Solgenerator selvbyg: guide til fremstilling af alternativ energikilde

Alternative energikilder, der kan forsyne et boligareal med varme og elektricitet i det nødvendige omfang, er ikke nogen billig fornøjelse; de kræver betydelige økonomiske udgifter til køb, montering og installation.

At bygge en solgenerator selv er betydeligt billigere og fuldt ud overkommeligt for mange gør-det-selv-folk. Lad os se på en vejledning, der beskriver alle nuancer i fremstillingsprocessen.

Hvordan fungerer en solenergigenerator?

En solgenerator er et kompleks af fotovoltaiske halvlederelementer, der direkte omdanner solens energi til elektricitet.

Lyskvanter, der rammer fotopladen, slår en elektron ud af den yderste atomkreds i arbejdselementet. Denne effekt skaber et stort antal frie elektroner, der danner en kontinuerlig strøm af elektrisk strøm.

Det er slet ikke nødvendigt at samle et stort, omfattende system, når man selv bygger en solgenerator. Du kan starte med en lille enhed og, om nødvendigt, udvide den senere.

Silicium anvendes som aktivt materiale. Det er kendetegnet ved høj effektivitet og giver en fotovoltaisk konverteringsfaktor på omkring 20 % under normale forhold og op til 25 % under gunstige betingelser.

Takket være den markante effektivitet af siliciumfotoelementer sikrer generatorer baseret på dem en høj ydeevne ved forholdsvis små dimensioner. En enhed på én meter producerer 125 W i timen, hvilket anses for at være et ganske imponerende resultat.

På den ene side af siliciumpladen påføres et tyndt lag af passive kemiske grundstoffer – bor eller fosfor. Det er på denne overflade, at der ved intens solbestråling sker en aktiv frigørelse af elektroner. Fosforfilmen holder dem sikkert på plads og forhindrer dem i at spredes.

På selve arbejdspladen er der metalkredsløb. Frie elektroner bygger på dem og skaber dermed en ordnet bevægelse, det vil sige elektrisk strøm.

Til ulemperne ved pladerne hører kun kompleksiteten og omkostningerne ved rensningen af selve silicium, og for at undgå disse problemer udforsker man aktivt brugen af alternativer i form af gallium, cadmium, indium og forskellige kobberforbindelser. Men indtil videre er der endnu ingen reelle konkurrenter til siliciumcellerne.

Den enkleste måde at konstruere en omformer af solenergi til elektricitet – er at købe et færdigt solpanel og installere det på taget af huset eller garagen:

Hvad har du brug for?

Til fremstilling af en generator bestående af et sæt solpaneler kræves følgende værktøj og materialer:

• moduler til omdannelse af sollys til energi;
• aluminiumsvinkler;
• trælister;
• spånplader;
• gennemsigtigt element (glas, plexiglas, akrylglas, polycarbonat) til at skabe beskyttelse for siliciumpladerne;
• selvskærende skruer og skruer i forskellige størrelser;
• tæt skum med en tykkelse på 1,5-2,5 mm;
• kvalitetsfugemasse;
• dioder, klemmer og ledninger;
• skruetrækker eller et sæt skruetrækkere;
• loddekolbe;
• båndsav til træ og metal (eller vinkelsliber).

Hvor mange materialer der skal bruges, afhænger direkte af den planlagte størrelse på generatoren. Et større arbejde vil medføre ekstra omkostninger, men det vil under alle omstændigheder være billigere end et købt modul.

Beskyttelsesbasen til siliciumpladerne kan laves af glas, akrylglas, polycarbonat eller plexiglas. De første tre materialer giver minimalt tab af omdannet energi, mens det fjerde transmitterer stråler betydeligt dårligere og mærkbart reducerer hele systemets effektivitet.

Til den endelige test af den samlede enhed bruges et amperemeter. Det gør det muligt at registrere anlæggets faktiske virkningsgrad og hjælper med at bestemme det faktiske udbytte.

Valg af fotokonvertertype

Aktiviteterne til at bygge en solcellegenerator selv starter med at vælge typen af fotoelektrisk siliciumomformer.

Disse komponenter findes i tre typer:

• amorfe;
• monokrystallinske;
• polykrystallinske.

Hver variant har sine fordele og ulemper, og valget til fordel for en af dem træffes ud fra mængden af midler, der er afsat til køb af alle systemkomponenter.

Egenskaber ved amorfe varianter

Amorfe moduler består ikke af krystallinsk silicium, men af dets derivater (silan eller siliciumhydrogen). Ved vakuumafdampning påføres de i et tyndt lag på metalfolie, glas eller plast af høj kvalitet.

De færdige produkter har en mat, grålig tone. Synlige siliciumkrystaller på overfladen observeres ikke. Den største fordel ved fleksible solceller anses for at være den overkommelige pris, men deres effektivitet er meget lav og svinger i området 6-10%.

Amorfe solceller fremstillet på basis af silicium har øget fleksibilitet, demonstrerer et højt niveau af optisk absorption (20 gange større end mono- eller polykrystallinske analoger) og fungerer betydeligt mere effektivt i overskyet vejr.

Specifikationer for polykrystallinske typer

Polykrystallinske solceller fremstilles ved gradvis, meget langsom afkøling af siliciumsmelten. De resulterende produkter har en intens blå farve, en overflade med et tydeligt mønster, der minder om frostmønstre, og viser en effektivitet på omkring 14-18%.

Højere effektivitet forhindres af områder inde i materialet, der er adskilt fra den overordnede struktur af kornede grænser.

Polykrystallinske fotoceller fungerer i hele 10 år, men deres effektivitet falder ikke i løbet af denne tid. Til montering af produkterne i et samlet system skal der dog anvendes en solid, fast base, da pladerne er ret stive og kræver en stærk, pålidelig støtte.

Karakteristika for monokrystallinske muligheder

Monokrystallinske moduler karakteriseres ved en tæt mørk farve og består af hele siliciumkrystaller. Deres effektivitet overstiger andre elementers ydeevne og ligger på 18-22% (under gunstige forhold op til 25%).

En anden fordel er den imponerende levetid – ifølge producenterne over 25 år. Ved længere tids brug falder monokrystallernes virkningsgrad dog, og efter 10-12 år er fotoudbyttet ikke mere end 13-17%.

Moduler af monokrystaller er betydeligt dyrere end andre typer udstyr. De fremstilles ved at save kunstigt dyrkede siliciumkrystaller.

Til at bygge en solgenerator derhjemme bruger man hovedsageligt poly- og monokrystallinske plader i forskellige størrelser. De købes i populære netbutikker, herunder eBay eller AliExpress.

Da fotoceller er ret dyre, tilbyder mange leverandører kunderne B-gruppe produkter, dvs. fragmenter med små fejl, der stadig er fuldt funktionsdygtige. Deres pris afviger 40-60% fra standardprisen, hvilket gør samlingen af generatoren til en rimelig pris, der ikke er for hård ved pengepungen.

Sådan laver du en ramme til pladerne?

Til fremstilling af rammen til den fremtidige generator bruger man stærke trælister eller aluminiumsvinkler. Træversionen anses for mindre praktisk, da materialet kræver yderligere behandling for at undgå efterfølgende råd og afskalning.

For at trærammen kan modstå driftsbelastningen og ikke rådne efter den første regn, skal den imprægneres med en speciel blanding, der beskytter træet mod fugt.

Aluminium har langt mere attraktive fysiske egenskaber og belaster ikke taget eller en anden bærende konstruktion, hvor enheden planlægges installeret, unødigt på grund af sin lethed.

Derudover ruster metallet ikke på grund af den korrosionssikre belægning, det rådner ikke, opsuger ikke fugt og tåler let påvirkning fra alle aggressive vejrforhold.

For at skabe en rammekonstruktion af aluminiumsvinkler bestemmer man først størrelsen på den fremtidige panel. I standardversionen bruger man 36 fotoceller på 81 mm x 150 mm pr. blok.

For korrekt efterfølgende drift efterlades et lille mellemrum (ca. 3-5 mm) mellem fragmenterne. Dette rum tager højde for ændringer i basens grundlæggende parametre, der har været udsat for atmosfæriske påvirkninger. Som resultat er den samlede størrelse af emnet 83 mm x 690 mm med en rammevinkelbredde på 35 mm.

Siliciumplader lagt i en ramme af aluminiumsprofil ser næsten ud som fabriksfremstillede produkter. Den stærke og robuste ramme sikrer systemets perfekte tæthed og giver hele konstruktionen en høj grad af stivhed.

Efter bestemmelse af dimensioner skæres de nødvendige fragmenter ud af vinkeljern, og ved hjælp af fastgørelseselementer samles de til rammer. På konstruktionens indre overflade påføres et lag silikoneforsegling, mens man nøje sørger for, at der ikke er huller eller tomrum.

Heraf afhænger den samlede konstruktions integritet, styrke og holdbarhed. Ovenpå lægges et beskyttende transparent materiale (glas med antirefleksbelægning, akrylglas eller polycarbonat med specielle parametre), og det fastgøres sikkert med beslag (1 på den korte side og 2 på den lange side af rammen samt 4 i hjørnerne af huset).

Til arbejdet bruges en skruemaskine og skruer af passende diameter. Til sidst rengøres den transparente overflade forsigtigt for støv og fint snavs.

Valg af det transparente element

De vigtigste kriterier for valg af transparent element til fremstilling af generatoren:

• evne til at absorbere infrarød stråling;
• graden af brydning af sollys.

Jo lavere brydningsindeks, desto højere effektivitet vil siliciumpladerne vise. Plexiglas og akrylglas har den laveste lysrefleksionskoefficient. Polycarbonat har heller ikke de bedste egenskaber.

Til konstruktion af rammer til hjemme-solsystemer anbefales det, hvis muligt, at bruge antirefleks transparent glas eller en speciel type polycarbonat med antikondensbelægning, som giver det nødvendige niveau af termisk beskyttelse.

De bedste egenskaber med hensyn til absorption af infrarød stråling har stærkt termoabsorberende akrylglas og glas med IR-absorption. Almindeligt glas har betydeligt lavere værdier. Effektiviteten af IR-absorption afgør, om siliciumpladerne vil opvarmes under drift eller ej.

Hvis opvarmningen er minimal, vil solcellerne holde længe og give stabilt output. Overophedning af pladerne vil føre til driftsforstyrrelser og hurtig svigt af enkelte dele af systemet eller hele komplekset.

Montering af silicium-fotoelementer

Umiddelbart før montering rengøres beskyttelsesglassene, der er lagt i aluminiumsrammerne, godt for støv og affedtes med en alkoholholdig blanding.

De købte fotoceller placeres jævnt på et markeringsunderlag med 3-5 millimeters afstand fra hinanden, og hjørnerne af den samlede konstruktion markeres. Derefter påbegyndes lodning af cellerne – den vigtigste og mest arbejdskrævende del af arbejdet med at samle solgeneratoren.

Lodning af solgeneratorens aktive elementer udføres efter et skema, hvor '+' er spor på ydersiden, og '-' er kanaler på pladens bagside.

For korrekt tilslutning af kontakter påføres først flusmiddel (loddesyre) og loddetin, og derefter udføres behandlingen i streng rækkefølge oppefra og ned. Til sidst forbindes alle rækker.

Næste trin er at lime fotocellerne. For at gøre dette trykkes en smule forseglingsmasse i midten af hver siliciumplade, de dannede cellerækker vendes med ydersiden opad og placeres nøjagtigt efter den tidligere påførte markering.

Pladerne presses forsigtigt med hænderne for at fastgøre dem på den rigtige plads. Der handles meget forsigtigt for ikke at beskadige eller bøje materialet.

Kontakterne på de yderste fotoceller føres til en separat skinne (bred sølvleder) som '+' og '-'. Derudover forsynes enheden med en blokeringsdiode. Når den forbindes til kontakterne, forhindrer den batterierne i at aflade gennem rammekonstruktionen om natten.

I bunden af rammen bores huller, hvorigennem ledninger føres ud. For at de ikke skal hænge slapt, anvendes siliciumforseglingsmasse.

Følgende fotogalleri præsenterer trinene til samling af et solpanel med 60 celler:

De samlede fotoceller skal nu fastgøres på underlaget. De kan limes på krydsfiner og dækkes med glas. Men i eksemplet limes de først på glasset:

For at forhindre, at batteriet, der er beregnet til at opsamle ladning, absorberer den energi, der genereres af fotocellerne, tilsluttes solcelle via en Schottky-diode:

Samlingen af den mini-solcelleanlæg, som vi har vist i eksemplet, udføres i overensstemmelse med diagrammet vist på billedet. Ved tilslutningen bruger vi ledning med kobberkerne med et tværsnit på mindst 1 mm²

Dette mini-kraftværk kan generere op til 15 V. Bemærk, at maksimal ydeevne kun opnås på solrige, skyfrie dage. I overskyet vejr vil enheden generere betydeligt mindre eller slet ikke generere energi. Derfor vælges batteriet, så lageret rækker til mindst et døgn.

Sådan tester du den monterede enhed?

Før den samlede generator endeligt forsegles, skal den testes for at afsløre eventuelle fejl under lodning. Den mest fornuftige løsning er at kontrollere hver loddet række separat. Så bliver det straks klart, hvor kontakterne er dårligt forbundet, og der er brug for efterbehandling.

Til testen bruges et almindeligt amperemeter. Målingen udføres på en skyfri solskinsdag ved middagstid (mellem kl. 13 og 15). Konstruktionen placeres i gården og indstilles i den rette vinkel.

Et almindeligt amperemeter hjælper med at måle den faktiske strømstyrke. Baseret på dets aflæsninger kan man bestemme det monterede solsystems funktionsdygtighed og afsløre fejl i rækkefølgen af forbindelsen af siliciumfotocellerne.

Til solcellens udgangsterminaler tilsluttes et amperemeter, og der måles kortslutningsstrøm. Hvis instrumentet viser resultater over 4,5 A, er systemet helt korrekt, og alle forbindelser er loddet tydeligt og korrekt.

Lavere værdier, der vises på testerens display, indikerer fejl, som skal spores og genloddes. Traditionelt viser solcellepaneler, der er bygget selv af fotoelementer med små defekter (gruppe B), ved testen værdier fra 5 til 10 Ampere.

Fabriksfremstillede enheder viser data 10-20% højere. Dette forklares ved, at der i produktionen anvendes siliciumplader af gruppe A, som ikke har nogen fejl i strukturen.

Afsluttende arbejdstrin

Hvis testen viser, at batteriet er fuldt funktionsdygtigt, forsegles det med en speciel silikoneforsegling eller en dyrere og mere holdbar epoxyforbindelse.

Arbejdet omfatter to metoder:

1. Fuldstændig påstøbning – når hele overfladen dækkes med forseglingsmasse.
2. Delvis behandling – når forseglingen kun påføres på de yderste elementer og det tomme rum mellem elementerne.

Den første metode anses for mere pålidelig og giver systemet fuldstændig beskyttelse mod eksterne påvirkninger. Fotoelementerne fastgøres tydeligt på deres pladser og fungerer korrekt med maksimal effekt.

Til limning af fotoelementer inde i kabinettet anbefales det at bruge frostbestandig forsegling, der kan modstå pludselige temperaturudsving og lave minusgrader.

Når påstøbningen er udført, lader man forseglingen 'stivne'. Derefter dækkes med et transparent element, og det presses tæt mod pladerne.

For at give ekstra beskyttelse og støddæmpning anbefaler nogle håndværkere at placere tæt skum mellem siliciumpladens overflade og rammens bagside. Dette gør konstruktionen mere hel og beskytter de skrøbelige fotoelementer mod unødig belastning.

Derefter placeres en vægt på overfladen, som påvirker lagene og presser luftbobler ud af dem. Den færdige generator testes igen og monteres endeligt på det forberedte sted.

Hvor og hvordan placeres generatoren?

Stedet for installation af solgeneratoren vælges meget omhyggeligt og uden hast. De lysmodtagende plader placeres altid på skrå, så strålerne ikke 'falder' vinkelret på overfladen, men snarere 'flyder' jævnt hen over den.

Ideelt set placeres konstruktionen, så der er mulighed for at justere hældningsvinklen efter behov og dermed 'fange' maksimalt sollys.

Det er helt acceptabelt at installere et solsystem med solpaneler på jorden, men oftest vælger man at placere dem på taget af huset eller et udhus, nemlig den del der vender mod den mest solbeskinnede, fortrinsvis sydlige side af grunden.

Det er meget vigtigt, at der ikke er høje bygninger og store, udbredte træer i nærheden. Når de er i umiddelbar nærhed, skaber de skygge og forstyrrer enhedens fulde funktion.

For at solanlæg skal fungere optimalt, skal de holdes rene og velholdte. Et lag snavs på overfladen af opsamlingspanelet reducerer effektiviteten med 10%, og sne der sidder fast, slår enheden helt fra. Derfor er regelmæssig vedligeholdelse en obligatorisk procedure og hjælper med at holde modulerne i ideal driftstilstand.

Som gennemsnitligt optimalt for installation af solgenerator anses taghældningsvinklen på 45⁰. Ved denne placering absorberer fotoelementerne solstrålingen meget effektivt og leverer den nødvendige mængde energi til at opretholde husets daglige drift.

For at få reelt udbytte af panelerne og forsyne en gennemsnitlig familie med den nødvendige mængde energi, skal man afsætte 15-20 kvadratmeter tagflade til solgeneratoren.

For den europæiske del af SNG-landene gælder lidt andre værdier. Fagfolk anbefaler at bruge en stationær hældningsvinkel på 50-60⁰ som basis, og i bevægelige konstruktioner i vintersæsonen placere batterierne i en vinkel på 70⁰ i forhold til horisonten.

Om sommeren skal man ændre position og vinkle fotoelementerne i en vinkel på 30⁰.

Ved at montere generatorpanelerne på et sporingssystem med automatisk solfølgningsfunktion kan man øge effektiviteten med 50%. Modulet vil selv registrere strålingsintensiteten og tilpasse sig den maksimale belysning fra solopgang til solnedgang.

Umiddelbart før montering forstærkes taget yderligere og forsynes med specielle solide understøtninger, da langt fra alle konstruktioner kan bære den fulde vægt af solenergiomdannelsesudstyret.

For at installere solgeneratoren sikkert og stabilt på taget, bør man købe specielle beslag. De produceres separat til hver type tagbeklædning og er altid tilgængelige i handlen. Ved montering skal der efterlades et mellemrum mellem panelerne og taget for fuld luftadgang og korrekt ventilation af solabsorberende elementer.

I nogle tilfælde monteres der forstærkede spær under taget, som beskytter taget mod sammenstyrtning, der potentielt kan ske på grund af den øgede belastning, som stiger betydeligt i vinterhalvåret, når der samler sig sne på tagfladen.

For at sætte solcellesystemet i drift har du brug for batterier, en inverter og en ladekontroller. Du kan lære om reglerne for valg af enheder og deres indkobling i kredsløbet i de artikler, vi anbefaler.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Funktioner og nuancer ved lodning af fotoceller til fremstilling af en effektiv solcellegenerator derhjemme. Tips og råd til håndværkere, spændende ideer og personlige erfaringer.

Sådan tester du en fotocelle korrekt og måler dens vigtigste parametre. Disse oplysninger er nyttige ved senere beregning af det nøjagtige antal plader, der er nødvendige for systemets fulde drift.

En komplet trin-for-trin beskrivelse af processen med at samle et solpanel til en generator derhjemme. Arbejdsregler lige fra køb af de nødvendige komponenter til den endelige test af det færdige apparat.

Når man kender til solcellesystemers opbygning, er det ikke svært at samle dem derhjemme. Arbejdet kræver naturligvis opmærksomhed, omhyggelighed og nøjagtighed, men resultatet vil opveje alle økonomiske og arbejdsmæssige omkostninger. Den færdige enhed forsyner bygningen fuldt ud med varme og elektricitet og skaber det nødvendige komfortniveau for beboerne.

Det er ikke værd at kaste sig ud i et stort projekt med det samme. Det giver mening først at prøve kræfter med at samle en lille enhed, og når du fuldt ud har mestret alle processens nuancer, kan du begynde at bygge en mere kraftfuld og omfattende installation.

Og hvilken metode til at bygge et minikraftværk har du valgt til din sommerhusgrund? Skriv venligst kommentarer, del nyttige oplysninger og fotos om emnet i boksen nedenfor. Stil spørgsmål om kontroversielle eller uklare punkter.