DIY solárny generátor: návod na výrobu alternatívneho zdroja energie

Alternatívne zdroje energie, ktoré umožňujú zabezpečiť obytný priestor teplom a elektrickou energiou v požadovanom objeme, nie sú lacným „potešením“, ktoré si vyžaduje značné finančné náklady na nákup, inštaláciu a inštaláciu.

Výroba solárneho generátora vlastnými rukami je oveľa lacnejšia a je v rámci možností mnohých domácich majstrov. Pozrime sa na pokyny, ktoré jasne popisujú všetky nuansy výrobného procesu.

Ako funguje solárny generátor?

Solárny generátor je komplex fotovoltaických polovodičových prvkov, ktoré sa priamo premieňajú solárna energia na elektrický.

Keď kvantá svetla produkovaného lúčmi dopadnú na fotografickú platňu, vyradia elektrón z konečnej atómovej dráhy pracovného prvku. Tento efekt vytvára veľa voľných elektrónov, ktoré tvoria nepretržitý tok elektrického prúdu.

Pri inštalácii solárneho generátora vlastnými rukami nie je vôbec potrebné okamžite zostaviť veľký rozsiahly komplex. Môžete začať s malou jednotkou a v prípade potreby v budúcnosti zvýšiť hlasitosť

Ako aktívny materiál sa používa kremík.Je vysoko účinný a poskytuje účinnosť fotovoltaickej premeny 20 % pri bežnej prevádzke a až 25 % za priaznivých podmienok.

Vďaka výraznej účinnosti kremíkových fotočlánkov zaručujú generátory na nich založené vysoký výkon pri relatívne malom objeme. Výkon jednotky merajúcej 1 meter produkuje 125 W za hodinu, čo sa považuje za veľmi pôsobivý výsledok.

Tenký povlak pasívnych chemických prvkov - bóru alebo fosforu - je nanesený na jednu stranu kremíkového plátku. Práve na tomto povrchu dochádza v dôsledku intenzívneho slnečného žiarenia k aktívnemu uvoľňovaniu elektrónov. Fosforový film ich bezpečne drží na jednom mieste a nedovolí, aby sa rozleteli.

Na samotnej pracovnej doske sú kovové „dráhy“. Sú na nich postavené voľné elektróny, čím vzniká usporiadaný pohyb, teda elektrický prúd.

Medzi jediné nevýhody doštičiek patrí zložitosť a cena samotného procesu čistenia kremíka a aby sa týmto problémom vyhli, aktívne skúmajú využitie alternatív v podobe gália, kadmia, india a rôznych zlúčenín medi. Pre kremíkové prvky však zatiaľ neexistujú žiadni skutoční konkurenti.

Najjednoduchší spôsob, ako postaviť konvertor solárnej energie na elektrinu, je kúpiť hotovú solárnu batériu a nainštalovať ju na strechu domu alebo garáže:

Čo potrebujete k práci?

Na výrobu generátora pozostávajúceho zo súpravy solárne panely, sú potrebné nasledujúce nástroje a materiály:

• moduly na premenu slnečného svetla na energiu;
• hliníkové rohy;
• drevené lamely;
• drevotrieskové dosky;
• priehľadný prvok (sklo, plexisklo, plexisklo, polykarbonát) na vytvorenie ochrany pre kremíkové doštičky;
• samorezné skrutky a skrutky rôznych veľkostí;
• hustá penová guma s hrúbkou 1,5-2,5 mm;
• vysoko kvalitný tmel;
• diódy, svorky a vodiče;
• skrutkovač alebo sada skrutkovačov;
• spájkovačka;
• pílka na drevo a kov (alebo brúska).

Objem potrebných materiálov bude priamo závisieť od plánovanej veľkosti generátora. Práca vo veľkom meradle bude znamenať dodatočné náklady, ale v každom prípade bude lacnejšia ako zakúpený modul.

Ochranná základňa pre kremíkové doštičky môže byť vyrobená zo skla, plexiskla, polykarbonátu alebo plexiskla. Prvé tri materiály vytvárajú minimálne straty premenenej energie, no štvrtý prepúšťa lúče oveľa horšie a výrazne znižuje efektivitu celého komplexu

Na konečné testovanie zostavenej jednotky sa používa ampérmeter. Umožňuje zaznamenať skutočnú efektivitu inštalácie a pomáha určiť skutočný výkon.

Výber typu fotokonvertora

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

Tieto komponenty sa dodávajú v troch typoch:

• amorfný;
• monokryštalický;
• polykryštalický.

Každá možnosť má svoje výhody a nevýhody a výber v prospech ktorejkoľvek z nich sa uskutočňuje na základe množstva finančných prostriedkov pridelených na nákup všetkých komponentov systému.

Vlastnosti amorfných odrôd

Amorfné moduly nepozostávajú z kryštalického kremíka, ale z jeho derivátov (silán alebo vodíkový kremík). Striekaním vo vákuu sa nanášajú v tenkej vrstve na kvalitnú kovovú fóliu, sklo alebo plast.

Hotové výrobky majú vyblednutý, rozmazaný šedý odtieň. Na povrchu nie sú pozorované žiadne viditeľné kryštály kremíka. Hlavná výhoda flexibilné solárne panely Cena je považovaná za dostupnú, avšak ich účinnosť je veľmi nízka a pohybuje sa v rozmedzí 6-10%.

Amorfné solárne články vyrobené z kremíka majú zvýšenú flexibilitu, vykazujú vysokú úroveň optickej absorpcie (20-krát väčšiu ako monokryštalické alebo polykryštalické články) a fungujú podstatne efektívnejšie v zamračenom počasí.

Špecifiká polykryštalických typov

Polykryštalický solárne panely vzniká postupným veľmi pomalým ochladzovaním kremíkovej taveniny. Výsledné produkty sa vyznačujú sýtou modrou farbou, majú povrch s jasne definovaným vzorom pripomínajúcim mrazivý vzor a vykazujú účinnosť okolo 14-18%.

Vyššia účinnosť výkonu je obmedzená oblasťami prítomnými vo vnútri materiálu, oddelenými od celkovej štruktúry zrnitými hranicami.

Polykryštalické solárne články fungujú len 10 rokov, no počas tejto doby ich účinnosť neklesá. Na inštaláciu produktov do jedného komplexu je však potrebné použiť pevnú a pevnú základňu, pretože dosky sú dosť tuhé a vyžadujú silnú a spoľahlivú podporu.

Charakteristika monokratických variantov

Monokryštalické moduly sa vyznačujú hustou tmavou farbou a pozostávajú z pevných kremíkových kryštálov. Ich účinnosť prevyšuje účinnosť iných prvkov a dosahuje 18-22% (za priaznivých podmienok - až 25%).

Ďalšou výhodou je pôsobivá životnosť - podľa výrobcov viac ako 25 rokov.Pri dlhšom používaní však účinnosť monokryštálov klesá a po 10-12 rokoch nie je fotonávrat väčší ako 13-17%.

Monokryštalické moduly sú podstatne drahšie ako iné typy zariadení. Vyrábajú sa pílením umelo pestovaných kremíkových kryštálov

Na vytvorenie solárneho generátora doma vlastnými rukami potrebujete hlavne poly- a monokryštalické platne rôznych veľkostí. Kupujú sa v obľúbených internetových obchodoch vrátane eBay alebo Aliexpress.

Vzhľadom na to, že fotobunky sú pomerne vysoko cenené, mnohí dodávatelia ponúkajú zákazníkom produkty skupiny B, teda fragmenty vhodné na plnohodnotné použitie s miernou chybou. Ich cena sa líši od štandardnej ceny o 40-60%, takže montáž generátora stojí rozumnú cenu, ktorá nie je príliš drahá.

Ako vyrobiť rám na taniere?

Na výrobu rámu budúceho generátora sa používajú silné drevené lamely alebo hliníkové rohy. Drevená verzia sa považuje za menej praktickú, pretože materiál vyžaduje dodatočné spracovanie, aby sa zabránilo následnému hnilobe a delaminácii.

Aby drevený rám vydržal prevádzkovú záťaž a nezhnil po prvom daždi, musí byť impregnovaný špeciálnym zložením, ktoré chráni drevo pred vlhkosťou.

Hliník má oveľa atraktívnejšie fyzikálne vlastnosti a vďaka svojej ľahkosti zbytočne nezaťažuje strechu alebo inú nosnú konštrukciu, kde sa plánuje inštalácia jednotky.

Navyše vďaka antikoróznemu náteru kov nehrdzavie, nehnije, neabsorbuje vlhkosť a ľahko odoláva pôsobeniu akýchkoľvek agresívnych atmosférických prejavov.

Na vytvorenie rámovej konštrukcie z hliníkových rohov najskôr určte veľkosť budúceho panelu. V štandardnej verzii je použitých 36 fotobuniek s rozmermi 81 mm x 150 mm na blok.

Pre správnu následnú operáciu je medzi úlomkami ponechaná malá medzera (asi 3-5 mm). Tento priestor nám umožňuje zohľadniť zmeny základných parametrov základne vystavenej atmosférickým prejavom. Výsledkom je, že celková veľkosť obrobku je 83 mm x 690 mm so šírkou rohu rámu 35 mm.

Silikónové doštičky umiestnené v ráme z hliníkového profilu vyzerajú takmer ako výrobky vyrobené v továrni. Odolný a pevný rám poskytuje systému dokonalú tesnosť a dáva celej konštrukcii vysokú úroveň tuhosti

Po určení rozmerov sa potrebné fragmenty vyrežú z rohov a pomocou spojovacích prvkov sa zmontujú do rámových rámov. Na vnútorný povrch konštrukcie sa nanáša vrstva silikónového tmelu, čím sa zabezpečí, že nie sú žiadne medzery alebo dutiny.

Od toho závisí celistvosť, pevnosť a trvanlivosť namontovanej konštrukcie. Navrchu je umiestnený ochranný priehľadný materiál (sklo s antireflexnou vrstvou, plexisklo alebo polykarbonát so špeciálnymi parametrami) a bezpečne pripevnený kovaním (1 na krátku a 2 na dlhú časť rámu a 4 na rohy tela).

Na prácu použite skrutkovač a skrutky vhodného priemeru. Na konci je priehľadný povrch starostlivo očistený od prachu a malých nečistôt.

Výber priehľadného prvku

Hlavné kritériá pre výber priehľadného prvku na vytvorenie generátora:

• schopnosť absorbovať infračervené žiarenie;
• úroveň lomu slnečného svetla.

Čím nižší je index lomu, tým vyššiu účinnosť budú kremíkové doštičky vykazovať. Najnižší koeficient odrazu svetla má plexisklo a plexisklo. Polykarbonát má tiež ďaleko od najlepších výkonov.

Na vytvorenie rámových konštrukcií pre domáce solárne systémy sa odporúča, ak je to možné, použiť antireflexné priehľadné sklo alebo špeciálny typ polykarbonátu s antikondenzačnou vrstvou, ktorá poskytuje požadovanú úroveň tepelnej ochrany.

Najlepšie vlastnosti z hľadiska absorpcie IR žiarenia má odolné tepelne absorbujúce plexisklo a sklo s možnosťou IR absorpcie. Pre obyčajné sklo sú tieto čísla podstatne nižšie. Účinnosť IR absorpcie určuje, či sa kremíkové doštičky budú počas prevádzky zahrievať alebo nie.

Ak je ohrev minimálny, fotobunky vydržia dlho a poskytnú stabilný výkon. Prehriatie platní povedie k prerušeniam prevádzky a rýchlemu zlyhaniu jednotlivých častí systému alebo celého komplexu.

Inštalácia kremíkových fotobuniek

Bezprostredne pred inštaláciou je ochranné sklo umiestnené v hliníkových rámoch dobre očistené od prachu a odmastené kompozíciou obsahujúcou alkohol.

Zakúpené fotobunky sa rovnomerne umiestnia na označovací substrát vo vzdialenosti 3-5 milimetrov od seba a označia sa rohy celkovej konštrukcie. Potom začnú spájkovať prvky - najdôležitejšiu a prácne náročnú časť práce pri montáži generátora.

Spájkovanie ovládacích prvkov generátora sa vykonáva podľa schémy, v ktorej „+“ sú stopy na vonkajšej strane a „-“ sú kanály umiestnené na spodnej strane dosky.

Pre správne pripojenie kontaktov najskôr naneste tavidlo (spájkovú kyselinu) a spájku a potom ich spracujte v prísnom poradí zhora nadol. Na konci sú všetky riadky navzájom spojené.

Ďalším krokom je lepenie fotobuniek. Za týmto účelom sa do stredu každej kremíkovej doštičky vtlačí trochu tesniacej hmoty, výsledné reťazce prvkov sa prevrátia vonkajšou stranou nahor a umiestnia sa presne v súlade s označeniami použitými skôr.

Doštičky jemne zatlačte rukami a pripevnite ich na správne miesto. Konajú veľmi opatrne, snažia sa nepoškodiť alebo neohnúť materiál.

Kontakty fotobuniek umiestnené pozdĺž okrajov sú vyvedené na samostatnú zbernicu (široký strieborný vodič) ako „+“ a „-“. Okrem toho je komplex vybavený blokovacou diódou. Pripojením na kontakty bráni v noci vybíjaniu batérií cez rámovú konštrukciu.

V spodnej časti rámu sú vŕtačkou vytvorené otvory, cez ktoré sú vyvedené drôty. Aby ste zabránili ich ochabnutiu, použite silikónový tmel.

Nasledujúca fotogaléria vám predstaví kroky montáže solárneho panelu zo 60 prvkov:

Solárne články zostavené spájkovaním teraz musia byť pripevnené k základni. Možno nalepiť na preglejku a zakryť sklom. V tomto príklade sa však najskôr lepí na sklo:

Aby batéria určená na akumuláciu náboja neabsorbovala energiu generovanú fotočlánkami, je jej solárna batéria pripojená cez Rod diódu:

Mini solárnu stanicu zobrazenú v príklade zostavujeme podľa schémy znázornenej na fotografii. Na pripojenie používame drôt s medeným vodičom s prierezom 1 m²

Táto minielektráreň je schopná generovať až 15 V. Treba poznamenať, že maximálny výkon bude pozorovaný iba počas slnečných dní bez mrakov. V zamračenom počasí bude zariadenie generovať podstatne menej energie alebo nebude generovať energiu vôbec. Preto je batéria pre ňu vybraná tak, aby rezerva vystačila aspoň na deň.

Ako otestovať nainštalovanú jednotku?

Pred konečným utesnením zostaveného generátora sa musí otestovať, aby sa identifikovali potenciálne poruchy počas procesu spájkovania. Najrozumnejšou možnosťou je skontrolovať každý spájkovaný rad samostatne. Týmto spôsobom bude okamžite jasné, kde sú kontakty zle pripojené a vyžadujú opätovné spracovanie.

Na vykonanie testu použite domáci ampérmeter. Meranie sa vykonáva za bezoblačného slnečného dňa v čase obeda (od 13:00 do 15:00). Konštrukcia je umiestnená na dvore a inštalovaná pod vhodným uhlom sklonu.

Ampérmeter pre domácnosť pomáha merať skutočný prúd. Na základe jeho nameraných hodnôt je možné určiť úroveň výkonu namontovaného solárneho systému a identifikovať porušenia v poradí zapojenia kremíkových fotobuniek

Na výstupné kontakty solárnej batérie sa pripojí ampérmeter a meria sa skratový prúd. Ak zariadenie vykazuje výsledky nad 4,5 A, systém je úplne správny a všetky spoje sú jasne a správne spájkované.

Nižšie údaje, ktoré sa zobrazujú na displeji testera, označujú porušenia, ktoré je potrebné sledovať a opätovne spájkovať. Urobte si sám solárne generátory z fotočlánkov s miernou chybou (skupina B) tradične vykazujú v teste hodnoty od 5 do 10 ampérov.

Jednotky vyrobené v továrni vykazujú údaje o 10-20% vyššie. Vysvetľuje to skutočnosť, že pri výrobe sa používajú kremíkové doštičky skupiny A, ktoré nemajú žiadne chyby v štruktúre.

Záverečná fáza práce

Ak test ukáže, že batéria je plne funkčná, je utesnená špeciálnym silikónovým tmelom alebo drahšou a odolnejšou epoxidovou zmesou.

Práca zahŕňa dva spôsoby, ako to urobiť:

1. Plná výplň - keď je celý povrch pokrytý tesniacou hmotou.
2. Čiastočná úprava - keď sa tmel nanáša len na vonkajšie prvky a prázdny priestor medzi prvkami.

Prvá možnosť sa považuje za spoľahlivejšiu a poskytuje systému úplnú ochranu pred vonkajšími faktormi. Fotobunky sú jasne upevnené na mieste a fungujú správne s maximálnou účinnosťou.

Na utesnenie fotobuniek vo vnútri krytu je vhodné použiť mrazuvzdorný tmel, ktorý odolá náhlym zmenám teploty a nízkym mínusovým teplotám.

Keď je plnenie dokončené, tmel sa nechá „zatuhnúť“. Potom ho zakryjú priehľadným prvkom a pevne ho pritlačia k platniam.

S cieľom poskytnúť dodatočnú ochranu a tlmenie nárazov niektorí remeselníci odporúčajú umiestniť hustú penovú gumu medzi povrch silikónovej dosky a zadnú časť rámu. Vďaka tomu bude konštrukcia integrálnejšia a ochráni krehké fotobunky pred zbytočným zaťažením.

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

Kde a ako umiestniť generátor?

Miesto pre inštaláciu solárneho generátora je vybrané veľmi starostlivo a bez zhonu. Dosky, ktoré prijímajú svetlo, musia byť umiestnené pod uhlom, aby lúče „nepadali“ kolmo na povrch, ale zdalo sa, že „tečú“ úhľadne pozdĺž neho.

V ideálnom prípade je konštrukcia umiestnená tak, aby bolo možné v prípade potreby nastaviť uhol sklonu, a tak „zachytiť“ maximálne množstvo slnka.

Je celkom prijateľné inštalovať solárny systém z solárne panely na zemi, ale najčastejšie sa na umiestnenie vyberá strecha domu alebo technická miestnosť, a to tá jej časť, ktorá smeruje na najzasvätenejšiu, hlavne južnú stranu pozemku.

Je veľmi dôležité, aby sa v blízkosti nenachádzali žiadne vysoké budovy alebo silné, rozľahlé stromy. Keďže sú v tesnej blízkosti, vytvárajú tieň a zasahujú do plnej prevádzky jednotky.

Aby solárne zariadenia fungovali dobre, musia byť udržiavané čisté a upratané. Vrstva nečistôt vytvorená na povrchu zachytávacieho panelu znižuje účinnosť o 10% a priľnutý sneh úplne odstaví jednotku.Preto je pravidelná údržba nevyhnutnosťou a pomáha udržiavať moduly v perfektnom prevádzkovom stave.

Priemerná úroveň sklonu strechy pre inštaláciu solárneho generátora sa považuje za 45⁰. Pri tomto usporiadaní fotobunky veľmi efektívne absorbujú slnečné žiarenie a produkujú množstvo energie potrebnej pre správne fungovanie domu.

Ak chcete získať skutočné výnosy z panelov a poskytnúť priemernej rodine požadované množstvo energie, budete musieť obsadiť 15-20 m2 strešnej plochy pre solárny generátor

Pre európsku časť krajín SNŠ platia mierne odlišné ukazovatele. Profesionáli odporúčajú ako základ použiť stacionárny uhol sklonu 50-60° a v pohyblivých konštrukciách počas zimnej sezóny umiestniť batérie pod uhlom 70° k horizontu.

V lete zmeňte polohu a nakloňte fotobunky pod uhlom 30⁰.

Inštaláciou panelov generátora na koľajnicový systém vybavený možnosťou automatického sledovania slnka môžete zvýšiť účinnosť výstupu o 50 %. Modul nezávisle rozpozná intenzitu lúčov a prispôsobí sa maximálnemu osvetleniu od úsvitu do západu slnka

Bezprostredne pred inštaláciou je strecha dodatočne spevnená a vybavená špeciálnymi pevnými podperami, pretože nie každá konštrukcia je schopná odolať plnej hmotnosti zariadenia na premenu slnečnej energie.

Na spoľahlivú a pevnú inštaláciu solárneho generátora na strechu sa oplatí zakúpiť špeciálne upevňovacie prvky. Vyrábajú sa samostatne pre každý typ strešnej krytiny a sú vždy dostupné na predaj.Pri inštalácii medzi panely a strechou je potrebné ponechať medzeru pre plný prístup vzduchu a správne vetranie prvkov pohlcujúcich slnko

V niektorých prípadoch sú pod strechu umiestnené vystužené krokvy, ktoré chránia strechu pred zrútením, potenciálne v dôsledku zvýšeného zaťaženia, ktoré sa výrazne zvyšuje v zimnom období, keď sa na povrchu strechy hromadí sneh.

Na uvedenie solárneho systému do prevádzky budete potrebovať batérie, invertor a regulátor nabíjania. O pravidlách výberu zariadení a ich zaradení do okruhu sa dozviete z článkov, ktoré odporúčame.

Závery a užitočné video na túto tému

Vlastnosti a nuansy spájkovacích fotobuniek na výrobu efektívneho solárneho generátora doma vlastnými rukami. Rady a tipy pre remeselníkov, zaujímavé nápady a osobné skúsenosti.

Ako správne otestovať fotobunku a zmerať jej hlavné parametre. Tieto informácie budú užitočné pri následných výpočtoch presného počtu dosiek potrebných na plnú prevádzku systému.

Kompletný podrobný popis procesu montáže solárnej batérie pre generátor doma. Prevádzkový poriadok, počnúc nákupom potrebných prvkov a končiac všeobecným testom vyrobeného zariadenia.

Vedieť o štruktúre solárnych generátorov, ich montáž doma nebude ťažké. Samozrejme, že práca si bude vyžadovať pozornosť, presnosť a svedomitosť, ale výsledok odôvodní všetky finančné a mzdové náklady. Hotová jednotka bude plne zásobovať budovu teplom a elektrinou, čím vytvorí potrebnú úroveň komfortu pre obyvateľov.

Nemá zmysel hneď sa pustiť do veľkého projektu.Na začiatok má zmysel vyskúšať si zostavu malej jednotky a potom, keď ste úplne zvládli všetky nuansy procesu, začnite budovať výkonnejšiu a rozsiahlejšiu inštaláciu.

Aký spôsob výstavby mini-elektrárne ste si vybrali na usporiadanie letnej chaty? Do nižšie uvedeného bloku píšte komentáre, zdieľajte užitočné informácie a fotografie k téme článku. Pýtajte sa na kontroverzné alebo nejasné body.