Generator solar pe cont propriu: instrucțiuni de fabricare a unei surse alternative de energie

Sursele alternative de energie care pot asigura locuința cu căldură și electricitate în cantitatea necesară nu sunt o „plăcere” ieftină, necesitând cheltuieli financiare semnificative pentru achiziție, montaj și instalare.

Însă a construi un generator solar pe cont propriu este cu mult mai ieftin și este pe deplin la îndemâna multor meșteri casnici. Să analizăm instrucțiunile care descriu în mod accesibil toate nuanțele procesului de fabricare.

Cum funcționează generatorul de energie solară?

Generatorul solar este un ansamblu de elemente semiconductoare fotoelectrice care transformă direct energia solară în energie electrică.

Cuantelor de lumină generate de raze, atunci când lovesc placa fotovoltaică, dislocă un electron de pe ultima orbită atomică a elementului activ. Acest efect creează o mulțime de electroni liberi, care formează un flux continuu de curent electric.

Nu este deloc necesar, atunci când montați singur un generator solar, să construiți imediat un sistem mare și complex. Puteți începe cu un agregat mic, iar dacă este necesar, în viitor să măriți capacitățile.

Ca material activ se folosește siliciul. Acesta se remarcă printr-o eficiență ridicată și asigură un coeficient de conversie fotoelectrică de aproximativ 20% în mod obișnuit, iar în condiții favorabile – până la 25%.

Datorită eficienței pronunțate a fotoelementelor din siliciu, generatoarele construite pe baza lor garantează un ranament ridicat la un volum relativ mic. Puterea unui agregat cu dimeniunea de 1 metru pe oră atinge 125 W, ceea ce reprezintă un rezultat remarcabil.

Pe o parte a plăcii de siliciu se aplică un strat subțire de elemente chimice pasive – bor sau fosfor. Pe această suprfață, ca rezultat al expunerii intense la lumina solară, are loc eliberarea activă a electronilor. Pelicula de fosfor îi menține fiabil într-un loc fix și nu le permite să se împrăștie.

Pe placa de lucru propriu-zisă se află „căi” metalice. Pe acestea se deplasează electronii liberi, creând astfel o mișcare ordonată, adică un curent electric.

Printre dezavantajele plăcilor se numără doar complexitatea și costurile procesului de purificare a siliciului însuși și, pentru a evita aceste probleme, se explorează activ utilizarea unor alternative precum galiu, cadmiu, indiu și diverse combinații de cupru. Cu toate acestea, deocamdată, elementele pe bază de siliciu nu au încă concurenți reali.

Cel mai simplu mod de a construi un convertor de energie solară în electricitate – este să cumpărați o baterie solară gata făcută și să o instalați pe acoperișul casei sau al garajului:

Ce este necesar pentru funcționare?

Pentru fabricarea unui generator format dintr-un set de baterii solare, sunt necesare următoarele unelte și materiale:

• module pentru conversia razelor solare în energie;
• colțuri din aluminiu;
• șipci de lemn;
• plăci PAL;
• element transparent (sticlă, plexiglas, acrilic, policarbonat) pentru a crea protecție pentru plăcile de siliciu;
• șuruburi autofiletante și șuruburi de diferite dimensiuni;
• spumă densă cu grosimea de 1,5-2,5 mm;
• chit de etanșare de calitate;
• diodă, borne și fire;
• șurubelniță electrică sau un set de șurubelnițe;
• clește de lipit;
• ferăstrău pentru lemn și metal (sau flex).

În ce cantitate vor fi necesare materialele va depinde direct de dimensiunea planificată a generatorului. O lucrare la scară largă va atrage cheltuieli suplimentare, dar în orice caz va costa mai ieftin decât un modul cumpărat.

Baza de protecție pentru plăcuțele de siliciu poate fi realizată din sticlă, plexiglas, policarbonat sau acrilic. Primele trei materiale provoacă o pierdere minimă de energie transformată, în timp ce al patrulea transmite razele mult mai slab și reduce semnificativ eficiența întregului sistem.

Pentru testarea finală a ansamblului asamblat se folosește un ampermetru. Acesta permite înregistrarea randamentului real al instalației și ajută la determinarea producției efective.

Alegerea tipului de fotoconvertor

Activitățile de creare a propriului generator solar încep cu alegerea tipului de convertor fotoelectric pe bază de siliciu.

Aceste componente sunt de trei tipuri:

• amorfe;
• monocristaline;
• policristaline.

Fiecare variantă are avantajele și dezavantajele sale, iar alegerea în favoarea oricăreia dintre ele se face în funcție de suma de bani alocată pentru achiziționarea tuturor componentelor sistemului.

Particularitățile variantelor amorfe

Modulele amorfe nu sunt compuse din siliciu cristalin, ci din derivații săi (silan sau hidrură de siliciu). Prin pulverizare în vid, ele sunt aplicate în strat subțire pe folie metalică de înaltă calitate, sticlă sau plastic.

Produsele finite au o nuanță ternă, gri-încețoșată. Cristalele vizibile de siliciu nu se observă pe suprafață. Principalul avantaj al panourilor solare flexibile este prețul accesibil, însă randamentul lor este foarte scăzut și variază între 6-10%.

Fotoelementele amorfe fabricate pe bază de siliciu au o flexibilitate ridicată, demonstrează un nivel ridicat de absorbție optică (de 20 de ori mai mare decât omoloagele mono- sau policristaline) și funcționează semnificativ mai eficient pe vreme înnorată.

Specificul tipurilor policristaline

Panourile solare policristaline se produc prin răcirea treptată și foarte lentă a topiturii de siliciu. Produsele rezultate se disting printr-o culoare albastră intensă, au o suprafață cu un model bine definit care amintește de un model de îngheț și au o eficiență în jur de 14-18%.

Realizarea unei productivități mai ridicate a randamentului este împiedicată de zonele existente în interiorul materialului, separate de structura generală prin limite granulare.

Elementele fotovoltaice policristaline funcționează timp de 10 ani, dar în acest timp eficiența lor nu scade. Cu toate acestea, pentru montarea produselor într-un complex unitar, se utilizează obligatoriu o bază solidă și rezistentă, deoarece foile sunt destul de rigide și necesită un suport ferm și fiabil.

Caracteristica variantelor monocristaline

Modulele monocristaline se caracterizează printr-o culoare închisă densă și sunt compuse din cristale integrale de siliciu. Eficiența lor depășește valorile celorlalte elemente și este de 18-22% (în condiții favorabile – până la 25%).

Un alt avantaj considerat este durata de viață impresionantă – conform declarațiilor producătorilor, de peste 25 de ani. Cu toate acestea, la utilizarea prelungită, randamentul monocristalelor scade, iar după 10-12 ani, randamentul fotovoltaic nu mai depășește 13-17%.

Modulele din monocristale costă semnificativ mai mult decât alte tipuri de echipamente. Ele sunt produse prin tăierea cristalelor de siliciu crescute artificial.

Pentru a crea un generator solar acasă, de obicei se folosesc plăci poli- și monocristaline de diferite dimensiuni. Acestea se achiziționează din magazine online populare, inclusiv de pe eBay sau AliExpress.

Datorită faptului că elementele fotovoltaice sunt destul de scumpe, mulți furnizori oferă cumpărătorilor produse din grupa B, adică fragmente cu un mic defect, dar potrivite pentru o funcționare completă. Prețul lor diferă de prețul standard cu 40-60%, ceea ce face ca asamblarea generatorului să aibă un preț rezonabil, care nu lovește prea tare în buzunar.

Cum se construiește cadrul pentru plăci?

Pentru fabricarea cadrului viitorului generator se folosesc șipci de lemn rezistente sau colțuri de aluminiu. Varianta din lemn este considerată mai puțin practică, deoarece materialul necesită o prelucrare suplimentară pentru a evita putrezirea și delaminarea ulterioară.

Pentru ca cadrul din lemn să reziste la sarcina de exploatare și să nu putrezească după prima ploaie, acesta trebuie impregnat cu un compus special care protejează lemnul de acțiunea umidității.

Aluminiul are caracteristici fizice mult mai atractive și, datorită ușurinței sale, nu exercită o sarcină suplimentară asupra acoperișului sau a altei structuri de susținere pe care se planifică instalarea agregatului.

În plus, datorită stratului anticoroziv, metalul nu ruginește, nu putrezește, nu absoarbe umezeala și suportă cu ușurință acțiunea oricăror manifestări atmosferice agresive.

Pentru a crea o structură de cadru din colțuri de aluminiu, se determină mai întâi dimensiunea viitorului panou. În varianta standard, pentru un bloc se folosesc 36 de elemente fotovoltaice cu dimensiunea de 81 mm x 150 mm.

Pentru o funcționare corectă ulterioară, între fragmente se lasă un mic spațiu (aproximativ 3-5 mm). Acest spațiu permite să se țină cont de modificarea parametrilor de bază ai bazei, supusă influențelor atmosferice. Ca urmare, dimensiunea totală a semifabricatului este de 83 mm x 690 mm, cu o lățime a colțului cadrului de 35 mm.

Plăcile de siliciu, așezate în rama din profil de aluminiu, arată aproape ca produsele fabricate industrial. Un cadru rezistent și solid asigură sistemului o etanșeitate perfectă și conferă întregii construcții un nivel ridicat de rigiditate.

După determinarea dimensiunilor, din colțuri se decupează fragmentele necesare și, cu ajutorul elementelor de fixare, se asamblează în rame de cadru. Pe suprafața interioară a construcției se aplică un strat de etanșant siliconic, urmărind cu atenție să nu existe goluri sau spații goale.

De aceasta depinde integritatea, rezistența și durabilitatea construcției montate. Deasupra se așază un material de protecție transparent (sticlă cu acoperire antireflex, plexiglas sau policarbonat cu parametri speciali) și se fixează bine cu ajutorul feroneriei (câte 1 pe partea scurtă și câte 2 pe partea lungă a ramei și 4 la colțurile carcasei).

Pentru lucrare se folosesc o șurubelniță electrică și șuruburi de diametru adecvat. La sfârșit, suprafața transparentă se curăță cu grijă de praf și de resturi fine.

Alegerea elementului transparent

Criteriile principale de alegere a elementului transparent pentru crearea generatorului:

• capacitatea de absorbție a radiației IR;
• nivelul de refracție a luminii solare.

Cu cât indicele de refracție este mai scăzut, cu atât eficiența va fi mai mare demonstrată de plăcile de siliciu. Cel mai scăzut coeficient de reflexie a luminii îl au plexiglasul și sticla organică. Policarbonatul are de asemenea parametri departe de a fi cei mai buni.

Pentru crearea construcțiilor de cadru pentru sistemele solare casnice, se recomandă, pe cât posibil, utilizarea sticlei transparente antireflex sau a unui tip special de policarbonat cu acoperire anticondens, care asigură nivelul necesar de protecție termică.

Cele mai bune caracteristici în ceea ce privește absorbția radiației IR le au sticla organică termoabsorbantă rezistentă și sticla cu opțiune de absorbție IR. La sticla simplă, acești indicatori sunt semnificativ mai mici. De eficiența absorbției IR depinde dacă plăcile de siliciu se vor încălzi sau nu în timpul funcționării.

Dacă încălzirea va fi minimă, fotoelementele vor funcționa mult timp și vor asigura o producție stabilă. Supraîncălzirea plăcilor va duce la întreruperi în funcționare și la defectarea rapidă a unor fragmente individuale ale sistemului sau a întregului complex.

Instalarea celulelor fotovoltaice din siliciu

Imediat înainte de instalare, sticlele de protecție, așezate în rame de aluminiu, se curăță bine de praf și se degresează cu o soluție care conține alcool.

Plasați cu precizie celulele fotovoltaice achiziționate pe suportul marcat, la o distanță de 3-5 milimetri una de alta, și marcați colțurile structurii generale. Apoi, treceți la lipirea elementelor – cea mai importantă și laborioasă etapă a asamblării generatorului.

Efectuați lipirea elementelor active ale generatorului conform schemei, în care «+» reprezintă pistele de pe partea exterioară, iar «-» – canalele situate pe partea interioară a plăcii.

Pentru conectarea corectă a contactelor, aplicați mai întâi flux (acid de lipit) și cositor, apoi efectuați prelucrarea într-o ordine strictă, de sus în jos. La final, conectați toate rândurile între ele.

Următorul pas este aplicarea etanșantului pe celulele fotovoltaice. Pentru aceasta, aplicați puțin etanșant în centrul fiecărei plăci de siliciu, întoarceți lanțurile de elemente formate cu partea exterioară în sus și plasați-le în strictă conformitate cu marcajele aplicate anterior.

Apăsați ușor plăcile cu mâinile, fixându-le în poziția dorită. Acționați cu mare atenție, încercând să nu deteriorați și să nu îndoiți materialul.

Contactele celulelor fotovoltaice situate la margini sunt scoase pe o bară separată (conductor larg de argint), ca «+» și «-». În plus, echipați ansamblul cu o diodă de blocare. Conectându-se la contacte, aceasta împiedică descărcarea acumulatorilor prin structura cadrului în timpul nopții.

Faceți găuri cu un burghiu în partea inferioară a cadrului, prin care scoateți firele în exterior. Pentru a evita lăsarea acestora, utilizați etanșant siliconic în timpul lucrului.

Cu pașii de asamblare a panoului solar din 60 de elemente vă va familiariza următoarea fotogalerie:

Fotocelulele asamblate prin lipire trebuie acum fixate pe suport. Se pot lipi pe placaj și acoperi cu sticlă. Totuși, în exemplu, lipirea se face mai întâi pe sticlă:

Pentru ca acumulatorul destinat stocării încărcării să nu absoarbă energia produsă de fotocelule, bateria sa solară se conectează printr-o diodă Schottky:

Asamblarea mini-stației solare prezentată în exemplu se realizează conform schemei din fotografie. La conectare folosim un cablu cu conductor de cupru cu secțiunea de la 1 mm²

Această mini-centrală electrică poate produce până la 15 V. Trebuie menționat că performanța maximă va fi atinsă doar în zilele însorite și fără nori. Pe vreme înnorată, dispozitivul va genera cu mult mai puțină energie sau nu va genera deloc. De aceea, acumulatorul se alege astfel încât rezerva să fie suficientă pentru cel puțin o zi.

Cum se testează ansamblul montat?

Înainte de a sigila definitiv generatorul asamblat, acesta este testat obligatoriu pentru a identifica eventualele defecțiuni apărute în procesul de lipire. Cea mai rezonabilă variantă – verificarea fiecărui rând lipit separat. Astfel va deveni imediat clar unde contactele sunt conectate prost și este necesară o prelucrare suplimentară.

Pentru efectuarea testului se folosește un ampermetru de uz casnic. Măsurarea se realizează într-o zi însorită fără nori, la prânz (între orele 13 și 15). Construcția se amplasează în curte și se instalează la un unghi de înclinare adecvat.

Ampermetrul de uz casnic ajută la măsurarea intensității reale a curentului. Pe baza indicațiilor sale, se poate determina nivelul de funcționare a sistemului solar montat și se pot identifica nereguli în ordinea de conectare a fotocelulelor de siliciu.

La contactele scoase ale panoului solar se conectează un ampermetru și se măsoară curentul de scurtcircuit. Dacă aparatul indică valori mai mari de 4,5 A, sistemul este complet corect și toate conexiunile sunt lipite curat și corect.

Valorile mai mici apărute pe afișajul testerului indică defecte care trebuie depistate și re-lipite. În mod tradițional, generatoarele solare construite manual din celule fotovoltaice cu un mic defect (grupa B) la test arată valori de la 5 la 10 Amperi.

Unitățile fabricate industrial arată valori cu 10-20% mai mari. Acest lucru se explică prin faptul că în producție se utilizează plăci de siliciu din grupa A, care nu au niciun defect în structură.

Etapa de finalizare a lucrării

Dacă testul a arătat că panoul solar este complet funcțional, acesta se etanșează cu un etanșant special din silicon sau cu un compus epoxidic mai scump și mai rezistent.

Lucrarea presupune două metode de realizare:

1. Turnarea completă – atunci când întreaga suprafață este acoperită cu un compus etanșant.
2. Tratarea parțială – atunci când etanșantul se aplică doar pe elementele marginale și pe spațiul gol dintre elemente.

Prima variantă este considerată mai sigură și asigură sistemului o protecție completă împotriva factorilor externi. Celulele fotovoltaice sunt fixate clar în locurile lor și funcționează corect cu randament maxim.

Pentru lipirea celulelor fotovoltaice în interiorul carcasei, este recomandabil să se utilizeze un etanșant rezistent la îngheț, capabil să suporte variații bruște de temperatură și valori negative scăzute.

După efectuarea turnării, se lasă etanșantul să „prindă”. Apoi se acoperă cu un element transparent și se presează ferm pe plăci.

Pentru a asigura o protecție și amortizare suplimentară, unii meșteri recomandă plasarea unei spume dense între suprafața plăcii de siliciu și partea posterioară a cadrului. Acest lucru va face construcția mai unitară și va proteja celulele fotovoltaice fragile de sarcinile excesive.

Apoi, pe suprafață se așează o greutate care acționează asupra straturilor și elimină bulele de aer. Generatorul finit este testat din nou și montat definitiv într-un loc pregătit anterior.

Unde și cum amplasați generatorul?

Locul de instalare a generatorului solar se alege foarte atent și fără grabă. Plăcile care captează lumina se amplasează obligatoriu sub un unghi, astfel încât razele să nu „cadă” perpendicular pe suprafață, ci să „curgă” ușor de-a lungul acesteia.

În mod ideal, construcția este amplasată astfel încât să rămână posibilitatea de a ajusta unghiul de înclinare, dacă este necesar, „capturând” astfel cantitatea maximă de soare.

Este perfect acceptabil să instalați un sistem solar format din panouri solare pe sol, dar cel mai adesea pentru amplasare se alege acoperișul casei sau al unei clădiri auxiliare, și anume acea parte a acestuia care este orientată spre cea mai însorită, predominant sudică parte a terenului.

Este foarte important ca în apropiere să nu existe clădiri înalte și copaci mari, cu coroana răspândită. Aflându-se în imediata apropiere, aceștia creează umbră și împiedică funcționarea corespunzătoare a agregatului.

Pentru ca instalațiile solare să funcționeze corespunzător, acestea trebuie menținute curate și în ordine. Un strat de murdărie format pe suprafața panoului de captare reduce eficiența cu 10%, iar zăpada depusă chiar oprește funcționarea agregatului. Prin urmare, întreținerea regulată este o procedură obligatorie și contribuie la menținerea modulelor într-o stare perfectă de funcționare.

Ca un nivel mediu-optim pentru instalarea generatorului solar se consideră un unghi de înclinare a acoperișului de 45⁰. În această poziție, fotoelementele absorb fluxul solar foarte eficient și produc cantitatea de energie necesară pentru asigurarea corectă a funcționării casei.

Pentru a obține de la panouri un randament real și a asigura o familie medie cu cantitatea necesară de energie, va trebui să ocupați pentru generatorul solar 15-20 mp de suprafață a acoperișului.

Pentru partea europeană a statelor CSI, sunt valabile câteva alte valori. Profesioniștii recomandă să se ia ca bază un unghi de înclinare staționar de 50-60⁰, iar în construcțiile mobile, în timpul sezonului de iarnă, să se plaseze bateriile la un unghi de 70⁰ față de orizont.

Vara, însă, să schimbați poziția și să înclinați fotoelementele la un unghi de 30⁰.

Instalând panourile generatorului pe un sistem de urmărire, echipat cu opțiunea de urmărire automată a soarelui, se poate crește eficiența de randament cu 50%. Modulul va detecta în mod independent intensitatea razelor și se va adapta la iluminarea maximă de la răsărit până la apus.

Imediat înainte de montare, acoperișul se consolidează suplimentar și se dotează cu suporturi speciale rezistente, deoarece nu orice construcție are capacitatea de a suporta greutatea totală a echipamentului de conversie a energiei solare.

Pentru a instala sigur și solid generatorul solar pe acoperiș, merită să achiziționați elemente de fixare speciale. Acestea sunt fabricate separat pentru fiecare tip de învelitoare și sunt întotdeauna disponibile la vânzare. La montare, între panouri și acoperiș trebuie lăsat în mod obligatoriu un spațiu pentru accesul adecvat al aerului și ventilarea corectă a elementelor absorbante de soare.

În unele cazuri, sub acoperiș se instalează căpriori întăriți, care protejează acoperișul de prăbușire, posibilă din cauza sarcinii sporite, care crește semnificativ în sezonul de iarnă, când pe suprafața acoperișului se acumulează zăpadă.

Pentru a pune în funcțiune sistemul solar, vor fi necesare acumulatoare, un invertor și un controler de încărcare. Despre regulile de alegere a dispozitivelor și includerea lor în circuit veți afla din articolele recomandate de noi.

Concluzii și material video util pe această temă

Particularitățile și nuanțele lipirii fotocelulelor pentru confecționarea manuală, acasă, a unui generator solar eficient. Sfaturi și recomandări pentru meșteșugari, idei interesante și experiențe personale.

Cum să testați corect o fotocelulă și să măsurați parametrii săi principali. Aceste informații vă vor fi utile la calculele ulterioare ale numărului exact de plăci necesare pentru funcționarea completă a sistemului.

Descrierea completă pas cu pas a procesului de asamblare a panoului solar pentru generator acasă. Reguli de lucru, începând cu achiziționarea elementelor necesare și terminând cu testul general al dispozitivului fabricat.

Cunoscând structura generatoarelor solare, asamblarea lor acasă nu va fi o mare dificultate. Desigur, munca va necesita atenție, grijă și minuțiozitate, dar rezultatul va justifica toate cheltuielile financiare și de muncă. Agregatul finit va asigura clădirea pe deplin cu căldură și energie electrică, creând pentru locatari nivelul necesar de confort.

Nu merită să vă apucați imediat de un proiect mare. La început, are sens să vă încercați forțele la asamblarea unui agregat mic, iar apoi, stăpânind pe deplin toate nuanțele procesului, să treceți la construirea unei instalații mai puternice și mai mari.

Dar ce metodă de construire a unei mini-centrale electrice ați ales pentru amenajarea terenului de cabană? Vă rugăm, scrieți comentarii, împărtășiți informații utile și fotografii pe tema articolului în blocul de mai jos. Puneți întrebări cu privire la aspectele controversate sau neclare.