Hogyan készítsen napelemet saját kezűleg: útmutató az önálló összeszereléshez

A napelemek energiát biztosítanak, amelyből elektromos áramot vagy hőt lehet előállítani egy kisebb épület számára. Azonban a napelemek magas költséggel járnak, és a legtöbb honfitársunk számára megfizethetetlenek. Egyetért?

Egészen más a helyzet, ha a napelemet saját kezűleg készíti el – a költségek jelentősen csökkennek, és egy ilyen szerkezet semmivel sem működik rosszabbul, mint egy iparilag gyártott panel. Ezért ha komolyan fontolgatja egy alternatív áramforrás beszerzését, próbálja meg saját maga elkészíteni – ez nem túl bonyolult.

A cikk a napelemek készítéséről szól. Elmondjuk, milyen anyagokra és eszközökre lesz szüksége. Alább egy lépésről lépésre szóló útmutatót talál illusztrációkkal, amelyek szemléletesen bemutatják a munka folyamatát.

Röviden a felépítésről és a működésről

A napenergia átalakítható hőenergiává, ha az energiahordozó egy hőátadó folyadék, vagy elektromos árammá, amelyet akkumulátorokban tárolnak. A napelem egy generátor, amely a fotoeelektromos hatás elvén működik.

A napenergia elektromos árammá alakítása akkor következik be, amikor a napsugarak érik a fotoelemeket, amelyek a panel alapvető részét képezik.

Eközben a fénykvantumok “elengedik” az elektronjaikat a legkülső pályáról. Ezek a szabad elektronok elektromos áramot hoznak létre, amely egy vezérlőn áthaladva az akkumulátorban halmozódik fel, onnan pedig a fogyasztókhoz jut.

A fotocella-lemezek szerepét szilícium elemek töltik be. A szilíciumlemez egyik oldalát egy rendkívül vékony foszfor- vagy bórréteg borítja – ez egy passzív kémiai elem.

Ezen a ponton a napsugarak hatására nagyszámú elektron szabadul fel, amelyeket a foszforréteg megtart, és nem szóródnak szét.

A lemez felületén fém „sávok” találhatók, amelyeken a szabad elektronok rendezetten mozognak, azaz elektromos áramot hoznak létre.

Minél több ilyen szilícium fotocella-lemez van, annál több elektromos áram nyerhető. A napelem működési elvéről bővebben itt olvashat.

A fotocella-lemezek felső rétegét egy olyan bevonat borítja, amely megakadályozza a napfény visszaverődését a lemezekről, ezzel növelve a hatásfokukat.

A napelem elkészítéséhez szükséges anyagok

A napelem megépítéséhez a kövekező anyagokra van szükség:

• szilikát fotocella-lemezek;
• forgácslapok, alumínium szögvasak és lécek;
• 1,5-2,5 cm vastag kemény habszivacs;
• átlátszó elem, amely a szilíciumlemezek alapjaként szolgál;
• csavarok, facsavarok;
• kültéri használatra szánt szilikon tömítőanyag;
• elektromos vezetékek, diódák, csatlakozók.

A szükséges anyagok mennyisége az Ön napelemének méretétől függ, ameyet legtöbbször a rendelkezésre álló fotocellák száma korlátóz. Szerszámokra a kövekezőkre lesz szüksége: csavarhúzó vagy csavarhúzókészlet, fém- és favágó fűrész, forrasztópáka. A kész napelem teszteléséhez ampermérő tesztelőre lesz szüksége.

Most nézzük meg a legfontosabb anyagokat részletesebben.

Szilícium lapkák vagy fotoelemek

A napelemekhez használt fotocellák három fajtája létezik:

• polikristályos;
• monokristályos;
• amorf.

A polikristályos lemezeket alacsony hatásfok jellemzi. A hatásfok körülbelü 10-12%, de ez az érék az idő múlásával nem csökken. A polikristályok élettartama 10 év.

A napelemet modulokból állítják össze, amelyeket fotovillamos átalakítók alkotnak. A merev szilícium fotocellákkal rendelkező napelemek egyfajta szendvicset alkotnak, egymás után elhellyezkedő rétegekkel, ameyeket alumínium profiba rögzítenek.

A monokristályos fotocellák magasabb, 13-25%-os hatásfokkal és hosszú, 25 év feletti élettartammal büszkélkedhetnek. Azonban az idővel a monokristályok hatásfoka csökken.

A monokristályos átalakítókat mesterségesen növesztett kristályok fűrészelésével állítják elő, ami a legmagasabb fotovezetőképességet és teljesítményt magyarázza.

A vékonyrétegű fotóátalakítókat amorf szilícium vékony rétegének polimer hajlékony felületre történő felvitelével állítják elő.

Az amorf szilíciumos hajlékony napelemek a legmodernebbek. A fotovillamos átalakító porlasztva vagy ráolvasztva van a polimer alapra. A hatásfok 5-6% körüli, de a vékonyrétegű rendszerek rendkívül kényelmesen telepíthetők.

A vékonyrétegű, amorf fotóátalakítós rendszerek viszonylag nemrég jelentek meg. Ez egy rendkívül egyszerű és a lehető legolcsóbb típus, de a versenytársainál gyorsabban veszít a fogyasztói tulajdonságaiból.

Nem célszerű különböző méretű fotocellákat használni. Ebben az esetben a napelem által termelt maximális áramot a legkisebb méretű elem árama korlátozza. Ez azt jelenti, hogy a nagyobb lemezek nem fognak teljes teljesítménnyel működni.

Fotocellák vásárlásakor érdeklődjön az eladónál a szállítási mód felől; a legtöbb eladó a viaszolási módszert alkalmazza a törékeny elemek törésének megelőzésére.

A házi készítésű napelemekhez leggyakrabban 3x6 hüvelykes monokristályos és polikristályos fotocellákat használnak, amelyeket olyan online áruházakban lehet megrendelni, mint az eBay.

A fotocellák ára meglehetősen magas, de sok üzlet árul úgynevezett B csoportú elemeket. Ebbe a csoportba sorolt termékek hibásak, de használhatóak, és áruk 40-60%-kal alacsonyabb, mint a szabványos lapoké.

A legtöbb internetes áruház fotocellákat árul 36 vagy 72 fotovoltaikus átalakító lapot tartalmazó készletekben. Az egyes modulok napelemmé történő összekapcsolásához gyűjtősínekre, a rendszerhez való csatlakoztatáshoz pedig kivezetésekre (klemmyekre) lesz szükség.

A keret és az átlátszó elem

A jövőbeli panel keretét fa lécekből vagy alumínium szögvasakból is elkészítheti.

A második változat számos okból előnyösebb:

• Az alumínium – könnyű fém, amely nem ró jelentős terhet a tartószerkezetre, amelyre a napelem telepítését tervezik.
• Az alumínium korrózióvédő kezelés hatására nem rozsdásodik.
• Nem szívja magába a környezeti nedvességet, és nem rothad.

Az átlátszó elem kiválasztásakor figyelmet kell fordítania olyan paraméterekre, mint a napfény törésmutatója és az infravörös sugárzás elnyelő képessége.

A fotoelemek hatásfoka közvetlenül az első paramétertől függ: minél alacsonyabb a törésmutató, annál magasabb a szilíciumlapkák hatásfoka.

A minimális fényvisszaverődési együtthatója a plexiüvegnek vagy olcsóbb változatának, a műanyag üvegnek van. A polikarbonát fénytörésmutatója valamivel alacsonyabb.

A második paraméter értékétől függ, hogy a szilícium fotoelemek felmelegednek-e vagy sem. Minél kevésbé vannak kitéve a lapkák a hőhatásnak, annál tovább kitartanak. Az infravörös sugárzást legjobban a speciális hőelnyelő műanyag üveg és az infravörös elnyelő üveg nyeli el. Kissé rosszabbul a szokásos üveg.

Ha lehetséges, az optimális választás a tükröződésmentes átlátszó üveg használata átlátszó elemként.

A költség, a fénytörésmutató és az infravörös sugárzás elnyelésének arányát tekintve a műanyag üveg a legoptimálisabb megoldás a napelem készítéséhez.

A rendszer terve és a hely kiválasztása

A napelemrendszer terve tartalmazza a szükséges napelemlap méretének kiszámítását. Ahogy fentebb említettük, a napelem mérete általában korlátozott a drága fotoelemek miatt.

A napelemet meghatározott szögben kell telepítenie, amely a lehető legnagyobb mértékben biztosítja a napsugarak beesését a szilícium lapkákra. A legjobb választás az olyan napelem, amely képes a dőlésszög megváltoztatására.

A szilícium lapkák telepítési helye sokféle lehet: a földön, a ház nyeregtetőjén vagy lapostetőjén, valamint a melléképületek tetején.

Az egyetlen feltétel, hogy a napelemet a telek vagy a ház napos, magas fák lombkoronája által nem árnyékolt oldalán kell elhelyeznie. Emellett az optimális dőlésszöget képlettel vagy speciális számológép segítségével kell kiszámítania.

A dőlésszög függ a ház elhelyezkedésétől, az évszaktól és az éghajlattól. Kívánatos, hogy a napelem képes legyen a dőlésszög változtatására a nap magasságának évszakos változásaihoz igazodva, mert akkor a leghatékonyabbak, ha a napsugarak pontosan merőlegesen esnek a felületre.

A FÁK európai részén az ajánlott rögzített dőlésszög 50 – 60 fok. Ha a szerkezet rendelkezik dőlésszög-változtató eszközzel, akkor télen jobb a paneleket 70 fokos szögben elhelyezni a horizonthoz képest, nyáron 30 fokos szögben.

A számítások szerint egy négyzetméter napelemes rendszer 120 W teljesítményt tud nyújtani. Ezért a számítások alapján megállapítható, hogy egy átlagos háztartás havi 300 kW áramfogyasztásának biztosításához legalább 20 négyzetméter napelemes rendszer szükséges.

Egy ekkora napelemes rendszer azonnali telepítése problémás lenne. De már egy 5 négyzetméteres panel felszerelése is segíthet megtakarítani az áramot, és szerény hozzájárulást jelenthet bolygónk ökológiájához. Javasoljuk továbbá, hogy ismerkedjen meg a szükséges napelemek számának kiszámítási elvével.

A napelem tartalék energiaforrásként használható a központi áramellátás gyakori kimaradása esetén. Az automatikus átkapcsoláshoz szünetmentes tápegységet kell biztosítani.

Az ilyen rendszer azért kényelmes, mert a hagyományos áramforrás használata közben egyidejűleg töltődik a napelemes rendszer akkumulátora. A napelemet kiszolgáló berendezések a házon belül helyezkednek el, ezért külön helyiséget kell kialakítani számukra.

Amikor a paneleket a ház ferde tetejére helyezi, ne feledkezzen meg a panel dőlésszögéről. Az ideális eset az, ha a panel rendelkezik szezonális dőlésszög-változtató eszközzel.

A napelem összeszerelése lépésről lépésre

Miután kiválasztotta a napelem és a napelemes rendszer kiszolgáló berendezéseinek helyét, valamint rendelkezésre állnak a szükséges anyagok és eszközök, megkezdheti a panel felszerelését.

A telepítés során be kell tartani a biztonsági előírásokat, különösen a kész panel tetőre szerelésekor. Tekintsük át lépésről lépésre, hogyan készítsünk napelemet.

1. lépés – a szilícium lapkák érintkezőinek forrasztása

A házilag készített napelem összeszerelése gyakran a fényelemek vezetőinek forrasztásával kezdődik. Természetesen, ha van rá lehetősége, a legjobb, ha már vezetőkkel együtt vásárolja meg a fényelemeket, mivel a forrasztás nagyon nehéz és aprólékos munka, amely sok időt vesz igénybe.

A forrasztás a következőképpen történik:

1. Vegyünk egy szilícium fényelemet vezetők nélkül és egy fém vezetőcsíkot.
2. A vezetőket egy karton sablon segítségével vágjuk le, hosszuk kétszer akkora, mint a szilícium lapka mérete.
3. A vezetőt óvatosan ráhelyezzük a lapkára. Egy elemre – két vezető.
4. A forrasztás helyére fel kell vinni a forrasztósavat a forrasztópáka használatához.
5. Végezze el a forrasztást a forrasztópáka segítségével, óvatosan hozzáforrasztva a vezetőt a lapkához.

A forrasztás során ne nyomja a szilíciumelemeket, mert nagyon törékenyek és eltörhetnek! Ha szerencséje van, és kész érintkezőkkel ellátott napelemeket vásárolt, akkor megkíméli magát a hosszú és nehéz munkától, és azonnal rátérhet a jövőbeli akkumulátor keretének elkészítésére.

A B csoport hibás napelemei érintkezőinek forrasztása ugyanúgy és ugyanabban az irányban történik, mint a teljes lapoké.

2. lépés – a napelem keretének elkészítése

A keret az a hely, ahova a napelemek kerülnek. A keret elkészítéséhez alumínium L-profilokat és léceket használnak, amelyekből kereteket állítanak össze. Az ajánlott L-profil méret: 70–90 mm.

A fém L-profilok belső oldalára szilikon tömítőanyagot kell felvinni. Az L-profilok tömítését alaposan kell elvégezni, ettől függ a teljes szerkezet tartóssága.

Miután az alumínium keret kész, hozzáfogunk a hátsó ház elkészítéséhez. A hátsó ház egy forgácslapból készült, alacsony peremű doboz.

A magas peremek árnyékot vetnének a napelemekre, ezért magasságuk nem haladhatja meg a 2 cm-t. A peremeket önmetsző csavarokkal és csavarhúzóval kell felerősíteni.

A forgácslapból készült házdoboz alján szellőzőnyílások vannak kialakítva. A nyílások közötti távolság körülbelül 10 cm. Az alumínium keretbe átlátszó elemet (plexit, csillogásgátló üveget, plexiüveget) helyeznek.

Az átlátszó elemet lenyomják és rögzítik; rögzítését szerelvényekkel végzik: négyet a sarkoknál, kettőt a hosszú, egyet a rövid oldalán. A szerelvényeket csavarokkal rögzítik.

A náp elem keretene kész, és hozzákezdet a legfontosabb rézhez – a náp elemek szereléséhez. A szerelés előtt meg kell tisztítani a plexit a portól, és alkoholtartalmú folyadékkal zsírtalanítani.

3. lépés – a szilícium lapkák-fotoelemek beépítése

A szilíciumlapok szerelése és forrasztása a házi készítésű napelem létrehozásának legmunkaigényesebb része. Először helyezzük a náp elemeket a plexire, a kék lapokkal lefelé.

Ha Ön első alkalommal szereli össze a napelemet, használhat egy alátétet a jelölések felviteléhez, hogy a lemezeket egyenletesen, egymástól kis (3-5 mm) távolságra helyezze el.

1. A fotoelemek forrasztását a következő kapcsolási rajz szerint végezzük: a “+” sávok a lemez elülső oldalán, a “-” a hátoldalon találhatók. Forrasztás előtt óvatosan vigyen fel folyasztószert és forraszanyagot az érintkezők összekapcsolásához.
2. Az összes fotoelem forrasztását soronként egymás után, felülről lefelé végezzük. A sorokat ezután egymással is össze kell kötni.
3. Hozzálátunk a fotoelemek ragasztásához. Ehhez egy kis mennyiségű tömítőanyagot viszünk fel minden szilíciumlemez közepére.
4. A kapott fotoelem-láncokat fordítsa meg úgy, hogy a színes oldal (ahol a kék lemezek vannak) felfelé nézzen, és helyezze el a lemezeket a korábban felvitt jelölések szerint. Óvatosan nyomja meg minden lemezt, hogy rögzítse a helyén.
5. A szélső fotoelemek érintkezőit vezesse a sínre, a “+” és “-“ megfelelően. A sínhez ajánlott szélesebb ezüst vezetőt használni.
6. A napelemet fel kell szerelni egy blokkoló diódával, amely az érintkezőkhöz csatlakozik, és megakadályozza az akkumulátorok éjszakai kisülését a szerkezeten keresztül.
7. A keret alján fúrjon lyukakat a vezetékek kivezetéséhez.

A vezetékeket rögzíteni kell a kerethez, hogy ne lógjanak; ezt szilikon tömítőanyag segítségével teheti meg.

4. lépés – a napelem tesztelése a letömítés elött

A napelem tesztelését a tömítés előtt kell elvégezni, hogy a forrasztás során gyakran fellépő hibákat ki lehessen javítani. A legjobb, ha minden egyes elemsor forrasztása után végzi el a tesztet – így sokkal könnyebb felfedezni, hol rosszak a csatlakozások.

A teszteléshez egy közönséges háztartási ampermérőre lesz szüksége. A méréseket napos időben, 13-14 óra között kell elvégeznie, és a napot nem szabad, hogy felhők takarják.

Vigye ki a napelemet a szabadba, és helyezze el a korábban kiszámított dőlésszögnek megfelelően. Csatlakoztassa az ampermérőt a napelem érintkezőihez, és mérje meg a rövidzárlati áramot.

A tesztelés lényege, hogy az üzemi áramerősség 0,5-1,0 A-rel alacsonyabb legyen a rövidzárlati áramnál. A műszer leolvasásának 4,5 A felett kell lennie, ami a napelem működőképességét jelzi.

Ha a tesztelő kisebb értéket mutat, akkor valahol bizonyosan megszakadt a fotocellák sorba kapcsolása.

A B csoportú fotocellákból készült házi készítésű napelem általában 5-10 A értéket mutat, ami 10-20%-kal alacsonyabb, mint a gyári napelemeké.

5. lépés – a házba helyezeott fotoelemek letömítése

A tömítést csak akkor lehet elvégezni, ha meggyőződtünk arról, hogy a napelem működik. Tömítéshez a legjobb epoxigyantát használni, de figyelembe véve, hogy az anyagfelhasználás nagy lesz, és költsége körülbelül 40-45 dollár. Ha túl drága, akkor helyette ugyanazt a szilikon tömítőanyagot használhatja.

Szilikon tömítőanyag használatakor azt részesítse előnyben, amelynek csomagolásán feltüntetik, hogy alkalmas fagypont alatti hőmérsékleten való használatra.

Kétféle tömítési módszer létezik:

• teljes öntés, amikor a paneleket tömítőanyaggal öntik le;
• a tömítőanyag felvitele a fotocellák közötti térre és a szélső elemekre.

Az első esetben a tömítés megbízhatóbb lesz. Öntés után a tömítőanyagnak meg kell kötnie. Ezután a tetejére plexiüveget helyeznek, és szorosan a szilikonnal bevont lemezekhez nyomják.

A lengéscsillapítás és a kiegészítő védelem érdekében a fotocellák hátoldala és a farostlemez keret között sok szakember javasol kemény habszivacs tömítés beépítését 1,5-2,5 cm szélességben.

Ezt nem kötelező megtenni, de ajánlott, figyelembe véve, hogy a szilíciumlapok meglehetősen törékenyek és könnyen megsérülnek.

A plexiüveg felszerelése után a szerkezetre súlyt helyeznek, amelynek hatására a légbuborékok kinyomódnak. A napelem készen áll, és ismételt tesztelés után telepíthető az előre kiválasztott helyre, és csatlakoztatható otthona napenergia-rendszeréhez.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A kínai webáruházból rendelt fotocellák áttekintése:

Videós útmutató a napelem elkészítéséhez:

Napelemet saját kezűleg elkészíteni – nem egyszerű feladat. Az ilyen akkumulátorok többségének hatékonysága 10-20%-kal alacsonyabb, mint az ipari gyártású paneleké. A napelem tervezésekor a legfontosabb – a fotocellák helyes kiválasztása és felszerelése.

Ne próbáljon meg azonnal egy hatalmas méretű panelt létrehozni. Először próbáljon meg egy kis készüléket összeállítani, hogy megértse a folyamat minden finomságát.

Van gyakorlati tapasztalata napelemek készítésében? Kérjük, ossza meg tapasztalatait weboldalunk látogatóival – írjon megjegyzéseket az alábbi blokkban. Ugyanitt kérdéseket is feltehet a cikk témájával kapcsolatban.