Ako vyrobiť solárny panel svojpomocne: návod na samostatnú montáž

Solárne batérie sú zdrojom získavania energie, ktorú môžno nasmerovať na výrobu elektriny alebo tepla pre nízkopodlažný dom. Avšak solárne batérie majú vysokú cenu a nie sú dostupné väčšine obývanov naše krajiny. Súhlasíte?

Iná vec je, keď je solárna batéria vyrobená svojpomocne – náklady sa výrazne znížia a takáto konštrukcia funguje rovnako dobre ako priemyselne vyrobený panel. Preto, ak vážne uvažujete o zaobstaraní alternatívneho zdroja elektriny, skúste ho vyrobiť svojpomocne – nie je to veľmi zložité.

V článku sa budeme venovať výrobe solárnych batérií. Povieme vám, aké materiály a nástroje na to budete potrebovať. A o niečo nižšie nájdete podrobný návod s ilustráciami, ktoré názorne ukazujú priebeh práce.

Stručne o konštrukcii a činnosti

Energiu slnka môžno premeniť na tepelnú, keď je nosičom energie teplonosná kvapalina, alebo na elektrickú, ktorá sa ukladá do batérií. Batéria je generátor pracujúci na princípe fotovoltického efektu.

Premena energie slnka na elektrinu prebieha po tom, čo slnečné lúče dopadnú na platne-fotovoltické články, ktoré sú hlavnou časťou batérie.

Pri tom svetelné kvantá “uvoľňujú” svoje elektróny z krajných orbít. Tieto voľné elektróny vytvárajú elektrický prúd, ktorý prechádza cez regulátor a ukladá sa v akumulátore, odkiaľ potom prúdi k spotrebičom.

Ako fotovoltaické doštičky slúžia prvky z kremíka. Kremíková doštička je z jednej strany pokrytá najtenšou vrstvou fosforu alebo bóru – pasívneho chemického prvku.

Na tomto mieste sa pôsobením slnečných lúčov uvoľňuje veľké množstvo elektrónov, ktoré sú zadržiavané fosforovou fóliou a nerozlietajú sa.

Na povrchu doštičky sú kovové “dráhy”, na ktorých sa zoraďujú voľné elektróny, čím vytvárajú usporiadaný pohyb, t.j. elektrický prúd.

Čím viac takýchto kremíkových fotovoltaických doštičiek, tým viac elektrického prúdu je možné získať. Viac o princípe fungovania solárneho panelu si prečítajte ďalej.

Vrchná vrstva fotovoltaických doštičiek je pokrytá vrstvou, ktorá zabraňuje odrazu slnečného svetla od doštičiek, čím zvyšuje ich účinnosť.

Materiály na vyvorenie solárneho panelu

Pri začatí stavby solárneho panelu je potrebné zaobstarať si nasledujúce materiály:

• silikátové fotovoltaické doštičky;
• dosky z drevotriesky, hliníkové profily a lišty;
• tvrdá pena s hrúbkou 1,5-2,5 cm;
• priehľadný prvok, ktorý slúži ako podložka pre kremíkové doštičky;
• skrutky, samorezné skrutky;
• silikónový tmel na vonkajšie použitie;
• elektrické vodiče, diódy, svorky.

Množstvo potrebných materiálov závisí od veľkosti vášho panelu, ktorý je najčastejšie obmedzený počtom dostupných fotovoltaických článkov. Z nástrojov budete potrebovať: skrutkovač alebo sadu skrutkovačov, pílu na kov a drevo, spájkovačku. Na testovanie hotového panelu budete potrebovať tester-ampérmeter.

Teraz si podrobnejšie rozoberieme najdôležitejšie materiály.

Kremíkové platne alebo fotovoltaické články

Fotovoltaické články pre panely sú troch typov:

• polykryštalické;
• monokryštalické;
• amorfné.

Polykryštalické doštičky sa vyznačujú nízkou účinnosťou. Veľkosť účinnosti je približne 10 – 12 %, ale tento ukazovateľ sa časom neznižuje. Dĺžka prevádzky polykryštálov – 10 rokov.

Solárny panel sa zostavuje z modulov, ktoré sa skladajú z fotovoltaických meničov. Panely s pevnými kremíkovými fotovoltaickými článkami predstavujú akýsi sendvič s postupne usporiadanými vrstvami, upevnenými v hliníkovom profile.

Monokryštalické fotovoltaické články sa môžu pochváliť vyššou účinnosťou – 13-25% a dlhou životnosťou – vyše 25 rokov. Avšak časom účinnosť monokryštálov klesá.

Monokryštalické meniče sa získavajú rezaním umelo vypestovaných kryštálov, čo vysvetľuje najvyššiu fotovodivosť a výkonnosť.

Fóliové fotomeniče sa získavajú nanesením tenkej vrstvy amorfného kremíka na polymérny pružný povrch.

Pružné batérie s amorfným kremíkom – sú najmodernejšie. Fotoelektrický menič je u nich naprášený alebo natavený na polymérny základ. Účinnosť je okolo 5 – 6 %, ale fóliové systémy sú veľmi vhodné na ukladanie.

Fóliové systémy s amorfnými fotomeničmi sa objavili pomerne nedávno. Je to mimoriadne jednoduchý a maximálne lacný druh, ale rýchlejšie ako konkurencia stráca spotrebiteľské vlastnosti.

Nie je vhodné používať fotobunky rôznych veľkostí. V tomto prípade bude maximálny prúd produkovaný batériou obmedzený prúdom najmenšieho prvku. To znamená, že väčšie dosky nebudú pracovať na plný výkon.

Pri kúpe fotobuniek sa informujte u predajcu o spôsobe doručenia, väčšina predajcov používa metódu voskovania, aby zabránili zničeniu krehkých prvkov.

Najčastejšie sa pre domáce batérie používajú mono- a polykryštalické fotobunky s veľkosťou 3x6 palcov, ktoré si môžete objednať v internetových obchodoch ako napríklad E-bay.

Cena fotobuniek je pomerne vysoká, ale mnohé obchody predávajú takzvané prvky skupiny B. Výrobky zaradené do tejto skupiny majú chyby, ale sú použiteľné a ich cena je o 40-60 % nižšia ako pri štandardných platniach.

Väčšina internetových obchodov predáva fotobunky v súpravách po 36 alebo 72 fotoelektrických konvertorových platní. Na spojenie jednotlivých modulov do batérie budete potrebovať prípojnice, na pripojenie k systému budete potrebovať svorky.

Rám a priehľadný prvok

Kostru pre budúci panel možno vyrobiť z drevených líšt alebo hliníkových uholníkov.

Druhý variant je výhodnejší z celého radu dôvodov:

• Hliník je ľahký kov, ktorý nespôsobuje vážne zaťaženie nosnej konštrukcie, na ktorú sa plánuje montáž batérie.
• Pri vykonávaní antikoróznej úpravy hliník nie je náchylný na pôsobenie hrdze.
• Neabsorbuje vlhkosť z okolitého prostredia, nehnije.

Pri výbere priehľadného prvku je potrebné venovať pozornosť takým parametrom, ako je index lomu slnečného svetla a schopnosť pohlcovať IR žiarenie.

Od prvého parametra bude priamo závisieť účinnosť fotoelektrických článkov: čím nižší je index lomu, tým vyššia je účinnosť kremíkových doštičiek.

Minimálny koeficient odrazu svetla má plexisklo alebo jeho lacnejší variant – organické sklo. O niečo nižší index lomu svetla má polykarbonát.

Od veľkosti druhého parametra závisí, či sa budú samotné kremíkové fotoelektrické články zahrievať alebo nie. Čím menej sú doštičky vystavené zahrievaniu, tým dlhšie vydržia. IR žiarenie najlepšie pohlcuje špeciálne teploabsorbujúce organické sklo a sklo s IR absorpciou. O niečo horšie – obyčajné sklo.

Ak je to možné, optimálnym variantom bude použitie antireflexného priehľadného skla ako priehľadného prvku.

Podľa pomeru ceny k indexu lomu svetla a absorpcii IR žiarenia je organické sklo najoptimálnejším variantom na výrobu solárnej batérie.

Projekt systému a výber miesta

Projekt solárneho systému zahŕňa výpočty potrebnej veľkosti solárnej dosky. Ako bolo uvedené vyššie, veľkosť batérie je spravidla obmedzená drahými fotoelektrickými článkami.

Solárna batéria by mala byť inštalovaná pod určitým uhlom, ktorý by zabezpečil maximálny dopad slnečných lúčov na kremíkové dosky. Najlepšou možnosťou sú batérie, ktoré môžu meniť uhol sklonu.

Miesto inštalácie solárnych dosiek môže byť rôzne: na zemi, na šikmej alebo plochej streche domu, na strechách vedľajších budov.

Jedinou podmienkou je, že batéria musí byť umiestnená na slnečnej strane pozemku alebo domu, ktorá nie je zatienená vysokými korunami stromov. Optimálny uhol sklonu je potrebné vypočítať podľa vzorca alebo pomocou špecializovanej kalkulačky.

Uhol sklonu bude závisieť od polohy domu, ročného obdobia a klímy. Je žiaduce, aby batéria mala možnosť meniť uhol sklonu v závislosti od sezónnych zmien výšky slnka, pretože maximálne efektívne fungujú pri dopade slnečných lúčov presne kolmo na povrch.

Pre európsku časť krajín SNŠ odporúčaný uhol pevného sklonu 50 – 60 º. Ak konštrukcia obsahuje zariadenie na zmenu uhla sklonu, v zimnom období je lepšie umiestniť batérie pod uhlom 70 º k horizontu, v lete pod uhlom 30 º.

Výpočty ukazujú, že 1 štvorcový meter solárneho systému poskytuje možnosť získať 120 W. Preto pomocou výpočtov možno určiť, že na zabezpečenie priemernej domácnosti elektrickou energiou v množstve 300 kWh za mesiac je potrebný solárny systém s minimálnou plochou 20 štvorcových metrov.

Okamžite nainštalovať takýto solárny systém bude problematické. Ale aj montáž 5-metrovej batérie pomôže ušetriť elektrickú energiu a prispieť svojím skromným príspevkom k ekológii našej planéty. Odporúčame tiež oboznámiť sa s princípom výpočtu potrebného množstva solárnych batérií.

Solárna batéria sa môže používať ako záložný zdroj energie pri častom výpadku centralizovaného zásobovania elektrickou energiou. Na automatické prepínanie je potrebné zabezpečiť systém neprerušovaného napájania.

Takýto systém je výhodný v tom, že pri použití tradičného zdroja elektrickej energie sa súčasne nabíja akumulátor solárneho systému. Zariadenie obsluhujúce solárnu batériu je umiestnené vo vnútri domu, preto je potrebné zabezpečiť preň špeciálnu miestnosť.

Pri umiestňovaní batérií na šikmej streche domu nezabúdajte na uhol sklonu panelu. Ideálny variant je, keď má batéria zariadenie na sezónnu zmenu uhla sklonu.

Montáž solárnej batérie krok za krokom

Po výbere miesta na umiestnenie solárneho panelu a zariadenia na obsluhu solárneho systému, ako aj po zabezpečení všetkých potrebných materiálov a nástrojov, možno začať s montážou batérie.

Pri montáži je potrebné dodržiavať bezpečnostné predpisy, najmä pri vykonávaní inštalácie hotového panelu na strechu domu. Pozrime sa na postupný algoritmus, ako vyrobiť solárnu batériu.

Krok #1 – spájkovanie kontaktov kremíkových platní

Montáž domácej solárnej batérie sa často začína spájkovaním vodičov fotovoltaických článkov. Samozrejme, ak máte možnosť, najlepšie je kúpiť fotovoltaické články priamo s vodičmi, pretože spájkovanie je veľmi náročná a namáhavá práca, ktorá zaberá veľa času.

Spájkovanie sa vykonáva nasledovne:

1. Vezme sa kremíkový fotovoltaický článok bez vodičov a kovový pásik-vodič.
2. Vodiče sa narežú pomocou kartónovej šablóny, ich dĺžka je 2-krát väčšia ako veľkosť kremíkovej doštičky.
3. Vodič sa opatrne položí na doštičku. Na jeden prvok – dva vodiče.
4. Na miesto, kde sa bude vykonávať spájkovanie, je potrebné naniesť kyselinu na prácu so spájkovačkou.
5. Vykonajte spájkovanie pomocou spájkovačky, opatrne pripojte vodič k doštičke.

Počas spájkovania netlačte na kremíkový prvok, pretože je veľmi krehký a môže sa zničiť! Ak máte šťastie a zakúpili ste fotovoltaické články s hotovými kontaktmi, ušetríte si dlhú a náročnú prácu, pretože môžete okamžite prejsť k výrobe rámu pre budúcu batériu.

Spájkovanie kontaktov pre chybné fotovoltaické články skupiny B sa vykonáva rovnako a v rovnakom smere ako pre celé platne.

Krok #2 – výroba rámu pre solárnu batériu

Rám – to je miesto, kam sa budú inštalovať fotovoltaické články. Na výrobu rámu sa používajú hliníkové uholníky a lišty, z ktorých sa skladajú rámy. Odporúčaná veľkosť uholníka je – 70-90 mm.

Na vnútornú časť kovových uholníkov sa nanáša silikónový tmel. Je potrebné dôkladne utesniť uholníky, od toho závisí trvanlivosť celej konštrukcie.

Po dokončení hliníkového rámu pristúpime k výrobe zadného telesa. Zadné teleso je drevená skrinka z drevotriesky s nízkymi okrajmi.

Vysoké okraje by vytvárali tieň na fotovoltaických článkoch, preto ich výška nesmie presiahnuť 2 cm. Okraje sa priskrutkujú pomocou samorezných skrutiek a skrutkovača.

Na dne skrinkového telesa z drevotriesky sa robia vetracie otvory. Vzdialenosť medzi otvormi je približne 10 cm. Do hliníkového rámu sa inštaluje priehľadný prvok (plexisklo, antireflexné sklo, plexisklo).

Priehľadný prvok sa pritlačí a upevní, jeho upevnenie sa vykonáva pomocou kovania: 4 v rohoch, ďalej po 2 na dlhých a po 1 na krátkej strane rámu. Kovanie sa upevňuje skrutkami.

Rám pre slnečnú batériu je hotový a môžeme pristúpiť k najdôležitejšej časti – montáži fotovoltaických článkov. Pred montážou je potrebné očistiť plexisklo od prachu a odmastiť ho kvapalinou obsahujúcou alkohol.

Krok #3 – montáž kremíkových platní-fotovoltaických článkov

Montáž a spájkovanie kremíkových platní – najnáročnejšia časť práce na výrobe slnečného panelu vlastnými rukami. Najprv rozložíme fotovoltaické články na plexisklo modrými platňami nadol.

Ak batériu skladáte prvýkrát, môžete použiť podložku na nanesenie značiek, aby ste dosky umiestnili rovnomerne v malej (3-5 mm) vzdialenosti od seba.

1. Vykonávame spájkovanie fotovoltaických článkov podľa nasledujúcej elektrickej schémy: “+” dráhy sú na prednej strane dosky, “-” – na zadnej. Pred spájkovaním opatrne naneste tavidlo a spájku, aby ste spojili kontakty.
2. Vykonávame spájkovanie všetkých fotovoltaických článkov postupne v radoch zhora nadol. Rady potom musia byť tiež navzájom spojené.
3. Pristupujeme k lepeniu fotovoltaických článkov. Na tento účel nanesieme malé množstvo tmelu na stred každej kremíkovej dosky.
4. Otočíme vzniknuté reťazce s fotovoltaickými článkami lícnou stranou (tam, kde sú modré dosky) nahor a umiestnime dosky podľa značiek, ktoré sme naniesli predtým. Opatrne pritlačíme každú dosku, aby sme ju upevnili na svojom mieste.
5. Kontakty krajných fotovoltaických článkov vyvedieme na zbernicu, respektíve “+” a “-“. Pre zbernicu sa odporúča použiť širší vodič zo striebra.
6. Solárnu batériu je potrebné vybaviť blokovacou diódou, ktorá sa spája s kontaktmi a zabraňuje vybíjaniu akumulátorov cez konštrukciu v nočnom čase.
7. V dne rámu vyvŕtame otvory na vyvedenie vodičov von.

Vodiče je potrebné pripevniť k rámu, aby sa nehýbali, to možno urobiť pomocou silikónového tmelu.

Krok #4 – testovanie batérie pred utesnením

Testovanie slnečného panelu je potrebné vykonať pred jeho utesnením, aby bolo možné odstrániť poruchy, ktoré často vznikajú počas spájkovania. Najlepšie je testovať po spájkovaní každého radu prvkov – takto je oveľa jednoduchšie zistiť, kde sú kontakty zle spojené.

Na testovanie budete potrebovať bežný domáci ampérmeter. Merania je potrebné vykonať v slnečný deň o 13-14 hodine, slnko by nemalo byť zakryté oblakmi.

Vyneste batériu von a nainštalujte ju podľa vopred vypočítaného uhla sklonu. Ampérmeter pripojte ku kontaktom batérie a vykonajte meranie skratového prúdu.

Zmyslom testovania je, že pracovný elektrický prúd by mal byť o 0,5-1,0 A nižší ako skratový prúd. Údaj prístroja by mal byť vyšší ako 4,5 A, čo svedčí o funkčnosti solárneho panelu.

Ak tester vykazuje nižšie hodnoty, potom je niekde určite porušená postupnosť spojenia fotovoltaických článkov.

Zvyčajne doma vyrobený solárny panel, skonštruovaný z fotovoltaických článkov skupiny B, vykazuje hodnoty 5-10 A, čo je o 10-20 % nižšie ako u solárnych panelov priemyselnej výroby.

Krok #5 – utesnenie fotovoltaických článkov uložených v kryte

Tesnenie možno vykonať len po uistení sa, že batéria funguje. Na tesnenie je najlepšie použiť epoxidovú zmes, ale vzhľadom na to, že spotreba materiálu bude veľká a jej cena je približne 40 – 45 dolárov. Ak je to príliš drahé, namiesto nej možno použiť rovnaký silikónový tmel.

Používajúc silikónový tmel, dávajte prednosť tomu, na ktorého obale je uvedené, že je vhodný na použitie pri mínusových teplotách.

Existujú dva spôsoby tesnenia:

• úplné zaliatie, keď sa panely zalievajú tmelom;
• nanášanie tmelu na priestor medzi fotovoltaickými článkami a na krajné prvky.

V prvom prípade bude tesnenie spoľahlivejšie. Po zaliatí musí tmel stuhnúť. Potom sa na vrch nainštaluje plexisklo a pevne sa pritlačí k doskám pokrytým silikónom.

Na zabezpečenie tlmenia a dodatočnej ochrany medzi zadným povrchom fotovoltaických článkov a rámom z drevotriesky mnohí majstri odporúčajú inštalovať tesnenie z tvrdej peny so šírkou 1,5 – 2,5 cm.

Robíť to nie je povinné, ale je to žiaduce, vzhľadom na to, že kremíkové dosky sú dosť krehké a ľahko sa poškodia.

Po inštalácii plexiskla sa na konštrukciu umiestni závažie, ktorého pôsobením dôjde k vytlačeniu vzduchových bubliniek. Slnečná batéria je pripravená a po opätovnom testovaní ju možno nainštalovať na vopred vybrané miesto a pripojiť k slnečnému systému vášho domu.

Závery a užitočné video k téme

Prehľad fotovoltaických článkov objednaných v čínskom internetovom obchode:

Video návod na výrobu slnečnej batérie:

Vyrobiť slnečnú batériu svojpomocne – nie je jednoduchá úloha. Účinnosť väčšiny takýchto batérií je o 10 – 20 % nižšia ako u panelov priemyselnej výroby. Najdôležitejšie pri konštrukcii slnečnej batérie – správne vybrať a nainštalovať fotovoltaické články.

Nepokúšajte sa okamžite vytvoriť obrovský panel. Skúste najprv postaviť malé zariadenie, aby ste pochopili všetky nuansy tohto procesu.

Máte praktické zručnosti na výrobu slnečných batérií? Podeľte sa, prosím, o svoje skúsenosti s návštevníkmi našej stránky – napíšte komentáre v bloku nižšie. Tam tiež môžete položiť otázky k téme článku.