Gerador solar DIY: instruções para fazer uma fonte alternativa de energia

As fontes alternativas de energia que permitem fornecer calor e eletricidade a um espaço habitacional na quantidade necessária não são um “prazer” barato que exige custos financeiros significativos para aquisição, instalação e instalação.

Fazer um gerador solar com as próprias mãos é muito mais barato e está ao alcance de muitos artesãos domésticos. Vejamos as instruções que descrevem claramente todas as nuances do processo de fabricação.

Como funciona um gerador de energia solar?

Um gerador solar é um complexo de elementos semicondutores fotovoltaicos que convertem diretamente energia solar para elétrico.

Quando os quanta de luz produzidos pelos raios atingem a chapa fotográfica, eles eliminam um elétron da órbita atômica final do elemento de trabalho. Este efeito cria muitos elétrons livres, que formam um fluxo contínuo de corrente elétrica.

Não é necessário montar imediatamente um complexo de grande porte ao instalar um gerador solar com suas próprias mãos. Você pode começar com uma unidade pequena e, se necessário, aumentar o volume no futuro

O silício é usado como material ativo.É altamente eficiente e proporciona uma eficiência de conversão fotovoltaica de 20% em operação normal e até 25% em condições favoráveis.

Devido à pronunciada eficiência das fotocélulas de silício, os geradores baseados nelas garantem alto rendimento com um volume relativamente pequeno. A potência de uma unidade de 1 metro produz 125 W por hora, o que é considerado um resultado muito impressionante.

Uma fina camada de elementos químicos passivos - boro ou fósforo - é aplicada em um lado da pastilha de silício. É nesta superfície que, em decorrência da intensa exposição ao sol, ocorre a liberação ativa de elétrons. O filme de fósforo os mantém firmemente em um só lugar e não permite que se separem.

Existem “trilhos” de metal localizados na própria placa de trabalho. Sobre eles são construídos elétrons livres, criando assim um movimento ordenado, ou seja, uma corrente elétrica.

As únicas desvantagens dos wafers incluem a complexidade e o custo do próprio processo de purificação do silício e, para evitar esses problemas, eles estão explorando ativamente o uso de alternativas na forma de gálio, cádmio, índio e vários compostos de cobre. No entanto, até agora não existem concorrentes reais para elementos de silício.

A maneira mais fácil de transformar um conversor de energia solar em eletricidade é comprar uma bateria solar pronta e instalá-la no telhado de uma casa ou garagem:

O que você precisa para trabalhar?

Para a fabricação de um gerador composto por um kit painéis solares, são necessárias as seguintes ferramentas e materiais:

• módulos para conversão de luz solar em energia;
• cantos de alumínio;
• ripas de madeira;
• folhas de aglomerado;
• um elemento transparente (vidro, plexiglass, plexiglass, policarbonato) para criar proteção para wafers de silício;
• parafusos auto-roscantes e parafusos de diversos tamanhos;
• espuma de borracha densa com 1,5-2,5 mm de espessura;
• selante de alta qualidade;
• diodos, terminais e fios;
• chave de fenda ou conjunto de chaves de fenda;
• ferro de solda;
• serra para madeira e metal (ou moedor).

O volume de materiais necessários dependerá diretamente do tamanho planejado do gerador. O trabalho em grande escala implicará custos adicionais, mas em qualquer caso será mais barato do que um módulo adquirido.

A base protetora para wafers de silício pode ser feita de vidro, plexiglass, policarbonato ou plexiglass. Os três primeiros materiais criam perdas mínimas de energia convertida, mas o quarto transmite raios muito pior e reduz significativamente a eficiência de todo o complexo.

Para o teste final da unidade montada, é utilizado um amperímetro. Permite registrar a eficiência real da instalação e ajuda a determinar a produção real.

Selecionando o tipo de fotoconversor

As atividades para criar um gerador solar com as próprias mãos começam com a escolha do tipo de conversor fotovoltaico de silício.

Esses componentes vêm em três tipos:

• amorfo;
• monocristalino;
• policristalino.

Cada opção tem suas vantagens e desvantagens, e a escolha por qualquer uma delas é feita com base no valor de recursos alocados para a compra de todos os componentes do sistema.

Características de variedades amorfas

Os módulos amorfos não consistem em silício cristalino, mas sim em seus derivados (silano ou hidrogênio-silício). Por pulverização no vácuo, eles são aplicados em uma camada fina sobre uma folha de metal, vidro ou plástico de alta qualidade.

Os produtos acabados apresentam uma tonalidade cinza desbotada e embaçada. Nenhum cristal de silício visível é observado na superfície. A principal vantagem painéis solares flexíveis O preço é considerado acessível, porém sua eficiência é muito baixa e varia de 6 a 10%.

As células solares amorfas feitas de silício têm maior flexibilidade, exibem altos níveis de absorção óptica (20 vezes maiores do que as equivalentes mono ou policristalinas) e operam significativamente mais eficientemente em tempo nublado.

Especificidades dos tipos policristalinos

Policristalino painéis solares produzido pelo resfriamento gradual e muito lento do silício fundido. Os produtos resultantes distinguem-se por uma rica cor azul, têm uma superfície com um padrão claramente definido que lembra um padrão gelado e apresentam uma eficiência em torno de 14-18%.

O desempenho de maior eficiência é dificultado pelas áreas presentes no interior do material, separadas da estrutura geral por limites granulares.

As células solares policristalinas operam por apenas 10 anos, mas durante esse período sua eficiência não diminui. Porém, para instalar os produtos em um único complexo, deve-se utilizar uma base forte e sólida, pois as telhas são bastante rígidas e requerem um suporte forte e confiável.

Características das variantes monocratílicas

Os módulos monocristalinos são caracterizados por uma cor escura densa e consistem em cristais sólidos de silício. A sua eficiência excede a de outros elementos e chega a 18-22% (em condições favoráveis ​​- até 25%).

Outra vantagem é a impressionante vida útil - segundo os fabricantes, mais de 25 anos.No entanto, com o uso prolongado, a eficiência dos monocristais diminui e após 10-12 anos o fotoretorno não passa de 13-17%.

Os módulos monocristalinos são significativamente mais caros que outros tipos de equipamentos. Eles são produzidos serrando cristais de silício cultivados artificialmente

Para criar um gerador solar em casa com as próprias mãos, você utiliza principalmente placas poli e monocristalinas de vários tamanhos. Eles são comprados em lojas online populares, incluindo eBay ou Aliexpress.

Devido ao alto valor das fotocélulas, muitos fornecedores oferecem aos clientes produtos do grupo B, ou seja, fragmentos aptos para uso integral com leve defeito. Seu custo difere do preço padrão em 40-60%, portanto, a montagem de um gerador custa um preço razoável e não muito caro.

Como fazer moldura para pratos?

Para fazer a estrutura do futuro gerador, são utilizadas ripas de madeira resistentes ou cantos de alumínio. A versão em madeira é considerada menos prática, pois o material requer processamento adicional para evitar posterior apodrecimento e delaminação.

Para que a moldura de madeira resista à carga operacional e não apodreça após as primeiras chuvas, ela deve ser impregnada com um composto especial que proteja a madeira da umidade.

O alumínio possui características físicas muito mais atrativas e, devido à sua leveza, não impõe tensões desnecessárias ao telhado ou outra estrutura de suporte onde a unidade será instalada.

Além disso, devido ao revestimento anticorrosivo, o metal não enferruja, não apodrece, não absorve umidade e resiste facilmente aos efeitos de quaisquer manifestações atmosféricas agressivas.

Para criar uma estrutura de moldura a partir de cantos de alumínio, primeiro determine o tamanho do futuro painel. Na versão padrão são utilizadas 36 fotocélulas de 81 mm x 150 mm por bloco.

Para operação posterior correta, deixa-se um pequeno espaço (cerca de 3-5 mm) entre os fragmentos. Este espaço permite-nos ter em conta alterações nos parâmetros básicos da base exposta às manifestações atmosféricas. Como resultado, o tamanho total da peça de trabalho é de 83 mm x 690 mm com uma largura de canto da moldura de 35 mm.

Os wafers de silício colocados em uma moldura de perfil de alumínio parecem quase produtos fabricados em fábrica. Uma estrutura durável e forte confere ao sistema uma estanqueidade impecável e confere a toda a estrutura um alto nível de rigidez

Após a determinação das dimensões, os fragmentos necessários são recortados dos cantos e montados em molduras por meio de fixadores. Uma camada de selante de silicone é aplicada na superfície interna da estrutura, certificando-se de que não haja lacunas ou vazios.

A integridade, resistência e durabilidade da estrutura montada dependem disso. Um material protetor transparente é colocado em cima (vidro com revestimento anti-reflexo, plexiglass ou policarbonato com parâmetros especiais) e fixado de forma segura com ferragens (1 por parte curta e 2 por parte longa da moldura e 4 nos cantos do corpo).

Para o trabalho, use uma chave de fenda e parafusos de diâmetro adequado. No final, a superfície transparente é cuidadosamente limpa de poeira e pequenos detritos.

Selecionando um elemento transparente

Os principais critérios para escolher um elemento transparente para criar um gerador:

• capacidade de absorver radiação infravermelha;
• nível de refração da luz solar.

Quanto menor o índice de refração, maior será a eficiência que as pastilhas de silício demonstrarão. Plexiglas e plexiglass têm o menor coeficiente de reflexão da luz. O policarbonato também está longe de ser o melhor desempenho.

Para criar estruturas de moldura para sistemas solares domésticos, recomenda-se, se possível, a utilização de vidro transparente anti-reflexo ou um tipo especial de policarbonato com revestimento anticondensação que proporcione o nível de proteção térmica necessário.

As melhores características em termos de absorção de radiação IR são possuídas por plexiglass de absorção térmica durável e vidro com opção de absorção de IR. Para o vidro comum estes números são significativamente mais baixos. A eficiência da absorção de IR determina se as pastilhas de silício aquecerão ou não durante a operação.

Se o aquecimento for mínimo, as fotocélulas durarão muito tempo e fornecerão uma saída estável. O superaquecimento das placas levará a interrupções na operação e falha rápida de partes individuais do sistema ou de todo o complexo.

Instalação de fotocélulas de silício

Imediatamente antes da instalação, os vidros protetores colocados em esquadrias de alumínio são bem limpos de poeira e desengordurados com uma composição à base de álcool.

As fotocélulas adquiridas são colocadas uniformemente no substrato de marcação a uma distância de 3-5 milímetros uma da outra e os cantos da estrutura geral são marcados. Em seguida, prossiga para a soldagem dos elementos - a parte mais importante e trabalhosa do trabalho de montagem do gerador.

A soldagem dos elementos operacionais do gerador é realizada de acordo com um esquema em que “+” são os trilhos na parte externa e “-” são os canais localizados na parte inferior da placa.

Para conectar os contatos corretamente, primeiro aplique fluxo (ácido de solda) e solda e, em seguida, processe-os em sequência estrita de cima para baixo. No final, todas as linhas estão conectadas entre si.

O próximo passo é colar as fotocélulas. Para fazer isso, um pouco de selante é espremido no centro de cada pastilha de silício, as cadeias de elementos resultantes são viradas com o lado externo para cima e colocadas estritamente de acordo com as marcações aplicadas anteriormente.

Pressione suavemente as placas com as mãos, fixando-as no lugar certo. Eles agem com muito cuidado, tentando não danificar ou entortar o material.

Os contatos das fotocélulas localizadas nas bordas são enviados para um barramento separado (condutor largo prateado), como “+” e “-”. Além disso, o complexo está equipado com um diodo de bloqueio. Ao conectar-se aos contatos, evita que as baterias descarreguem pela estrutura durante a noite.

Na parte inferior da moldura são feitos furos com uma broca por onde saem os fios. Para evitar que caiam, use selante de silicone.

A galeria de fotos a seguir apresentará as etapas de montagem de um painel solar a partir de 60 elementos:

As células solares montadas por soldagem agora precisam ser fixadas na base. Pode ser colado em compensado e coberto com vidro. Porém, no exemplo, a colagem é feita primeiro no vidro:

Para garantir que a bateria destinada ao acúmulo de carga não absorva a energia gerada pelas fotocélulas, sua bateria solar é conectada através de um diodo Rod:

Montamos a miniestação solar mostrada no exemplo de acordo com o diagrama mostrado na foto. Para a conexão utilizamos um fio com seção transversal de condutor de cobre de 1 m²

Esta miniusina é capaz de gerar até 15 V. Ressalta-se que o desempenho máximo será observado apenas em dias ensolarados e sem nuvens. Em tempo nublado, o dispositivo gerará significativamente menos energia ou não gerará energia alguma. Portanto, a bateria para ele é selecionada de forma que a reserva seja suficiente para pelo menos um dia.

Como testar a unidade instalada?

Antes de finalmente selar o gerador montado, ele deve ser testado para identificar possíveis malfuncionamentos durante o processo de soldagem. A opção mais razoável é verificar cada linha soldada separadamente. Desta forma, ficará imediatamente claro onde os contatos estão mal conectados e requerem reprocessamento.

Para realizar o teste, use um amperímetro doméstico. A medição é realizada em um dia ensolarado e sem nuvens na hora do almoço (das 13h às 15h). A estrutura é colocada no pátio e instalada no ângulo de inclinação adequado.

Um amperímetro doméstico ajuda a medir a corrente real. Com base em suas leituras, é possível determinar o nível de desempenho do sistema solar montado e identificar violações na sequência de conexão das fotocélulas de silício

Um amperímetro é conectado aos contatos de saída da bateria solar e a corrente de curto-circuito é medida. Se o dispositivo apresentar resultados acima de 4,5 A, o sistema está completamente correto e todas as conexões estão soldadas de forma clara e correta.

Os dados inferiores que aparecem no display do testador indicam violações que precisam ser rastreadas e soldadas novamente. Tradicionalmente, os geradores solares do tipo faça você mesmo a partir de fotocélulas com leve defeito (grupo B) apresentam valores de 5 a 10 Amperes no teste.

As unidades produzidas na fábrica mostram dados 10-20% maiores. Isso se explica pelo fato de a produção utilizar wafers de silício do grupo A, que não apresentam defeitos na estrutura.

A etapa final do trabalho

Se o teste mostrar que a bateria está totalmente funcional, ela será selada com um selante de silicone especial ou um composto epóxi mais caro e durável.

O trabalho envolve duas maneiras de fazê-lo:

1. Enchimento total - quando toda a superfície é coberta com um composto de vedação.
2. Tratamento parcial - quando o selante é aplicado apenas nos elementos externos e no espaço vazio entre os elementos.

A primeira opção é considerada mais confiável e fornece ao sistema proteção completa contra fatores externos. As fotocélulas são claramente fixadas e funcionam corretamente com a máxima eficiência.

Para vedar as fotocélulas dentro da caixa, é aconselhável usar um selante resistente ao gelo que possa suportar mudanças bruscas de temperatura e baixas temperaturas abaixo de zero.

Quando o enchimento estiver concluído, o selante pode “endurecer”. Em seguida, cobrem-no com um elemento transparente e pressionam-no firmemente contra as placas.

Para fornecer proteção adicional e absorção de choque, alguns artesãos recomendam colocar espuma de borracha densa entre a superfície da placa de silicone e a parte traseira da estrutura. Isso tornará a estrutura mais integral e protegerá as fotocélulas frágeis de cargas desnecessárias.

Em seguida, um peso é colocado na superfície, que atua sobre as camadas e espreme as bolhas de ar para fora delas. O gerador finalizado é testado novamente e finalmente instalado em local pré-preparado.

Onde e como colocar o gerador?

O local para instalação do gerador solar é escolhido com muito cuidado e sem pressa. As placas que recebem luz devem ser colocadas em um ângulo para que os raios não “caiam” perpendicularmente à superfície, mas pareçam “fluir” suavemente ao longo dela.

O ideal é que a estrutura seja posicionada de forma que seja possível, se necessário, ajustar o ângulo de inclinação, desta forma, “capturando” o máximo de sol.

É perfeitamente aceitável instalar um sistema solar a partir de painéis solares no terreno, mas na maioria das vezes escolhe-se para colocação o telhado de uma casa ou despensa, nomeadamente aquela parte que fica voltada para o lado mais consagrado, principalmente a sul do local.

É muito importante que não haja edifícios altos ou árvores poderosas e extensas nas proximidades. Por estarem próximos, criam sombra e interferem no pleno funcionamento da unidade.

Para que as instalações solares tenham um bom desempenho, elas devem ser mantidas limpas e arrumadas. Uma camada de sujeira formada na superfície do painel de coleta reduz a eficiência em 10% e a neve aderida desliga completamente a unidade.Portanto, a manutenção regular é obrigatória e ajuda a manter os módulos em perfeitas condições de funcionamento.

O nível médio de inclinação do telhado para instalação de um gerador solar é considerado 45⁰. Com esta disposição, as fotocélulas absorvem o fluxo solar de forma muito eficiente e produzem a quantidade de energia necessária ao correto funcionamento da casa.

Para obter retornos reais dos painéis e fornecer à família média a quantidade necessária de energia, você terá que ocupar 15-20 m² de superfície do telhado para um gerador solar

Para a parte europeia dos países da CEI, aplicam-se indicadores ligeiramente diferentes. Os profissionais recomendam usar como base um ângulo de inclinação estacionário de 50-60⁰ e, em estruturas móveis durante o inverno, colocar as baterias em um ângulo de 70⁰ em relação ao horizonte.

No verão, mude a posição e incline as fotocélulas num ângulo de 30⁰.

Ao instalar painéis geradores em um sistema de trilhos equipado com uma opção de rastreamento solar automático, você pode aumentar a eficiência de produção em 50%. O módulo detectará de forma independente a intensidade dos raios e se ajustará à iluminação máxima do amanhecer ao pôr do sol

Imediatamente antes da instalação, a cobertura é adicionalmente reforçada e equipada com suportes especiais e resistentes, uma vez que nem toda estrutura é capaz de suportar todo o peso dos equipamentos de conversão de energia solar.

Para instalar de forma confiável e segura um gerador solar no telhado, vale a pena adquirir fixações especiais. São produzidos separadamente para cada tipo de cobertura e estão sempre à venda.Na instalação entre os painéis e a cobertura é necessário deixar um vão para o total acesso do ar e correta ventilação dos elementos absorvedores de sol

Em alguns casos, vigas reforçadas são colocadas sob o telhado para proteger o telhado do colapso, potencialmente devido ao aumento da carga, que aumenta significativamente no inverno, quando a neve se acumula na superfície do telhado.

Para colocar o sistema solar em funcionamento você precisará baterias, inversor e controlador de carga. Você aprenderá sobre as regras de seleção de dispositivos e sua inclusão no circuito nos artigos que recomendamos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Características e nuances da soldagem de fotocélulas para fazer um gerador solar eficaz em casa com suas próprias mãos. Dicas e sugestões para artesãos, ideias interessantes e experiências pessoais.

Como testar corretamente uma fotocélula e medir seus principais parâmetros. Esta informação será útil em cálculos posteriores do número exato de placas necessárias para o pleno funcionamento do sistema.

Uma descrição passo a passo completa do processo de montagem de uma bateria solar para um gerador doméstico. Regras de funcionamento, começando pela aquisição dos elementos necessários e terminando com um teste geral do dispositivo fabricado.

Conhecendo a estrutura dos geradores solares, montá-los em casa não será difícil. É claro que o trabalho exigirá atenção, rigor e escrupulosidade, mas o resultado justificará todos os custos financeiros e trabalhistas. A unidade acabada fornecerá integralmente calor e eletricidade ao edifício, criando o nível de conforto necessário para os residentes.

Não faz sentido assumir um grande projeto imediatamente.Para começar, faz sentido tentar montar uma unidade pequena e, depois de dominar totalmente todas as nuances do processo, começar a construir uma instalação mais potente e em grande escala.

Que método de construção de uma miniusina você escolheu para organizar sua casa de verão? Por favor, escreva comentários, compartilhe informações úteis e fotografias sobre o tema do artigo no bloco abaixo. Faça perguntas sobre pontos controversos ou pouco claros.