Sådan laver du et solpanel selv: vejledning i gør-det-selv samling

Solpaneler er en energikilde, der kan bruges til at producere elektricitet eller varme til et lavt hus. Dog er solpaneler dyre og utilgængelige for de fleste indbyggere i vores land. Er du enig?

Det er en anden sag, når du laver en solpanel selv – omkostningerne reduceres betydeligt, og en sådan konstruktion fungerer lige så godt som en industrielt fremstillet panel. Så hvis du seriøst overvejer at anskaffe en alternativ strømkilde, så prøv at lave den selv – det er ikke særlig svært.

Artiklen handler om fremstilling af solpaneler. Vi fortæller, hvilke materialer og værktøjer du skal bruge. Og lidt længere nede finder du en trin-for-trin vejledning med illustrationer, der tydeligt viser arbejdsgangen.

Kort om konstruktion og funktion

Solens energi kan omdannes til varme, når energibæreren er en varmeoverførende væske, eller til elektricitet, der opsamles i batterier. Panelet fungerer som en generator, der arbejder efter det fotoelektriske princip.

Omvandlingen af solenergi til elektricitet sker, når solens stråler rammer fotocellepladerne, som er den vigtigste del af panelet.

Dermed "frigiver" lyskvanterne deres elektroner fra de ydre baner. Disse frie elektroner danner en elektrisk strøm, som passerer gennem en controller og akkumuleres i et batteri, hvorfra energien sendes til forbrugerne.

Som fotoelementplader anvendes siliciumelementer. Siliciumpladen er på den ene side belagt med et yderst tyndt lag fosfor eller bor – et passivt kemisk grundstof.

Her frigives et stort antal elektroner under påvirkning af solens stråler, som holdes tilbage af fosforfilmen og ikke spredes.

På pladens overflade er der metalliske “baner”, hvorpå frie elektroner opstiller sig og danner en ordnet bevægelse, dvs. elektrisk strøm.

Jo flere sådanne siliciumfotoelementplader, desto mere elektrisk strøm kan man opnå. Læs mere om solcellens funktionsprincip her.

Det øverste lag af fotoelementpladerne er belagt med et lag, der forhindrer refleksion af sollys fra pladerne, hvilket øger deres virkningsgrad

Materialer til at lave et solpanel

Når man går i gang med at bygge et solcellepanel, skal man forsyne sig med følgende materialer:

• silikatfotoelementplader;
• spånplader, aluminiumsvinkler og -lister;
• hård skumplast med en tykkelse på 1,5-2,5 cm;
• et gennemsigtigt element, der fungerer som base for siliciumpladerne;
• skruer, selvskærende skruer;
• silikonetætningsmiddel til udendørs brug;
• elektriske ledninger, dioder, klemmer.

Mængden af nødvendige materialer afhænger af størrelsen på dit panel, som oftest er begrænset af antallet af tilgængelige fotoelementer. Af værktøj skal du bruge: en skruemaskine eller et sæt skruetrækkere, en båndsav til metal og træ, en loddekolbe. Til test af det færdige panel skal du bruge et amperemeter-tester.

Lad os nu se nærmere på de vigtigste materialer.

Siliciumplader eller fotoceller

Fotoelementer til paneler findes i tre typer:

• polykrystallinske;
• monokrystallinske;
• amorfe.

Polykrystallinske plader har en lav virkningsgrad. Virkningsgraden er omkring 10 – 12 %, men denne værdi falder ikke over tid. Polykrystallernes levetid er – 10 år.

Et solcellepanel samles af moduler, som igen består af fotovoltaiske omformere. Paneler med hårde siliciumfotoelementer er en slags sandwich med lag lagt i rækkefølge, fastgjort i en aluminiumsprofil.

Monokrystallinske fotoelementer kan prale af en højere virkningsgrad – 13-25% og lang levetid – over 25 år. Dog falder monokrystallernes virkningsgrad over tid.

Monokrystallinske omformere fremstilles ved at save kunstigt dyrkede krystaller, hvilket forklarer den højeste fotoledningsevne og ydelse.

Filmfotokonvertere fremstilles ved at påføre et tyndt lag amorft silicium på en polymer fleksibel overflade.

Fleksible batterier med amorft silicium – de mest moderne. Den fotoelektriske omformer er sprayet eller smeltet på en polymerbase. Effektiviteten er omkring 5 – 6 %, men filmsystemer er meget bekvemme at installere.

Filmsystemer med amorfe fotokonvertere er opstået forholdsvis nyligt. Det er en ekstremt simpel og billig type, men mister forbrugeregenskaber hurtigere end konkurrenterne.

Det er uhensigtsmæssigt at bruge solceller i forskellige størrelser. I dette tilfælde vil den maksimale strøm, som batteriet producerer, være begrænset af strømmen fra det mindste element. Det betyder, at større plader ikke vil arbejde med fuld kapacitet.

Når du køber solceller, spørg sælgeren om leveringsmetoden; de fleste sælgere bruger voksning for at forhindre beskadigelse af skrøbelige elementer.

Oftest bruges mono- og polykrystallinske solceller i størrelsen 3x6 tommer til hjemmelavede batterier, som kan bestilles i onlinebutikker som eBay.

Prisen på solceller er ret høj, men mange butikker sælger såkaldte B-gruppe elementer. Produkter i denne gruppe har fejl, men er brugbare, og deres pris er 40-60% lavere end standardplader.

De fleste onlinebutikker sælger solceller i sæt med 36 eller 72 fotovoltaiske omformerplader. For at forbinde individuelle moduler til et batteri kræves skinner, og til tilslutning til systemet skal der bruges terminaler.

Ramme og gennemsigtigt element

Rammen til den fremtidige panel kan laves af trælister eller aluminiumsvinkler.

Den anden mulighed er at foretrække af en række årsager:

• Aluminium – et let metal, der ikke giver en alvorlig belastning på den bærende konstruktion, som batteriet planlægges monteret på.
• Ved korrosionsbehandling er aluminium ikke modtageligt over for rust.
• Det absorberer ikke fugt fra omgivelserne og rådner ikke.

Ved valg af det transparente element skal man være opmærksom på parametre som sollysets brydningsindeks og evnen til at absorbere infrarød stråling.

Den første parameter påvirker direkte fotocellernes effektivitet: jo lavere brydningsindeks, desto højere effektivitet af siliciumpladerne.

Plexiglas eller den billigere variant – akrylglas har den mindste lysrefleksionskoefficient. Polycarbonat har en lidt lavere lysbrydningsindeks.

Den anden parameter afgør, om siliciumfotocellerne selv bliver opvarmet eller ej. Jo mindre pladerne bliver opvarmet, desto længere holder de. Infrarød stråling absorberes bedst af special termoabsorberende akrylglas og glas med IR-absorption. Almindeligt glas er lidt dårligere.

Hvis muligt, vil det optimale valg være at bruge antirefleks transparent glas som det transparente element.

Med hensyn til forholdet mellem pris og lysbrydningsevne og infrarød absorption er akrylglas – den mest optimale løsning til fremstilling af en solcelle.

Systemdesign og valg af placering

Projektet for solsystemet omfatter beregninger af den nødvendige størrelse af solpladen. Som nævnt ovenfor er batteristørrelsen normalt begrænset af de dyre fotoceller.

Solcellen skal monteres i en bestemt vinkel, der sikrer maksimal solindfald på siliciumpladerne. Den bedste løsning – batterier, der kan ændre hældningsvinklen.

Oplaceringsstedet for solpladerne kan variere: på jorden, på et skråt eller fladt tag af huset, på tagene af udhuse.

Den eneste betingelse – batteriet skal placeres på en solrig side af grunden eller huset, ikke skygget af høje trækroner. Den optimale hældningsvinkel skal beregnes ved hjælp af en formel eller en specialiseret lommeregner.

Hældningsvinklen afhænger af husets placering, årstiden og klimaet. Det er ønskeligt, at batteriet har mulighed for at ændre hældningsvinklen i takt med sæsonmæssige ændringer i solhøjden, da de fungerer mest effektivt, når sollys falder strengt vinkelret på overfladen.

For den europæiske del af SNG-landene anbefales en fast hældningsvinkel på 50 – 60°. Hvis konstruktionen har en indretning til at ændre hældningsvinklen, bør solpanelerne om vinteren placeres i 70° i forhold til horisonten, og om sommeren i 30°.

Beregninger viser, at 1 kvadratmeter solcelleanlæg giver 120 W. Derfor kan man ved beregning fastslå, at for at forsyne en gennemsnitsfamilie med 300 kWh elektricitet om måneden kræves et solcelleanlæg på mindst 20 kvadratmeter.

Det vil være problematisk straks at installere et sådant solcelleanlæg. Men selv montering af et 5 meter solpanel vil hjælpe med at spare elektricitet og give et beskedent bidrag til vores planets økologi. Vi anbefaler også at sætte sig ind i princippet for beregning af det nødvendige antal solpaneler.

Et solpanel kan bruges som backup-strømkilde ved hyppige afbrydelser af den centrale strømforsyning. Til automatisk skift skal der sørges for et system til uafbrudt strømforsyning.

Et sådant system er bekvemt, fordi når man bruger en traditionel strømkilde, oplades solcelleanlæggets batteri samtidig. Udstyret, der betjener solpanelet, placeres indendørs, så der skal afsættes et særligt rum til det.

Når du placerer solpaneler på et skrå tag, så glem ikke panelets hældningsvinkel. Den ideelle løsning er, når panelet har en indretning til sæsonbestemt ændring af hældningsvinklen.

Montering af solpanel trin for trin

Når du har valgt et sted til solpanelet og udstyret til betjening af solcelleanlægget, og når du har alle nødvendige materialer og værktøjer, kan du begynde at montere panelet.

Under monteringen skal sikkerhedsforanstaltninger overholdes, især når du udfører installation af det færdige panel på husets tag. Lad os se på en trin-for-trin algoritme til at lave et solpanel.

Trin #1 – lodning af kontakter på siliciumplader

Montering af et hjemmelavet solpanel starter ofte med lodning af fotocellernes ledere. Selvfølgelig, hvis du har mulighed for det, er det bedst at købe fotoceller med ledere på forhånd, da lodning er et meget vanskeligt og omhyggeligt arbejde, der tager lang tid.

Lodningen udføres på følgende måde:

1. Der tages en silicium fotocelle uden ledere og en metalstrimmel-leder.
2. Ledere skæres ved hjælp af en papskabelon, deres længde er 2 gange større end siliciumpladens størrelse.
3. Lederen lægges forsigtigt på pladen. For et element – to ledere.
4. På det sted, hvor lodningen skal udføres, skal der påføres syre til brug med loddekolben.
5. Udfør lodning med en loddekolbe, og forbind forsigtigt lederen til pladen.

Under lodningen må man ikke trykke på silicatelementet, da det er meget skrøbeligt og kan gå i stykker! Hvis du er heldig, og du har købt fotoceller med færdige kontakter, så sparer du dig selv for et langt og kompliceret arbejde og går direkte videre til at lave rammen til det fremtidige batteri.

Lodning af kontakter til defekte fotoceller i gruppe B udføres på samme måde og i samme retning som for hele plader.

Trin #2 – fremstilling af ramme til solpanelet

Rammen – det er stedet, hvor fotocellerne skal monteres. Til fremstilling af rammen bruges aluminiumsvinkler og lister, som samles til rammer. Anbefalet vinkelstørrelse – 70-90 mm.

På indersiden af metalvinklerne påføres silikoneforsegling. Forseglingen af vinklerne skal udføres omhyggeligt, da hele konstruktionens holdbarhed afhænger af det.

Når aluminiumrammen er klar, går vi i gang med at lave baghuset. Baghuset er en trækasse af spånplade med lave kanter.

Høje kanter vil skabe skygge på fotocellerne, så deres højde bør ikke overstige 2 cm. Kanterne skrues fast med selvskærende skruer og en skruetrækker.

I bunden af spånpladekassen laves ventilationshuller. Afstanden mellem hullerne er ca. 10 cm. I aluminiumrammen monteres et gennemsigtigt element (akrylglas, antirefleksglas, plexiglas).

Det gennemsigtige element presses ned og fastgøres. Fastgørelsen sker med beslag: 4 i hjørnerne, samt 2 på langsiderne og 1 på kortsiden af rammen. Beslagene fastgøres med skruer.

Rammen til solcellebatteriet er klar, og man kan begynde på den mest ansvarsfulde del – montering af fotocellerne. Før montering skal akrylglasset rengøres for støv og affedtes med en spritholdig væske.

Trin #3 – montering af siliciumpladerne/fotocellerne

Montering og lodning af siliciumplader – den mest arbejdskrævende del af arbejdet med at lave et solpanel selv. Først lægger vi fotocellerne på akrylglasset med de blå plader nedad.

Hvis du samler batteriet for første gang, kan du bruge en underlag til at tegne markeringer for at placere pladerne jævnt med en lille afstand (3-5 mm) fra hinanden.

1. Vi lodder fotocellerne efter følgende elektriske skema: “+” sporene er på forsiden af pladen, “-” på bagsiden. Før lodning påfører vi forsigtigt flux og loddetin for at forbinde kontakterne.
2. Vi lodder alle fotocellerne sekventielt i rækker fra top til bund. Rækkerne skal derefter også forbindes med hinanden.
3. Vi begynder at lime fotocellerne. For at gøre det påfører vi en lille mængde fugemasse i midten af hver siliciumplade.
4. Vi vender de resulterende kæder af fotoceller med forsiden opad (der hvor de blå plader er) og placerer pladerne efter markeringen, som vi lavede tidligere. Vi trykker forsigtigt hver plade for at fastgøre den på sin plads.
5. Vi fører kontakterne fra de yderste fotoceller til bussen, henholdsvis “+” og “-“. Til bussen anbefales det at bruge en bredere leder af sølv.
6. Solbatteriet skal udstyres med en blokeringsdiode, som forbindes til kontakterne og forhindrer, at batterierne aflades gennem konstruktionen om natten.
7. I bunden af rammen borer vi huller til at føre ledningerne ud.

Ledningerne skal fastgøres til rammen, så de ikke dingler; det kan gøres ved at bruge silikonetætningsmasse.

Trin #4 – test af panelet inden forsegling

Test af solpaneler skal udføres, før de forsegles, så man kan rette fejl, der ofte opstår under lodning. Det er bedst at teste efter lodning af hver række af elementer – så er det meget lettere at finde, hvor kontakterne er dårligt forbundet.

Til testen har du brug for et almindeligt husstandsamperemeter. Målingerne skal udføres på en solskinsdag kl. 13-14, solen må ikke være skjult af skyer.

Tag batteriet udenfor og placer det i overensstemmelse med den tidligere beregnede hældningsvinkel. Tilslut amperemeteret til batteriets kontakter og mål kortslutningsstrømmen.

Testens formål er, at strømstyrken skal være 0,5-1,0 A lavere end kortslutningsstrømmen. Instrumentets aflæsning skal være over 4,5 A, hvilket indikerer, at solbatteriet fungerer.

Hvis testeren viser lavere værdier, er rækkefølgen af fotocelleforbindelserne helt sikkert brudt et sted.

Normalt giver en hjemmelavet solcelle, konstrueret af fotoceller fra gruppe B, en aflæsning på 5-10 A, hvilket er 10-20% lavere end industrielt fremstillede solpaneler.

Trin #5 – forsegling af fotocellerne lagt i huset

Forsegling kan kun udføres, når man har sikret sig, at batteriet fungerer. Til forsegling er det bedst at bruge epoxykompound, men da materialeforbruget vil være stort, og prisen er cirka 40-45 dollars. Hvis det er for dyrt, kan man i stedet bruge den samme silikoneforsegling.

Når du bruger silikoneforsegling, skal du foretrække den, der på pakningen angiver, at den er egnet til brug ved minusgrader.

Der findes to metoder til forsegling:

• fuldstændig udstøbning, hvor panelerne støbes med forsegling;
• påføring af forsegling på mellemrummet mellem fotocellerne og på de yderste elementer.

I det første tilfælde vil forseglingen være mere pålidelig. Efter udstøbning skal forseglingen hærde. Derefter monteres plexiglas ovenpå og presses tæt mod de silikonebelagte plader.

For at sikre stødabsorbering og ekstra beskyttelse mellem fotocellernes bagside og spånpladerammen anbefaler mange håndværkere at installere en afstandsholder af hårdt skumgummi med en bredde på 1,5-2,5 cm.

Det er ikke nødvendigt, men anbefalelsesværdigt, da siliciumpladerne er ret skrøbelige og let kan beskadiges.

Efter montering af plexiglasset placeres en vægt på konstruktionen, hvilket får luftbobler til at presses ud. Solcellebatteriet er klar, og efter gentagen test kan det installeres på et forudbestemt sted og tilsluttes til dit hjems solenergisystem.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Oversigt over fotoceller bestilt i en kinesisk netbutik:

Videoinstruktion til fremstilling af solcellebatteri:

At lave et solcellebatteri selv – er ikke en let opgave. Virkningsgraden for de fleste sådanne batterier er 10-20% lavere end for industrielt fremstillede paneler. Det vigtigste ved konstruktion af et solcellebatteri – er at vælge og installere fotocellerne korrekt.

Forsøg ikke at lave et enormt stort panel med det samme. Prøv først at bygge en lille enhed for at forstå alle nuancerne i processen.

Har du praktiske færdigheder i at lave solcellebatterier? Del venligst din erfaring med besøgende på vores side – skriv kommentarer i blokken nedenfor. Der kan du også stille spørgsmål om emnet.