для миниатюрных светильников (на светодиодах) 
и зарядных устройств сотовых телефонов.
Прототипом современных солнечных элементов являют фотоумножители (
ФЭУ).

Фотоумножители
Фотоумножители, обладающие высоким усилением и быстродействием, 
получили широкое распространение в дозиметрических 
приборах, использующих сцинтилляторы – вещества, реагирующие 
на проникающую в них ионизирующую частицу вспышкой света.