Sončni generator z lastnimi rokami: navodilo za izdelavo alternativnega vira energije

Alternativni viri energije, ki omogočajo zagotoviti bivalni prostor s toploto in električno energijo v potrebnem obsegu – ni poceni »užitek«, ki zahteva znatne finančne izdatke za nakup, montažo in namestitev.

Izdelati sončni generator z lastnimi rokami pa je bistveno ceneje in povsem zmožno mnogim domačim mojstrom. Oglejmo si navodilo, ki dostopno opisuje vse nianse postopka izdelave.

Kako deluje generator sončne energije?

Sončni generator je skupek fotoelektričnih polprevodniških elementov, ki neposredno pretvarjajo sončno energijo v električno.

Kvanti, ki jih proizvajajo svetlobni žarki, ob padanju na fotoploščo izbijejo elektron iz skrajne atomske orbite delovnega elementa. Ta učinek ustvari množico prostih elektronov, ki tvorijo neprekinjen tok električnega toka.

Ni treba takoj sestaviti velikega, obsežnega sistema, če sončni generator izdelujete z lastnimi rokami. Lahko začnete z majhnim agregatom in po potrebi v prihodnosti povečate obseg.

Kot delovni material se uporablja silicij. Odlikuje ga visoka učinkovitost in zagotavlja koeficient fotoelektrične pretvorbe v običajnem načinu na ravni 20 %, pri ugodnih pogojih pa do 25 %.

Zaradi izrazite učinkovitosti silicijevih fotoelementov generatorji, izdelani na njihovi osnovi, zagotavljajo visok izkoristek pri sorazmerno majhnem obsegu. Moč agregata s površino 1 m² proizvede 125 W, kar velja za zelo impresiven rezultat.

Na eno stran silicijeve plošče se nanese tanek sloj pasivnih kemičnih elementov – bora ali fosforja. Prav na tej površini se zaradi intenzivnega delovanja sončnih žarkov sprošča veliko elektronov. Fosforna plast jih zanesljivo zadržuje na enem mestu in ne dovoli, da bi se razpršili.

Na delovni plošči so kovinske 'poti'. Prosti elektroni se na njih urejajo in tako ustvarjajo usmerjeno gibanje – električni tok.

K slabostim plošč prištevamo samo zahtevnost in stroškovnost procesa čiščenja samega silicija. Da bi se izognili tem težavam, aktivno uvajamo uporabo alternativ v obliki galija, kadmija, indija in različnih bakrovih spojin. Vendar zaenkrat silicijevi elementi še nimajo resničnih konkurentov.

Najenostavnejši način za izdelavo pretvornika sončne energije v elektriko – je nakup že pripravljene sončne celice in namestitev na streho hiše ali garaže:

Kaj je potrebno za delovanje?

Za izdelavo generatorja, ki ga sestavlja komplet sončnih celic, so potrebna naslednja orodja in materiali:

• moduli za pretvorbo sončne svetlobe v energijo;
• aluminijasti kotniki;
• lesene letvice;
• plošče DSP;
• prozoren element (steklo, pleksi steklo, akrilno steklo, polikarbonat) za zaščito silicijevih plošč;
• samorezni vijaki in vijaki različnih velikosti;
• gosta pena debeline 1,5–2,5 mm;
• kakovostna tesnilna masa;
• diode, sponke in žice;
• akumulatorski vijačnik ali komplet izvijačev;
• spajkalnik;
• žaga za les in kovino (ali kotna brusilka).

Obseg potrebnih materialov bo neposredno odvisen od načrtovane velikosti generatorja. Obsežno delo bo prineslo dodatne stroške, vendar bo v vsakem primeru cenejše od kupljenega modula.

Zaščitno podlago za silicijeve plošče lahko izdelamo iz stekla, pleksi stekla, polikarbonata ali pleksiglasa. Prvi trije materiali povzročajo minimalno izgubo pretvorjene energije, četrti pa prepušča žarke precej slabše in opazno zmanjšuje učinkovitost celotnega kompleksa.

Za končno testiranje sestavljenega agregata uporabimo ampermeter. Omogoča zabeleženje dejanskega izkoristka naprave in pomaga določiti dejanski izhod.

Izbira tipa fotopretvornika

Aktivnosti za izdelavo sončnega generatorja z lastnimi rokami se začnejo z izbiro vrste fotovoltaičnega silicijevega pretvornika.

Te sestavine so treh vrst:

• amorfne;
• monokristalinični;
• polikristalne.

Vsaka možnost ima svoje prednosti in slabosti, izbira v korist katere koli od njih pa se opravi glede na količino sredstev, namenjenih nakupu vseh komponent sistema.

Posebnosti amorfnih vrst

Amorfni moduli niso sestavljeni iz kristalnega silicija, temveč iz njegovih derivatov (silan ali silicijev vodik). Z napraševanjem v vakuumu se v zelo tankem sloju nanašajo na visokokakovostno kovinsko folijo, steklo ali plastiko.

Končni izdelki imajo bledo, razpršeno siv odtenek. Na površini niso vidni kristali silicija. Glavna prednost gibljivih sončnih baterij je dostopna cena, vendar je njihov izkoristek zelo nizek in se giblje v območju 6-10%.

Amorfni fotoelementi, izdelani na osnovi silicija, imajo povečano prožnost, kažejo visoko stopnjo optične absorpcije (20-krat večjo kot mono- ali polikristalni analogi) in delujejo precej bolj učinkovito v oblačnem vremenu.

Posebnosti polikristalnih tipov

Polikristalne sončne baterije proizvajajo s postopnim zelo počasnim hlajenjem silicijeve taline. Dobljeni izdelki odlikuje nasičeno modra barva, imajo površino z jasno izraženim vzorcem, ki spominja na mrazov vzorec, in kažejo učinkovitost v območju 14-18%.

Višjo učinkovitost izkoristka ovirajo območja znotraj materiala, ločena od celotne strukture z zrnimi mejami.

Polikristalni fotoelementi delujejo celih 10 let, vendar se njihova učinkovitost v tem času ne zmanjša. Za montažo izdelkov v enoten kompleks pa je obvezno uporabiti trdno, močno podlago, saj so plošče precej toge in potrebujejo trdno, zanesljivo oporo.

Značilnosti monokristalnih različic

Monokristalni moduli so značilni po gosti temni barvi in so sestavljeni iz celih kristalov silicija. Njihova učinkovitost presega učinkovitost drugih elementov in znaša 18-22% (v ugodnih pogojih do 25%).

Še ena prednost je impresivna življenjska doba – po navedbah proizvajalcev več kot 25 let. Vendar se ob daljši uporabi izkoristek monokristalov zmanjša in po 10-12 letih fotoučinkovitost znaša le še 13-17%.

Moduli iz monokristalov so precej dražji od drugih vrst opreme. Izdelujejo jih z rezanjem umetno vzgojenih kristalov silicija.

Za izdelavo sončnega generatorja doma po lastni roki se večinoma uporabljajo poli- in monokristalne plošče različnih dimenzij. Kupujejo jih v priljubljenih spletnih trgovinah, vključno z eBay ali AliExpress.

Ker so fotoelementi precej cenjeni, številni dobavitelji ponujajo kupcem izdelke skupine B, to je primerne za polno uporabo fragmente z majhno napako. Njihova cena se od standardne cene razlikuje za 40-60%, zaradi česar je sestavljanje generatorja po razumni ceni, ki ne preveč udari po žepu.

Kako narediti okvir za plošče?

Za izdelavo okvirja prihodnjega generatorja se uporabljajo močne lesene letve ali aluminijasti vogalniki. Lesena različica velja za manj praktično, saj material zahteva dodatno obdelavo, da preprečimo kasnejše gnilobe in razslojevanje.

Da leseni okvir prenese obratovalno obremenitev in ne zgnije že po prvem dežju, ga je treba namočiti s posebno snovjo, ki ščiti les pred vlago.

Aluminij ima veliko bolj privlačne fizikalne lastnosti in zaradi svoje lahkosti ne povzroča nepotrebne obremenitve na streho ali drugo nosilno konstrukcijo, kamor nameravate namestiti enoto.

Poleg tega zaradi protikorozijske prevleke kovina ne rjavi, ne gnije, ne vpija vlage in zlahka prenaša vpliv kakršnih koli agresivnih atmosferskih pojavov.

Za izdelavo okvirne konstrukcije iz aluminijastih vogalnikov najprej določijo velikost prihodnje plošče. Pri standardni različici za en blok uporabijo 36 fotoelementov velikosti 81 mm x 150 mm.

Za pravilno delovanje v prihodnosti med fragmenti pustimo majhen razmik (približno 3–5 mm). Ta prostor omogoča upoštevanje sprememb osnovnih parametrov podlage, ki je izpostavljena vremenskim vplivom. Posledično je skupna velikost surovca 83 mm × 690 mm pri širini vogalnega profila okvirja 35 mm.

Silikonske plošče, položene v okvir iz aluminijastega profila, so videti skoraj kot tovarniško izdelani izdelki. Trden in močan okvir zagotavlja sistemu brezhibno tesnost ter celotni konstrukciji daje visoko raven togosti.

Po določitvi dimenzij iz vogalnih profilov izrežemo potrebne fragmente in jih s pomočjo pritrdilnih elementov sestavimo v okvirje. Na notranjo površino konstrukcije nanesemo plast silikonskega tesnilnega sredstva, pri čemer pazimo, da ne nastanejo vrzeli ali praznine.

Od tega so odvisni celovitost, trdnost in trajnost montirane konstrukcije. Na vrh se položi zaščitni prozoren material (steklo z antirefleksnim premazom, pleksi steklo ali polikarbonat s posebnimi parametri) in ga trdno pritrdi s pritrdilnimi elementi (po 1 na kratki in po 2 na dolgi strani okvirja ter 4 na vogalih ohišja).

Za delo uporabimo izvijač in vijake primernega premera. Na koncu prozorno površino skrbno očistimo prahu in drobnih smeti.

Izbira prozornega elementa

Glavna merila za izbiro prozornega elementa za izdelavo generatorja:

• sposobnost absorpcije infrardečega sevanja;
• stopnja loma sončne svetlobe.

Nižji kot je lomni količnik, višji izkoristek bodo pokazale silicijeve plošče. Najnižji koeficient odbojnosti svetlobe imata pleksi steklo in akrilno steklo. Tudi polikarbonat nima najboljših lastnosti.

Za izdelavo okvirnih konstrukcij za domače sončne sisteme je priporočljivo, če je mogoče, uporabiti antirefleksno prozorno steklo ali posebno vrsto polikarbonata s protikondenzacijskim premazom, ki zagotavlja potrebno raven toplotne zaščite.

Najboljše lastnosti glede absorpcije infrardečega sevanja imata trdno termoabsorbirajoče akrilno steklo in steklo z možnostjo absorpcije IR. Pri navadnem steklu so te lastnosti bistveno nižje. Od učinkovitosti absorpcije IR je odvisno, ali se bodo silicijeve plošče med delovanjem segrevale ali ne.

Če bo segrevanje minimalno, bodo fotonapetostni elementi služili dolgo in zagotavljali stabilno delovanje. Pregrevanje plošč bo povzročilo motnje v delovanju in hitro odpoved posameznih delov sistema ali celotnega kompleksa.

Namestitev silicijevih fotoelementov

Neposredno pred namestitvijo zaščitna stekla, položena v aluminijaste okvirje, temeljito očistimo prahu in razmastimo z alkoholno raztopino.

Kupljene fotoelemente natančno položimo na podlago za označevanje na razdalji 3–5 milimetrov drug od drugega in označimo vogale celotne konstrukcije. Nato lotamo elemente – to je najpomembnejši in najbolj zamuden del dela pri sestavljanju generatorja.

Lotenje aktivnih elementov generatorja se izvaja po shemi, v kateri so '+' sledi na zunanji strani, '-' pa kanali na hrbtni strani plošče.

Za pravilno povezovanje kontaktov najprej nanašamo fluks (kislino za lotanje) in lot, nato pa izvajamo obdelavo v strogem zaporedju od zgoraj navzdol. Na koncu vse vrstice povežemo med seboj.

V naslednjem koraku fotoelemente zalepimo. V sredino vsake silicijeve ploščice iztisnemo malo tesnilne mase, oblikovane verige elementov obrnemo z zunanjo stranjo navzgor in jih postavimo v natančnem skladu s prejšnjimi oznakami.

Plasti nežno pritisnemo z rokami in jih pritrdimo na pravo mesto. Delamo zelo previdno, pri čemer pazimo, da material ne poškodujemo ali upognemo.

Kontakte fotoelementov na robovih priključimo na ločeno zbiralko (širok srebrn prevodnik) kot '+' in '-'. Dodatno opremimo sklop z blokirno diodo. Ta se poveže s kontakti in preprečuje, da bi se baterije ponoči izpraznile preko okvirja.

V dnu okvirja s svedrom izvrtamo luknje, skozi katere napeljemo žice navzven. Da ne bi povešale, pri delu uporabljamo silikonsko tesnilno maso.

S koraki sestavljanja sončne plošče iz 60 elementov vas bo seznanila naslednja fotogalerija:

Fotoelemente, spojene s spajkanjem, je treba zdaj pritrditi na podlago. Lahko jih prilepimo na vezan les in pokrijemo s steklom. Vendar se v primeru lepljenje najprej izvede na steklo:

Da akumulator, namenjen shranjevanju naboja, ne bi absorbiral energije, ki jo proizvajajo fotoelementi, se njegova sončna baterija priključi preko Štokijeve diode:

Sestavo mini sončne elektrarne, ki jo navajamo v primeru, izvedemo v skladu s shemo, prikazano na fotografiji. Pri povezavi uporabimo vodnik z bakrenim jedrom preseka najmanj 1 mm².

Ta mini elektrarna lahko proizvede do 15 V. Upoštevati je treba, da bo največja zmogljivost dosežena le v sončnih dneh brez oblakov. V oblačnem vremenu bo naprava proizvajala bistveno manj ali pa energije sploh ne bo proizvajala. Zato akumulator zanjo izberemo tako, da bo zaloga zadostovala vsaj za en dan.

Kako testirati sestavljen agregat?

Preden dokončno zatesnimo sestavljeni generator, ga obvezno preizkusimo, da odkrijemo morebitne napake, nastale med spajkanjem. Najbolj smiselna možnost je, da vsako spajkano vrsto preverimo posebej. Tako bo takoj jasno, kje so kontakti slabo povezani in je potrebna ponovna obdelava.

Za izvedbo testa uporabimo gospodinjski ampermeter. Meritev opravimo na sončen dan brez oblakov v času kosila (med 13. in 15. uro). Konstrukcijo postavimo na dvorišče in jo namestimo pod ustreznim kotom naklona.

Gospodinjski ampermeter pomaga izmeriti dejansko jakost toka. Na podlagi njegovih odčitkov lahko določimo raven delovanja sestavljenega sončnega sistema in odkrijemo nepravilnosti v zaporedju povezave silicijevih fotoelementov

Na izhodne kontakte sončne baterije priključijo ampermeter in izmerijo tok kratkega stika. Če instrument kaže rezultate nad 4,5 A, je sistem popolnoma pravilen in vse povezave so spajkane natančno in pravilno.

Nižji podatki, ki se pojavijo na zaslonu testerja, kažejo na napake, ki jih je treba slediti in ponovno spajkati. Tradicionalno sončni generatorji, izdelani samostojno iz fotovoltaičnih celic z manjšo napako (skupina B), na testu kažejo vrednosti od 5 do 10 amperov.

Enote tovarniške proizvodnje kažejo podatke za 10–20 % višje. To je zato, ker se v proizvodnji uporabljajo silicijeve ploščice skupine A, ki nimajo nobenih napak v strukturi.

Zaključna faza dela

Če je test pokazal, da je baterija popolnoma delujoča, jo zatesnijo s posebnim silikonskim tesnilom ali dražjo in trpežnejšo epoksidno smolo.

Delo predvideva dva načina izvedbe:

1. Popolno zalivanje – ko celotno površino prekrijejo s tesnilnim sredstvom.
2. Delna obdelava – ko tesnilo nanesejo samo na skrajne elemente in prazen prostor med elementi.

Prva možnost velja za bolj zanesljivo in sistemu zagotavlja popolno zaščito pred vplivi zunanjih dejavnikov. Fotovoltaične celice so natančno pritrjene na svojih mestih in pravilno delujejo z največjim izkoristkom.

Za lepljenje fotovoltaičnih celic v notranjosti ohišja je priporočljivo uporabiti tesnilo, odporno proti zmrzali, ki je sposobno prenesti ostre temperaturne spremembe in nizke negativne vrednosti.

Ko je zalivanje izvedeno, tesnilu pustijo, da se »strjuje«. Nato ga pokrijejo s prozornim elementom in ga tesno stisnejo k ploščam.

Z namenom zagotovitve dodatne zaščite in blaženja nekateri mojstri priporočajo, da med površino silicijeve plošče in zadnjim delom okvirja namestijo gosto penasto podlogo. To bo naredilo konstrukcijo bolj celostno in zaščitilo krhke fotovoltaične celice pred prekomerno obremenitvijo.

Nato na površino namestijo breme, ki vpliva na plasti in iz njih iztisne zračne mehurčke. Končani generator testirajo še enkrat in ga dokončno montirajo na vnaprej pripravljeno mesto.

Kje in kako postaviti generator?

Mesto namestitve sončnega generatorja izberejo zelo pozorno in brez naglice. Plošče, ki sprejemajo svetlobo, vedno namestijo pod nagibom, tako da žarki ne »padajo« na površino pravokotno, ampak po njej skoraj nežno »stekajo«.

V idealnem primeru konstrukcijo postavijo tako, da ostane možnost po potrebi prilagajati kot nagiba, s čimer »ujamejo« največ sonca.

Povsem dopustno je postaviti sončni sistem iz solarnih panelov na tleh, vendar za namestitev najpogosteje izberejo streho hiše ali gospodarskega poslopja, in sicer tisti del, ki je obrnjen proti najbolj obsijani, pretežno južni strani parcele.

Zelo pomembno je, da v bližini ni visokih stavb in močnih, košatih dreves. Ker so v neposredni bližini, ustvarjajo senco in ovirajo polno delovanje naprave.

Da bi sončne naprave kakovostno delovale, jih je treba vzdrževati čiste in urejene. Plasten umazanije, ki nastane na površini zajemne plošče, zmanjša učinkovitost za 10 %, oprijeta sneg pa napravo popolnoma izklopi. Zato je redno vzdrževanje obvezen postopek in pripomore k ohranjanju modulov v idealnem obratovalnem stanju.

Za srednje optimalnega za namestitev sončnega generatorja se šteje naklon strehe 45⁰. Pri taki postavitvi fotonapetostni elementi zelo učinkovito absorbirajo sončni tok in zagotavljajo potrebno količino energije za pravilno delovanje hiše.

Da bi dosegli dejanski izkoristek panelov in povprečni družini zagotovili potrebno količino energije, bo treba za sončni generator zasedeti 15–20 m² površine strehe.

Za evropski del držav SND veljajo nekoliko drugačni kazalniki. Strokovnjaki priporočajo, da se za osnovo vzame kot stalnega naklona 50–60⁰, pri premičnih konstrukcijah pa pozimi postavijo panele pod kotom 70⁰ glede na obzorje.

Poleti pa je treba spreminjati položaj in nagniti fotonapetostne elemente pod kotom 30⁰.

Z namestitvijo panelov generatorja na sledilni sistem, opremljen z možnostjo avtomatskega sledenja soncu, lahko povečate učinkovitost oddajanja za 50 %. Modul bo samostojno zaznal intenzivnost žarkov in se prilagajal maksimalni osvetljenosti od zore do mraka.

Neposredno pred montažo streho dodatno okrepijo in opremijo s posebnimi trdnimi oporniki, saj daleč vsaka konstrukcija nima zmožnosti prenesti polne teže opreme za pretvorbo sončne energije.

Da bi sončni generator trdno in varno namestili na streho, se splača kupiti posebna pritrdila. Proizvajajo se posebej za vsak tip strešne kritine in so vedno v prodaji. Pri montaži je treba med paneli in streho obvezno pustiti režo za popoln dostop zraka in pravilno prezračevanje soncelovnih elementov.

V nekaterih primerih pod streho namestijo ojačane špirovce, ki preprečujejo zrušenje strehe, potencialno možno zaradi povečane obremenitve, ki se znatno poveča v zimski sezoni, ko se na strešni površini nabira sneg.

Za zagon sončnega sistema boste potrebovali akumulatorje, razsmernik in krmilnik polnjenja. O pravilih izbire naprav in njihove vključitve v vezje boste izvedeli iz naših priporočenih člankov.

Zaključki in koristen video na to temo

Značilnosti in podrobnosti spajkanja fotoelementov za izdelavo učinkovitega sončnega generatorja z lastnimi rokami doma. Nasveti in namigi za mojstre, zanimive ideje in osebne izkušnje.

Kako pravilno preizkusiti fotoelement in izmeriti njegove osnovne parametre. Te informacije Vam bodo koristile pri kasnejših izračunih natančnega števila plošč, potrebnih za popolno delovanje sistema.

Celoten opis postopka sestavljanja sončne baterije za generator doma po korakih. Pravila dela, od nakupa potrebnih elementov do celotnega preskusa izdelane naprave.

Če poznate zgradbo sončnih generatorjev, jih sestaviti doma ne bo težko. Seveda bo delo zahtevalo pozornost, natančnost in skrbnost, vendar bo rezultat upravičil vse finančne in delovne stroške. Končni agregat bo v celoti zagotovil stavbi toploto in električno energijo ter ustvaril potrebno raven udobja za stanovalce.

Ne splača se lotiti velikega projekta takoj. Za začetek je smiselno preizkusiti svoje moči pri sestavljanju manjšega agregata, nato pa, ko popolnoma obvladate vse podrobnosti postopka, začeti graditi močnejšo in obsežnejšo napravo.

Kateri način gradnje mini elektrarne ste izbrali za ureditev Vašega počitniškega zemljišča? Prosim, napišite komentarje, delite koristne informacije in fotografije na temo članka v spodnjem bloku. Postavljajte vprašanja o spornih ali nejasnih točkah.