كيفية صنع بطارية شمسية بيديك: تعليمات للتجميع الذاتي

الألواح الشمسية هي مصدر للطاقة يمكن استخدامه لتوليد الكهرباء أو التدفئة لمبنى منخفض الارتفاع. لكن الألواح الشمسية باهظة الثمن ولا يمكن لمعظم سكان بلدنا الوصول إليها. هل توافق؟

شيء آخر هو أن تصنع بطارية شمسية بنفسك - حيث يتم تقليل التكاليف بشكل كبير، وهذا التصميم لا يعمل بشكل أسوأ من اللوحة المنتجة صناعيًا. لذلك، إذا كنت تفكر بجدية في شراء مصدر بديل للكهرباء، فحاول أن تصنعه بنفسك - فالأمر ليس بالأمر الصعب للغاية.

ستناقش هذه المقالة تصنيع الألواح الشمسية. سنخبرك بالمواد والأدوات التي ستحتاجها لهذا الغرض. وفي الأسفل ستجد تعليمات خطوة بخطوة مع الرسوم التوضيحية التي توضح بوضوح تقدم العمل.

باختصار عن الجهاز والتشغيل

يمكن تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة، عندما يكون حامل الطاقة عبارة عن سائل مبرد، أو إلى كهرباء يتم تجميعها في البطاريات. البطارية عبارة عن مولد يعمل على مبدأ التأثير الكهروضوئي.

ويحدث تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء بعد أن تضرب أشعة الشمس ألواح الخلايا الكهروضوئية، وهي الجزء الرئيسي من البطارية.

في هذه الحالة، "تطلق" الكمات الخفيفة إلكتروناتها من المدارات المتطرفة. وتنتج هذه الإلكترونات الحرة تيارًا كهربائيًا يمر عبر جهاز التحكم ويتراكم في البطارية، ومن هناك يذهب إلى مستهلكي الطاقة.

تعمل عناصر السيليكون كألواح ضوئية. يتم تغليف رقاقة السيليكون من جانب واحد بطبقة رقيقة من الفوسفور أو البورون، وهو عنصر كيميائي سلبي.

في هذا المكان، تحت تأثير ضوء الشمس، يتم إطلاق عدد كبير من الإلكترونات، التي يحتفظ بها فيلم الفوسفور ولا تتطاير.

يوجد على سطح اللوحة "مسارات" معدنية تصطف عليها الإلكترونات الحرة لتشكل حركة منظمة، أي: كهرباء.

كلما زاد عدد خلايا السيليكون الضوئية، كلما أمكن الحصول على تيار كهربائي أكبر. اقرأ المزيد عن مبدأ تشغيل البطارية الشمسية إضافي.

الطبقة العليا من صفائح الخلايا الكهروضوئية مغطاة بطبقة تمنع انعكاس ضوء الشمس من الصفائح مما يزيد من كفاءتها

مواد لصنع لوحة شمسية

عند البدء في بناء بطارية شمسية، يجب عليك تخزين المواد التالية:

• لوحات سيليكات الخلايا الضوئية.
• صفائح من اللوح، وزوايا وشرائح من الألومنيوم؛
• مطاط رغوي صلب بسمك 1.5-2.5 سم؛
• عنصر شفاف يعمل كقاعدة لرقائق السيليكون؛
• مسامير، مسامير التنصت على الذات؛
• مانع التسرب السيليكوني للاستخدام الخارجي؛
• الأسلاك الكهربائية، الثنائيات، المحطات.

تعتمد كمية المواد المطلوبة على حجم بطاريتك، والذي غالبًا ما يكون محدودًا بعدد الخلايا الشمسية المتاحة. الأدوات التي ستحتاجها هي: مفك براغي أو مجموعة مفكات براغي ومنشار للمعادن والخشب ومكواة لحام. لاختبار البطارية النهائية، ستحتاج إلى جهاز اختبار مقياس التيار الكهربائي.

الآن دعونا نلقي نظرة على أهم المواد بمزيد من التفصيل.

رقائق السيليكون أو الخلايا الشمسية

الخلايا الضوئية للبطاريات تأتي في ثلاثة أنواع:

• متعدد البلورات.
• أحادي البلورية.
• عديم الشكل.

تتميز الرقائق متعددة البلورات بكفاءة منخفضة. حجم التأثير المفيد هو حوالي 10 - 12٪، ولكن هذا الرقم لا يتناقص مع مرور الوقت. عمر الخدمة للبلورات هو 10 سنوات.

يتم تجميع البطارية الشمسية من وحدات، والتي بدورها تتكون من محولات كهروضوئية. البطاريات ذات الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون الصلب هي نوع من الساندويتش مع طبقات متتالية مثبتة في شكل من الألومنيوم

تتميز الخلايا الشمسية أحادية البلورية بكفاءة أعلى - 13-25% وعمر خدمة طويل - يزيد عن 25 عامًا. ومع ذلك، مع مرور الوقت، تنخفض كفاءة البلورات المفردة.

يتم إنتاج المحولات أحادية البلورية عن طريق نشر البلورات المزروعة صناعيًا، وهو ما يفسر أعلى الموصلية الضوئية والإنتاجية.

يتم إنتاج المحولات الضوئية للأفلام عن طريق ترسيب طبقة رقيقة من السيليكون غير المتبلور على سطح بوليمر مرن

البطاريات المرنة ذات السيليكون غير المتبلور هي الأحدث. يتم رش المحول الكهروضوئي الخاص بهم أو دمجه على قاعدة بوليمر. تبلغ الكفاءة حوالي 5 - 6%، لكن أنظمة الأفلام سهلة التركيب للغاية.

ظهرت أنظمة الأفلام ذات المحولات الضوئية غير المتبلورة مؤخرًا نسبيًا. هذا نوع بسيط للغاية ورخيص للغاية، لكنه يفقد صفات المستهلك بشكل أسرع من منافسيه.

ليس من العملي استخدام خلايا ضوئية ذات أحجام مختلفة. في هذه الحالة، الحد الأقصى للتيار الذي تنتجه البطاريات سيكون محدودًا بتيار أصغر عنصر. وهذا يعني أن اللوحات الأكبر لن تعمل بكامل طاقتها.

عند شراء الخلايا الشمسية اسأل البائع عن طريقة التسليم، فمعظم البائعين يستخدمون طريقة التشميع لمنع تدمير العناصر الهشة

في أغلب الأحيان، بالنسبة للبطاريات محلية الصنع، يتم استخدام الخلايا الكهروضوئية أحادية ومتعددة البلورات بقياس 3 × 6 بوصات، والتي يمكن طلبها من المتاجر عبر الإنترنت مثل E-bye.

تكلفة الخلايا الكهروضوئية مرتفعة جدًا، لكن العديد من المتاجر تبيع ما يسمى بعناصر المجموعة ب. المنتجات المصنفة في هذه المجموعة معيبة ولكنها مناسبة للاستخدام، وتكلفتها أقل بنسبة 40-60٪ من تكلفة اللوحات القياسية.

تبيع معظم المتاجر عبر الإنترنت الخلايا الكهروضوئية في مجموعات مكونة من 36 أو 72 لوحة تحويل كهروضوئية. لتوصيل الوحدات الفردية بالبطارية، ستكون هناك حاجة إلى حافلات، وستكون هناك حاجة إلى محطات طرفية للاتصال بالنظام.

الإطار والعنصر الشفاف

يمكن تصنيع إطار اللوحة المستقبلية من شرائح خشبية أو زوايا من الألومنيوم.

الخيار الثاني هو الأفضل لعدة أسباب:

• الألومنيوم معدن خفيف الوزن ولا يضع حملاً كبيرًا على الهيكل الداعم الذي من المقرر تركيب البطارية عليه.
• عند إجراء المعالجة المضادة للتآكل، فإن الألومنيوم ليس عرضة للصدأ.
• لا يمتص الرطوبة من البيئة ولا يتعفن.

عند اختيار عنصر شفاف، تحتاج إلى الانتباه إلى معلمات مثل معامل انكسار ضوء الشمس والقدرة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء.

تعتمد كفاءة الخلايا الكهروضوئية بشكل مباشر على المؤشر الأول: كلما انخفض معامل الانكسار، زادت كفاءة رقائق السيليكون.

الحد الأدنى لمعامل الانعكاس مخصص لزجاج شبكي أو نسخته الأرخص - زجاج شبكي. معامل الانكسار للبولي كربونات أقل قليلاً.

تحدد قيمة المؤشر الثاني ما إذا كانت خلايا السيليكون الشمسية نفسها ستسخن أم لا. كلما قل تعرض الألواح للحرارة، كلما طالت مدة بقائها. يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء بشكل أفضل من خلال زجاج شبكي خاص يمتص الحرارة وزجاج مع امتصاص الأشعة تحت الحمراء. أسوأ قليلا هو الزجاج العادي.

إذا كان ذلك ممكنا، فإن الخيار الأفضل هو استخدام الزجاج الشفاف المضاد للانعكاس كعنصر شفاف.

من حيث نسبة التكلفة إلى انكسار الضوء وامتصاص الأشعة تحت الحمراء، يعتبر زجاج شبكي هو الخيار الأفضل لصناعة الألواح الشمسية

تصميم النظام واختيار الموقع

يتضمن مشروع النظام الشمسي حسابات الحجم المطلوب للوحة الشمسية. كما ذكرنا سابقًا، عادةً ما يكون حجم البطارية محدودًا بسبب الخلايا الشمسية الباهظة الثمن.

يجب تركيب البطارية الشمسية بزاوية معينة، مما يضمن أقصى تعرض لرقائق السيليكون لأشعة الشمس. الخيار الأفضل هو البطاريات التي يمكنها تغيير زاوية الميل.

يمكن أن يكون موقع تركيب الألواح الشمسية متنوعًا للغاية: على الأرض، على سطح مائل أو مسطح للمنزل، على أسطح غرف المرافق.

الشرط الوحيد هو أنه يجب وضع البطارية على الجانب المشمس من الموقع أو المنزل، وليس مظللاً بالتاج العالي للأشجار. في هذه الحالة، يجب حساب زاوية الميل المثلى باستخدام صيغة أو باستخدام آلة حاسبة متخصصة.

تعتمد زاوية الميل على موقع المنزل والوقت من السنة والمناخ. ومن المرغوب فيه أن تتمتع البطارية بالقدرة على تغيير زاوية الميل تبعاً للتغيرات الموسمية في ارتفاع الشمس، وذلك لأن إنها تعمل بشكل أكثر فعالية عندما تسقط أشعة الشمس بشكل متعامد تمامًا على السطح.

بالنسبة للجزء الأوروبي من بلدان رابطة الدول المستقلة، فإن زاوية الميل الثابتة الموصى بها هي 50 - 60 درجة. إذا كان التصميم يوفر جهازًا لتغيير زاوية الميل، فمن الأفضل في الشتاء وضع البطاريات عند 70 درجة إلى الأفق، وفي الصيف بزاوية 30 درجة.

تظهر الحسابات أن 1 متر مربع من النظام الشمسي يجعل من الممكن الحصول على 120 واط. لذلك، من خلال الحسابات، يمكن إثبات أنه لتزويد الأسرة المتوسطة بالكهرباء بمقدار 300 كيلووات شهريًا، يلزم وجود نظام شمسي لا يقل عن 20 مترًا مربعًا.

سيكون من الصعب تركيب مثل هذا النظام الشمسي على الفور. ولكن حتى تركيب بطارية بطول 5 أمتار سيساعد في توفير الطاقة ويقدم مساهمة متواضعة في بيئة كوكبنا. كما ننصحك بالتعرف على مبدأ حساب الكمية المطلوبة الألواح الشمسية.

يمكن استخدام البطارية الشمسية كمصدر طاقة احتياطي أثناء الانقطاع المتكرر لإمدادات الطاقة المركزية. للتبديل التلقائي من الضروري توفير نظام إمدادات الطاقة غير المنقطعة.

يعد هذا النظام مناسبًا لأنه عند استخدام مصدر تقليدي للكهرباء، يتم الشحن في نفس الوقت بطارية النظام الشمسي. المعدات التي تخدم البطارية الشمسية موجودة داخل المنزل، لذلك لا بد من توفير غرفة خاصة لها.

عند وضع البطاريات على السطح المائل للمنزل، لا تنسَ زاوية ميل اللوحة، فالخيار المثالي هو عندما تحتوي البطارية على جهاز لتغيير زاوية الميل موسميًا

تركيب اللوح الشمسي خطوة بخطوة

بعد اختيار مكان لوضع اللوحة الشمسية والمعدات اللازمة لخدمة النظام الشمسي، بالإضافة إلى توفر جميع المواد والأدوات المطلوبة، يمكنك البدء في تركيب البطارية.

أثناء التثبيت، من الضروري مراعاة احتياطات السلامة، خاصة عند التنفيذ تركيب لوحة جاهزة على سطح المنزل. دعونا نلقي نظرة على خوارزمية خطوة بخطوة حول كيفية صنع بطارية شمسية.

الخطوة رقم 1 - لحام شرائح السيليكون

غالبًا ما يبدأ تركيب البطارية الشمسية محلية الصنع بلحام موصلات الخلايا الكهروضوئية. بالطبع، إذا كانت لديك الفرصة، فمن الأفضل شراء الخلايا الكهروضوئية ذات الموصلات على الفور، لأنه اللحام مهمة صعبة ومضنية للغاية وتستغرق الكثير من الوقت.

تتم عملية اللحام على النحو التالي:

1. يتم أخذ خلية ضوئية من السيليكون بدون موصلات وشريط موصل معدني.
2. يتم قطع الموصلات باستخدام ورق مقوى فارغ، ويبلغ طولها ضعف حجم رقاقة السيليكون.
3. تم وضع الموصل بعناية على اللوحة. هناك نوعان من الموصلات لكل عنصر.
4. من الضروري تطبيق الحمض على المكان الذي سيتم فيه اللحام للعمل باستخدام مكواة اللحام.
5. قم باللحام باستخدام مكواة لحام، ثم قم بتوصيل الموصل بعناية باللوحة.

أثناء عملية اللحام، من المستحيل الضغط على عنصر السيليكات، لأنه إنها هشة للغاية ويمكن أن تنكسر! إذا كنت محظوظا بما فيه الكفاية لشراء الخلايا الكهروضوئية مع جهات الاتصال الجاهزة، فسوف تنقذ نفسك من العمل الطويل والمعقد، والانتقال مباشرة إلى تصنيع الإطار للبطارية المستقبلية.

يتم إجراء لحام نقاط الاتصال للخلايا الكهروضوئية المعيبة من المجموعة B بنفس الطريقة وفي نفس الاتجاه كما هو الحال في اللوحات بأكملها

الخطوة رقم 2 – صنع إطار للبطارية الشمسية

الإطار هو المكان الذي سيتم فيه تركيب الخلايا الكهروضوئية. لتصنيع الإطار، يتم أخذ زوايا وشرائح من الألومنيوم، والتي تصنع منها الإطارات. حجم الزاوية الموصى به هو 70-90 ملم.

يتم تطبيق مانع التسرب السيليكوني على الزوايا المعدنية من الداخل. يجب إغلاق الزوايا بعناية، وهذا يعتمد على متانة الهيكل بأكمله.

بعد أن يصبح إطار الألومنيوم جاهزًا، ننتقل إلى تصنيع الغلاف الخلفي. العلبة الخلفية عبارة عن صندوق خشبي مصنوع من اللوح بجوانب منخفضة.

ستخلق الجوانب العالية ظلًا على الخلايا الكهروضوئية، لذا يجب ألا يتجاوز ارتفاعها 2 سم، ويتم تثبيت الجوانب باستخدام براغي ومفك براغي.

فتحات التهوية مصنوعة من اللوح الموجود في الجزء السفلي من غلاف الصندوق. المسافة بين الثقوب حوالي 10 سم.يتم تثبيت عنصر شفاف (زجاج شبكي، زجاج مضاد للانعكاس، زجاج شبكي) في إطار الألومنيوم.

يتم ضغط العنصر الشفاف وتثبيته، ويتم تثبيته باستخدام الأجهزة: 4 في الزوايا، بالإضافة إلى 2 على الجانب الطويل و1 على الجانب القصير من الإطار. يتم إرفاق الأجهزة بمسامير.

إطار البطارية الشمسية جاهز ويمكنك المتابعة إلى الجزء الأكثر أهمية - تركيب الخلايا الكهروضوئية. قبل التثبيت، من الضروري تنظيف زجاج شبكي من الغبار وإزالة الشحوم منه بسائل يحتوي على الكحول.

الخطوة رقم 3 - تركيب خلايا ضوئية من رقائق السيليكون

يعد تركيب ولحام رقائق السيليكون الجزء الأكثر استهلاكًا للوقت في إنشاء لوحة شمسية DIY. أولاً، نضع الخلايا الكهروضوئية على زجاج شبكي بحيث تكون الألواح الزرقاء متجهة للأسفل.

إذا كانت هذه هي المرة الأولى التي تقوم فيها بتجميع البطارية، فيمكنك استخدام لوحة وضع العلامات لوضع الألواح على مسافة صغيرة (3-5 مم) من بعضها البعض تمامًا.

1. نقوم بلحام الخلايا الكهروضوئية وفقًا للمخطط الكهربائي التالي: توجد المسارات "+" على الجانب الأمامي من اللوحة، و"-" - في الخلف. قبل اللحام، قم بتطبيق التدفق واللحام بعناية لتوصيل جهات الاتصال.
2. نقوم بلحام جميع الخلايا الكهروضوئية بالتسلسل في صفوف من الأعلى إلى الأسفل. يجب أيضًا أن تكون الصفوف متصلة ببعضها البعض.
3. لنبدأ في لصق الخلايا الكهروضوئية. للقيام بذلك، ضع كمية صغيرة من المادة المانعة للتسرب على منتصف كل رقاقة سيليكون.
4. نقلب السلاسل الناتجة بالخلايا الكهروضوئية رأسًا على عقب (حيث توجد اللوحات الزرقاء) ونضع الألواح وفقًا للعلامات التي وضعناها سابقًا. اضغط بلطف على كل لوحة لتثبيتها في مكانها.
5. نقوم بتوصيل جهات اتصال الخلايا الكهروضوئية الخارجية بالحافلة، على التوالي "+" و "-".يوصى باستخدام موصل فضي أوسع للحافلة.
6. يجب أن تكون البطارية الشمسية مزودة بصمام ثنائي مانع متصل بجهات الاتصال ويمنع تفريغ البطاريات من خلال الهيكل ليلاً.
7. نقوم بحفر ثقوب في الجزء السفلي من الإطار لإخراج الأسلاك.

يجب أن تكون الأسلاك متصلة بالإطار بحيث لا تتدلى، ويمكن القيام بذلك باستخدام مانع التسرب السيليكون.

الخطوة رقم 4 - اختبار البطارية قبل الختم

يجب إجراء اختبار اللوحة الشمسية قبل إغلاقها، حتى تتمكن من إزالة العيوب التي تنشأ غالبًا أثناء اللحام. من الأفضل إجراء الاختبار بعد لحام كل صف من العناصر - وهذا يجعل من السهل جدًا اكتشاف مكان ضعف اتصال جهات الاتصال.

للاختبار سوف تحتاج إلى مقياس التيار الكهربائي المنزلي العادي. يجب إجراء القياسات في يوم مشمس عند الساعة 13-14، ولا ينبغي أن تكون الشمس مخفية بالغيوم.

نأخذ البطارية للخارج ونقوم بتثبيتها وفقًا لزاوية الميل المحسوبة مسبقًا. نقوم بتوصيل مقياس التيار الكهربائي بجهات اتصال البطارية وقياس تيار الدائرة القصيرة.

نقطة الاختبار هي أن قوة تشغيل التيار الكهربائي يجب أن تكون أقل بمقدار 0.5-1.0 أمبير من تيار الدائرة القصيرة. يجب أن تكون قراءات الجهاز أعلى من 4.5 أمبير مما يدل على عمل البطارية الشمسية.

إذا أعطى جهاز الاختبار قراءات أقل، فمن المحتمل أن يكون تسلسل توصيل الخلايا الكهروضوئية مكسورًا في مكان ما.

عادة محلية الصنع البطاريات الشمسية، التي تم بناؤها من الخلايا الكهروضوئية من المجموعة ب، تنتج قراءات تتراوح من 5 إلى 10 أمبير، وهي أقل بنسبة 10 إلى 20٪ من قراءات الألواح الشمسية المنتجة صناعيًا.

الخطوة رقم 5 – إغلاق الخلايا الكهروضوئية الموجودة في السكن

لا يمكن إجراء الختم إلا بعد التأكد من عمل البطارية. من الأفضل استخدام مركب الإيبوكسي للختم، لكن مع الأخذ في الاعتبار أن استهلاك المواد سيكون كبيرًا وتكلفته حوالي 40-45 دولارًا. إذا كان الأمر باهظ الثمن بعض الشيء، فيمكنك استخدام نفس مانع التسرب السيليكوني بدلاً من ذلك.

عند استخدام مادة مانعة للتسرب السيليكونية، أعط الأفضلية لتلك التي تشير عبوتها إلى أنها مناسبة للاستخدام في درجات حرارة أقل من الصفر

هناك طريقتان للختم:

• ملء كامل، عندما تمتلئ الألواح بمادة مانعة للتسرب؛
• تطبيق مادة مانعة للتسرب على المسافة بين الخلايا الكهروضوئية والعناصر الخارجية.

في الحالة الأولى، سيكون الختم أكثر موثوقية. بعد صب، يجب أن يتم تثبيت مانع التسرب. ثم يتم تثبيت زجاج شبكي في الأعلى ويتم ضغطه بإحكام على الألواح المطلية بالسيليكون.

لتوفير امتصاص الصدمات وحماية إضافية بين السطح الخلفي للخلايا الكهروضوئية وإطار اللوح، ينصح العديد من الحرفيين بتثبيت وسادة رغوية صلبة بعرض 1.5-2.5 سم.

هذا ليس ضروريا، ولكن من المستحسن، نظرا لأن رقائق السيليكون هشة للغاية وسهلة التلف.

بعد تثبيت زجاج شبكي، يتم وضع وزن على الهيكل، حيث يتم ضغط فقاعات الهواء للخارج. البطارية الشمسية جاهزة وبعد الاختبار المتكرر يمكن تركيبها في مكان محدد مسبقًا وتوصيلها بالنظام الشمسي في منزلك.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

مراجعة الخلايا الكهروضوئية المطلوبة من متجر صيني عبر الإنترنت:

تعليمات فيديو لصنع بطارية شمسية:

إن صنع بطارية شمسية بيديك ليس بالمهمة السهلة. كفاءة معظم هذه البطاريات أقل بنسبة 10-20% من كفاءة الألواح المنتجة صناعياً. أهم شيء عند تصميم البطارية الشمسية هو اختيار الخلايا الكهروضوئية وتركيبها بشكل صحيح.

لا تحاول إنشاء لوحة ضخمة على الفور. حاول بناء جهاز صغير أولاً لفهم جميع الفروق الدقيقة في هذه العملية.

هل لديك مهارات عملية في إنشاء الألواح الشمسية؟ يرجى مشاركة تجربتك مع زوار موقعنا - اكتب التعليقات في المربع أدناه. هناك يمكنك طرح الأسئلة حول موضوع المقال.