Kako izdelati sončno baterijo z lastnimi rokami: navodila za samostojno montažo

Sončne baterije so vir energije, ki jo lahko uporabimo za proizvodnjo elektrike ali toplote za nizko hišo. Vendar pa so sončne baterije drage in nedosegljive večini prebivalcev naše države. Se strinjate?

Povsem drugače pa je, če sončno baterijo izdelate sami – stroški se znatno zmanjšajo, taka konstrukcija pa deluje nič slabše od industrijsko izdelane plošče. Zato, če resno razmišljate o nakupu alternativnega vira električne energije, ga poskusite izdelati sami – to ni zelo težko.

V članku bo govora o izdelavi sončnih baterij. Povedali vam bomo, kateri materiali in orodja so za to potrebna. Nekoliko nižje pa boste našli navodila po korakih z ilustracijami, ki nazorno prikazujejo potek dela.

Na kratko o zgradbi in delovanju

Sončno energijo lahko pretvorimo v toplotno, pri čemer je nosilec energije tekočina za prenos toplote, ali v električno, ki se zbira v akumulatorjih. Baterija deluje kot generator na principu fotoelektričnega učinka.

Pretvorba sončne energije v električno energijo poteka po tem, ko sončni žarki padejo na plošče-fotocelice, ki so glavni del baterije.

Pri tem svetlobni kvanti “sprostijo” svoje elektrone iz skrajnih orbit. Ti prosti elektroni ustvarijo električni tok, ki gre skozi krmilnik in se zbira v akumulatorju, od tam pa se energija dovaja porabnikom.

Kot ploščice-fotoelementi nastopajo elementi iz silicija. Silicijeva ploščica je na eni strani prevlečena s tanko plastjo fosforja ali bora – pasivnega kemičnega elementa.

Na tem mestu pod vplivom sončnih žarkov sprosti veliko število elektronov, ki jih zadrži fosforjeva folija in ne odletijo stran.

Na površini ploščice so kovinske “steze”, na katerih se razporedijo prosti elektroni, ki tvorijo urejeno gibanje, tj. električni tok.

Več ko je takih silicijevih ploščic-fotoelementov, več električnega toka lahko pridobimo. Podrobneje o principu delovanja sončne baterije preberite naprej.

Zgornja plast ploščic-fotoelementov je prevlečena s plastjo, ki preprečuje odboj sončne svetlobe od ploščic, s čimer povečuje njihov izkoristek.

Materiali za izdelavo sončne plošče

Ko začenjate graditi sončno baterijo, si morate priskrbeti naslednje materiale:

• silikatne ploščice-fotoelementi;
• listi iverne plošče, aluminijasti vogalniki in letve;
• trda penasta guma debeline 1,5-2,5 cm;
• prozoren element, ki deluje kot podlaga za silicijeve ploščice;
• vijaki, samorezni vijaki;
• silikonski tesnilnik za zunanja dela;
• električne žice, diode, sponke.

Količina potrebnih materialov je odvisna od velikosti vaše baterije, ki jo najpogosteje omejuje število razpoložljivih fotoelementov. Od orodja boste potrebovali: izvijač ali komplet izvijačev, žago za kovine in les, spajkalnik. Za testiranje končane baterije boste potrebovali tester-ampermeter.

Zdaj pa si podrobneje oglejmo najpomembnejše materiale.

Silicijeve plošče ali fotocelice

Fotoelementi za baterije so treh vrst:

• polikristalinični;
• monokristalinični;
• amorfni.

Polikristalinične ploščice imajo nizek izkoristek. Učinkovitost znaša približno 10 – 12 %, vendar se sčasoma ne zmanjša. Življenjska doba polikristalov je 10 let.

Sončno baterijo sestavimo iz modulov, ki so sestavljeni iz fotovoltaičnih pretvornikov. Baterije s trdimi silicijevimi fotoelementi predstavljajo nekakšen sendvič z zaporedno razporejenimi plastmi, pritrjenimi v aluminijasti profil.

Monokristalinični fotoelementi se lahko pohvalijo z višjim izkoristkom – 13-25% ter dolgo življenjsko dobo – več kot 25 let. Vendar se izkoristek monokristalov s časom zmanjša.

Monokristalinične pretvornike pridobivajo z žaganjem umetno gojenih kristalov, kar pojasnjuje najvišjo fotoprevodnost in zmogljivost.

Tankoslojni fotopretvorniki se pridobijo z nanašanjem tanke plasti amorfnega silicija na prožno polimerno površino

Fleksibilne celice z amorfnim silicijem – najsodobnejše. Fotovoltaični pretvornik je pri njih napršen ali navaljen na polimerno podlago. Izkoristek je okoli 5 – 6 %, vendar so tankoslojni sistemi izjemno priročni za polaganje.

Tankoslojni sistemi z amorfnimi fotopretvorniki so se pojavili relativno nedavno. To je izjemno preprosta in najcenejša vrsta, vendar hitreje kot tekmeci izgublja uporabne lastnosti.

Ni smiselno uporabljati fotoelementov različnih velikosti. V tem primeru bo največji tok, ki ga proizvajajo sončne celice, omejen s tokom najmanjšega elementa. To pomeni, da večje plošče ne bodo delovale s polno močjo.

Pri nakupu fotoelementov se pri prodajalcu pozanimajte o načinu dostave; večina prodajalcev uporablja metodo voskanja, da prepreči uničenje krhkih elementov.

Najpogosteje se za doma narejene celice uporabljajo mono- in polikristalni fotoelementi velikosti 3x6 palcev, ki jih lahko naročite v spletnih trgovinah, kot je eBay.

Cena fotoelementov je precej visoka, vendar mnoge trgovine prodajajo tako imenovane elemente skupine B. Izdelki, uvrščeni v to skupino, so okvarjeni, vendar uporabni, njihova cena pa je za 40-60 % nižja od standardnih plošč.

Večina spletnih trgovin prodaja fotoelemente v kompletih po 36 ali 72 fotovoltaičnih pretvorniških plošč. Za povezavo posameznih modulov v celico boste potrebovali zbiralke, za priključitev na sistem pa sponke.

Ogrodje in prozorni element

Okvir za bodoči panel je mogoče izdelati iz lesenih letvic ali aluminijastih kotnikov.

Druga možnost je bolj zaželena iz več razlogov:

• Aluminij – lahek metal, ki ne predstavlja resne obremenitve za nosilno konstrukcijo, na katero je predvidena namestitev sončne baterije.
• Pri izvajanju protikorozijske obdelave aluminij ni podvržen vplivu rje.
• Ne vpija vlage iz okolja in ne gnije.

Pri izbiri prozornega elementa je treba biti pozoren na parametre, kot so lomni količnik sončne svetlobe in sposobnost absorbiranja IR-sevanja.

Od prvega parametra bo neposredno odvisen izkoristek fotonapetostnih celic: nižji kot je lomni količnik, višji je izkoristek silicijevih ploščic.

Najnižji koeficient odboja svetlobe ima pleksi steklo ali cenejša različica – akrilno steklo. Nekoliko nižji lomni količnik svetlobe ima polikarbonat.

Od vrednosti drugega parametra je odvisno, ali se bodo same silicijeve fotonapetostne celice segrele ali ne. Čim manj so ploščice izpostavljene segrevanju, tem dlje bodo zdržale. IR-sevanje najbolje absorbira posebno toplotno absorpcijsko akrilno steklo in steklo z IR-absorpcijo. Nekoliko slabše – navadno steklo.

Če je mogoče, je optimalna možnost uporaba antirefleksnega prozornega stekla kot prozornega elementa.

Glede na razmerje med ceno in lomnim količnikom svetlobe ter absorpcijo IR-sevanja je akrilno steklo najbolj optimalna možnost za izdelavo sončne baterije.

Projekt sistema in izbira mesta

Načrt sončnega sistema vključuje izračune potrebne velikosti sončne plošče. Kot je bilo omenjeno zgoraj, je velikost sončne baterije običajno omejena z dragimi fotonapetostnimi celicami.

Sončno baterijo je treba namestiti pod določenim kotom, ki bi zagotovil maksimalno izpostavljenost silicijevih ploščic sončnim žarkom. Najboljša možnost so baterije, ki lahko spreminjajo nagibni kot.

Mesto namestitve sončnih plošč je lahko zelo raznoliko: na tleh, na poševni ali ravni strehi hiše, na strehah pomožnih prostorov.

Edini pogoj je, da mora biti baterija nameščena na sončni strani zemljišča ali hiše, ki ni zasenčena z visokimi krošnjami dreves. Pri tem je treba optimalni nagibni kot izračunati s formulo ali s pomočjo specializiranega kalkulatorja.

Nagibni kot bo odvisen od lokacije hiše, letnega časa in podnebja. Zaželeno je, da ima baterija možnost spreminjanja nagibnega kota glede na sezonske spremembe višine sonca, saj delujejo najbolj učinkovito, ko sončni žarki padajo strogo pravokotno na površino.

Za evropski del držav SND je priporočeni kot stalnega nagiba 50–60°. Če je v konstrukciji predvideno sredstvo za spreminjanje nagibnega kota, je v zimskem obdobju bolje postaviti baterije pod 70° glede na obzorje, v poletnem času pod kotom 30°.

Izračuni kažejo, da 1 kvadratni meter sončnega sistema omogoča pridobitev 120 W. Zato je mogoče z izračuni ugotoviti, da je za zagotovitev povprečne družine z električno energijo v količini 300 kWh na mesec potreben sončni sistem velikosti vsaj 20 kvadratnih metrov.

Takoj namestiti tak sončni sistem bo problematično. Toda tudi namestitev 5-metrske sončne baterije bo pomagala prihraniti električno energijo in prispevati svoj skromni prispevek k ekologiji našega planeta. Priporočamo tudi, da se seznanite z načinom izračuna potrebnega števila sončnih baterij.

Sončna baterija se lahko uporablja kot rezervni vir energije ob pogostih izklopih centraliziranega napajanja z elektriko. Za avtomatsko preklop je treba predvideti sistem brezprekinitvenega napajanja.

Tak sistem je priročen, ker ob uporabi tradicionalnega vira električne energije hkrati poteka polnjenje akumulatorja sončnega sistema. Oprema, ki servisira sončno baterijo, se nahaja znotraj hiše, zato je treba zanjo predvideti poseben prostor.

Pri nameščanju baterij na poševni strehi hiše ne pozabite na kot nagiba plošče; idealno je, kadar ima baterija napravo za sezonsko spreminjanje kota nagiba.

Namestitev sončne baterije po korakih

Ko izberete mesto za namestitev sončne plošče in opreme za servisiranje sončnega sistema ter imate na voljo vse potrebne materiale in orodja, lahko začnete z montažo baterije.

Pri montaži je treba upoštevati varnostne ukrepe, zlasti pri namestitvi gotove plošče na streho hiše. Oglejmo si algoritem po korakih, kako narediti sončno baterijo.

Korak #1 – spajkanje kontaktov silicijevih plošč

Montaža doma izdelane sončne baterije se pogosto začne s spajkanjem vodnikov fotoelementov. Seveda, če imate možnost, je najbolje kupiti fotoelemente takoj z vodniki, saj je spajkanje – zelo zahtevno in dolgotrajno delo, ki vzame veliko časa.

Spajkanje se izvaja na naslednji način:

1. Vzame se silicijev fotoelement brez vodnikov in kovinski trak-vodnik.
2. Vodniki se narežejo s pomočjo kartonske predloge, njihova dolžina je 2-krat večja od velikosti silicijeve plošče.
3. Vodnik se previdno položi na ploščo. Na en element – dva vodnika.
4. Na mesto, kjer bo potekalo spajkanje, je treba nanesti kislino za delo s spajkalnikom.
5. Izvedite spajkanje s spajkalnikom, pri čemer previdno pritrdite vodnik na ploščo.

Med spajkanjem ne smete pritiskati na silicijev element, ker je zelo krhek in se lahko zlomi! Če imate srečo in ste kupili fotoelemente z že pripravljenimi kontakti, se boste izognili dolgotrajnemu in zahtevnemu delu ter takoj prešli na izdelavo okvirja za prihodnjo baterijo.

Spajkanje kontaktov za okvarjene fotoelemente skupine B poteka enako in v isti smeri kot za cele plošče

Korak #2 – izdelava ogrodja za sončno baterijo

Okvir – to je mesto, kamor bodo nameščeni fotoelementi. Za izdelavo okvirja se uporabijo aluminijasti kotniki in letve, iz katerih se sestavijo okvirji. Priporočena velikost kotnika – 70–90 mm.

Na notranji del kovinskih kotnikov se nanese silikonski tesnilni kit. Tesnjenje kotnikov je treba opraviti skrbno, saj je od tega odvisna trajnost celotne konstrukcije.

Ko je aluminijasti okvir pripravljen, začnemo z izdelavo zadnjega ohišja. Zadnje ohišje je lesena škatla iz iverne plošče z nizkimi robovi.

Visoki robovi bi ustvarjali senco na fotoelementih, zato njihova višina ne sme presegati 2 cm. Robovi se privijačijo s samoreznimi vijaki in izvijačem.

Na dnu škatle-ohišja iz iverne plošče se naredijo prezračevalne odprtine. Razdalja med odprtinami je približno 10 cm. V aluminijasti okvir se vgradi prozoren element (pleksi steklo, antirefleksno steklo, pleksiglas).

Prozorni element se pritisne in fiksira, njegovo pritrjevanje poteka s pomočjo pritrdilnih elementov: 4 na vogalih ter po 2 na dolgih in po 1 na krajši strani okvirja. Pritrdilni elementi se pritrdijo z vijaki.

Okvir za sončno baterijo je pripravljen in lahko začnemo z najbolj odgovornim delom – montažo fotoelementov. Pred montažo je treba pleksi steklo očistiti prahu in razmastiti s tekočino, ki vsebuje alkohol.

Korak #3 – namestitev silicijevih plošč-fotocelic

Montaža in spajkanje silicijevih plošč – najbolj zamuden del dela pri izdelavi sončnega panela z lastnimi rokami. Najprej razporedimo fotoelemente na pleksi steklo z modrimi ploščami navzdol.

Če baterijo sestavljate prvič, lahko uporabite podlago za označevanje, da plošče poravnate na majhni (3–5 mm) razdalji druga od druge.

1. Spajkanje fotoelementov izvedemo po naslednji električni shemi: “+” poti so na sprednji strani plošče, “-” – na zadnji. Pred spajkanjem previdno nanesemo fluks in spajko, da povežemo kontakte.
2. Spajkajte vse fotoelemente zaporedno po vrstah od zgoraj navzdol. Vrsté morajo biti nato med seboj povezane.
3. Začnite lepiti fotoelemente. Za to nanesite majhno količino tesnilne mase na sredino vsake silicijeve ploščice.
4. Obrnite nastale verige s fotoelementi z licem navzgor (kjer so modre ploščice) in postavite ploščice po oznakah, ki ste jih naredili prej. Previdno pritisnite vsako ploščico, da jo pritrdite na svoje mesto.
5. Priključite kontakte končnih fotoelementov na zbiralko, in sicer “+” in “-“. Za zbiralko je priporočljivo uporabiti širši srebrn prevodnik.
6. Sončno baterijo je treba opremiti z blokirno diodo, ki je povezana s kontakti in preprečuje praznjenje akumulatorjev skozi konstrukcijo ponoči.
7. Na dnu okvirja izvrtajte luknje za izpeljavo žic na zunanjo stran.

Žice je treba pritrditi na okvir, da ne visijo; to lahko storite s silikonskim tesnilom.

Korak #4 – testiranje baterije pred tesnjenjem

Testiranje sončnega panela je treba opraviti pred njegovim zapiranjem, da bi lahko odpravili napake, ki se pogosto pojavijo med spajkanjem. Najbolje je, da testiranje opravite po spajkanju vsake vrste elementov – tako je veliko lažje odkriti, kje so kontakti slabo povezani.

Za testiranje boste potrebovali običajen gospodinjski ampermeter. Meritve je treba opraviti na sončen dan ob 13–14 uri, sonce ne sme biti skrito z oblaki.

Baterijo odnesite ven in jo namestite v skladu s predhodno izračunanim kotom naklona. Ampermeter priključite na kontakte baterije in izmerite tok kratkega stika.

Bistvo testiranja je, da mora biti delovna jakost električnega toka za 0,5–1,0 A nižja od toka kratkega stika. Odčitki instrumenta morajo biti višji od 4,5 A, kar kaže na delovanje sončne baterije.

Če tester daje nižje odčitke, je nekje zagotovo prekinjeno zaporedje povezave fotoelementov.

Običajno doma izdelana sončna baterija, sestavljena iz fotoelementov skupine B, daje odčitke 5–10 A, kar je 10–20 % nižje kot pri sončnih panelih industrijske proizvodnje.

Korak #5 – tesnjenje v ohišje položenih fotocelic

Tesnjenje lahko izvedete šele, ko se prepričate, da baterija deluje. Za tesnjenje je najbolje uporabiti epoksi spojino, vendar ob upoštevanju, da bo poraba materiala velika, njegova cena pa znaša približno 40–45 dolarjev. Če je predrago, lahko namesto nje uporabite isti silikonski tesnilni kit.

Pri uporabi silikonskega tesnilnega kita dajte prednost tistemu, na katerega embalaži je navedeno, da je primeren za uporabo pri temperaturah pod ničlo.

Obstajata dva načina tesnjenja:

• popolno zalivanje, ko se paneli zalijejo s tesnilnim kitom;
• nanašanje tesnilnega kita na prostor med fotoelementi in na robne elemente.

V prvem primeru bo tesnjenje bolj zanesljivo. Po vlivanju mora tesnilna masa strditi. Nato se na vrh namesti pleksi steklo in tesno pritisne na plošče, prevlečene s silikonom.

Za zagotovitev blaženja in dodatne zaščite med zadnjo površino fotoelementov in okvirjem iz iverne plošče mnogi mojstri svetujejo namestitev tesnila iz trdega pene, širine 1,5-2,5 cm.

Tega ni nujno storiti, je pa priporočljivo, glede na to, da so silicijeve plošče precej krhke in se zlahka poškodujejo.

Po namestitvi pleksi stekla na konstrukcijo namestijo utež, pod vplivom katere se iztisnejo zračni mehurčki. Sončna baterija je pripravljena in po ponovnem testiranju jo lahko namestite na vnaprej izbrano mesto ter jo priključite na sončni sistem vašega doma.

Zaključki in koristen video na to temo

Pregled fotoelementov, naročenih v kitajski spletni trgovini:

Video navodila za izdelavo sončne baterije:

Izdelava sončne baterije z lastnimi rokami – ni preprosta naloga. Izkoristek večine takšnih baterij je za 10-20 % nižji od izkoristka industrijsko izdelanih panelov. Najpomembnejše pri načrtovanju sončne baterije – pravilno izbrati in namestiti fotoelemente.

Ne poskušajte takoj izdelati ogromnega panela. Najprej poskusite izdelati majhno napravo, da razumete vse nianse tega postopka.

Imate praktične veščine izdelave sončnih baterij? Prosimo, delite svoje izkušnje z obiskovalci našega spletnega mesta – napišite komentarje v spodnjem bloku. Tam lahko tudi postavite vprašanja o temi članka.