Generator słoneczny DIY: instrukcje dotyczące tworzenia alternatywnego źródła energii

Alternatywne źródła energii, które umożliwiają zaopatrzenie przestrzeni życiowej w ciepło i energię elektryczną w wymaganej ilości, nie są tanią „przyjemnością”, wymagającą znacznych nakładów finansowych na zakup, instalację i instalację.

Wykonanie generatora słonecznego własnymi rękami jest znacznie tańsze i leży w możliwościach wielu domowych rzemieślników. Spójrzmy na instrukcje, które jasno opisują wszystkie niuanse procesu produkcyjnego.

Jak działa generator energii słonecznej?

Generator słoneczny to zespół fotowoltaicznych elementów półprzewodnikowych, które bezpośrednio przekształcają energia słoneczna do elektrycznego.

Kiedy kwanty światła wytworzone przez promienie uderzają w kliszę fotograficzną, wybijają elektron z końcowej orbity atomowej elementu roboczego. Efekt ten powoduje powstanie wielu wolnych elektronów, które tworzą ciągły przepływ prądu elektrycznego.

Podczas instalowania generatora słonecznego własnymi rękami nie jest konieczne natychmiastowe składanie dużego kompleksu na dużą skalę. Możesz zacząć od małej jednostki i, jeśli to konieczne, w przyszłości zwiększyć głośność

Jako materiał aktywny stosuje się krzem.Jest bardzo wydajny i zapewnia sprawność konwersji fotowoltaicznej na poziomie 20% w normalnej pracy i do 25% w sprzyjających warunkach.

Generatory na ich bazie, ze względu na wyraźną wydajność fotokomórek krzemowych, gwarantują wysoką moc przy stosunkowo małej objętości. Moc jednostki o długości 1 metra wytwarza 125 W na godzinę, co należy uznać za wynik bardzo imponujący.

Na jedną stronę płytki krzemowej nakładana jest cienka powłoka pasywnych pierwiastków chemicznych - boru lub fosforu. To właśnie na tej powierzchni w wyniku intensywnej ekspozycji na światło słoneczne następuje aktywne uwalnianie elektronów. Folia fosforowa utrzymuje je bezpiecznie w jednym miejscu i nie pozwala na rozklejenie się.

Na samej płycie roboczej znajdują się metalowe „gąsienice”. Zbudowane są na nich wolne elektrony, tworząc w ten sposób uporządkowany ruch, czyli prąd elektryczny.

Jedyne wady płytek obejmują złożoność i koszt procesu oczyszczania samego krzemu, dlatego aby uniknąć tych problemów, aktywnie bada się zastosowanie alternatyw w postaci galu, kadmu, indu i różnych związków miedzi. Jednak jak dotąd nie ma prawdziwych konkurentów dla elementów krzemowych.

Najprostszym sposobem na zbudowanie konwertera energii słonecznej na energię elektryczną jest zakup gotowej baterii słonecznej i zamontowanie jej na dachu domu lub garażu:

Czego potrzebujesz do pracy?

Do produkcji generatora składającego się z zestawu panele słonecznewymagane są następujące narzędzia i materiały:

• moduły do ​​przekształcania światła słonecznego w energię;
• narożniki aluminiowe;
• listwy drewniane;
• arkusze płyt wiórowych;
• element przezroczysty (szkło, pleksi, plexi, poliwęglan) do tworzenia zabezpieczeń płytek krzemowych;
• wkręty samogwintujące i śruby o różnych rozmiarach;
• gęsta pianka gumowa o grubości 1,5-2,5 mm;
• wysokiej jakości uszczelniacz;
• diody, zaciski i przewody;
• śrubokręt lub zestaw śrubokrętów;
• lutownica;
• piła do metalu i drewna (lub szlifierka).

Ilość potrzebnych materiałów będzie bezpośrednio zależeć od planowanej wielkości generatora. Praca na dużą skalę będzie się wiązać z dodatkowymi kosztami, ale w każdym przypadku będzie tańsza niż zakupiony moduł.

Podstawa ochronna do płytek krzemowych może być wykonana ze szkła, pleksi, poliwęglanu lub plexi. Pierwsze trzy materiały powodują minimalne straty przetworzonej energii, ale czwarty przepuszcza promienie znacznie gorzej i znacznie zmniejsza wydajność całego kompleksu

Do końcowego sprawdzenia zmontowanego urządzenia stosuje się amperomierz. Pozwala na rejestrację rzeczywistej wydajności instalacji i pomaga określić rzeczywistą moc wyjściową.

Wybór rodzaju fotokonwertera

Działania mające na celu stworzenie generatora słonecznego własnymi rękami rozpoczynają się od wyboru rodzaju fotowoltaicznego konwertera krzemowego.

Komponenty te występują w trzech typach:

• amorficzny;
• monokrystaliczny;
• polikrystaliczny.

Każda opcja ma swoje zalety i wady, a wyboru na korzyść którejkolwiek z nich dokonuje się na podstawie kwoty środków przeznaczonych na zakup wszystkich elementów systemu.

Cechy odmian amorficznych

Moduły amorficzne nie składają się z krzemu krystalicznego, ale z jego pochodnych (silan lub wodorokrzem). Poprzez natrysk w próżni nakłada się je cienką warstwą na wysokiej jakości folię metalową, szkło lub plastik.

Gotowe produkty mają wyblakły, rozmyty szary odcień. Na powierzchni nie obserwuje się widocznych kryształów krzemu. Główna zaleta elastyczne panele słoneczne Cena jest uważana za przystępną, jednak ich wydajność jest bardzo niska i waha się w granicach 6-10%.

Amorficzne ogniwa słoneczne wykonane z krzemu charakteryzują się zwiększoną elastycznością, wykazują wysoki poziom absorpcji optycznej (20 razy większy niż ich odpowiedniki mono- lub polikrystaliczne) i działają znacznie wydajniej przy pochmurnej pogodzie

Specyfika typów polikrystalicznych

Polikrystaliczny panele słoneczne powstający w wyniku stopniowego, bardzo powolnego chłodzenia stopionego krzemu. Powstałe produkty wyróżniają się bogatą niebieską barwą, powierzchnią o wyraźnie określonym wzorze przypominającym wzór mroźny i wykazują wydajność na poziomie około 14-18%.

Wyższą wydajność utrudniają obszary obecne wewnątrz materiału, oddzielone od ogólnej struktury ziarnistymi granicami.

Polikrystaliczne ogniwa słoneczne działają tylko przez 10 lat, ale w tym czasie ich wydajność nie spada. Aby jednak zainstalować produkty w jednym kompleksie, należy zastosować mocną, solidną podstawę, ponieważ arkusze są dość sztywne i wymagają mocnego, niezawodnego podparcia

Charakterystyka wariantów monokratylicznych

Moduły monokrystaliczne charakteryzują się gęstą ciemną barwą i składają się z solidnych kryształów krzemu. Ich wydajność przewyższa inne pierwiastki i wynosi 18-22% (w sprzyjających warunkach - do 25%).

Kolejną zaletą jest imponująca żywotność – według producentów ponad 25 lat.Jednak przy długotrwałym użytkowaniu wydajność monokryształów maleje i po 10-12 latach fotopowrót wynosi nie więcej niż 13-17%.

Moduły monokrystaliczne są znacznie droższe od innych typów sprzętu. Produkuje się je poprzez piłowanie sztucznie wyhodowanych kryształów krzemu

Aby stworzyć generator słoneczny w domu własnymi rękami, bierzesz głównie płyty poli- i monokrystaliczne o różnych rozmiarach. Kupowane są w popularnych sklepach internetowych, m.in. eBay czy Aliexpress.

W związku z tym, że fotokomórki są dość wysoko cenione, wielu dostawców oferuje klientom produkty z grupy B, czyli fragmenty nadające się do pełnego użytkowania z niewielką wadą. Ich koszt różni się od ceny standardowej o 40-60%, więc montaż generatora kosztuje rozsądną cenę, która nie jest zbyt droga.

Jak zrobić ramkę na talerze?

Do wykonania ramy przyszłego generatora stosuje się mocne drewniane listwy lub aluminiowe narożniki. Wersja drewniana jest uważana za mniej praktyczną, ponieważ materiał wymaga dodatkowej obróbki, aby uniknąć późniejszego gnicia i rozwarstwiania.

Aby drewniana rama wytrzymała obciążenie eksploatacyjne i nie gniła po pierwszym deszczu, należy ją zaimpregnować specjalną kompozycją, która chroni drewno przed wilgocią.

Aluminium charakteryzuje się znacznie atrakcyjniejszymi właściwościami fizycznymi, a dzięki swojej lekkości nie powoduje niepotrzebnego naprężenia dachu czy innej konstrukcji nośnej, w której planuje się montaż urządzenia.

Ponadto dzięki powłoce antykorozyjnej metal nie rdzewieje, nie gnije, nie wchłania wilgoci i łatwo wytrzymuje skutki wszelkich agresywnych zjawisk atmosferycznych.

Aby utworzyć konstrukcję ramową z narożników aluminiowych, najpierw określ rozmiar przyszłego panelu. W wersji standardowej w każdym bloku zastosowano 36 fotokomórek o wymiarach 81 mm x 150 mm.

W celu prawidłowej późniejszej operacji między fragmentami pozostaje niewielka szczelina (około 3-5 mm). Przestrzeń ta pozwala uwzględnić zmiany podstawowych parametrów podłoża narażonego na działanie czynników atmosferycznych. W rezultacie całkowity rozmiar obrabianego przedmiotu wynosi 83 mm x 690 mm przy szerokości narożnika ramy 35 mm.

Płytki silikonowe umieszczone w ramce z profili aluminiowych wyglądają niemal jak produkty fabryczne. Trwała i mocna rama zapewnia systemowi nienaganną szczelność i nadaje całej konstrukcji wysoki poziom sztywności

Po określeniu wymiarów z narożników wycina się niezbędne fragmenty i montuje je w ramy ramowe za pomocą łączników. Na wewnętrzną powierzchnię konstrukcji nakłada się warstwę szczeliwa silikonowego, upewniając się, że nie ma żadnych szczelin ani pustek.

Od tego zależy integralność, wytrzymałość i trwałość zamontowanej konstrukcji. Na wierzch nakładamy przezroczysty materiał ochronny (szkło z powłoką antyrefleksyjną, plexi lub poliwęglan o specjalnych parametrach) i bezpiecznie mocujemy za pomocą okuć (1 na krótką i 2 na długą część ramy oraz 4 w rogach korpusu).

Do pracy użyj śrubokręta i śrub o odpowiedniej średnicy. Na koniec przezroczysta powierzchnia jest dokładnie czyszczona z kurzu i drobnych zanieczyszczeń.

Wybór przezroczystego elementu

Główne kryteria wyboru przezroczystego elementu do utworzenia generatora:

• zdolność pochłaniania promieniowania podczerwonego;
• poziom załamania światła słonecznego.

Im niższy współczynnik załamania światła, tym wyższą wydajność wykażą płytki krzemowe. Plexi i pleksi mają najniższy współczynnik odbicia światła. Poliwęglan ma również dalekie od najlepszych właściwości użytkowych.

Do tworzenia konstrukcji ramowych dla domowych systemów fotowoltaicznych zaleca się, jeśli to możliwe, stosowanie przezroczystego szkła antyrefleksyjnego lub specjalnego rodzaju poliwęglanu z powłoką antykondensacyjną, która zapewnia wymagany poziom ochrony termicznej.

Najlepsze właściwości w zakresie absorpcji promieniowania IR posiadają wytrzymała plexi termochłonna oraz szkło z możliwością absorpcji IR. W przypadku zwykłego szkła wartości te są znacznie niższe. Skuteczność absorpcji podczerwieni decyduje o tym, czy płytki krzemowe będą się nagrzewać podczas pracy, czy nie.

Jeśli ogrzewanie jest minimalne, fotokomórki wytrzymają długi czas i zapewniają stabilną moc. Przegrzanie płyt doprowadzi do przerw w pracy i szybkiej awarii poszczególnych części systemu lub całego kompleksu.

Montaż fotokomórek silikonowych

Bezpośrednio przed montażem szkło ochronne umieszczone w ramach aluminiowych jest dobrze oczyszczone z kurzu i odtłuszczone kompozycją zawierającą alkohol.

Zakupione fotokomórki układamy równomiernie na podłożu znakującym w odległości 3-5 milimetrów od siebie i zaznaczamy narożniki całej konstrukcji. Następnie rozpoczynają lutowanie elementów - najważniejsza i pracochłonna część pracy związanej z montażem generatora.

Lutowanie elementów wykonawczych generatora odbywa się według schematu, w którym „+” to ścieżki na zewnątrz, a „-” to kanały umieszczone na spodniej stronie płyty.

Aby poprawnie połączyć styki, najpierw nałóż topnik (kwas lutowniczy) i lut, a następnie przetworz je w ścisłej kolejności od góry do dołu. Na koniec wszystkie rzędy są ze sobą połączone.

Kolejnym krokiem jest przyklejenie fotokomórek. W tym celu na środek każdej płytki krzemowej wciska się odrobinę masy uszczelniającej, powstałe łańcuchy elementów odwraca się zewnętrzną stroną do góry i układa ściśle według wcześniej naniesionych oznaczeń.

Delikatnie dociśnij płytki rękami, mocując je we właściwym miejscu. Działają bardzo ostrożnie, starając się nie uszkodzić ani nie wygiąć materiału.

Styki fotokomórek umieszczone wzdłuż krawędzi wyprowadzone są na oddzielną magistralę (szeroki srebrny przewód), jako „+” i „-”. Dodatkowo zespół wyposażony jest w diodę blokującą. Podłączając do styków zapobiega rozładowywaniu akumulatorów przez konstrukcję ramy w nocy.

W dolnej części ramy wykonuje się otwory wiertłem, przez które wyprowadzane są przewody. Aby zapobiec ich zwiotczeniu, użyj uszczelniacza silikonowego.

Poniższa galeria zdjęć zapozna Cię z etapami montażu panelu słonecznego z 60 elementów:

Ogniwa słoneczne zmontowane poprzez lutowanie należy teraz przymocować do podstawy. Możliwość przyklejenia do sklejki i oklejenia szkłem. Jednak w przykładzie najpierw wykonuje się klejenie do szkła:

Aby akumulator przeznaczony do gromadzenia ładunku nie pochłaniał energii generowanej przez fotokomórki, jego akumulator słoneczny połączony jest poprzez diodę Rod:

Pokazaną w przykładzie mini stację solarną montujemy zgodnie ze schematem pokazanym na zdjęciu. Do połączenia używamy drutu o przekroju przewodu miedzianego 1 m²

Ta minielektrownia jest w stanie generować napięcie do 15 V. Należy zaznaczyć, że maksymalne osiągi można zaobserwować jedynie w słoneczne, bezchmurne dni. Przy pochmurnej pogodzie urządzenie będzie generować znacznie mniej energii lub w ogóle nie będzie jej generować. Dlatego akumulator do niego dobiera się tak, aby rezerwa wystarczyła na co najmniej jeden dzień.

Jak przetestować zamontowaną jednostkę?

Przed ostatecznym uszczelnieniem zmontowanego generatora należy go przetestować w celu zidentyfikowania potencjalnych usterek podczas procesu lutowania. Najbardziej rozsądną opcją jest sprawdzenie każdego lutowanego rzędu osobno. W ten sposób od razu stanie się jasne, gdzie styki są słabo połączone i wymagają ponownego przetworzenia.

Aby przeprowadzić test, użyj domowego amperomierza. Pomiar przeprowadza się w bezchmurny, słoneczny dzień w porze lunchu (od 13:00 do 15:00). Konstrukcję umieszcza się na podwórzu i montuje pod odpowiednim kątem nachylenia.

Amperomierz domowy pomaga zmierzyć rzeczywisty prąd. Na podstawie jego odczytów można określić poziom sprawności zamontowanego układu fotowoltaicznego oraz zidentyfikować naruszenia w kolejności podłączania fotokomórek krzemowych

Do styków wyjściowych baterii słonecznej podłącza się amperomierz i mierzony jest prąd zwarciowy. Jeśli urządzenie wykazuje wyniki powyżej 4,5 A, układ jest w pełni poprawny i wszystkie połączenia są zlutowane wyraźnie i prawidłowo.

Niższe dane pojawiające się na wyświetlaczu testera wskazują na naruszenia, które należy wyśledzić i ponownie wlutować. Tradycyjnie generatory słoneczne typu „zrób to sam” z fotokomórek z niewielką wadą (grupa B) wykazują w teście wartości od 5 do 10 amperów.

Jednostki produkowane fabrycznie wykazują dane o 10-20% wyższe. Wyjaśnia to fakt, że do produkcji wykorzystuje się płytki krzemowe grupy A, które nie mają żadnych wad konstrukcyjnych.

Ostatni etap pracy

Jeśli test wykaże, że akumulator jest w pełni sprawny, uszczelnia się go specjalnym uszczelniaczem silikonowym lub droższą i trwalszą masą epoksydową.

Praca polega na wykonaniu jej na dwa sposoby:

1. Pełne wypełnienie - gdy cała powierzchnia zostanie pokryta masą uszczelniającą.
2. Obróbka częściowa - gdy uszczelniacz nakłada się tylko na elementy zewnętrzne i pustą przestrzeń pomiędzy elementami.

Pierwsza opcja jest uważana za bardziej niezawodną i zapewnia systemowi pełną ochronę przed czynnikami zewnętrznymi. Fotokomórki są wyraźnie zamocowane na swoim miejscu i działają prawidłowo z maksymalną wydajnością.

Do uszczelnienia fotokomórek wewnątrz obudowy zaleca się zastosowanie uszczelniacza mrozoodpornego, odpornego na nagłe zmiany temperatury i niskie ujemne temperatury.

Po zakończeniu napełniania szczeliwo może „stwardnieć”. Następnie przykrywają go przezroczystym elementem i mocno dociskają do płytek.

Aby zapewnić dodatkową ochronę i amortyzację, niektórzy rzemieślnicy zalecają umieszczenie gęstej pianki gumowej pomiędzy powierzchnią płyty silikonowej a tyłem ramy. Dzięki temu konstrukcja będzie bardziej integralna i zabezpieczy delikatne fotokomórki przed niepotrzebnym obciążeniem.

Następnie na powierzchnię umieszcza się ciężarek, który działa na warstwy i wyciska z nich pęcherzyki powietrza. Gotowy generator jest ponownie testowany i ostatecznie instalowany w przygotowanym wcześniej miejscu.

Gdzie i jak umieścić generator?

Miejsce instalacji generatora słonecznego wybierane jest bardzo ostrożnie i bez pośpiechu. Płytki odbierające światło należy ustawić pod kątem, aby promienie nie „padały” prostopadle do powierzchni, ale sprawiały wrażenie „płynących” wzdłuż niej.

Idealnie, konstrukcja jest ustawiona tak, aby w razie potrzeby można było regulować kąt nachylenia, w ten sposób „łapiąc” maksymalną ilość słońca.

Całkiem dopuszczalne jest zainstalowanie układu słonecznego panele słoneczne na ziemi, ale najczęściej do umieszczenia wybiera się dach domu lub pomieszczenia gospodarczego, a mianowicie tę jego część, która jest zwrócona w stronę najbardziej poświęconej, głównie południowej strony terenu.

Bardzo ważne jest, aby w pobliżu nie było wysokich budynków ani potężnych, rozłożystych drzew. Znajdując się w bliskiej odległości tworzą cień i zakłócają pełną pracę urządzenia.

Aby instalacje fotowoltaiczne dobrze działały, należy utrzymywać je w czystości i porządku. Warstwa brudu powstająca na powierzchni panelu wyłapującego zmniejsza wydajność o 10%, a przyklejony śnieg całkowicie wyłącza urządzenie.Dlatego regularna konserwacja jest koniecznością i pomaga utrzymać moduły w idealnym stanie.

Uważa się, że średni poziom nachylenia dachu do zainstalowania generatora słonecznego wynosi 45⁰. Dzięki takiemu rozwiązaniu fotokomórki bardzo efektywnie absorbują strumień słoneczny i wytwarzają ilość energii niezbędną do prawidłowego funkcjonowania domu.

Aby uzyskać realne zyski z paneli i zapewnić przeciętnej rodzinie potrzebną ilość energii, trzeba będzie zająć 15-20 m2 powierzchni dachu pod generator fotowoltaiczny

Dla europejskiej części krajów WNP obowiązują nieco inne wskaźniki. Specjaliści zalecają jako podstawę stosowanie stacjonarnego kąta nachylenia 50-60⁰, a w konstrukcjach ruchomych w sezonie zimowym umieszczanie akumulatorów pod kątem 70⁰ do horyzontu.

Latem należy zmienić położenie i pochylić fotokomórki pod kątem 30⁰.

Instalując panele generatorów na systemie szynowym wyposażonym w opcję automatycznego śledzenia słońca, możesz zwiększyć wydajność wyjściową o 50%. Moduł samodzielnie wykryje intensywność promieni i dostosuje się do maksymalnego oświetlenia od świtu do zachodu słońca

Bezpośrednio przed montażem dach jest dodatkowo wzmacniany i wyposażany w specjalne mocne podpory, ponieważ nie każda konstrukcja jest w stanie wytrzymać pełny ciężar urządzeń przetwarzających energię słoneczną.

Aby solidnie i pewnie zamontować generator fotowoltaiczny na dachu, warto zaopatrzyć się w specjalne mocowania. Produkowane są oddzielnie dla każdego rodzaju pokrycia dachowego i zawsze są dostępne w sprzedaży.Przy montażu pomiędzy panelami a dachem należy pozostawić szczelinę zapewniającą pełny dostęp powietrza i prawidłową wentylację elementów pochłaniających słońce

W niektórych przypadkach pod dachem umieszcza się wzmocnione krokwie, aby zabezpieczyć dach przed zawaleniem, potencjalnie na skutek zwiększonego obciążenia, które znacznie wzrasta w sezonie zimowym, kiedy na powierzchni pokrycia gromadzi się śnieg.

Aby uruchomić układ słoneczny, będziesz potrzebować baterie, falownik i kontroler ładowania. O zasadach doboru urządzeń i włączaniu ich do obwodu dowiesz się z polecanych przez nas artykułów.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Funkcje i niuanse lutowania fotokomórek do samodzielnego wykonania skutecznego generatora słonecznego w domu. Wskazówki i wskazówki dla rzemieślników, ciekawe pomysły i osobiste doświadczenia.

Jak prawidłowo przetestować fotokomórkę i zmierzyć jej główne parametry. Informacje te będą przydatne w późniejszych obliczeniach dokładnej liczby płyt potrzebnych do pełnej pracy systemu.

Kompletny opis krok po kroku procesu montażu baterii słonecznej do generatora w domu. Zasady działania, począwszy od nabycia niezbędnych elementów, a skończywszy na ogólnym teście wyprodukowanego urządzenia.

Znając budowę generatorów słonecznych, montaż ich w domu nie będzie trudny. Oczywiście praca będzie wymagała uwagi, dokładności i skrupulatności, ale wynik uzasadni wszelkie koszty finansowe i pracy. Gotowy moduł w pełni zaopatruje budynek w ciepło i energię elektryczną, zapewniając mieszkańcom niezbędny poziom komfortu.

Nie ma sensu od razu brać się za duży projekt.Na początek warto spróbować swoich sił w montażu małej jednostki, a następnie, po całkowitym opanowaniu wszystkich niuansów procesu, rozpocząć budowę mocniejszej instalacji na dużą skalę.

Jaką metodę budowy minielektrowni wybrałeś do aranżacji swojego domku letniskowego? Prosimy o wpisywanie komentarzy, udostępnianie przydatnych informacji i zdjęć na temat artykułu w bloku poniżej. Zadawaj pytania dotyczące kontrowersyjnych lub niejasnych punktów.