Solárny generátor svojpomocne: návod na výrobu alternatívneho zdroja energie

Alternatívne zdroje energie, ktoré umožňujú zabezpečiť obytný priestor teplom a elektrínou v potrebnom objeme – nie je to lacné „potešenie“, ktoré si vyžaduje značné finančné výdavky na nákup, montáž a inštaláciu.

Vyrobiť si solárny generátor svojpomocne je však oveľa lacnejšie a je to v silách mnohých domácich majstrov. Pozrime sa na návod, ktorý zrozumiteľne opisuje všetky nuansy výrobného procesu.

Ako funguje generátor slnečnej energie?

Solárny generátor je súbor fotoelektrických polovodičových prvkov, ktoré priamo premieňajú slnečnú energiu na elektrickú.

Kvantá svetla produkované lúčmi pri dopade na fotoplatňu vyrazia elektrón z poslednej atómovej orbity pracovného prvku. Tento efekt vytvára množstvo voľných elektrónov, ktoré tvoria nepretržitý tok elektrického prúdu.

Pri montáži solárneho generátora svojpomocne nie je vôbec potrebné hneď zostavovať veľký, rozsiahly komplex. Môžete začať s malým agregátom a v prípade potreby v budúcnosti rozšíriť kapacitu.

Ako aktívny materiál sa používa kremík. Vyznačuje sa vysokou účinnosťou a zabezpečuje koeficient fotoelektrickej premeny v bežnom režime na úrovni 20 % a za priaznivých podmienok – až 25 %.

Vďaka výraznej účinnosti kremíkových fotočlánkov generátory vyrobené na ich základe zaručujú vysoký výkon pri relatívne malom objeme. Výkon agregátu s veľkosťou 1 meter vyprodukuje za hodinu 125 W, čo sa považuje za veľmi pôsobivý výsledok.

Na jednu stranu kremíkovej platne sa nanáša tenká vrstva pasívnych chemických prvkov – bóru alebo fosforu. Práve na tejto povrchu dochádza v dôsledku intenzívneho pôsobenia slnečných lúčov k aktívnemu uvoľňovaniu elektrónov. Fosforová fólia ich spoľahlivo udržiava na jednom mieste a nedovolí im rozletieť sa.

Na samotnej pracovnej platni sa nachádzajú kovové «dráhy». Na nich sa usporadúvajú voľné elektróny, čím vytvárajú usporiadaný pohyb, teda elektrický prúd.

K mínusom platní patrí len zložitosť a nákladnosť procesu čistenia samotného kremíka, a aby sa predišlo týmto problémom, aktívne sa osvojuje používanie alternatív v podobe gália, kadmia, india a rôznych zlúčenín medi. Zatiaľ však ešte neexistujú skutoční konkurenti kremíkových prvkov.

Najjednoduchší spôsob, ako zostaviť menič slnečnej energie na elektrinu – kúpiť hotový solárny panel a nainštalovať ho na strechu domu alebo garáže:

Čo je potrebné na prác?

Na výrobu generátora pozostávajúceho zo súpravy solárnych panelov sú potrebné nasledujúce nástroje a materiály:

• moduly na premenu slnečných lúčov na energiu;
• hliníkové uholníky;
• drevené lišty;
• dosky z drevotriesky;
• priehľadný prvok (sklo, plexisklo, organické sklo, polykarbonát) na vytvorenie ochrany pre kremíkové platne;
• samorezné skrutky a skrutky rôznych veľkostí;
• hustá pena s hrúbkou 1,5-2,5 mm;
• kvalitný tmel;
• diódy, svorky a vodiče;
• elektrický skrutkovač alebo sada skrutkovačov;
• spájkovačka;
• píla na drevo a kov (alebo uhlová brúska).

Množstvo potrebných materiálov bude priamo závisieť od plánovanej veľkosti generátora. Rozsiahla práca prinesie dodatočné náklady, ale v každom prípade to bude lacnejšie ako kúpený modul.

Ochranný základ pre kremíkové dosky možno vyrobiť zo skla, organického skla, polykarbonátu alebo plexiskla. Prvé tri materiály spôsobujú minimálnu stratu konvertovanej energie, zatiaľ čo štvrtý prepúšťa lúče oveľa horšie a výrazne znižuje účinnosť celého komplexu.

Na konečné testovanie zostaveného agregátu sa používa ampérmeter. Umožňuje zaznamenať skutočnú účinnosť zariadenia a pomáha určiť reálny výkon.

Výber typu fotoprevodníka

Činnosti na vlastnoručné vytvorenie solárneho generátora začínajú výberom typu fotovoltaického kremíkového meniča.

Tieto komponenty sú troch typov:

• amorfné;
• monokryštalické;
• polykryštalické.

Každá možnosť má svoje výhody a nevýhody a výber v prospech ktorejkoľvek z nich sa robí na základe objemu finančných prostriedkov určených na nákup všetkých komponentov systému.

Vlastnosti amorfných druhov

Amorfné moduly nepozostávajú z kryštalického kremíka, ale z jeho derivátov (silán alebo kremíkovodík). Naprašovaním vo vákuu sa ich tenká vrstva nanáša na vysoko kvalitnú kovovú fóliu, sklo alebo plast.

Hotové výrobky majú matný, rozmazaný sivý odtieň. Viditeľné kremíkové kryštály na povrchu nie sú pozorované. Hlavnou výhodou flexibilných solárnych batérií je dostupná cena, avšak ich účinnosť je veľmi nízka a pohybuje sa v rozmedzí 6-10%.

Amorfné fotoelementy vyrobené na báze kremíka majú zvýšenú flexibilitu, vykazujú vysokú úroveň optickej absorpcie (20-krát väčšiu ako mono- alebo polykryštalické analógy) a výrazne efektívnejšie pracujú v zamračenom počasí.

Špecifiká polykryštalických typov

Polykryštalické solárne batérie sa vyrábajú postupným veľmi pomalým ochladzovaním kremíkového taveniny. Výsledné výrobky sa vyznačujú sýto modrou farbou, majú povrch s jasne viditeľným vzorom pripomínajúcim mrazový vzor a vykazujú účinnosť v rozmedzí 14-18%.

Vyššiu účinnosť a výkon bránia vnútri materiálu prítomné oblasti oddelené od celkovej štruktúry zrnitými hranicami.

Polykryštalické fotovoltaické články fungujú počas celých 10 rokov, ale počas tejto doby ich účinnosť neklesá. Avšak na montáž výrobkov do jednotného celku sa musí použiť pevný, tvrdý základ, pretože listy sú dosť tuhé a vyžadujú pevnú, spoľahlivú podporu.

Charakteristika monokryštalických variantov

Monokryštalické moduly sa vyznačujú hustou tmavou farbou a pozostávajú z celých kryštálov kremíka. Ich účinnosť prevyšuje ukazovatele ostatných prvkov a dosahuje 18-22% (pri priaznivých podmienkach až 25%).

Ďalšou výhodou je pôsobivá životnosť – podľa vyhlásení výrobcov viac ako 25 rokov. Avšak pri dlhodobom používaní účinnosť monokryštálov klesá a po 10-12 rokoch fotovýkon už dosahuje najviac 13-17%.

Moduly z monokryštálov stoja výrazne viac ako iné druhy zariadení. Vyrábajú sa rozrezávaním umelo vypestovaných kryštálov kremíka.

Na výrobu domáceho solárneho generátora vlastnými rukami sa prevažne používajú poly- a monokryštalické platne rôznych rozmerov. Tie sa nakupujú v populárnych internetových obchodoch, vrátane eBay alebo AliExpress.

Vzhľadom na to, že fotovoltaické články sú pomerne drahé, mnohí dodávatelia ponúkajú zákazníkom produkty skupiny B, teda fragmenty s malou chybou, ktoré sú vhodné na plnohodnotné používanie. Ich cena sa líši od štandardnej ceny o 40-60%, vďaka čomu je zostavenie generátora za rozumnú cenu, ktorá príliš nezaťaží peňaženku.

Ako vyrobiť rám pre platne?

Na výrobu rámu budúceho generátora sa používajú pevné drevené lišty alebo hliníkové uholníky. Drevený variant je považovaný za menej praktický, pretože materiál vyžaduje dodatočnú úpravu, aby sa predišlo následnému hnilobe a delaminácii.

Aby drevený rám vydržal prevádzkové zaťaženie a nezhnil už po prvom daždi, je potrebné ho impregnovať špeciálnym prostriedkom, ktorý chráni drevo pred pôsobením vlhkosti.

Hliník má oveľa atraktívnejšie fyzikálne vlastnosti a vďaka svojej nízkej hmotnosti nezaťažuje strechu ani inú nosnú konštrukciu, na ktorú sa plánuje jednotka inštalovať.

Okrem toho vďaka antikoróznemu povlaku kov nehrdzavie, nehnije, neabsorbuje vlhkosť a ľahko znáša pôsobenie akýchkoľvek agresívnych atmosférických javov.

Na vytvorenie rámovej konštrukcie z hliníkových uholníkov sa najprv určí rozmer budúceho panelu. Pri štandardnom variante sa na jeden blok používa 36 fotovoltaických článkov s rozmermi 81 mm x 150 mm.

Pre správnosť následnej prevádzky sa medzi fragmentmi necháva malá medzera (asi 3-5 mm). Tento priestor umožňuje zohľadniť zmenu základných parametrov podkladu vystaveného vplyvom atmosférických javov. Výsledkom je, že celkový rozmer polotovaru je 83 mm x 690 mm pri šírke rohu rámu 35 mm.

Kremíkové doštičky uložené do rámu z hliníkového profilu vyzerajú takmer ako výrobky továrenskej výroby. Pevný a silný rám zabezpečuje systému dokonalú tesnosť a dáva celej konštrukcii vysokú úroveň tuhosti.

Po určení rozmerov sa z uholníkov vyrežú potrebné fragmenty a pomocou spojovacích prvkov sa poskladajú do rámov. Na vnútorný povrch konštrukcie sa nanesie vrstva silikónového tmelu, pričom sa veľmi pozorne sleduje, aby neboli medzery a prázdne miesta.

Od toho závisí celistvosť, pevnosť a trvanlivosť montovanej konštrukcie. Na vrch sa ukladá ochranný priehľadný materiál (sklo s antireflexnou úpravou, plexisklo alebo polykarbonát so špeciálnymi parametrami) a bezpečne sa upevňuje pomocou kovania (po 1 na krátkej a po 2 na dlhej strane rámu a 4 na rohoch tela).

Na prácu sa používa skrutkovač a skrutky vhodného priemeru. Na konci sa priehľadný povrch opatrne očistí od prachu a jemných nečistôt.

Výber priehľadného prvku

Základné kritériá výberu priehľadného prvku na vytvorenie generátora:

• schopnosť absorpcie IR žiarenia;
• úroveň lomu slnečného svetla.

Čím nižší je index lomu, tým vyššiu účinnosť preukážu kremíkové doštičky. Najnižší koeficient odrazu svetla majú plexisklo a organické sklo. Polykarbonát má tiež zďaleka nie najlepšie ukazovatele.

Na vytvorenie rámových konštrukcií pre domáce solárne systémy sa odporúča podľa možnosti používať antireflexné priehľadné sklo alebo špeciálny druh polykarbonátu s antikondenzačným povlakom, ktorý poskytuje potrebnú úroveň tepelnej ochrany.

Najlepšími vlastnosťami v oblasti absorpcie IR žiarenia disponuje pevné termoabsorbčné organické sklo a sklo s možnosťou absorpcie IR. U obyčajného skla sú tieto ukazovatele výrazne nižšie. Od účinnosti absorpcie IR závisí, či sa budú kremíkové doštičky počas prevádzky zahrievať alebo nie.

Ak bude zahrievanie minimálne, fotovoltaické články vydržia dlho a zabezpečia stabilný výkon. Prehriatie doštičiek povedie k poruchám v prevádzke a rýchlemu zlyhaniu jednotlivých fragmentov systému alebo celého komplexu.

Inštalácia kremíkových fotočlánkov

Bezprostredne pred inštaláciou sa ochranné sklá uložené v hliníkových rámoch dôkladne očistia od prachu a odmastia sa alkoholovým prostriedkom.

Kúpené fotovoltaické články sa rovnomerne umiestnia na značkovaciu podložku vo vzdialenosti 3–5 milimetrov od seba a vyznačia sa rohy celej konštrukcie. Potom sa pristupuje k spájkovaniu prvkov – najdôležitejšej a najnáročnejšej časti práce pri montáži generátora.

Spájkovanie pracovných prvkov generátora sa vykonáva podľa schémy, v ktorej „+“ predstavujú dráhy na vonkajšej strane a „–“ kanály umiestnené na zadnej strane dosky.

Pre správne spojenie kontaktov sa najprv nanesie tavidlo (spájkovacia kyselina) a spájka, potom sa vykoná spracovanie v presnom poradí zhora nadol. Na konci sa všetky rady spoja dohromady.

Ďalším krokom je lepenie fotovoltaických článkov. Na to sa do stredu každej kremíkovej doštičky vytlačí trochu tmelu, vzniknuté reťazce prvkov sa otočia vonkajšou stranou nahor a umiestnia sa presne podľa predtým naneseného značenia.

Opatrne rukami pritlačia doštičky a upevnia ich na správnom mieste. Konajú veľmi opatrne, snažiac sa materiál nepoškodiť a neohýbať.

Kontakty fotovoltaických článkov umiestnených na okrajoch sa vyvedú na samostatnú zbernicu (široký strieborný vodič) ako „+“ a „-“. Dodatočne sa komplex vybaví blokovacou diódou. Tá sa pripája ku kontaktom a zabraňuje vybíjaniu batérií cez rámovú konštrukciu v nočnom čase.

V spodnej časti rámu sa vŕtačkou vyvŕtajú otvory, cez ktoré sa káble vyvedú von. Aby neprehýbali, použije sa na prácu silikónový tmel.

S krokmi montáže solárneho panelu zo 60 prvkov vás zoznámi nasledujúca fotogaléria:

Fotoelementy spojené spájkovaním je teraz potrebné upevniť na podložku. Môžu sa prilepiť na preglejku a zakryť sklom. V príklade sa však lepenie najprv vykonáva na sklo:

Aby akumulátor určený na ukladanie náboja nepohlcoval energiu vyrobenú fotoelementmi, jeho solárny panel sa pripája cez Schottkyho diódu:

Montáž mini heliostanice uvedenej v našom príklade vykonávame podľa schémy zobrazenej na fotografii. Pri zapojení používame vodič s medeným jadrom s prierezom od 1 mm²

Táto mini elektráreň dokáže vyrábať až 15 V. Treba vziať do úvahy, že maximálny výkon bude dosiahnutý len počas slnečných bezoblačných dní. Pri zamračenom počasí bude zariadenie generovať podstatne menej alebo nebude generovať energiu vôbec. Preto sa akumulátor k nej vyberá tak, aby zásoba vydržala aspoň na jeden deň.

Ako otestovať zmontovaný agregát?

Predtým, ako generátor definitívne utesníme, je potrebné ho otestovať, aby sa odhalili prípadné chyby vzniknuté počas spájkovania. Najrozumnejšou možnosťou je skontrolovať každý spájkovaný rad samostatne. Hneď bude jasné, kde sú kontakty spojené zle a je potrebné opätovné spracovanie.

Na vykonanie testu sa používa domáci ampérmeter. Meranie sa uskutočňuje v bezoblačný slnečný deň poobede (v období od 13 do 15 hodín). Konštrukcia sa umiestni na dvore a nastaví pod príslušným uhlom sklonu.

Domáci ampérmeter pomáha merať skutočný prúd. Na základe jeho údajov možno určiť úroveň funkčnosti zmontovaného solárneho systému a zistiť porušenia v poradí zapojenia kremíkových fotoelementov.

K vyvedeným kontaktom solárnej batérie pripojíme ampérmeter a vykonáme meranie skratového prúdu. Ak prístroj ukazuje výsledky nad 4,5 A, systém je úplne korektný a všetky spojenia sú presne a správne spájkované.

Nižšie údaje, ktoré sa objavia na displeji testera, hovoria o poruchách, ktoré je potrebné vysledovať a znova prepájkovať. Tradične solárne generátory vyrobené vlastnými rukami z fotovoltaických článkov s malým defektom (skupina B) na teste vykazujú hodnoty od 5 do 10 Ampérov.

Zariadenia z továrenskej výroby vykazujú údaje o 10-20 % vyššie. Vysvetľuje sa to tým, že pri výrobe sa používajú kremíkové platne skupiny A, ktoré nemajú žiadne chyby v štruktúre.

Záverečná fáza práce

Ak test ukázal, že batéria je plne funkčná, utesní sa špeciálnym silikónovým tmelom alebo drahším a pevnejším epoxidovým kompoundom.

Práca predpokladá dva spôsoby vykonania:

1. Úplné zaliatie – keď sa celý povrch pokryje tmelom.
2. Čiastočné ošetrenie – keď sa tmel nanáša len na okrajové prvky a prázdny priestor medzi prvkami.

Prvá možnosť sa považuje za spoľahlivejšiu a poskytuje systému plnohodnotnú ochranu pred vonkajšími vplyvmi. Fotovoltaické články sú pevne upevnené na svojich miestach a správne pracujú s maximálnym výkonom.

Na prilepenie fotovoltaických článkov vo vnútri krytu je vhodné použiť mrazuvzdorný tmel, schopný odolávať prudkým teplotným výkyvom a nízkym mínusovým hodnotám.

Keď je zaliatie vykonané, tmelu sa nechá „zatuhnúť“. Potom sa prikryje priehľadným prvkom a pevne pritlačí k platniam.

S cieľom zabezpečiť dodatočnú ochranu a tlmenie niektorí majstri odporúčajú medzi povrch kremíkovej platne a zadnú časť rámu umiestniť hustú penu. To urobí konštrukciu celistvejšou a ochráni krehké fotovoltaické články pred nadmerným zaťažením.

Potom sa na povrch umiestni závažie, ktoré pôsobí na vrstvy a vytláča z nich vzduchové bubliny. Hotový generátor sa znova otestuje a nakoniec sa namontuje na vopred pripravené miesto.

Kde a ako umiestniť generátor?

Miesto inštalácie solárneho generátora sa vyberá veľmi pozorne a bez zhonu. Platne prijímajúce svetlo sa vždy umiestňujú pod uhlom, aby lúče „nedopadali“ na povrch kolmo, ale akoby po ňom jemne „stekali“.

V ideálnom prípade sa konštrukcia umiestni tak, aby v prípade potreby zostala možnosť upraviť uhol sklonu, čím sa „zachytí“ maximálne množstvo slnka.

Je celkom prijateľné umiestniť solárny systém s fotovoltaickými panelmi na zem, ale najčastejšie sa na umiestnenie vyberá strecha domu alebo vedľajšej budovy, a to jej časť, ktorá je otočená na najviac osvetlenú, prevažne južnú stranu pozemku.

Je veľmi dôležité, aby sa v blízkosti nenachádzali vysoké budovy a mohutné, rozložité stromy. Keď sú v tesnej blízkosti, vytvárajú tieň a bránia plnohodnotnej prevádzke zariadenia.

Aby solárne zariadenia fungovali kvalitne, je potrebné udržiavať ich v čistote a poriadku. Vrstva nečistôt na povrchu zachytávacieho panela znižuje účinnosť o 10% a nalepený sneh zariadenie úplne vypne. Preto je pravidelná údržba povinným postupom a pomáha udržiavať moduly v ideálnom prevádzkovom stave.

Za stredne optimálny uhol sklonu strechy pre inštaláciu solárneho generátora sa považuje 45⁰. Pri takomto umiestnení fotovoltaické články absorbujú slnečné žiarenie veľmi efektívne a poskytujú množstvo energie potrebné na správne zabezpečenie chodu domácnosti.

Aby ste z panelov získali skutočný úžitok a zabezpečili priemernú rodinu potrebným množstvom energie, budete musieť na solárny generátor vyčleniť 15 – 20 m² plochy strechy.

Pre európsku časť krajín SNŠ platia trochu odlišné ukazovatele. Odborníci odporúčajú vziať za základ uhol stacionárneho sklonu 50 – 60⁰ a pri pohyblivých konštrukciách počas zimného obdobia umiestniť batérie pod uhlom 70⁰ k horizontu.

V lete je potrebné meniť polohu a nakláňať fotovoltaické články pod uhlom 30⁰.

Inštaláciou panelov generátora na trackovací systém vybavený možnosťou automatického sledovania slnka je možné zvýšiť účinnosť až o 50%. Modul samostatne zistí intenzitu lúčov a bude sa prispôsobovať maximálnemu osvetleniu od úsvitu do súmraku.

Bezprostredne pred montážou sa strecha dodatočne vystuží a vybaví špeciálnymi pevnými podperami, pretože nie každá konštrukcia je schopná uniesť celú hmotnosť zariadenia na premenu slnečnej energie.

Na spoľahlivú a pevnú inštaláciu solárneho generátora na streche je vhodné zakúpiť špeciálne upevnenia. Vyrábajú sa samostatne pre každý typ strešnej krytiny a sú vždy k dispozícii na predaj. Pri montáži je potrebné medzi panelmi a strechou ponechať medzeru pre plnohodnotný prístup vzduchu a správne vetranie slnko pohlcujúcich prvkov.

V niektorých prípadoch sa pod strechu umiestňujú zosilnené krokvy, ktoré chránia strechu pred zrútením, ktoré je potenciálne možné v dôsledku zvýšeného zaťaženia, výrazne narastajúceho v zimnom období, keď sa na strešnej ploche hromadí sneh.

Na spustenie solárneho systému budú potrebné akumulátory, invertor a regulátor nabíjania. O pravidlách výberu zariadení a ich zapojenia do obvodu sa dozviete z nami odporúčaných článkov.

Závery a užitočné video k téme

Vlastnosti a nuansy spájkovania fotovoltaických článkov na výrobu efektívneho solárneho generátora svojpomocne v domácich podmienkach. Tipy a rady pre majstrov, zaujímavé nápady a osobné postrehy.

Ako správne otestovať fotovoltaický článok a zmerať jeho základné parametre. Tieto informácie sa vám zídu pri následných výpočtoch presného počtu platní potrebných na plnohodnotnú prevádzku systému.

Úplný podrobný popis procesu montáže solárnej batérie pre generátor v domácich podmienkach. Pracovné postupy od získania potrebných prvkov až po celkový test vyrobeného zariadenia.

Keď poznáte konštrukciu solárnych generátorov, ich montáž doma nebude veľkým problémom. Samozrejme, práca si vyžiada pozornosť, presnosť a dôslednosť, ale výsledok odôvodní všetky finančné a pracovné náklady. Hotový agregát plne zabezpečí budovu teplom a elektrickou energiou, čím vytvorí pre obyvateľov potrebnú úroveň komfortu.

Neoplatí sa hneď púšťať do veľkého projektu. Na začiatok má zmysel vyskúšať si sily pri montáži malého agregátu a potom, po úplnom zvládnutí všetkých nuancií procesu, pristúpiť k stavbe výkonnejšieho a rozsiahlejšieho zariadenia.

A aký spôsob stavby mini-elektrárne ste si vybrali na vybavenie chaty? Napíšte, prosím, komentáre, podeľte sa o užitočné informácie a fotografie k téme článku v bloku nižšie. Pýtajte sa na sporné alebo nejasné otázky.