Kuidas valmistada päikesepaneel oma kätega: juhend iseseisvaks kokkupanekuks

Päikesepatareid on energiaallikas, mida saab kasutada elektri või soojuse tootmiseks väikeelamule. Paraku on päikesepatareid kallid ja kättesaamatud enamikule meie riigi elanikest. Kas olete nõus?

Hoopis teine lugu on siis, kui päikesepatarei on ise valmistatud — kulud vähenevad oluliselt ja selline konstruktsioon töötab täpselt sama hästi kui tööstuslikult toodetud paneel. Seega, kui tõsiselt kaalute alternatiivse elektriallika soetamist, proovige see ise valmistada – see pole väga keeruline.

Artiklis tuleb juttu päikesepatareide valmistamisest. Räägime, milliseid materjale ja tööriistu selleks vaja läheb. Allpool leiate samm-sammulise juhendi koos illustratsioonidega, mis selgelt näitavad töö käiku.

Lühidalt ehitusest ja tööpõhimõttest

Päikeseenergiat saab muundada soojusenergiaks, kui energiakandjaks on soojuskandevedelik, või elektrienergiaks, mida kogutakse akudesse. Patarei on generaator, mis töötab fotoelektrilise efekti põhimõttel.

Päikeseenergia muundamine elektrienergiaks toimub pärast päikesevalguse langemist fotoelementide plaatidele, mis on patarei põhiosa.

Seejuures valguskvandid „vabastavad” oma elektronid äärmistelt orbiitidelt. Need vabad elektronid tekitavad elektrivoolu, mis läbib kontrollerit ja koguneb akusse, kust see antakse energiatarbijatele.

Fotoelementidena toimivad ränielemendid. Räniplaat on ühelt poolt kaetud üliõhukese fosfori- või boorikihiga – passiivse keemilise elemendiga.

Selles kohas vabaneb päikesekiirte mõjul suur hulk elektrone, mida hoiab kinni fosforikile ja nad ei haju laiali.

Plaadi pinnal on metallist “rajad”, millel rivistuvad vabad elektronid, moodustades korrapärase liikumise, s.t. elektrivoolu.

Mida rohkem on selliseid räni fotoelementplaate, seda rohkem elektrivoolu on võimalik saada. Lisateavet päikesepatarei tööpõhimõtte kohta lugege edasi.

Fotoelementplaatide ülemine kiht on kaetud kihiga, mis ei lase päikesevalgusel plaatidelt peegelduda, tõstes nende kasutegurit.

Materjalid päikesepaneeli valmistamiseks

Päikesepatarei ehitamiseks tuleb varuda järgmised materjalid:

• silikaatsed fotoelementplaadid;
• puitlaastplaadid, alumiiniumnurgad ja -liistud;
• jäik poroloon paksusega 1,5-2,5 cm;
• läbipaistev element, mis toimib räniplaatide aluspinnana;
• kruvid, isekeermestavad kruvid;
• silikoontihend väliskasutuseks;
• elektrijuhtmed, dioodid, klemmid.

Vajalike materjalide hulk sõltub teie patarei suurusest, mida enamasti piirab saadaolevate fotoelementide arv. Tööriistadest läheb vaja: kruvikeerajat või kruvikeerajate komplekti, metalli- ja puidusaagi, jootekolbi. Valmis patarei katsetamiseks läheb vaja tester-ampermeetrit.

Nüüd vaatame olulisemaid materjale lähemalt.

Räniplaadid ehk fotoelemendid

Patareide fotoelemendid on kolme tüüpi:

• polükristallilised;
• monokristallilised;
• amorfsed.

Polükristallilisi plaate iseloomustab madal kasutegur. Kasuliku töö määr on umbes 10 – 12 %, kuid see näitaja ei vähene aja jooksul. Polükristallide tööiga on 10 aastat.

Päikesepatarei monteeritakse moodulitest, mis omakorda koosnevad fotoelektrilistest muunduritest. Jäikade räni fotoelementidega patareid kujutavad endast omamoodi võileiba, millel on järjestikku paigutatud kihid, mis on kinnitatud alumiiniumprofiili.

Monokristallilised fotoelemendid võivad kiidelda kõrgema kasuteguriga – 13-25% ja pika tööeaga – üle 25 aasta. Kuid aja jooksul monokristallide kasutegur väheneb.

Monokristallilised muundurid valmistatakse kunstlikult kasvatatud kristallide saagimise teel, mis selgitab nende kõrget fototundlikkust ja jõudlust.

Kilefotoelektrilised muundurid saadakse õhukese amorfse ränikihi kandmisel painduvale polümeerpinnale.

Painduvad amorfse räniga patareid – kõige kaasaegsemad. Nende fotoelektriline muundur on pihustatud või sulatatud polümeeralusele. Kasutegur on umbes 5 – 6 %, kuid kilesüsteemid on paigaldamisel väga mugavad.

Amorfsete fotoelektriliste muunduritega kilesüsteemid ilmusid suhteliselt hiljuti. Need on äärmiselt lihtne ja maksimaalselt odav tüüp, kuid kaotavad konkurentidest kiiremini tarbijaomadusi.

Ei ole otstarbekas kasutada erineva suurusega fotoelemente. Sel juhul on aku toodetav maksimaalne vool piiratud kõige väiksema elemendi vooluga. See tähendab, et suuremad plaadid ei tööta täisvõimsusel.

Fotoelementide ostmisel küsige müüjalt tarnemeetodi kohta; enamik müüjaid kasutab vahatamismeetodit, et vältida habraste elementide purunemist.

Kõige sagedamini kasutatakse isetegemise patareide jaoks mono- ja polükristallilisi fotoelemente suurusega 3x6 tolli, mida saab tellida veebipoodidest nagu eBay.

Fotoelementide hind on üsna kõrge, kuid paljud poed müüvad nn B-rühma elemente. Sellesse rühma kuuluvad tooted on defektsed, kuid kasutuskõlblikud, ning nende hind on standardplaatidest 40-60% madalam.

Enamik veebipoode müüb fotoelemente komplektidena, mis sisaldavad 36 või 72 fotoelektrilist muundurplaati. Üksikute moodulite ühendamiseks patareiks on vaja siine, süsteemiga ühendamiseks on vaja kleemme.

Raam ja läbipaistev element

Tulevase paneeli raami saab valmistada puidust liistudest või alumiiniumnurkadest.

Teine variant on mitmel põhjusel eelistatavam.

• Alumiinium – kerge metall, mis ei anna tõsist koormust tugikonstruktsioonile, millele aku paigaldamine on kavandatud.
• Korrosioonitõrje läbiviimisel ei ole alumiinium vastuvõtlik roostele.
• See ei ima keskkonnast niiskust ega mädane.

Läbipaistva elemendi valimisel tuleb pöörata tähelepanu sellistele parameetritele nagu päikesevalguse murdumisnäitaja ja võime neelata infrapunakiirgust.

Esimesest näitajast sõltub otseselt fotoelementide kasutegur: mida madalam on murdumisnäitaja, seda kõrgem on räniplaatide kasutegur.

Väikseim valguse peegeldustegur on pleksiklaasil või selle odavamal variandil – orgaanilisel klaasil. Veidi madalam on valguse murdumisnäitaja polükarbonaadil.

Teise näitaja suurusest sõltub, kas räni fotoelemendid ise kuumenevad või mitte. Mida vähem plaadid kuumutamisele alluvad, seda kauem need töötavad. Infrapunakiirgust neelavad kõige paremini spetsiaalne termoneelav orgaaniline klaas ja infrapunakiirguse neelamisega klaas. Veidi halvem – tavaline klaas.

Kui võimalus on, siis parimaks variandiks on kasutada läbipaistva elemendina peegeldusvastast läbipaistvat klaasi.

Kulude ja valguse murdumise ning infrapunakiirguse neeldumise näitajate suhte järgi on orgaaniline klaas – kõige optimaalsem variant päikesepatarei valmistamiseks.

Süsteemi projekt ja asukoha valik

Päikesesüsteemi projekt hõlmab vajaliku päikesepaneeli suuruse arvutusi. Nagu eespool öeldud, on paneeli suurus tavaliselt piiratud kallite fotoelementidega.

Päikesepatarei tuleb paigaldada teatud nurga all, mis tagaks maksimaalse päikesekiirte langemise räniplaatidele. Parim variant – akud, mis suudavad kaldenurka muuta.

Päikesepaneelide paigalduskoht võib olla mitmekesine: maapinnal, viil- või lamekatusel, abihoonete katustel.

Ainus tingimus – aku tuleb paigutada päikeselisele, puude kõrgete võrade poolt mitte varjutatud krundi või maja küljele. Samal ajal tuleb optimaalne kaldenurk arvutada valemi abil või spetsiaalset kalkulaatorit kasutades.

Kaldenurk sõltub maja asukohast, aastaajast ja kliimast. Soovitav on, et akul oleks võimalus kaldenurka muuta vastavalt päikese kõrguse hooajalistele muutustele, sest need töötavad kõige tõhusamalt, kui päikesekiired langevad rangelt pinnaga risti.

Euroopa osas SRÜ riikidest on soovitatav statsionaarne kaldenurk 50–60 º. Kui konstruktsioonis on ette nähtud seade kaldenurga muutmiseks, siis talvel on parem paigutada paneelid horisondi suhtes 70 º alla, suvel 30 º nurga all.

Arvutused näitavad, et 1 ruutmeeter päikesesüsteemi annab 120 W. Seega saab arvutuste abil kindlaks teha, et keskmise pere elektrivarustuseks 300 kWh kuus on vaja vähemalt 20 ruutmeetri suurust päikesesüsteemi.

Sellise päikesesüsteemi kohe paigaldamine on problemaatiline. Kuid isegi 5-meetrise paneeli paigaldamine aitab säästa elektrit ja anda oma tagasihoidlik panus meie planeedi ökoloogiasse. Soovitame tutvuda ka vajaliku arvu päikesepaneelide arvutamise põhimõttega.

Päikesepatarei saab kasutada varutoiteallikana, kui tsentraliseeritud elektrivarustust sageli katkestatakse. Automaatseks ümberlülitamiseks tuleb ette näha katkematu toiteallika süsteem.

Selline süsteem on mugav, kuna traditsioonilise elektriallika kasutamisel laetakse samaaegselt päikesesüsteemi akut. Päikesepatarei teenindav seade paigutatakse maja sisse, seega tuleb sellele ette näha spetsiaalne ruum.

Paigutades paneelid kaldkatusele, ärge unustage paneeli kaldenurka. Ideaalne variant on, kui paneelil on seade kaldenurga hooajaliseks muutmiseks.

Päikesepatarei kokkupanek samm-sammult

Valides koha päikesepaneeli ja päikesesüsteemi teenindava seadme paigutamiseks ning omades kõiki vajalikke materjale ja tööriistu, võib alustada paneeli paigaldamist.

Paigaldamisel tuleb järgida ohutustehnikat, eriti valmis paneeli paigaldamisel maja katusele. Vaatleme samm-sammult algoritmi, kuidas päikesepatarei teha.

1. samm – räniplaatide kontaktide jootmine

Isetehtud päikesepaneeli paigaldamine algab sageli fotoelementide juhtmete jootmisega. Loomulikult, kui teil on võimalus, on parem osta fotoelemendid kohe juhtmetega, sest jootmine on väga keeruline ja vaevarikas töö, mis võtab palju aega.

Jootmine toimub järgmiselt:

1. Võetakse räni fotoelement ilma juhtmeteta ja metallriba-juht.
2. Juhtmed lõigatakse papist šablooni abil; nende pikkus on 2 korda suurem kui räniplaadi mõõt.
3. Juht asetatakse ettevaatlikult plaadile. Ühele elemendile – kaks juhti.
4. Kohta, kus jootmine toimub, tuleb kanda jootekolbiga töötamiseks hapet.
5. Teostada jootmine jootekolvi abil, ühendades juht ettevaatlikult plaadiga.

Jootmise käigus ei tohi silikaatelementi survestada, kuna see on väga habras ja võib puruneda! Kui teil on vedanud ja ostsite valmis kontaktidega fotoelemendid, siis säästate end pikast ja keerulisest tööst, asudes kohe tulevase aku raami valmistamise juurde.

Vigaste rühma B fotoelementide kontaktide jootmine toimub samamoodi ja samas suunas kui tervete plaatide puhul

2. samm – päikesepatarei raami valmistamine

Raam – see on koht, kuhu paigaldatakse fotoelemendid. Raami valmistamiseks võetakse alumiiniumnurgad ja liistud, millest kokku pannakse raamid. Soovitatav nurga suurus – 70-90 mm.

Metallnurkade siseosale kantakse silikoontihendit. Nurkade tihendamine tuleb teha põhjalikult, sellest sõltub kogu konstruktsiooni vastupidavus.

Kui alumiiniumraam on valmis, asume tagumise korpuse valmistamise juurde. Tagumine korpus on puitlaastplaadist puidust kast madalate servadega.

Kõrged servad loovad fotoelementidele varju, seetõttu ei tohiks nende kõrgus ületada 2 cm. Servad kinnitatakse isekeermestavate kruvide ja kruvikeerajaga.

Puitlaastplaadist kasti põhja tehakse ventilatsiooniavad. Avade vahekaugus on umbes 10 cm. Alumiiniumraami paigaldatakse läbipaistev element (pleksiklaas, peegeldusvastane klaas, akrüülklaas).

Läbipaistev element surutakse vastu ja fikseeritakse, selle kinnitamine toimub riistvaraga: 4 nurkades, samuti 2 pikal ja 1 lühikesel küljel raamist. Riistvara kinnitatakse kruvidega.

Helioaku raam on valmis ja võib asuda kõige vastutusrikkama osa juurde – fotoelementide paigaldamisele. Enne paigaldamist tuleb pleksiklaas tolmust puhastada ja alkoholi sisaldava vedelikuga rasvatustada.

3. samm – räniplaatide ehk fotoelementide paigaldamine

Räniplaatide paigaldamine ja jootmine – kõige töömahukam osa ise päikesepaneeli valmistamisel. Kõigepealt laotame fotoelemendid pleksiklaasile siniste plaatidega allapoole.

Kui te esimest korda akut kokku panete, võite kasutada märgistusalust, et paigutada plaadid üksteisest väikese (3–5 mm) vahekaugusega ühtlaselt.

1. Teostame fotoelementide jootmist järgmise elektriskeemi järgi: “+” trassid asuvad plaadi esiküljel, “-” – tagaküljel. Enne jootmist kanname ettevaatlikult räbusti ja joodist, et ühendada kontaktid.
2. Teostame kõigi fotoelementide jootmise järjestikku ridadena ülalt alla. Read peavad seejärel olema omavahel ühendatud.
3. Asume fotoelementide kleepimise juurde. Selleks kanname väikese koguse hermeetikut iga räniplaadi keskele.
4. Pöörame saadud fotoelementide ahelad esiküljega (kus on sinised plaadid) ülespoole ja asetame plaadid vastavalt märgistusele, mille varem tegime. Surume iga plaati ettevaatlikult, et see oma kohale fikseerida.
5. Äärmiste fotoelementide kontaktid juhime siinile, vastavalt “+” ja “-“. Siini jaoks soovitatakse kasutada laiemat hõbedast juhti.
6. Päikesepatarei tuleb varustada blokeerimisdioodiga, mis ühendatakse kontaktidega ja takistab akude tühjenemist läbi konstruktsiooni öisel ajal.
7. Raami põhja puurime augud juhtmete väljaviimiseks.

Juhtmed tuleb kinnitada raami külge, et need ei rippuks; seda saab teha silikoonhermeetikut kasutades.

4. samm – patarei testimine enne hermeetimist

Päikesepaneeli testimine tuleb läbi viia enne selle hermetiseerimist, et oleks võimalik kõrvaldada rikkeid, mis sageli tekivad jootmise ajal. Parim on testimine teha pärast iga elementide rea jootmist – nii on oluliselt lihtsam avastada, kus kontaktid on halvasti ühendatud.

Testimiseks vajate tavalist majapidamises kasutatavat ampermeetrit. Mõõtmised tuleb läbi viia päikesepaistelisel päeval kell 13-14, päike ei tohi olla pilvede varjatud.

Toome aku õue ja paigaldame selle vastavalt eelnevalt arvutatud kaldenurgale. Ühendame ampermeetri aku kontaktidega ja mõõdame lühisevoolu.

Testimise mõte on selles, et elektrivoolu töötugevus peaks olema 0,5-1,0 A madalam kui lühisevool. Seadme näidud peaksid olema üle 4,5 A, mis näitab päikesepatarei töövõimet.

Kui tester annab väiksemaid näite, siis on kuskil kindlasti rikutud fotoelementide ühendamise järjestus.

Tavaliselt annab isetehtud päikesepatarei, mis on konstrueeritud B-rühma fotoelementidest, näidud 5-10 A, mis on 10-20% madalamad kui tööstuslikult toodetud päikesepaneelidel.

5. samm – korpusesse paigutatud fotoelementide hermeetimine

Tihendamist võib teostada alles siis, kui olete veendunud, et aku töötab. Tihendamiseks on kõige parem kasutada epoksüvaiku, kuid arvestades, et materjalikulu on suur ja selle maksumus on umbes 40-45 dollarit. Kui see on liiga kallis, võib selle asemel kasutada sama silikoontihendit.

Silikoontihendit kasutades eelistage seda, mille pakendil on märgitud, et see sobib kasutamiseks miinustemperatuuridel.

Tihendamiseks on kaks meetodit:

• täielik valamine, kui paneelid valatakse üle tihendiga;
• tihendi kandmine fotoelementide vahelisele alale ja äärmistele elementidele.

Esimesel juhul on tihendamine usaldusväärsem. Pärast valamist peab tihend hanguma. Seejärel paigaldatakse peale pleksiklaas ja surutakse tihedalt silikooniga kaetud plaatidele.

Amortisatsiooni ja täiendava kaitse tagamiseks fotoelementide tagumise pinna ja puitlaastplaadist raami vahel soovitavad paljud meistrimehed paigaldada kõvast vahtkummist vahetüki laiusega 1,5-2,5 cm.

Seda pole kohustuslik teha, kuid soovitatav, arvestades, et räniplaadid on üsna haprad ja kergesti kahjustuvad.

Pärast pleksiklaasi paigaldamist asetatakse konstruktsioonile raskus, mille toimel surutakse õhumullid välja. Päikesepatarei on valmis ja pärast kordustestimist saab selle paigaldada eelnevalt valitud kohta ja ühendada teie kodu päikesesüsteemiga.

Järeldused ja kasulik video teemal

Ülevaade Hiina veebipoest tellitud fotoelementidest:

Videojuhend päikesepatarei valmistamiseks:

Päikesepatarei ise valmistamine – pole lihtne ülesanne. Enamiku selliste patareide kasutegur on 10-20% madalam kui tööstuslikult toodetud paneelidel. Kõige olulisem päikesepatarei konstrueerimisel – valida ja paigaldada fotoelemendid õigesti.

Ärge püüdke kohe luua tohutu suurust paneeli. Proovige esmalt ehitada väike seade, et mõista kõiki selle protsessi nüansse.

Kas teil on praktilisi oskusi päikesepatareide valmistamiseks? Jagage palun oma kogemusi meie veebisaidi külastajatega – kirjutage kommentaare allpool asuvas plokis. Samas saab esitada küsimusi artikli teemal.