Kako napraviti solarnu ploču vlastitim rukama: upute za samostalnu montažu

Solarne baterije su izvor energije koja se može iskoristiti za proizvodnju električne energije ili topline za nisku kuću. Samo što solarne baterije imaju visoku cijenu i nedostupne su većini stanovnika naše zemlje. Slažete li se?

Drugo je pitanje kada je solarna baterija napravljena vlastitim rukama – troškovi se znatno smanjuju, a takva konstrukcija radi ništa lošije od industrijski proizvedene ploče. Stoga, ako ozbiljno razmišljate o nabavi alternativnog izvora električne energije, pokušajte ga napraviti sami – to nije jako teško.

U članku će biti riječ o izradi solarnih baterija. Reći ćemo vam koji su materijali i alati za to potrebni. A malo niže pronaći ćete korak-po-korak upute s ilustracijama koje zorno prikazuju tijek rada.

Ukratko o uređaju i radu

Energiju sunca može se pretvoriti u toplinsku, kada je nositelj energije rashladna tekućina, ili u električnu, pohranjenu u akumulatorima. Baterija je generator koji radi na principu fotonaponskog učinka.

Pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju događa se nakon što sunčeve zrake padnu na ploče-fotoćelije, koje su glavni dio baterije.

Pritom svjetlosni kvanti “otpuštaju” svoje elektrone s vanjskih orbita. Ti slobodni elektroni daju električnu struju koja prolazi kroz kontroler i akumulira se u akumulatoru, a odatle dolazi do potrošača energije.

U ulozi ploča-fotoelemenata nalaze se elementi od silicija. Silicijska ploča s jedne je strane presvučena najtanjim slojem fosfora ili bora – pasivnog kemijskog elementa.

Na tom se mjestu pod djelovanjem sunčevih zraka oslobađa velika količina elektrona, koje fosforni film zadržava i ne raspršuju se.

Na površini ploče nalaze se metalne “staze”, na kojima se poredaju slobodni elektroni, tvoreći uređeno gibanje, tj. električnu struju.

Što je više takvih silicijskih ploča-fotoelemenata, to se više električne struje može dobiti. Više o principu rada solarne baterije pročitajte dalje.

Gornji sloj ploča-fotoelemenata prekriven je slojem koji sprječava refleksiju sunčeve svjetlosti s ploča, povećavajući njihovu učinkovitost

Materijali za izradu solarne ploče

Prilikom početka izgradnje solarne baterije potrebno je nabaviti sljedeće materijale:

• silikatne ploče-fotoelementi;
• ploče iverice, aluminijski kutnici i letvice;
• čvrsta pjenasta guma debljine 1,5-2,5 cm;
• prozirni element koji služi kao podloga za silicijske ploče;
• vijci, samorezni vijci;
• silikonsko brtvilo za vanjsku upotrebu;
• električne žice, diode, stezaljke.

Količina potrebnih materijala ovisi o veličini vaše baterije, koja je najčešće ograničena brojem dostupnih fotoelemenata. Od alata trebat će vam: odvijač ili set odvijača, nožna pila za metal i drvo, lemilica. Za ispitivanje gotove baterije trebat će vam tester-ampermetar.

Sada razmotrimo najvažnije materijale detaljnije.

Silicijske ploče ili fotoćelije

Fotoelementi za baterije postoje u tri vrste:

• polikristalni;
• monokristalni;
• amorfni.

Polikristalne ploče karakterizira niska učinkovitost. Razina korisnog djelovanja iznosi oko 10 – 12 %, ali se taj pokazatelj ne smanjuje tijekom vremena. Radni vijek polikristala je 10 godina.

Solarna baterija sastavlja se od modula, koji se pak sastoje od fotonaponskih pretvarača. Baterije s krutim silicijskim fotoelementima predstavljaju svojevrsni sendvič s uzastopno postavljenim slojevima, učvršćenim u aluminijskom profilu.

Monokristalni fotoelementi mogu se pohvaliti višom učinkovitošću – 13-25% i dugim radnim vijekom – preko 25 godina. Međutim, s vremenom se učinkovitost monokristala smanjuje.

Monokristalni pretvarači dobivaju se piljenjem umjetno uzgojenih kristala, što objašnjava najvišu fotoprovodljivost i učinkovitost.

Filmski fotopretvarači dobivaju se nanošenjem tankog sloja amorfnog silicija na fleksibilnu polimernu površinu

Fleksibilne baterije s amorfnim silicijem – najmodernije su. Fotonaponski pretvarač kod njih je napršen ili nanesen na polimernu podlogu. Učinkovitost je oko 5 – 6 %, ali su filmski sustavi izuzetno prikladni za polaganje.

Filmski sustavi s amorfnim fotopretvaračima pojavili su se relativno nedavno. To je izuzetno jednostavna i najjeftinija vrsta, ali brže od konkurencije gubi potrošačka svojstva.

Neisplativo je koristiti fotonapone različitih veličina. U ovom slučaju maksimalna struja koju proizvodi baterija bit će ograničena strujom najmanjeg elementa. To znači da veći paneli neće raditi punom snagom.

Prilikom kupnje fotonapona raspitajte se kod prodavatelja o načinu dostave. Većina prodavatelja koristi metodu voštanja kako bi spriječili uništavanje krhkih elemenata.

Najčešće se za baterije vlastite izrade koriste mono- i polikristalni fotonaponi veličine 3x6 inča, koji se mogu naručiti u internetskim trgovinama poput eBaya.

Cijena fotonapona je prilično visoka, ali mnoge trgovine prodaju takozvane elemente skupine B. Proizvodi svrstani u tu skupinu imaju nedostatke, ali su upotrebljivi, a njihova je cijena 40-60% niža od standardnih pločica.

Većina internetskih trgovina prodaje fotonaponske elemente u kompletima od 36 ili 72 fotonaponske pretvaračke pločice. Za povezivanje pojedinačnih modula u bateriju bit će potrebne sabirnice, a za priključak na sustav trebat će stezaljke.

Okvir i prozirni element

Okvir za buduću ploču može se napraviti od drvenih letvica ili aluminijskih uglova.

Druga je opcija poželjnija iz više razloga:

• Aluminij – lagan je metal koji ne opterećuje ozbiljno potpornu konstrukciju na koju se planira ugraditi baterija.
• Pri provođenju antikorozivne obrade aluminij nije podložan djelovanju hrđe.
• Ne upija vlagu iz okoline, ne trune.

Pri odabiru prozirnog elementa potrebno je obratiti pozornost na parametre poput indeksa loma sunčeve svjetlosti i sposobnosti apsorpcije infracrvenog zračenja.

O prvom parametru izravno ovisi učinkovitost fotoćelija: što je indeks loma niži, to je veća učinkovitost silicijskih pločica.

Najmanji koeficijent refleksije svjetlosti ima pleksiglas ili njegova jeftinija inačica – organsko staklo. Nešto niži indeks loma svjetlosti ima polikarbonat.

O vrijednosti drugog parametra ovisi hoće li se same silicijske fotoćelije zagrijavati ili ne. Što se pločice manje zagrijavaju, to će duže trajati. Infracrveno zračenje najbolje apsorbiraju posebno termoapsorpcijsko organsko staklo i staklo s IC apsorpcijom. Nešto slabije – obično staklo.

Ako postoji mogućnost, optimalna opcija je korištenje antirefleksnog prozirnog stakla kao prozirnog elementa.

Po omjeru cijene i pokazatelja loma svjetlosti i apsorpcije IC zračenja, organsko staklo – najoptimalnija je opcija za izradu solarne baterije.

Projekt sustava i odabir mjesta

Projekt solarnog sustava uključuje izračune potrebne veličine solarne ploče. Kao što je gore spomenuto, veličina baterije obično je ograničena skupim fotoćelijama.

Solarna baterija mora se postaviti pod određenim kutom koji bi osigurao maksimalan udar sunčevih zraka na silicijske pločice. Najbolja opcija – baterije koje mogu mijenjati kut nagiba.

Mjesto postavljanja solarnih ploča može biti vrlo raznoliko: na zemlji, na kosom ili ravnom krovu kuće, na krovovima pomoćnih prostorija.

Jedini uvjet – baterija mora biti smještena na sunčanoj strani parcele ili kuće koja nije zasjenjena visokom krošnjom drveća. Pritom je potrebno izračunati optimalan kut nagiba pomoću formule ili uz pomoć specijaliziranog kalkulatora.

Kut nagiba ovisit će o položaju kuće, godišnjem dobu i klimi. Poželjno je da baterija ima mogućnost mijenjanja kuta nagiba u skladu sa sezonskim promjenama visine sunca, jer najučinkovitije rade kada sunčeve zrake padaju strogo okomito na površinu.

Za europski dio zemalja ZND-a preporučeni kut stacionarnog nagiba je 50 – 60 º. Ako konstrukcija ima uređaj za promjenu kuta nagiba, onda je u zimskom razdoblju bolje postaviti panele pod kutom od 70 º prema horizontu, a ljeti pod kutom od 30 º.

Proračuni pokazuju da 1 kvadratni metar solarnog sustava omogućuje dobivanje 120 W. Stoga se proračunom može utvrditi da je za opskrbu prosječne obitelji električnom energijom u količini od 300 kWh mjesečno potreban solarni sustav od najmanje 20 kvadratnih metara.

Odmah instalirati takav solarni sustav bit će problematično. No čak i montaža 5-metarske baterije pomoći će uštedjeti električnu energiju i dati skroman doprinos ekologiji našeg planeta. Također vam savjetujemo da se upoznate s principom izračuna potrebnog broja solarnih panela.

Solarna baterija može se koristiti kao rezervni izvor energije pri čestim isključenjima centralizirane opskrbe električnom energijom. Za automatsko prebacivanje potrebno je predvidjeti sustav neprekidnog napajanja.

Takav je sustav prikladan jer se pri korištenju tradicionalnog izvora električne energije istovremeno puni akumulator solarnog sustava. Oprema koja servisira solarnu bateriju smještena je unutar kuće, stoga je potrebno predvidjeti posebnu prostoriju za nju.

Prilikom postavljanja baterija na krov kuće s nagibom, ne zaboravite na kut nagiba panela; idealna je opcija kada baterija ima uređaj za sezonsku promjenu kuta nagiba.

Montaža solarne baterije korak po korak

Nakon što odaberete mjesto za postavljanje solarnog panela i opreme za servisiranje solarnog sustava, te imate na raspolaganju sve potrebne materijale i alate, možete započeti montažu baterije.

Tijekom montaže potrebno je poštivati sigurnosne mjere, posebno prilikom postavljanja gotovog panela na krov kuće. Razmotrimo algoritam korak po korak kako napraviti solarnu bateriju.

Korak #1 – lemljenje kontakata silicijskih ploča

Montaža vlastite solarne baterije često počinje lemljenjem vodiča fotoćelija. Naravno, ako imate mogućnost, najbolje je kupiti fotoćelije odmah s vodičima, jer je lemljenje vrlo zahtjevan i mukotrpan posao koji oduzima puno vremena.

Lemljenje se izvodi na sljedeći način:

1. Uzima se silicijska fotoćelija bez vodiča i metalna traka-vodič.
2. Vodiči se režu pomoću kartonskog predloška, a njihova je duljina 2 puta veća od veličine silicijske pločice.
3. Vodič se pažljivo polaže na pločicu. Na jedan element – dva vodiča.
4. Na mjesto gdje će se izvoditi lemljenje potrebno je nanijeti kiselinu za rad s lemilicom.
5. Izvršiti lemljenje pomoću lemilice, pažljivo pričvrstivši vodič na pločicu.

Tijekom lemljenja ne smije se pritiskati silikatni element jer je vrlo krhak i može se slomiti! Ako imate sreće i nabavili ste fotoćelije s gotovim kontaktima, poštedjet ćete se dugotrajnog i složenog rada, prelazeći odmah na izradu okvira za buduću solarnu ploču.

Lemljenje kontakata za neispravne fotoćelije skupine B obavlja se na isti način i u istom smjeru kao i za cijele pločice

Korak #2 – izrada okvira za solarnu bateriju

Okvir – to je mjesto na koje će se postaviti fotoćelije. Za izradu okvira koriste se aluminijski kutnici i letvice od kojih se sastavljaju okviri. Preporučena veličina kutnika je 70–90 mm.

Na unutarnji dio metalnih kutnika nanosi se silikonsko brtvilo. Brtvljenje kutnika mora se izvesti pažljivo, jer o tome ovisi trajnost cijele konstrukcije.

Nakon što je aluminijski okvir spreman, prelazimo na izradu stražnjeg kućišta. Stražnje kućište je drvena kutija od iverice s niskim rubovima.

Visoki rubovi stvarat će sjenu na fotoćelijama, stoga njihova visina ne smije prelaziti 2 cm. Rubovi se pričvršćuju pomoću samoreznih vijaka i odvijača.

Na dnu kutije-kućišta od iverice izrađuju se ventilacijski otvori. Razmak između otvora je otprilike 10 cm. U aluminijski okvir ugrađuje se prozirni element (pleksiglas, antirefleksno staklo, pleksiglas).

Prozirni element se pritisne i učvrsti, a njegovo pričvršćivanje vrši se pomoću metalnih spojnica: 4 na uglovima, te po 2 na dužim i po 1 na kraćoj strani okvira. Spojnice se pričvršćuju vijcima.

Okvir za solarnu ploču je spreman i može se pristupiti najodgovornijem dijelu – montaži fotoćelija. Prije montaže potrebno je očistiti pleksiglas od prašine i odmastiti ga tekućinom koja sadrži alkohol.

Korak #3 – montaža silicijskih ploča-fotoćelija

Montaža i lemljenje silicijskih pločica – najzahtjevniji dio posla u izradi solarne ploče vlastitim rukama. Prvo rasporedimo fotoćelije na pleksiglas s plavim pločicama prema dolje.

Ako prvi put sastavljate bateriju, možete koristiti podlogu za označavanje kako biste ploče ravnomjerno postavili na malom (3-5 mm) razmaku jedna od druge.

1. Lemimo fotoćelije prema sljedećoj shemi: “+” staze se nalaze na prednjoj strani ploče, a “-” na stražnjoj. Prije lemljenja pažljivo nanesite fluks i lem kako biste spojili kontakte.
2. Lemimo sve fotoćelije u redovima odozgo prema dolje. Redovi zatim također moraju biti međusobno povezani.
3. Počinjemo s lijepljenjem fotoćelija. Za to nanosimo malu količinu brtvila na središte svake silicijske pločice.
4. Okrećemo dobivene nizove s fotoćelijama prednjom stranom (gdje su plave ploče) prema gore i postavljamo ploče prema oznakama koje smo prethodno nanijeli. Pažljivo pritišćemo svaku ploču kako bismo je fiksirali na mjestu.
5. Kontakte krajnjih fotoćelija izvodimo na sabirnicu, odnosno “+” i “-”. Za sabirnicu se preporučuje korištenje šireg srebrnog vodiča.
6. Solarnu bateriju potrebno je opremiti blokirajućom diodom koja se spaja na kontakte i sprječava pražnjenje akumulatora kroz konstrukciju noću.
7. Na dnu okvira bušimo rupe za izvođenje žica van.

Žice je potrebno pričvrstiti za okvir kako ne bi visjele, to se može učiniti pomoću silikonskog brtvila.

Korak #4 – testiranje baterije prije brtvljenja

Ispitivanje solarne ploče potrebno je provesti prije njenog brtvljenja kako bi se mogle otkloniti greške koje se često javljaju tijekom lemljenja. Najbolje je provesti ispitivanje nakon lemljenja svakog reda elemenata – tako je znatno lakše otkriti gdje su kontakti loše spojeni.

Za ispitivanje trebat će vam obični kućni ampermetar. Mjerenja je potrebno provesti za sunčanog dana u 13-14 sati, sunce ne smije biti skriveno oblacima.

Iznosimo bateriju van i postavljamo je u skladu s prethodno izračunatim kutom nagiba. Ampermetar spajamo na kontakte baterije i provodimo mjerenje struje kratkog spoja.

Smisao ispitivanja je u tome da radna snaga električne struje treba biti za 0,5-1,0 A niža od struje kratkog spoja. Očitanja uređaja trebaju biti viša od 4,5 A, što ukazuje na ispravnost solarne baterije.

Ako tester daje niža očitanja, onda je negdje sigurno narušen redoslijed spajanja fotoćelija.

Obično samostalno izrađena solarna baterija, konstruirana od fotoćelija grupe B, daje očitanja 5-10 A, što je 10-20% niže nego kod solarnih panela industrijske proizvodnje.

Korak #5 – brtvljenje u kućište postavljenih fotoćelija

Brtvljenje možete izvesti tek nakon što se uvjerite da baterija radi. Za brtvljenje je najbolje koristiti epoksidnu smolu, ali imajući u vidu da će potrošnja materijala biti velika, a njegova cijena iznosi otprilike 40-45 dolara. Ako je preskupo, umjesto njega možete koristiti isti silikonski brtvilo.

Kada koristite silikonsko brtvilo, dajte prednost onom na čijem pakiranju piše da je prikladan za upotrebu na minus temperaturama.

Postoje dva načina brtvljenja:

• potpuno zalijevanje, kada se ploče zalijevaju brtvilom;
• nanošenje brtvila na prostor između fotonaponskih ćelija i na rubne elemente.

U prvom slučaju brtvljenje će biti pouzdanije. Nakon zalijevanja brtvilo se mora stvrdnuti. Zatim se na vrh postavlja pleksiglas i čvrsto pritišće na ploče prekrivene silikonom.

Kako bi se osigurala amortizacija i dodatna zaštita između stražnje površine fotonaponskih ćelija i okvira od iverice, mnogi majstori savjetuju postavljanje podloge od tvrde pjene širine 1,5-2,5 cm.

To nije obavezno, ali je poželjno, s obzirom na to da su silicijske ploče prilično krhke i lako se oštećuju.

Nakon postavljanja pleksiglasa na konstrukciju stavlja se teret pod čijim djelovanjem dolazi do istiskivanja mjehurića zraka. Solarna ploča je spremna i nakon ponovnog testiranja možete je postaviti na unaprijed odabrano mjesto i spojiti na solarni sustav vašeg doma.

Zaključci i koristan video na temu

Pregled fotonaponskih ćelija naručenih u kineskoj internetskoj trgovini:

Video upute za izradu solarne ploče:

Izraditi solarnu ploču vlastitim rukama – nije jednostavan zadatak. Učinkovitost većine takvih ploča niža je od industrijski proizvedenih panela za 10-20%. Najvažnije pri izradi solarne ploče – pravilno odabrati i postaviti fotonaponske ćelije.

Ne pokušavajte odmah izraditi ogroman panel po površini. Prvo pokušajte napraviti mali uređaj kako biste razumjeli sve nijanse ovog procesa.

Imate li praktične vještine izrade solarnih ploča? Podijelite, molimo, svoje iskustvo s posjetiteljima naše web stranice – pišite komentare u bloku koji se nalazi ispod. Također možete postavljati pitanja o temi članka.