Jak vyrobit solární panel svépomocí: návod k samostatné montáži

Solární panely jsou zdrojem energie, kterou lze využít k výrobě elektřiny nebo tepla pro nízkopodlažní dům. Jenže solární panely jsou drahé a pro většinu obyvatel naší země nedostupné. Souhlasíte?

Když si však solární baterii vyrobíte svépomocí, náklady se výrazně sníží a taková konstrukce funguje o nic hůř než průmyslově vyrobený panel. Pokud tedy vážně uvažujete o pořízení alternativního zdroje elektřiny, zkuste si ho vyrobit sami – není to příliš složité.

V článku se budeme věnovat výrobě solárních panelů. Prozradíme vám, jaké materiály a nástroje k tomu budete potřebovat. O něco níže pak najdete podrobný návod krok za krokem s ilustracemi, které názorně ukazují postup práce.

Stručně o zařízení a principu fungování

Energii slunce lze přeměnit na tepelnou – v tom případě je nositelem energie teplonosná kapalina, nebo na elektrickou, která se akumuluje v bateriích. Solární baterie je generátor fungující na principu fotoelektrického jevu.

K přeměně sluneční energie na elektřinu dochází poté, co sluneční paprsky dopadnou na fotovoltaické články, jež jsou hlavní součástí baterie.

Přitom světelná kvanta “uvolňují” své elektrony z krajních orbit. Tyto volné elektrony vytvářejí elektrický proud, který prochází regulátorem a hromadí se v akumulátoru, odkud je pak dodáván spotřebičům.

Jako fotovoltaické destičky slouží křemíkové prvky. Křemíková destička je na jedné straně pokryta velmi tenkou vrstvou fosforu nebo boru – pasivního chemického prvku.

Na tomto místě se působením slunečních paprsků uvolňuje velké množství elektronů, které jsou drženy fosforovou vrstvou a nerozptylují se.

Na povrchu destičky jsou kovové “dráhy”, na kterých se seřazují volné elektrony a vytvářejí uspořádaný pohyb, tj. elektrický proud.

Čím více takových křemíkových fotovoltaických destiček, tím více elektrického proudu lze získat. Více o principu činnosti solární baterie si přečtěte dále.

Horní vrstva fotovoltaických destiček je pokryta vrstvou, která zabraňuje odrazu slunečního světla od destiček, čímž zvyšuje jejich účinnost.

Materiály pro výrobu solárního panelu

Při stavbě solární baterie je třeba se zásobit následujícími materiály:

• silikátové fotovoltaické destičky;
• desky z dřevotřísky, hliníkové profily a lišty;
• tvrdá pěnová guma o tloušťce 1,5-2,5 cm;
• průhledný prvek sloužící jako základna pro křemíkové destičky;
• šrouby, samořezné šrouby;
• silikonový tmel pro venkovní použití;
• elektrické vodiče, diody, svorky.

Množství potřebných materiálů závisí na velikosti vaší baterie, která je nejčastěji omezena počtem dostupných fotovoltaických článků. Z nástrojů budete potřebovat: šroubovák nebo sadu šroubováků, pilku na kov a dřevo, páječku. K testování hotové baterie budete potřebovat tester-ampérmetr.

Nyní se podíváme na nejdůležitější materiály podrobněji.

Křemíkové desky nebo fotovoltaické články

Fotovoltaické články pro baterie jsou tří typů:

• polykrystalické;
• monokrystalické;
• amorfní.

Polykrystalické destičky se vyznačují nízkou účinností. Účinnost je asi 10 – 12 %, ale tento ukazatel se časem nesnižuje. Životnost polykrystalů je – 10 let.

Solární baterie se skládá z modulů, které se skládají z fotovoltaických měničů. Baterie s pevnými křemíkovými fotovoltaickými články představují jakýsi sendvič s postupně uspořádanými vrstvami upevněnými v hliníkovém profilu.

Monokrystalické fotovoltaické články se mohou pochlubit vyšší účinností – 13-25% a dlouhou životností – přes 25 let. Postupem času však účinnost monokrystalů klesá.

Monokrystalické měniče se získávají řezáním uměle vypěstovaných krystalů, což vysvětluje jejich nejvyšší fotovodivost a výkon.

Filmové fotovoltaické měniče se získávají nanášením tenké vrstvy amorfního křemíku na polymerní pružný povrch.

Flexibilní panely s amorfním křemíkem – jsou nejmodernější. Fotovoltaický měnič je u nich napařen nebo navařen na polymerní základ. Účinnost se pohybuje kolem 5 – 6 %, ale fóliové systémy jsou velmi pohodlné při pokládce.

Fóliové systémy s amorfními fotovoltaickými měniči se objevily poměrně nedávno. Jedná se o extrémně jednoduchý a maximálně levný typ, ale rychleji než konkurence ztrácí užitné vlastnosti.

Není účelné používat fotovoltaické články různých velikostí. V tomto případě bude maximální proud produkovaný baterií omezen proudem nejmenšího prvku. To znamená, že větší desky nebudou pracovat na plný výkon.

Při nákupu fotovoltaických článků se zeptejte prodejce na způsob doručení, většina prodejců používá metodu voskování, aby zabránila poškození křehkých prvků.

Nejčastěji se pro domácí panely používají mono- a polykrystalické fotovoltaické články o rozměrech 3x6 palců, které lze objednat v internetových obchodech typu eBay.

Cena fotovoltaických článků je poměrně vysoká, ale mnoho obchodů prodává takzvané prvky skupiny B. Výrobky zařazené do této skupiny mají vadu, ale jsou použitelné a jejich cena je o 40-60 % nižší než u standardních desek.

Většina internetových obchodů prodává fotovoltaické články v sadách po 36 nebo 72 fotovoltaických konverzních deskách. Pro spojení jednotlivých modulů do baterie budou potřeba propojovací lišty, pro připojení k systému budou potřeba svorky.

Rám a průhledný prvek

Rám pro budoucí panel lze vyrobit z dřevěných lišt nebo hliníkových úhelníků.

Druhá varianta je z mnoha důvodů výhodnější:

• Hliník – lehký kov, který nezpůsobuje vážné zatížení nosné konstrukce, na kterou se plánuje instalace baterie.
• Při protikorozní úpravě není hliník náchylný k působení rzi.
• Nepohlcuje vlhkost z okolního prostředí, nehnije.

Při výběru průhledného prvku je třeba věnovat pozornost parametrům, jako je index lomu slunečního světla a schopnost absorbovat infračervené záření.

Na prvním ukazateli bude přímo záviset účinnost fotovoltaických článků: čím nižší index lomu, tím vyšší účinnost křemíkových desek.

Nejnižší koeficient odrazu světla má plexisklo nebo jeho levnější varianta – organické sklo. O něco nižší index lomu světla má polykarbonát.

Na velikosti druhého ukazatele závisí, zda se budou křemíkové fotovoltaické články zahřívat nebo ne. Čím méně jsou desky vystaveny zahřívání, tím déle vydrží. Infračervené záření nejlépe pohlcuje speciální tepelně absorpční organické sklo a sklo s infračervenou absorpcí. O něco hůře – obyčejné sklo.

Pokud je to možné, optimální variantou je použití antireflexního průhledného skla jako průhledného prvku.

Na základě poměru ceny k indexu lomu světla a pohlcování infračerveného záření je organické sklo (plexisklo) nejoptimálnější variantou pro výrobu solárního panelu.

Návrh systému a výběr místa

Návrh solárního systému zahrnuje výpočty potřebné velikosti solární desky. Jak bylo uvedeno výše, velikost panelu je obvykle omezena nákladnými fotovoltaickými články.

Solární panel musí být instalován pod určitým úhlem, který by zajistil maximální dopad slunečních paprsků na křemíkové desky. Nejlepší variantou jsou panely, které mohou měnit úhel sklonu.

Místo instalace solárních desek může být velmi rozmanité: na zemi, na šikmé nebo ploché střeše domu, na střechách přístavků.

Jedinou podmínkou je, že panel musí být umístěn na slunečné straně pozemku nebo domu, která není zastíněna vysokými korunami stromů. Optimální úhel sklonu je třeba vypočítat podle vzorce nebo pomocí specializované kalkulačky.

Úhel sklonu bude záviset na umístění domu, ročním období a klimatu. Je žádoucí, aby panel měl možnost měnit úhel sklonu v závislosti na sezónních změnách výšky slunce, protože maximálně efektivně pracují, když sluneční paprsky dopadají přesně kolmo na povrch.

Pro evropskou část zemí SNS je doporučený úhel stacionárního sklonu 50 – 60 °. Pokud je v konstrukci zařízení pro změnu úhlu sklonu, pak v zimním období je lepší umístit baterie pod úhlem 70 ° k horizontu, v letním období pod úhlem 30 °.

Výpočty ukazují, že 1 metr čtvereční solárního systému umožňuje získat 120 W. Proto lze výpočtem zjistit, že k zajištění průměrné rodiny elektrickou energií v množství 300 kWh za měsíc je zapotřebí solární systém o ploše alespoň 20 metrů čtverečních.

Ihned instalovat takový solární systém bude problematické. Ale i montáž 5metrové baterie pomůže ušetřit elektrickou energii a přispět svým skromným dílem k ekologii naší planety. Doporučujeme se také seznámit s principem výpočtu potřebného množství solárních baterií.

Solární baterie může být použita jako záložní zdroj energie při častém výpadku centralizovaného napájení. Pro automatické přepnutí je nutné zajistit systém nepřerušovaného napájení.

Takový systém je výhodný tím, že při použití tradičního zdroje elektrické energie je současně prováděno nabíjení akumulátoru solárního systému. Zařízení obsluhující solární baterii je umístěno uvnitř domu, proto je nutné pro něj zajistit speciální místnost.

Při umísťování baterií na šikmé střeše domu nezapomínejte na úhel sklonu panelu, ideální je, když má baterie zařízení pro sezónní změnu úhlu sklonu.

Montáž solární baterie krok za krokem

Po výběru místa pro umístění solárního panelu a zařízení pro obsluhu solárního systému a také s dostupností všech požadovaných materiálů a nástrojů lze začít s montáží baterie.

Při montáži je nutné dodržovat bezpečnostní předpisy, zejména při provádění instalace hotového panelu na střechu domu. Podívejme se na krok za krokem algoritmus, jak vyrobit solární baterii.

Krok #1 – pájení kontaktů křemíkových desek

Montáž vlastnoručně vyrobené solární baterie často začíná pájením vodičů fotovoltaických článků. Samozřejmě, pokud máte možnost, je nejlepší koupit fotovoltaické články rovnou s vodiči, protože pájení – je velmi obtížná a pracná práce, která zabere mnoho času.

Pájení se provádí následujícím způsobem:

1. Vezme se křemíkový fotovoltaický článek bez vodičů a kovový pásek-vodič.
2. Vodiče se nařežou pomocí kartonové předlohy, jejich délka je 2krát větší než velikost křemíkové destičky.
3. Vodič se opatrně položí na destičku. Na jeden prvek – dva vodiče.
4. Na místo, kde bude provedeno pájení, je nutné nanést kyselinu pro práci s páječkou.
5. Proveďte pájení pomocí páječky, opatrně připojte vodič k destičce.

Během pájení netlačte na silikátový prvek, protože je velmi křehký a může se zničit! Pokud jste měli štěstí a zakoupili jste fotovoltaické články s hotovými kontakty, ušetříte si dlouhou a složitou práci a přejdete rovnou k výrobě rámu pro budoucí baterii.

Pájení kontaktů pro vadné fotovoltaické články skupiny B se provádí stejným způsobem a stejným směrem jako pro celé desky.

Krok #2 – výroba rámu pro solární baterii

Rám je místo, kam se budou instalovat fotovoltaické články. Pro výrobu rámu se používají hliníkové úhelníky a lišty, ze kterých se sestavují rámečky. Doporučená velikost úhelníku je 70-90 mm.

Na vnitřní stranu kovových úhelníků se nanáší silikonový tmel. Utěsnění úhelníků je třeba provést důkladně, závisí na tom životnost celé konstrukce.

Po dokončení hliníkového rámu přistoupíme k výrobě zadního pouzdra. Zadní pouzdro je dřevěná krabice z dřevotřískové desky s nízkými okraji.

Vysoké okraje by vrhly stín na fotovoltaické články, proto jejich výška nesmí přesáhnout 2 cm. Okraje se přišroubují pomocí samořezných šroubů a šroubováku.

Na dně krabicového pouzdra z dřevotřísky jsou vytvořeny ventilační otvory. Vzdálenost mezi otvory je přibližně 10 cm. Do hliníkového rámu se instaluje průhledný prvek (plexisklo, antireflexní sklo, plexisklo).

Průhledný prvek se přitlačí a upevní, jeho upevnění se provádí pomocí kování: 4 v rozích, dále po 2 na dlouhých stranách a po 1 na krátké straně rámu. Kování se připevňuje šrouby.

Rám pro solární baterii je připraven a můžete přistoupit k nejdůležitější části – montáži fotovoltaických článků. Před montáží je třeba očistit plexisklo od prachu a odmastit jej kapalinou obsahující alkohol.

Krok #3 – montáž křemíkových desek – fotovoltaických článků

Montáž a pájení křemíkových desek je nejpracnější částí výroby solárního panelu svépomocí. Nejprve rozložíme fotovoltaické články na plexisklo modrými deskami dolů.

Pokud baterii sestavujete poprvé, můžete použít podložku pro nanesení značek, abyste umístili desky rovnoměrně v malé (3-5 mm) vzdálenosti od sebe.

1. Pájení fotovoltaických článků provádíme podle následujícího elektrického schématu: “+” cesty jsou na přední straně desky, “-” – na zadní. Před pájením opatrně naneste tavidlo a pájku, abyste spojili kontakty.
2. Pájení všech fotovoltaických článků provádíme postupně v řadách shora dolů. Řady pak musí být také vzájemně propojeny.
3. Přistupujeme k lepení fotovoltaických článků. K tomu naneseme malé množství tmelu na střed každé křemíkové desky.
4. Otočíme vzniklé řetězce s fotovoltaickými články lícem (tam, kde jsou modré desky) nahoru a umístíme desky podle značek, které jsme nanesli dříve. Opatrně přitlačíme každou desku, abychom ji upevnili na jejím místě.
5. Kontakty krajních fotovoltaických článků vyvedeme na sběrnici, příslušně “+” a “-“. Pro sběrnici se doporučuje použít širší vodič ze stříbra.
6. Solární baterii je nutné vybavit blokovací diodou, která se připojí ke kontaktům a zabraňuje vybíjení akumulátorů přes konstrukci v noci.
7. Ve dně rámu vyvrtáme otvory pro vyvedení vodičů ven.

Vodiče je nutné připevnit k rámu, aby se nehýbaly; to lze provést pomocí silikonového tmelu.

Krok #4 – testování baterie před zalitím

Testování solárního panelu je nutné provést před jeho utěsněním, abyste měli možnost odstranit závady, které často vznikají během pájení. Nejlépe je provádět testování po zapájení každé řady článků – tak je mnohem snazší zjistit, kde jsou kontakty špatně spojeny.

Pro testování budete potřebovat běžný domácí ampérmetr. Měření je nutné provádět za slunečného dne ve 13–14 hodin, slunce by nemělo být skryto oblaky.

Vyneste baterii ven a nainstalujte ji podle dříve vypočítaného úhlu sklonu. Ampérmetr připojte ke kontaktům baterie a proveďte měření zkratového proudu.

Smysl testování spočívá v tom, že pracovní síla elektrického proudu by měla být o 0,5–1,0 A nižší než zkratový proud. Údaje přístroje by měly být vyšší než 4,5 A, což svědčí o funkčnosti heliobaterie.

Pokud tester vykazuje nižší hodnoty, pak je někde pravděpodobně porušena posloupnost spojení fotovoltaických článků.

Obvykle domácí solární baterie, zkonstruovaná z fotovoltaických článků skupiny B, vykazuje hodnoty 5–10 A, což je o 10–20 % nižší než u solárních panelů průmyslové výroby.

Krok #5 – zalití fotovoltaických článků uložených v rámu

Těsnění lze provádět pouze tehdy, když jste si jisti, že baterie funguje. Pro těsnění je nejlepší použít epoxidovou pryskyřici, ale s ohledem na to, že spotřeba materiálu bude velká a jeho cena je přibližně 40-45 dolarů. Pokud je to příliš drahé, lze místo ní použít stejný silikonový tmel.

Při použití silikonového tmelu dávejte přednost tomu, na jehož obalu je uvedeno, že je vhodný pro použití při teplotách pod bodem mrazu.

Existují dva způsoby utěsnění:

• úplné zalití, kdy jsou panely zalévány tmelem;
• aplikace tmelu na prostor mezi fotovoltaickými články a na krajní prvky.

V prvním případě bude utěsnění spolehlivější. Po zalití musí tmel zatuhnout. Poté se na vrch nasadí plexisklo a pevně se přitiskne k deskám pokrytým silikonem.

Pro zajištění tlumení nárazů a dodatečné ochrany mezi zadní plochou fotovoltaických článků a rámem z dřevotřísky (DSP) mnozí odborníci doporučují instalovat vložku z tvrdé pěny o šířce 1,5-2,5 cm.

Není to nutné, ale žádoucí, vzhledem k tomu, že křemíkové desky jsou poměrně křehké a snadno se poškodí.

Po instalaci plexiskla se na konstrukci umístí závaží, jehož působením dojde k vytlačení vzduchových bublin. Solární baterie je hotová a po opakovaném testování ji lze nainstalovat na předem vybrané místo a připojit k solárnímu systému vašeho domu.

Závěry a užitečné video k tématu

Přehled fotovoltaických článků objednaných v čínském internetovém obchodě:

Video návod na výrobu solární baterie:

Vyrobit solární baterii vlastníma rukama – není jednoduchý úkol. Účinnost většiny těchto baterií je o 10-20 % nižší než u panelů průmyslové výroby. Nejdůležitější při konstrukci solární baterie – správně vybrat a nainstalovat fotovoltaické články.

Nesnažte se hned vytvořit obrovský panel. Zkuste nejprve sestrojit malé zařízení, abyste pochopili všechny nuance tohoto procesu.

Máte praktické dovednosti při výrobě solárních baterií? Podělte se prosím o své zkušenosti s návštěvníky našeho webu – pište komentáře do níže uvedeného bloku. Také tam můžete klást otázky k tématu článku.