Solgenerator själv: instruktion för tillverkning av en alternativ energikälla

Alternativa energikällor som kan förse en bostad med värme och el i tillräcklig mängd – det är ett dyrt 'nöje' som kräver betydande ekonomiska kostnader för inköp, montering och installation.

Att tillverka en solgenerator själv är dock betydligt billigare och fullt möjligt för många hemmafixare. Låt oss granska instruktionen som tydligt beskriver alla nyanser av tillverkningsprocessen.

Hur fungerar en solgenerator?

En solgenerator är ett komplex av fotoelektriska halvledarelement som direkt omvandlar solenergi till elektrisk energi.

När ljuskvanta från solstrålarna träffar fotoplattan slår de ut en elektron från det aktiva elementets yttersta atomorbital. Denna effekt skapar mängder av fria elektroner som bildar en kontinuerlig elektrisk ström.

Det är inte alls nödvändigt att när du själv tillverkar en solgenerator direkt bygga ett stort system. Du kan börja med en liten enhet och sedan utöka vid behov.

Som aktivt material används kisel. Det har hög effektivitet och ger en fotoelektrisk omvandlingseffektivitet på cirka 20 % under normala förhållanden, och under gynnsamma förhållanden – upp till 25 %.

Tack vare den höga effektiviteten hos kiselsolceller ger generatorer baserade på dessa hög effekt med relativt liten storlek. En enhet med en storlek på 1 meter ger 125 W per timme, vilket anses vara ett mycket imponerande resultat.

På ena sidan av kiselplattan appliceras en tunn beläggning av passiva kemiska element – bor eller fosfor. Det är på denna yta som, under intensiv inverkan av solljus, en aktiv frigörelse av elektroner sker. Fosforfilmen håller dem pålitligt på plats och hindrar dem från att spridas.

På den aktiva arbetsplattan finns metalliska «banor». På dem bildas fria elektroner, som skapar en ordnad rörelse, det vill säga en elektrisk ström.

Nackdelarna med plattorna är endast komplexiteten och kostnaden för att rena kislet, och för att undvika dessa problem utvecklas aktivt användningen av alternativ som gallium, kadmium, indium och olika kopparföreningar. Men än så länge har kiseldelen inga verkliga konkurrenter.

Det enklaste sättet att bygga en solenergiomvandlare är att köpa en färdig solpanel och installera den på taket av huset eller garaget:

Vad krävs för arbetet?

För att tillverka en generator bestående av en uppsättning solpaneler behöver du följande verktyg och material:

• moduler för att omvandla solstrålar till energi;
• aluminiumvinklar;
• träribbor;
• spånskivor;
• ett genomskinligt element (glas, plexiglas, akrylglas, polykarbonat) för att skydda kiselskivorna;
• självgängande skruvar och skruvar i olika storlekar;
• tjockt skumgummi med tjockleken 1,5–2,5 mm;
• kvalitativt tätningsmedel;
• dioder, klämmor och kablar;
• skruvdragare eller en uppsättning skruvmejslar;
• lödkolv;
• finsåg för trä och metall (eller vinkelslip).

Hur mycket material som behövs beror direkt på den planerade storleken på generatorn. Ett större arbete medför extra kostnader, men det blir ändå billigare än en köpt modul.

Skyddsunderlaget för kiselplattorna kan göras av glas, plexiglas, polykarbonat eller akrylglas. De tre första materialen ger minimal förlust av omvandlad energi, medan det fjärde släpper igenom strålarna betydligt sämre och minskar effektiviteten hos hela systemet markant.

För sluttestning av den sammansatta enheten används en amperemeter. Den gör det möjligt att registrera den verkliga verkningsgraden hos installationen och hjälper till att bestämma den faktiska avkastningen.

Val av fotovoltaisk omvandlartyp

Arbetet med att bygga en solcellsgenerator själv börjar med att välja typ av fotoelektrisk kiselomvandlare.

Dessa komponenter finns i tre typer:

• amorfa;
• monokristallina;
• polykristallina.

Varje variant har sina fördelar och nackdelar, och valet av någon av dem görs utifrån hur mycket pengar som avsatts för att köpa alla systemets komponenter.

Särdrag hos amorfa varianter

Amorfa moduler består inte av kristallint kisel, utan av dess derivat (silan eller kisleväte). Genom vakuumavsättning appliceras de i ett mycket tunt lager på högkvalitativ metallfolie, glas eller plast.

De färdiga produkterna har en blek, gråaktig nyans. Inga synliga kiselkristaller observeras på ytan. Den största fördelen med flexibla solpaneler anses vara det överkomliga priset, men deras verkningsgrad är mycket låg och varierar mellan 6-10%.

Amorfa fotoelement tillverkade av kisel har ökad flexibilitet, uppvisar en hög nivå av optisk absorption (20 gånger högre än mono- eller polykristallina motsvarigheter) och fungerar betydligt effektivare i molnigt väder.

Egenskaper hos polykristallina typer

Polykristallina solpaneler tillverkas genom gradvis mycket långsam kylning av kiselsmältan. De resulterande produkterna har en intensiv blå färg, en yta med ett tydligt mönster som påminner om frost, och uppvisar en verkningsgrad på omkring 14-18%.

Högre verkningsgradsproduktion hindras av de områden i materialet som är åtskilda från den övergripande strukturen av korngränser.

Polykristallina fotoceller fungerar i hela 10 år, men under den tiden minskar inte deras effektivitet. Men för att montera produkterna i en enhet används alltid en stark, solid bas, eftersom plattorna är ganska styva och kräver starkt, pålitligt stöd.

Egenskaper hos monokristallina varianter

Monokristallina moduler kännetecknas av en tät mörk färg och består av hela kiselkristaller. Deras effektivitet överstiger andra elements prestanda och ligger på 18–22 % (under gynnsamma förhållanden upp till 25 %).

En annan fördel anses vara den imponerande livslängden – enligt tillverkarna över 25 år. Men vid långvarig användning sjunker verkningsgraden för monokristaller, och efter 10–12 år är fotoavkastningen inte mer än 13–17 %.

Monokristallina moduler är betydligt dyrare än andra typer av utrustning. De tillverkas genom sågning av artificiellt odlade kiselkristaller.

För att bygga en solgenerator hemma med egna händer använder man främst poly- och monokristallina plattor av olika storlekar. De köps i populära nätbutiker, bland annat på eBay eller AliExpress.

Eftersom fotoceller är ganska dyra, erbjuder många leverantörer kunder produkter från grupp B, det vill säga fragment med mindre defekter som är fullt användbara. Deras pris skiljer sig från standardpriset med 40–60 %, vilket gör att monteringen av generatorn kostar ett rimligt pris som inte slår för hårt mot plånboken.

Hur man tillverkar en ram för plattorna

För att tillverka ramen till den framtida generatorn använder man starka träribbor eller aluminiumvinklar. Träalternativet anses vara mindre praktiskt eftersom materialet kräver extra behandling för att undvika röta och delaminering.

För att träramen ska klara driftsbelastningen och inte ruttna efter första regnet måste den impregneras med ett speciellt medel som skyddar träet mot fukt.

Aluminium har mycket mer attraktiva fysikaliska egenskaper och belastar tack vare sin lätthet inte taket eller annan bärande konstruktion där aggregatet planeras att installeras.

Dessutom rostar inte metallen tack vare den korrosionsskyddande beläggningen, den ruttnar inte, suger inte upp fukt och tål lätt alla aggressiva väderförhållanden.

För att skapa en ramkonstruktion av aluminiumvinklar bestämmer man först storleken på den framtida panelen. I standardversionen använder man 36 fotoceller med måtten 81 mm x 150 mm per block.

För att säkerställa korrekt funktion vid framtida bruk lämnar man ett litet mellanrum (cirka 3-5 mm) mellan fragmenten. Detta utrymme gör det möjligt att ta hänsyn till förändringar i basens parametrar som påverkats av väder och vind. Resultatet blir att arbetsstyckets totala mått blir 83 mm x 690 mm med en ramvinkelbredd på 35 mm.

Kiselplattorna, som placerats i en ram av aluminiumprofil, ser nästan ut som fabrikstillverkade produkter. Den robusta och starka ramen ger systemet perfekt täthet och ger hela konstruktionen hög styvhet.

Efter att ha bestämt måtten skär man ut nödvändiga bitar ur vinkeljärnen och monterar dem till ramar med hjälp av fästelement. På konstruktionens insida appliceras ett lager silikonfogmassa, varvid man noggrant ser till att det inte finns några luckor eller tomrum.

Detta avgör den monterade konstruktionens integritet, styrka och hållbarhet. Ovanpå läggs ett skyddande transparent material (glas med antireflexbeläggning, plexiglas eller polykarbonat med speciella egenskaper) och fästs ordentligt med fästelement (1 på kortsidan och 2 på långsidan av ramen samt 4 i hörnen på höljet).

För arbetet används en skruvdragare och skruvar av lämplig diameter. Slutligen rengörs den transparenta ytan noggrant från damm och fint skräp.

Val av genomskinligt element

Huvudkriterier för val av transparent element för generatorn:

• förmåga att absorbera IR-strålning;
• nivå av brytning av solljus.

Ju lägre brytningsindex, desto högre verkningsgrad visar kiselplattorna. Plexiglas och akrylglas har lägst ljusreflektionskoefficient. Polykarbonat har inte heller de bästa värdena.

För att bygga ramkonstruktioner för hemmasolsystem rekommenderas att använda antireflexglas eller en speciell typ av polykarbonat med antikondensbeläggning som ger nödvändig termisk skydd.

De bästa egenskaperna när det gäller IR-absorption har starkt värmebeständigt akrylglas och glas med IR-absorptionsfunktion. Vanligt glas har betydligt sämre prestanda. Effektiviteten av IR-absorption avgör om kiselplattorna blir varma under användning eller inte.

Om uppvärmningen är minimal kommer fotocellerna att hålla länge och ge stabil effekt. Överhettning av plattorna leder till driftsstörningar och snabbt funktionsfel hos enskilda delar av systemet eller hela komplexet.

Montering av kisel-solceller

Omedelbart före installation rengörs skyddsglasen, som placerats i aluminiumramarna, noggrant från damm och avfettas med ett alkoholhaltigt medel.

De köpta fotoelementen placeras exakt på markeringsunderlaget med ett avstånd på 3-5 millimeter från varandra och markeringar görs för hela konstruktionens hörn. Sedan påbörjas löddet av elementen – den viktigaste och mest arbetskrävande delen av monteringsarbetet för generatorn.

Löddet av generatorns aktiva element utförs enligt ett schema där "+" är spåren på utsidan och "-" är kanalerna på insidan av plattan.

För korrekt anslutning av kontakterna appliceras först flussmedel (lödvätska) och lödtenn, sedan bearbetas de i strikt ordning uppifrån och ner. Till sist förenas alla rader med varandra.

Nästa steg är att limma fast fotoelementen. För detta trycks lite tätningsmedel ut i mitten av varje kiselplatta, de bildade kedjorna av element vänds med utsidan upp och placeras i exakt överensstämmelse med den tidigare markerade layouten.

Försiktigt med händerna trycks plattorna fast på rätt plats. Man agerar mycket varsamt för att inte skada eller böja materialet.

Kontakterna på fotoelementen som sitter i kanterna leds ut till en separat buss (bred silverledare) som "+" och "-". Komplexet förses dessutom med en blockerdiod. När den ansluts till kontakterna förhindrar den att batterierna laddas ur genom ramkonstruktionen under natten.

I botten av ramen borras hål med en borrmaskin genom vilka ledningarna förs ut. För att de inte ska hänga används silikonfogmassa.

Följande bildgalleri visar stegen för montering av en solpanel med 60 element:

De sammanlödda solcellerna måste nu fästas på basen. Man kan limma dem på plywood och täcka med glas. I exemplet limmas de först på glaset:

För att batteriet, som är avsett för lagring av laddning, inte ska absorbera den energi som solcellerna producerar, ansluts solpanelen via en Schottky-diod:

Monteringen av den mini-solstation som vi visar i exemplet utförs enligt det schema som visas på bilden. I anslutningen använder vi koppartråd med tvärsnitt från 1 mm².

Denna mini-elstation kan generera upp till 15 V. Observera att maximal prestanda endast uppnås på soliga, molnfria dagar. I molnigt väder kommer enheten att generera betydligt mindre eller ingen energi alls. Därför väljer man ett batteri som har tillräcklig kapacitet för minst ett dygn.

Hur testar du den monterade enheten?

Innan man slutligen tätar den monterade generatorn måste man testa den för att upptäcka eventuella fel som kan ha uppstått under lödningen. Det bästa alternativet – är att kontrollera varje lödd rad separat. Då blir det direkt tydligt var kontakterna är dåligt anslutna och kräver ombearbetning.

För testet använder man en hushållsamperemeter. Mätningen utförs en molnfri solig dag vid lunchtid (mellan 13 och 15). Konstruktionen placeras på gården och ställs in i lämplig lutningsvinkel.

Hushållsamperemetern hjälper till att mäta den faktiska strömstyrkan. Baserat på dess avläsningar kan man bestämma funktionsnivån för det monterade solsystemet och upptäcka avvikelser i seriekopplingen av kiselsolcellerna.

Anslut en amperemeter till solpanelens utgående anslutningar och mät kortslutningsströmmen. Om instrumentet visar resultat över 4,5 A är systemet helt korrekt och alla anslutningar är korrekt lödda.

Om du får lägre värden på testarens display tyder det på fel som du måste hitta och löda om. Traditionellt visar egenbyggda solpaneler med lätt defekta solceller (grupp B) mellan 5 och 10 ampere vid test.

Fabrikstillverkade enheter visar 10–20 % högre värden. Detta beror på att man använder kiselplattor av grupp A, som inte har några defekter i strukturen.

Avslutande arbetsmoment

Om testet visar att panelen är fullt funktionsduglig, försegla den med speciellt silikonfogmassa eller ett dyrare och mer hållbart epoxikomposit.

Det finns två metoder att utföra arbetet:

1. Fullständig gjutning – du täcker hela ytan med tätningsmedel.
2. Partiell behandling – du applicerar fogmassa endast på ytterelementen och tomrummen mellan elementen.

Det första alternativet anses vara mer pålitligt och ger systemet fullständigt skydd mot yttre påverkan. Solcellerna fixeras ordentligt på plats och fungerar korrekt med maximal effekt.

För limning av solcellerna inuti ramen är det lämpligt att använda en frostbeständig fogmassa som tål stora temperaturväxlingar och låga minusgrader.

När du har gjutit, låt fogmassan stelna. Täck sedan med ett genomskinligt element och tryck det hårt mot plattorna.

För att ge extra skydd och dämpning rekommenderar vissa hantverkare att placera tätt skumgummi mellan kiselplattans yta och ramens baksida. Detta gör konstruktionen mer stabil och skyddar de ömtåliga solcellerna från överflödig belastning.

Sedan placeras en vikt på ytan som trycker på lagren och pressar ut luftbubblor. Den färdiga generatorn testas igen och monteras slutligen på en förberedd plats.

Var och hur placerar du generatorn?

Platsen för solgeneratorn väljs noggrant och utan brådska. De ljusmottagande plattorna måste placeras i en vinkel så att strålarna inte "faller" vinkelrätt mot ytan, utan snarare "rinner" försiktigt längs den.

Helst placeras konstruktionen så att det finns möjlighet att vid behov justera lutningsvinkeln, för att på så sätt "fånga" maximal mängd sol.

Du kan mycket väl placera ett solsystem med solpaneler på marken, men oftast väljer du taket på huset eller ett uthus, och då den del som vetter mot den mest solbelysta, i huvudsak södra sidan av tomten.

Du måste se till att det inte finns höga byggnader och stora, utbredda träd i närheten. När de befinner sig i omedelbar närhet skapar de skugga och hindrar enhetens fulla funktion.

För att solanläggningar ska fungera bra måste du hålla dem rena och snygga. Ett lager smuts på den uppsamlande panelens yta minskar effektiviteten med 10%, och fast snö stänger till och med av aggregatet. Därför är regelbunden underhåll en obligatorisk procedur och bidrar till att hålla modulerna i perfekt driftsskick.

Den medeloptimala taklutningsvinkeln för installation av en solgenerator anser man vara 45°. Med denna placering absorberar fotocellerna solflödet mycket effektivt och producerar den energimängd som krävs för ett korrekt fungerande hus.

För att få verklig avkastning från panelerna och förse en genomsnittlig familj med den nödvändiga mängden energi måste du avsätta 15–20 kvm takyta för solgeneratorn.

För den europeiska delen av OSS-länderna gäller något andra värden. Experter rekommenderar att du utgår från en stationär lutningsvinkel på 50–60°, och i rörliga konstruktioner under vintersäsongen placerar du batterierna i en vinkel på 70° mot horisonten.

På sommaren ändrar du positionen och lutar fotocellerna i en vinkel på 30°.

Genom att installera generatorpanelerna på ett tracker-system utrustat med automatisk solföljning kan du öka avkastningseffektiviteten med 50%. Modulen kommer självständigt att upptäcka strålarnas intensitet och anpassa sig till maximal belysning från gryning till skymning.

Omedelbart före monteringen måste du ytterligare förstärka taket och förse det med speciella starka stöd, eftersom långt ifrån alla konstruktioner har förmåga att bära hela vikten av utrustningen för omvandling av solenergi.

För att installera solgeneratorn säkert och stadigt på taket bör du köpa speciella fästelement. De tillverkas separat för varje typ av takbeläggning och finns alltid till salu. Vid montering måste du lämna ett mellanrum mellan panelerna och taket för full lufttillgång och korrekt ventilation av solabsorberande element.

I vissa fall installeras förstärkta takstolar under taket för att förhindra att taket kollapsar, vilket potentiellt kan inträffa på grund av den ökade belastningen som avsevärt ökar under vintersäsongen när snö samlas på takytan.

För att starta solsystemet behövs batterier, en växelriktare och en laddningsregulator. Om reglerna för val av enheter och deras inkoppling i kretsen får du veta i våra rekommenderade artiklar.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Egenskaper och nyanser vid lödning av fotoceller för att tillverka en effektiv solgenerator själv hemma. Tips och råd för hantverkare, intressanta idéer och personliga erfarenheter.

Hur man testar en fotocell korrekt och mäter dess grundläggande parametrar. Denna information kommer att vara användbar vid efterföljande beräkningar av det exakta antalet plattor som behövs för att systemet ska fungera fullt ut.

Fullständig steg-för-steg-beskrivning av processen för att montera en solpanel för generatorn hemma. Arbetsregler, från att köpa de nödvändiga komponenterna till att sluttesta den färdiga enheten.

När du känner till konstruktionen av solgeneratorer är det inte svårt att montera dem hemma. Arbetet kräver förstås uppmärksamhet, noggrannhet och omsorg, men resultatet kommer att motivera alla finansiella och arbetsmässiga insatser. Den färdiga enheten kommer att förse byggnaden med både värme och elektricitet och skapa den nödvändiga komfortnivån för de boende.

Det är inte värt att direkt ge sig på ett stort projekt. Till att börja med är det vettigt att prova på att montera en liten enhet, och sedan, när du har full kontroll över alla nyanser, påbörja byggandet av en kraftfullare och mer omfattande installation.

Och vilken metod för att bygga ett mini-kraftverk har du valt för att utrusta din sommarstuga? Skriv gärna kommentarer, dela användbar information och foton om artikelns ämne i blocket nedan. Ställ frågor om kontroversiella eller oklara punkter.