Generatore solare fai da te: istruzioni per realizzare una fonte di energia alternativa

Le fonti energetiche alternative che consentono di fornire a uno spazio abitativo calore ed elettricità nel volume richiesto non sono un "piacere" economico che richiede costi finanziari significativi per l'acquisto, l'installazione e l'installazione.

Realizzare un generatore solare con le proprie mani è molto più economico ed è nelle capacità di molti artigiani domestici. Diamo un'occhiata alle istruzioni, che descrivono chiaramente tutte le sfumature del processo di produzione.

Come funziona un generatore di energia solare?

Un generatore solare è un complesso di elementi semiconduttori fotovoltaici che si convertono direttamente energia solare a elettrico.

Quando i quanti di luce prodotti dai raggi colpiscono la lastra fotografica, espellono un elettrone dall'orbita atomica finale dell'elemento funzionante. Questo effetto crea molti elettroni liberi, che formano un flusso continuo di corrente elettrica.

Non è affatto necessario assemblare immediatamente un complesso di grandi dimensioni e su larga scala quando si installa un generatore solare con le proprie mani. Puoi iniziare con una piccola unità e, se necessario, aumentare il volume in futuro

Come materiale attivo viene utilizzato il silicio.È altamente efficiente e fornisce un'efficienza di conversione fotovoltaica del 20% in funzionamento normale e fino al 25% in condizioni favorevoli.

A causa della pronunciata efficienza delle fotocellule al silicio, i generatori basati su di esse garantiscono un rendimento elevato con un volume relativamente piccolo. La potenza di un'unità di 1 metro produce 125 W all'ora, un risultato considerato davvero impressionante.

Un sottile rivestimento di elementi chimici passivi, boro o fosforo, viene applicato su un lato del wafer di silicio. È su questa superficie che, a seguito dell'intensa esposizione alla luce solare, si verifica il rilascio attivo di elettroni. La pellicola di fosforo li tiene saldamente in un posto e non consente loro di volare via.

Ci sono "tracce" metalliche situate sulla piastra di lavoro stessa. Su di essi si costruiscono elettroni liberi, creando così un movimento ordinato, cioè corrente elettrica.

Gli unici svantaggi dei wafer includono la complessità e il costo del processo di purificazione del silicio stesso e, per evitare questi problemi, stanno esplorando attivamente l'uso di alternative sotto forma di gallio, cadmio, indio e vari composti di rame. Tuttavia, finora non esistono veri concorrenti per gli elementi in silicio.

Il modo più semplice per costruire un convertitore di energia solare in elettricità è acquistare una batteria solare già pronta e installarla sul tetto di una casa o di un garage:

Di cosa hai bisogno per lavorare?

Per la fabbricazione di un generatore costituito da un kit pannelli solari, sono necessari i seguenti strumenti e materiali:

• moduli per convertire la luce solare in energia;
• angoli in alluminio;
• doghe in legno;
• fogli di truciolare;
• un elemento trasparente (vetro, plexiglass, plexiglass, policarbonato) per creare protezione per i wafer di silicio;
• viti autofilettanti e viti di diverse dimensioni;
• gommapiuma densa di spessore 1,5-2,5 mm;
• sigillante di alta qualità;
• diodi, terminali e fili;
• cacciavite o set di cacciaviti;
• saldatore;
• seghetto per legno e metallo (o smerigliatrice).

Il volume dei materiali necessari dipenderà direttamente dalla dimensione pianificata del generatore. Il lavoro su larga scala comporterà costi aggiuntivi, ma in ogni caso costerà più economico di un modulo acquistato.

La base protettiva per wafer di silicio può essere realizzata in vetro, plexiglass, policarbonato o plexiglass. I primi tre materiali creano una perdita minima di energia convertita, ma il quarto trasmette i raggi molto peggio e riduce significativamente l'efficienza dell'intero complesso

Per il test finale dell'unità assemblata, viene utilizzato un amperometro. Permette di registrare la reale efficienza dell'impianto e aiuta a determinare il rendimento effettivo.

Selezione del tipo di fotoconvertitore

Le attività per creare un generatore solare con le tue mani iniziano con la scelta del tipo di convertitore fotovoltaico al silicio.

Questi componenti sono di tre tipi:

• amorfo;
• monocristallino;
• policristallino.

Ciascuna opzione presenta i suoi vantaggi e svantaggi e la scelta a favore di una di esse viene effettuata in base alla quantità di fondi stanziati per l'acquisto di tutti i componenti del sistema.

Caratteristiche delle varietà amorfe

I moduli amorfi non sono costituiti da silicio cristallino, ma da suoi derivati ​​(silano o idrogenosilicio). Spruzzando sotto vuoto, vengono applicati in uno strato sottile su fogli di metallo, vetro o plastica di alta qualità.

I prodotti finiti hanno una tinta grigia sbiadita e sfocata. Sulla superficie non si osservano cristalli di silicio visibili. Il vantaggio principale pannelli solari flessibili Il prezzo è considerato conveniente, tuttavia la loro efficienza è molto bassa e varia dal 6 al 10%.

Le celle solari amorfe realizzate in silicio hanno una maggiore flessibilità, mostrano elevati livelli di assorbimento ottico (20 volte maggiore rispetto alle controparti mono o policristalline) e funzionano in modo significativamente più efficiente in condizioni climatiche nuvolose

Specifiche dei tipi policristallini

Policristallino pannelli solari prodotto dal raffreddamento graduale e molto lento del silicio fuso. I prodotti risultanti sono caratterizzati da un colore blu intenso, hanno una superficie con un motivo chiaramente definito che ricorda un motivo gelido e presentano un'efficienza di circa il 14-18%.

Prestazioni di maggiore efficienza sono ostacolate dalle aree presenti all'interno del materiale, separate dalla struttura complessiva da confini granulari.

Le celle solari policristalline funzionano solo per 10 anni, ma durante questo periodo la loro efficienza non diminuisce. Tuttavia, per installare i prodotti in un unico complesso, è necessario utilizzare una base forte e solida, poiché i fogli sono piuttosto rigidi e richiedono un supporto forte e affidabile

Caratteristiche delle varianti monocratiliche

I moduli monocristallini sono caratterizzati da un colore scuro denso e sono costituiti da cristalli di silicio solidi. La loro efficienza supera quella di altri elementi e ammonta al 18-22% (in condizioni favorevoli - fino al 25%).

Un altro vantaggio è l'impressionante durata – secondo i produttori oltre 25 anni.Tuttavia, con l'uso prolungato, l'efficienza dei monocristalli diminuisce e dopo 10-12 anni il fotoritorno non supera il 13-17%.

I moduli monocristallini sono significativamente più costosi rispetto ad altri tipi di apparecchiature. Sono prodotti segando cristalli di silicio coltivati ​​artificialmente

Per creare un generatore solare a casa con le tue mani, prendi principalmente piastre policristalline e monocristalline di varie dimensioni. Vengono acquistati da famosi negozi online, tra cui eBay o Aliexpress.

A causa del fatto che le fotocellule hanno un valore piuttosto elevato, molti fornitori offrono ai clienti prodotti del gruppo B, ovvero frammenti adatti all'uso completo con un leggero difetto. Il loro costo differisce dal prezzo standard del 40-60%, quindi l'assemblaggio di un generatore costa un prezzo ragionevole e non troppo costoso.

Come realizzare una cornice per piatti?

Per realizzare il telaio del futuro generatore vengono utilizzate robuste doghe in legno o angoli in alluminio. La versione in legno è considerata meno pratica, poiché il materiale richiede una lavorazione aggiuntiva per evitare successivi marciumi e delaminazioni.

Affinché il telaio in legno possa resistere al carico operativo e non marcisca dopo la prima pioggia, deve essere impregnato con una composizione speciale che protegga il legno dall'umidità.

L'alluminio ha caratteristiche fisiche molto più attraenti e, grazie alla sua leggerezza, non sollecita inutilmente il tetto o altra struttura portante su cui è prevista l'installazione dell'unità.

Inoltre, grazie al rivestimento anticorrosivo, il metallo non arrugginisce, non marcisce, non assorbe umidità e resiste facilmente agli effetti di eventuali manifestazioni atmosferiche aggressive.

Per creare una struttura del telaio dagli angoli in alluminio, determinare innanzitutto la dimensione del pannello futuro. Nella versione standard vengono utilizzate 36 fotocellule da 81 mm x 150 mm per blocco.

Per un corretto funzionamento successivo, tra i frammenti viene lasciato un piccolo spazio (circa 3-5 mm). Questo spazio permette di tenere conto delle variazioni dei parametri fondamentali della base esposta alle manifestazioni atmosferiche. Di conseguenza, la dimensione totale del pezzo è di 83 mm x 690 mm con una larghezza dell'angolo del telaio di 35 mm.

I wafer di silicio inseriti in un telaio in profilo di alluminio sembrano quasi prodotti fabbricati in fabbrica. Un telaio durevole e resistente fornisce al sistema una tenuta impeccabile e conferisce all'intera struttura un elevato livello di rigidità

Dopo aver determinato le dimensioni, i frammenti necessari vengono ritagliati dagli angoli e assemblati in telai mediante elementi di fissaggio. Uno strato di sigillante siliconico viene applicato sulla superficie interna della struttura, assicurandosi che non vi siano spazi o vuoti.

Da questo dipende l'integrità, la resistenza e la durata della struttura montata. Sulla parte superiore viene posizionato un materiale protettivo trasparente (vetro con rivestimento antiriflesso, plexiglass o policarbonato con parametri speciali) e fissato saldamente con hardware (1 per parte corta e 2 per parte lunga del telaio e 4 agli angoli del corpo).

Per il lavoro, utilizzare un cacciavite e viti di diametro adeguato. Al termine, la superficie trasparente viene accuratamente ripulita da polvere e piccoli detriti.

Selezione di un elemento trasparente

I criteri principali per la scelta di un elemento trasparente per creare un generatore:

• capacità di assorbire la radiazione infrarossa;
• livello di rifrazione della luce solare.

Più basso è l'indice di rifrazione, maggiore sarà l'efficienza dimostrata dai wafer di silicio. Il plexiglas e il plexiglass hanno il coefficiente di riflessione della luce più basso. Anche il policarbonato ha prestazioni tutt’altro che migliori.

Per realizzare strutture a telaio per impianti solari domestici, si consiglia, se possibile, di utilizzare vetro trasparente antiriflesso o un tipo speciale di policarbonato con rivestimento anticondensa che fornisca il necessario livello di protezione termica.

Le migliori caratteristiche in termini di assorbimento della radiazione IR sono costituite da plexiglass e vetro termoassorbenti durevoli con opzione di assorbimento IR. Per il vetro comune queste cifre sono notevolmente inferiori. L'efficienza dell'assorbimento IR determina se i wafer di silicio si surriscaldano durante il funzionamento o meno.

Se il riscaldamento è minimo, le fotocellule dureranno a lungo e forniranno un'uscita stabile. Il surriscaldamento delle piastre porterà a interruzioni del funzionamento e al rapido guasto delle singole parti del sistema o dell'intero complesso.

Installazione di fotocellule al silicio

Immediatamente prima dell'installazione, il vetro protettivo inserito nei telai in alluminio viene ben pulito dalla polvere e sgrassato con una composizione contenente alcol.

Le fotocellule acquistate vengono posizionate uniformemente sul substrato di marcatura ad una distanza di 3-5 millimetri l'una dall'altra e vengono marcati gli angoli della struttura complessiva. Quindi iniziano a saldare gli elementi, la parte più importante e laboriosa del lavoro di assemblaggio del generatore.

La saldatura degli elementi operativi del generatore viene eseguita secondo uno schema in cui “+” sono le tracce all'esterno e “-” sono i canali situati sul lato inferiore della piastra.

Per collegare correttamente i contatti, applicare prima il flusso (acido per saldatura) e la saldatura, quindi elaborarli in una sequenza rigorosa dall'alto verso il basso. Alla fine, tutte le righe sono collegate tra loro.

Il prossimo passo è incollare le fotocellule. Per fare ciò, un po 'di sigillante viene spremuto al centro di ciascun wafer di silicio, le catene di elementi risultanti vengono capovolte con il lato esterno rivolto verso l'alto e posizionate in stretta conformità con i segni applicati in precedenza.

Premere delicatamente le piastre con le mani, fissandole nel punto giusto. Agiscono con molta attenzione, cercando di non danneggiare o piegare il materiale.

I contatti delle fotocellule posizionate lungo i bordi vengono emessi su un bus separato (conduttore largo argentato), come “+” e “-”. Inoltre, il complesso è dotato di un diodo di blocco. Collegandosi ai contatti impedisce alle batterie di scaricarsi attraverso la struttura del telaio durante la notte.

Nella parte inferiore del telaio vengono praticati dei fori con un trapano attraverso i quali vengono fatti uscire i fili. Per evitare che cedano, utilizzare sigillante siliconico.

La seguente galleria fotografica ti introdurrà alle fasi di assemblaggio di un pannello solare da 60 elementi:

Le celle solari assemblate mediante saldatura devono ora essere fissate alla base. Può essere incollato su compensato e ricoperto di vetro. Tuttavia, nell'esempio, l'incollaggio viene effettuato prima sul vetro:

Per garantire che la batteria destinata all'accumulo di carica non assorba l'energia generata dalle fotocellule, la sua batteria solare è collegata tramite un diodo Rod:

Montiamo la mini stazione solare mostrata nell'esempio secondo lo schema mostrato nella foto. Per il collegamento utilizziamo un filo con una sezione del conduttore in rame di 1 m²

Questa mini centrale elettrica è in grado di generare fino a 15 V. Va notato che le massime prestazioni verranno osservate solo nelle giornate soleggiate e senza nuvole. In caso di tempo nuvoloso, il dispositivo genererà molta meno energia o non genererà affatto energia. Pertanto, la batteria viene selezionata in modo tale che la riserva sia sufficiente per almeno un giorno.

Come testare l'unità installata?

Prima di sigillare definitivamente il generatore assemblato, è necessario testarlo per identificare potenziali malfunzionamenti durante il processo di saldatura. L'opzione più ragionevole è controllare ciascuna riga saldata separatamente. In questo modo risulterà immediatamente chiaro dove i contatti sono mal collegati e richiedono una rielaborazione.

Per eseguire il test, utilizzare un amperometro domestico. La misurazione viene effettuata in una giornata soleggiata e senza nuvole all'ora di pranzo (dalle 13:00 alle 15:00). La struttura viene posizionata nel cortile e installata con l'angolo di inclinazione appropriato.

Un amperometro domestico aiuta a misurare la corrente effettiva. Sulla base delle sue letture, è possibile determinare il livello di prestazione del sistema solare montato e identificare violazioni nella sequenza di collegamento delle fotocellule al silicio

Un amperometro è collegato ai contatti di uscita della batteria solare e viene misurata la corrente di cortocircuito. Se il dispositivo mostra risultati superiori a 4,5 A, il sistema è completamente corretto e tutti i collegamenti sono saldati in modo chiaro e corretto.

I dati inferiori visualizzati sul display del tester indicano violazioni che devono essere tracciate e risaldate. Tradizionalmente, i generatori solari fai-da-te da fotocellule con un leggero difetto (gruppo B) mostrano valori da 5 a 10 Ampere nel test.

Le unità prodotte in fabbrica mostrano dati superiori del 10-20%. Ciò è spiegato dal fatto che nella produzione vengono utilizzati wafer di silicio del gruppo A, che non presentano difetti strutturali.

La fase finale del lavoro

Se il test mostra che la batteria è perfettamente funzionante, viene sigillata con uno speciale sigillante siliconico o un composto epossidico più costoso e durevole.

Il lavoro prevede due modalità di svolgimento:

1. Riempimento completo: quando l'intera superficie è ricoperta da un composto sigillante.
2. Trattamento parziale - quando il sigillante viene applicato solo sugli elementi esterni e sullo spazio vuoto tra gli elementi.

La prima opzione è considerata più affidabile e fornisce al sistema una protezione completa da fattori esterni. Le fotocellule sono chiaramente fissate e funzionano correttamente con la massima efficienza.

Per sigillare le fotocellule all'interno della custodia è consigliabile utilizzare un sigillante resistente al gelo e in grado di sopportare sbalzi termici e temperature basse sotto lo zero.

Una volta completato il riempimento, il sigillante può “fissarsi”. Quindi lo coprono con un elemento trasparente e lo premono saldamente contro i piatti.

Per fornire ulteriore protezione e assorbimento degli urti, alcuni artigiani consigliano di posizionare una densa gommapiuma tra la superficie della lastra di silicio e il retro del telaio. Questo renderà la struttura più integra e proteggerà le fragili fotocellule da carichi inutili.

Quindi sulla superficie viene posizionato un peso che agisce sugli strati e ne fa uscire le bolle d'aria. Il generatore finito viene nuovamente testato e infine installato in un luogo predisposto.

Dove e come posizionare il generatore?

Il luogo per l'installazione del generatore solare viene scelto con molta attenzione e senza fretta. Le piastre che ricevono la luce devono essere posizionate angolarmente in modo che i raggi non “cadano” perpendicolarmente alla superficie, ma sembrino “scorrere” ordinatamente lungo di essa.

Idealmente, la struttura è posizionata in modo che rimanga possibile, se necessario, regolare l'angolo di inclinazione, “catturando” in questo modo la massima quantità di sole.

È abbastanza accettabile installare un sistema solare da pannelli solari a terra, ma il più delle volte per la collocazione viene scelto il tetto di una casa o di un ripostiglio, cioè quella parte di esso che si affaccia sul lato più consacrato, prevalentemente meridionale, del sito.

È molto importante che non ci siano edifici alti o alberi potenti e diffusi nelle vicinanze. Essendo nelle immediate vicinanze, creano un'ombra e interferiscono con il pieno funzionamento dell'unità.

Affinché gli impianti solari funzionino bene, devono essere mantenuti puliti e in ordine. Uno strato di sporco formato sulla superficie del pannello di raccolta riduce l'efficienza del 10% e la neve adesa spegne completamente l'unità.Pertanto, una manutenzione regolare è d'obbligo e aiuta a mantenere i moduli in perfette condizioni di funzionamento.

La pendenza media del tetto per l'installazione di un generatore solare è considerata pari a 45⁰. Con questo accorgimento le fotocellule assorbono il flusso solare in modo molto efficiente e producono la quantità di energia necessaria al corretto funzionamento della casa.

Per ottenere un rendimento reale dai pannelli e fornire alla famiglia media la quantità di energia necessaria, sarà necessario occupare 15-20 mq di superficie del tetto per un generatore solare

Per la parte europea dei paesi della CSI si applicano indicatori leggermente diversi. I professionisti consigliano di utilizzare come base un angolo di inclinazione stazionario di 50-60⁰ e nelle strutture mobili durante la stagione invernale di posizionare le batterie con un angolo di 70⁰ rispetto all'orizzonte.

In estate cambiare posizione ed inclinare le fotocellule con un angolo di 30⁰.

Installando i pannelli del generatore su un sistema di binari dotato di un'opzione di inseguimento solare automatico, è possibile aumentare l'efficienza di uscita del 50%. Il modulo rileverà autonomamente l'intensità dei raggi e si regolerà alla massima illuminazione dall'alba al tramonto

Immediatamente prima dell'installazione, il tetto viene ulteriormente rinforzato e dotato di speciali supporti robusti, poiché non tutte le strutture sono in grado di sopportare l'intero peso delle apparecchiature per la conversione dell'energia solare.

Per installare in modo affidabile e stabile un generatore solare sul tetto, vale la pena acquistare elementi di fissaggio speciali. Vengono prodotti separatamente per ogni tipologia di copertura e sono sempre disponibili per la vendita.Nell'installazione tra i pannelli e il tetto è necessario lasciare un'intercapedine per il completo passaggio dell'aria e la corretta ventilazione degli elementi frangisole

In alcuni casi, sotto il tetto vengono posizionate delle travi rinforzate per proteggere il tetto dal crollo, potenzialmente dovuto all'aumento del carico, che aumenta notevolmente nella stagione invernale quando la neve si accumula sulla superficie del tetto.

Per mettere in funzione il sistema solare avrai bisogno batterie, inverter e regolatore di carica. Imparerai le regole per la selezione dei dispositivi e la loro inclusione nel circuito dagli articoli che consigliamo.

Conclusioni e video utile sull'argomento

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Come testare correttamente una fotocellula e misurarne i principali parametri. Queste informazioni saranno utili nei calcoli successivi dell'esatto numero di piastre necessarie per il pieno funzionamento del sistema.

Una descrizione completa passo dopo passo del processo di assemblaggio di una batteria solare per un generatore domestico. Regole operative, a partire dall'acquisto degli elementi necessari e terminando con un test generale del dispositivo prodotto.

Conoscere la struttura dei generatori solari, assemblarli a casa non sarà difficile. Naturalmente, il lavoro richiederà attenzione, accuratezza e scrupolosità, ma il risultato giustificherà tutti i costi finanziari e di manodopera. L'unità finita fornirà completamente all'edificio calore ed elettricità, creando il livello di comfort necessario per i residenti.

Non ha senso intraprendere subito un grande progetto.Per cominciare, ha senso cimentarsi nell'assemblaggio di una piccola unità e quindi, dopo aver padroneggiato appieno tutte le sfumature del processo, iniziare a costruire un'installazione più potente e su larga scala.

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