Come realizzare una batteria solare con le tue mani: istruzioni per l'autoassemblaggio

I pannelli solari sono una fonte di energia che può essere utilizzata per generare elettricità o calore per un edificio basso. Ma i pannelli solari sono costosi e inaccessibili alla maggior parte dei residenti nel nostro Paese. Sei d'accordo?

Un'altra questione è quando realizzi tu stesso una batteria solare: i costi sono significativamente ridotti e questo design non funziona peggio di un pannello prodotto industrialmente. Pertanto, se stai seriamente pensando di acquistare una fonte alternativa di elettricità, prova a realizzarla da solo: non è molto difficile.

Questo articolo discuterà la produzione di pannelli solari. Ti diremo di quali materiali e strumenti avrai bisogno per questo. E un po 'più in basso troverai istruzioni passo passo con illustrazioni che dimostrano chiaramente l'avanzamento del lavoro.

Brevemente sul dispositivo e sul funzionamento

L'energia solare può essere convertita in calore, quando il vettore energetico è un fluido refrigerante, oppure in energia elettrica, raccolta in batterie. La batteria è un generatore che funziona secondo il principio dell'effetto fotoelettrico.

La conversione dell'energia solare in elettricità avviene dopo che i raggi del sole colpiscono le piastre delle fotocellule, che costituiscono la parte principale della batteria.

In questo caso, i quanti di luce “rilasciano” i loro elettroni dalle orbite estreme. Questi elettroni liberi producono una corrente elettrica che passa attraverso il controller e si accumula nella batteria, e da lì arriva ai consumatori di energia.

Gli elementi in silicio fungono da piastre fotocellule. Un wafer di silicio è rivestito su un lato da un sottile strato di fosforo o boro, un elemento chimico passivo.

In questo luogo, sotto l'influenza della luce solare, viene rilasciata una grande quantità di elettroni, che vengono trattenuti dal film di fosforo e non si disperdono.

Sulla superficie della piastra sono presenti delle “tracce” metalliche sulle quali si allineano gli elettroni liberi, formando un movimento ordinato, cioè elettricità.

Più fotocellule di wafer di silicio sono di questo tipo, più corrente elettrica può essere ottenuta. Maggiori informazioni sul principio di funzionamento di una batteria solare Ulteriore.

Lo strato superiore delle piastre delle fotocellule è ricoperto da uno strato che impedisce la riflessione della luce solare dalle piastre, aumentandone l'efficienza

Materiali per creare una piastra solare

Quando inizi a costruire una batteria solare, devi fare scorta dei seguenti materiali:

• piastre-fotocellule al silicato;
• fogli di truciolare, angolari e doghe in alluminio;
• gommapiuma dura di spessore 1,5-2,5 cm;
• un elemento trasparente che funge da base per i wafer di silicio;
• viti, viti autofilettanti;
• Sigillante siliconico per uso esterno;
• cavi elettrici, diodi, terminali.

La quantità di materiali necessari dipende dalle dimensioni della batteria, che molto spesso sono limitate dal numero di celle solari disponibili. Gli strumenti di cui avrai bisogno sono: un cacciavite o un set di cacciaviti, un seghetto per metallo e legno, un saldatore. Per testare la batteria finita, avrai bisogno di un tester amperometrico.

Ora esaminiamo più nel dettaglio i materiali più importanti.

Wafer di silicio o celle solari

Le fotocellule per batterie sono di tre tipologie:

• policristallino;
• monocristallino;
• amorfo.

I wafer policristallini sono caratterizzati da una bassa efficienza. L'entità dell'effetto benefico è di circa il 10-12%, ma questa cifra non diminuisce nel tempo. La durata dei policristalli è di 10 anni.

Una batteria solare è assemblata da moduli, che a loro volta sono costituiti da convertitori fotoelettrici. Le batterie con celle solari in silicio rigido sono una sorta di sandwich con strati successivi montati su un profilo di alluminio

Le celle solari monocristalline vantano un'efficienza maggiore - 13-25% e una lunga durata - oltre 25 anni. Tuttavia, nel tempo, l’efficienza dei singoli cristalli diminuisce.

I convertitori monocristallini sono prodotti segando cristalli cresciuti artificialmente, il che spiega la massima fotoconduttività e produttività.

I fotoconvertitori a pellicola vengono prodotti depositando un sottile strato di silicio amorfo su una superficie flessibile polimerica

Le batterie flessibili al silicio amorfo sono le ultime novità. Il loro convertitore fotoelettrico viene spruzzato o fuso su una base polimerica. L'efficienza è intorno al 5 - 6%, ma i sistemi a pellicola sono estremamente facili da installare.

I sistemi a pellicola con fotoconvertitori amorfi sono apparsi relativamente di recente. Questo è un tipo estremamente semplice ed estremamente economico, ma perde le qualità di consumo più velocemente dei suoi rivali.

Non è pratico utilizzare fotocellule di dimensioni diverse. In questo caso la corrente massima prodotta dalle batterie sarà limitata dalla corrente dell'elemento più piccolo. Ciò significa che le piastre più grandi non funzioneranno a piena capacità.

Quando acquisti celle solari, chiedi al venditore il metodo di consegna; la maggior parte dei venditori utilizza il metodo della ceratura per prevenire la distruzione degli elementi fragili

Molto spesso, per le batterie fatte in casa, vengono utilizzate fotocellule mono e policristalline da 3x6 pollici, che possono essere ordinate nei negozi online come E-bye.

Il costo delle fotocellule è piuttosto elevato, ma molti negozi vendono i cosiddetti elementi del gruppo B. I prodotti classificati in questo gruppo sono difettosi, ma idonei all'uso, e il loro costo è inferiore del 40-60% rispetto a quello delle placche standard.

La maggior parte dei negozi online vende celle fotovoltaiche in set da 36 o 72 piastre di conversione fotovoltaiche. Per collegare i singoli moduli a una batteria, saranno necessari bus e terminali per connettersi al sistema.

Cornice ed elemento trasparente

Il telaio per il futuro pannello può essere realizzato con doghe in legno o angoli in alluminio.

La seconda opzione è preferibile per una serie di motivi:

• L'alluminio è un metallo leggero che non esercita un carico significativo sulla struttura portante su cui è prevista l'installazione della batteria.
• Quando viene effettuato il trattamento anticorrosivo, l'alluminio non è suscettibile alla ruggine.
• Non assorbe l'umidità dall'ambiente e non marcisce.

Quando si sceglie un elemento trasparente è necessario prestare attenzione a parametri come l'indice di rifrazione della luce solare e la capacità di assorbire la radiazione infrarossa.

L'efficienza delle fotocellule dipenderà direttamente dal primo indicatore: minore è l'indice di rifrazione, maggiore è l'efficienza dei wafer di silicio.

Il coefficiente di riflessione minimo è per il plexiglass o la sua versione più economica: il plexiglass. L'indice di rifrazione del policarbonato è leggermente inferiore.

Il valore del secondo indicatore determina se le celle solari al silicio si surriscaldano o meno. Meno le piastre sono esposte al calore, più a lungo dureranno. La radiazione IR viene assorbita al meglio da uno speciale plexiglass termoassorbente e dal vetro con assorbimento IR. Un po' peggio è il vetro normale.

Se possibile, la soluzione migliore sarebbe quella di utilizzare il vetro trasparente antiriflesso come elemento trasparente.

In termini di rapporto tra costo e rifrazione della luce e assorbimento della radiazione IR, il plexiglass è l'opzione migliore per la produzione di pannelli solari

Progettazione del sistema e scelta del sito

Il progetto dell'impianto solare comprende il calcolo della dimensione richiesta del pannello solare. Come accennato in precedenza, la dimensione della batteria è solitamente limitata dalle costose celle solari.

La batteria solare deve essere installata con una certa angolazione, che garantirebbe la massima esposizione dei wafer di silicio alla luce solare. L'opzione migliore sono le batterie che possono modificare l'angolo di inclinazione.

Il luogo di installazione dei pannelli solari può essere molto vario: a terra, sul tetto spiovente o piano di una casa, sui tetti dei locali tecnici.

L'unica condizione è che la batteria sia posizionata sul lato soleggiato del sito o della casa, non ombreggiato dall'alta chioma degli alberi. In questo caso, l'angolo di inclinazione ottimale deve essere calcolato utilizzando una formula o utilizzando un calcolatore specializzato.

L'angolo di inclinazione dipenderà dalla posizione della casa, dal periodo dell'anno e dal clima. È auspicabile che la batteria abbia la capacità di modificare l'angolo di inclinazione in seguito ai cambiamenti stagionali dell'altezza del sole, perché Funzionano in modo più efficace quando i raggi del sole cadono rigorosamente perpendicolari alla superficie.

Per la parte europea dei paesi della CSI, l'angolo di inclinazione stazionario consigliato è di 50 - 60 º. Se il progetto prevede un dispositivo per modificare l'angolo di inclinazione, in inverno è meglio posizionare le batterie a 70 º rispetto all'orizzonte, in estate con un angolo di 30 º

I calcoli mostrano che 1 metro quadrato di impianto solare consente di ottenere 120 W. Pertanto, attraverso i calcoli, si può stabilire che per fornire alla famiglia media elettricità per un importo di 300 kW al mese, è necessario un impianto solare di almeno 20 metri quadrati.

Sarà problematico installare immediatamente un tale sistema solare. Ma anche l'installazione di una batteria da 5 metri aiuterà a risparmiare elettricità e darà un modesto contributo all'ecologia del nostro pianeta. Ti consigliamo inoltre di familiarizzare con il principio del calcolo della quantità richiesta pannelli solari.

Una batteria solare può essere utilizzata come fonte di energia di riserva durante le frequenti interruzioni dell'alimentazione centralizzata. Per la commutazione automatica è necessario prevedere un sistema di alimentazione ininterrotta.

Un tale sistema è conveniente in quanto quando si utilizza una fonte di elettricità tradizionale, la ricarica viene effettuata contemporaneamente batteria del sistema solare. L'attrezzatura che serve la batteria solare si trova all'interno della casa, quindi è necessario prevedere una stanza speciale per essa.

Quando si posizionano le batterie sul tetto spiovente di una casa, non dimenticare l'angolo di inclinazione del pannello; l'opzione ideale è quando la batteria dispone di un dispositivo per cambiare stagionalmente l'angolo di inclinazione

Installazione di un pannello solare passo dopo passo

Dopo aver scelto il luogo in cui posizionare il pannello solare e le attrezzature per la manutenzione dell'impianto solare, nonché avendo a disposizione tutti i materiali e gli strumenti necessari, è possibile iniziare l'installazione della batteria.

Durante l'installazione è necessario osservare le precauzioni di sicurezza, soprattutto durante l'esecuzione installazione di un pannello finito sul tetto della casa. Diamo un'occhiata a un algoritmo passo passo su come realizzare una batteria solare.

Passaggio n. 1: saldatura dei contatti dei wafer di silicio

L'installazione di una batteria solare fatta in casa spesso inizia con la saldatura dei conduttori delle fotocellule. Naturalmente, se ne hai la possibilità, è meglio acquistare subito fotocellule con conduttori, perché La saldatura è un lavoro molto difficile e scrupoloso che richiede molto tempo.

La saldatura viene eseguita come segue:

1. Vengono prese una fotocellula al silicio senza conduttori e una striscia conduttrice metallica.
2. I conduttori vengono tagliati utilizzando un pezzo di cartone, la loro lunghezza è 2 volte maggiore della dimensione del wafer di silicio.
3. Il conduttore è accuratamente disposto sulla piastra. Ci sono due conduttori per elemento.
4. È necessario applicare l'acido nel punto in cui verrà eseguita la saldatura per lavorare con un saldatore.
5. Saldare utilizzando un saldatore, fissando con cura il conduttore alla piastra.

Durante il processo di saldatura non è possibile esercitare pressione sull'elemento silicato, perché è molto fragile e può rompersi! Se avete la fortuna di acquistare fotocellule con contatti già pronti, allora vi risparmierete un lavoro lungo e complesso passando direttamente alla realizzazione del telaio per la futura batteria.

La saldatura dei contatti delle fotocellule difettose del gruppo B viene eseguita nello stesso modo e nella stessa direzione delle piastre intere

Passaggio n. 2: creare una cornice per una batteria solare

Il telaio è il luogo in cui verranno installate le fotocellule. Per realizzare il telaio vengono prelevati angoli e doghe in alluminio, da cui vengono realizzati i telai. La dimensione dell'angolo consigliata è 70-90 mm.

Il sigillante siliconico viene applicato all'interno degli angoli metallici. Gli angoli devono essere sigillati con cura, da questo dipende la durabilità dell'intera struttura.

Dopo che il telaio in alluminio è pronto, procediamo alla realizzazione dell'alloggiamento posteriore. La custodia posteriore è una scatola di legno in truciolare con i bordi bassi.

I lati alti creeranno un'ombra sulle fotocellule, quindi la loro altezza non deve superare i 2 cm I lati si avvitano utilizzando viti autofilettanti e un cacciavite.

I fori di ventilazione sono realizzati in truciolato sul fondo dell'involucro della scatola. La distanza tra i fori è di circa 10 cm.Nel telaio in alluminio è installato un elemento trasparente (plexiglass, vetro antiriflesso, plexiglass).

L'elemento trasparente viene pressato e fissato, il suo fissaggio avviene tramite ferramenta: 4 negli angoli, oltre a 2 sul lato lungo e 1 sul lato corto della cornice. L'hardware è fissato con viti.

Il telaio per la batteria solare è pronto e puoi procedere alla parte più importante: l'installazione delle fotocellule. Prima dell'installazione è necessario pulire il plexiglass dalla polvere e sgrassarlo con un liquido contenente alcol.

Passaggio n. 3: installazione di fotocellule con wafer di silicio

Il montaggio e la saldatura dei wafer di silicio sono la parte che richiede più tempo nella creazione di un pannello solare fai-da-te. Per prima cosa posizioniamo le fotocellule sul plexiglass con le targhette blu rivolte verso il basso.

Se è la prima volta che si assembla una batteria, è possibile utilizzare un tampone per posizionare le piastre esattamente a una piccola distanza (3-5 mm) l'una dall'altra.

1. Saldiamo le fotocellule secondo il seguente schema elettrico: le tracce “+” si trovano sul lato anteriore della piastra, “-” - sul retro. Prima di saldare, applicare con attenzione il flusso e la saldatura per collegare i contatti.
2. Saldiamo tutte le fotocellule in sequenza in file dall'alto verso il basso. Le file devono poi essere collegate anche tra loro.
3. Iniziamo ad incollare le fotocellule. Per fare ciò, applicare una piccola quantità di sigillante al centro di ciascun wafer di silicio.
4. Capovolgiamo le catene risultanti con le fotocellule (dove si trovano le piastre blu) e posizioniamo le piastre secondo i segni che abbiamo fatto in precedenza. Premere delicatamente ciascuna piastra per fissarla in posizione.
5. Colleghiamo i contatti delle fotocellule esterne al bus, rispettivamente “+” e “-”.Si consiglia di utilizzare un conduttore argentato più largo per il bus.
6. La batteria solare deve essere dotata di un diodo di blocco che è collegato ai contatti e impedisce alle batterie di scaricarsi attraverso la struttura durante la notte.
7. Facciamo dei fori nella parte inferiore del telaio per far uscire i fili.

I fili devono essere fissati al telaio in modo che non penzolino; questo può essere fatto utilizzando sigillante siliconico.

Passaggio n. 4: testare la batteria prima di sigillarla

Il collaudo del pannello solare deve essere effettuato prima della sigillatura, in modo da poter eliminare i difetti che spesso si presentano durante la saldatura. È meglio eseguire il test dopo aver saldato ciascuna fila di elementi: ciò rende molto più semplice rilevare i punti in cui i contatti sono collegati male.

Per i test avrai bisogno di un normale amperometro domestico. Le misurazioni devono essere effettuate in una giornata soleggiata alle ore 13-14, il sole non deve essere nascosto dalle nuvole.

Portiamo la batteria all'esterno e la installiamo secondo l'angolo di inclinazione precedentemente calcolato. Colleghiamo l'amperometro ai contatti della batteria e misuriamo la corrente di cortocircuito.

Lo scopo del test è che la potenza operativa della corrente elettrica dovrebbe essere inferiore di 0,5-1,0 A rispetto alla corrente di cortocircuito. Le letture del dispositivo dovrebbero essere superiori a 4,5 A, il che indica la funzionalità della batteria solare.

Se il tester fornisce letture inferiori, probabilmente da qualche parte la sequenza di collegamento delle fotocellule è interrotta.

Di solito fatto in casa batteria solare, costruito con fotocellule del gruppo B, produce letture di 5-10 A, inferiori del 10-20% rispetto a quelle dei pannelli solari di produzione industriale.

Passaggio n.5: sigillare le fotocellule posizionate nell'alloggiamento

La sigillatura può essere eseguita solo dopo essersi assicurati che la batteria funzioni. Per sigillare, è meglio utilizzare un composto epossidico, ma dato che il consumo di materiale sarà elevato e il suo costo è di circa 40-45 dollari. Se è un po’ costoso, puoi utilizzare lo stesso sigillante siliconico.

Quando si utilizza il sigillante siliconico, dare la preferenza a quello la cui confezione indica che è adatto all'uso a temperature inferiori allo zero

Esistono due metodi di sigillatura:

• riempimento totale, quando i pannelli sono riempiti di sigillante;
• applicare il sigillante nello spazio tra le fotocellule e sugli elementi esterni.

Nel primo caso, la sigillatura sarà più affidabile. Dopo il versamento, il sigillante dovrebbe solidificarsi. Quindi il plexiglass viene installato sulla parte superiore e premuto saldamente contro le piastre rivestite in silicone.

Per fornire assorbimento degli urti e protezione aggiuntiva tra la superficie posteriore delle fotocellule e il telaio in truciolare, molti artigiani consigliano di installare un cuscinetto in schiuma dura largo 1,5-2,5 cm.

Ciò non è necessario, ma è consigliabile, dato che i wafer di silicio sono piuttosto fragili e si danneggiano facilmente.

Dopo aver installato il plexiglass, sulla struttura viene posizionato un peso, sotto l'influenza del quale vengono spremute le bolle d'aria. La batteria solare è pronta e dopo ripetuti test può essere installata in una posizione preselezionata e collegata al sistema solare della vostra casa.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Recensione delle fotocellule ordinate da un negozio online cinese:

Istruzioni video per realizzare una batteria solare:

Realizzare una batteria solare con le tue mani non è un compito facile. L'efficienza della maggior parte di queste batterie è inferiore del 10-20% rispetto a quella dei pannelli prodotti industrialmente. La cosa più importante quando si progetta una batteria solare è scegliere e installare correttamente le fotocellule.

Non provare a creare subito un pannello enorme. Prova prima a costruire un piccolo dispositivo per comprendere tutte le sfumature di questo processo.

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