Come realizzare un pannello solare fai-da-te: istruzioni per il montaggio autonomo

I pannelli solari sono una fonte di energia che può essere utilizzata per produrre elettricità o calore per una casa bassa. Tuttavia, i pannelli solari hanno un costo elevato e non sono accessibili alla maggior parte degli abitanti del nostro paese. È d'accordo?

Diverso è il caso quando si realizza un pannello solare fai da te: i costi si riducono notevolmente e tale struttura funziona altrettanto bene di un pannello prodotto industrialmente. Quindi, se sta seriamente pensando di acquistare una fonte alternativa di energia elettrica, provi a realizzarla da sé: non è molto difficile.

Nell'articolo si parlerà della costruzione di pannelli solari. Le racconteremo quali materiali e strumenti sono necessari. E poco più in basso troverà istruzioni passo passo con illustrazioni che mostrano chiaramente il procedimento.

Breve descrizione del funzionamento e della struttura

L'energia solare può essere convertita in energia termica, quando il vettore energetico è un liquido termovettore, o in energia elettrica, accumulata in batterie. Il pannello è un generatore che funziona secondo il principio dell'effetto fotovoltaico.

La conversione dell'energia solare in elettricità avviene dopo che i raggi solari colpiscono le celle fotovoltaiche, che sono la parte principale del pannello.

In questo processo, i quanti di luce “rilasciano” i loro elettroni dagli orbitali più esterni. Questi elettroni liberi generano una corrente elettrica che passa attraverso il regolatore di carica e si accumula nella batteria, da dove viene poi fornita ai consumatori di energia.

Gli elementi di silicio fungono da piastre fotovoltaiche. La piastra di silicio è rivestita su un lato da un sottilissimo strato di fosforo o boro – un elemento chimico passivo.

In questo punto, sotto l'azione dei raggi solari, viene liberata una grande quantità di elettroni, che vengono trattenuti dalla pellicola di fosforo e non si disperdono.

Sulla superficie della piastra sono presenti delle “piste” metalliche, sulle quali gli elettroni liberi si allineano, formando un movimento ordinato, cioè una corrente elettrica.

Più sono grandi questi wafer di silicio (fotocellule), maggiore è la corrente elettrica che si può ottenere. Per maggiori dettagli sul principio di funzionamento di un pannello solare, legga qui.

Lo strato superiore delle piastre fotovoltaiche è rivestito da uno strato che impedisce la riflessione della luce solare dalle piastre, aumentando la loro efficienza.

Materiali per la creazione di una cella solare

Prima di iniziare la costruzione del pannello solare, è necessario procurarsi i seguenti materiali:

• piastre fotovoltaiche in silicato;
• fogli di truciolare, angolari in alluminio e listelli;
• gommapiuma rigida di spessore 1,5-2,5 cm;
• elemento trasparente che funge da base per le piastre di silicio;
• viti, viti autofilettanti;
• sigillante siliconico per esterni;
• fili elettrici, diodi, morsetti.

La quantità di materiali necessari dipende dalle dimensioni del Suo pannello, che spesso è limitata dalla quantità di elementi fotovoltaici disponibili. Degli strumenti, Lei avrà bisogno di: un cacciavite elettrico o un set di cacciaviti, un seghetto per metallo e legno, un saldatore. Per testare il pannello finito, Lei avrà bisogno di un tester-amperometro.

Ora esaminiamo i materiali più importanti più in dettaglio.

Lastre di silicio o celle fotovoltaiche

Gli elementi fotovoltaici per pannelli sono di tre tipi:

• policristallini;
• monocristallini;
• amorfi.

Le piastre policristalline sono caratterizzate da una bassa efficienza. Il rendimento è di circa il 10 – 12%, ma questo valore non diminuisce con il passare del tempo. La durata di funzionamento dei policristalli è di 10 anni.

Il pannello solare si assembla da moduli, che a loro volta sono composti da convertitori fotovoltaici. I pannelli con elementi fotovoltaici rigidi in silicio rappresentano una sorta di sandwich con strati disposti in sequenza, fissati in un profilo in alluminio.

Gli elementi fotovoltaici monocristallini possono vantare una maggiore efficienza – 13-25% e una lunga durata di funzionamento – oltre 25 anni. Tuttavia, con il passare del tempo, l'efficienza dei monocristalli diminuisce.

I convertitori monocristallini si ottengono tagliando cristalli coltivati artificialmente, il che spiega la loro elevata fotoconducibilità e produttività.

I fotoconvertitori a film si ottengono depositando un sottile strato di silicio amorfo su una superficie polimerica flessibile

Le batterie flessibili al silicio amorfo – le più moderne. Il convertitore fotovoltaico è spruzzato o fuso su una base polimerica. Il rendimento è circa 5 – 6 %, ma i sistemi a film sono estremamente comodi da installare.

I sistemi a film con fotoconvertitori amorfi sono comparsi relativamente di recente. Sono estremamente semplici e molto economici, ma perdono le qualità del consumatore più rapidamente rispetto ai concorrenti.

Non è consigliabile utilizzare celle fotovoltaiche di dimensioni diverse. In questo caso, la corrente massima prodotta dalla batteria sarà limitata dalla corrente dell'elemento più piccolo. Pertanto, le lastre più grandi non funzioneranno a piena potenza.

Quando acquisti le celle fotovoltaiche, informati dal venditore sul metodo di spedizione; la maggior parte dei venditori utilizza il metodo della ceratura per prevenire la rottura degli elementi fragili.

Il più delle volte, per le batterie fai-da-te vengono utilizzate celle fotovoltaiche mono e policristalline di dimensioni 3x6 pollici, che possono essere ordinate in negozi online come eBay.

Il costo delle celle fotovoltaiche è piuttosto elevato, ma molti negozi vendono i cosiddetti elementi del gruppo B. I prodotti appartenenti a questo gruppo sono difettosi ma utilizzabili, e il loro costo è del 40-60% inferiore rispetto alle lastre standard.

La maggior parte dei negozi online vende celle fotovoltaiche in kit da 36 o 72 lastre fotovoltaiche. Per collegare i singoli moduli in una batteria sono necessari i busbar, e per il collegamento al sistema occorrono i morsetti.

Telaio e elemento trasparente

Il telaio per il futuro pannello può essere realizzato con listelli di legno o angolari in alluminio.

La seconda opzione è preferibile per una serie di motivi:

• L'alluminio è un metallo leggero che non esercita un carico significativo sulla struttura di supporto su cui si prevede di installare la batteria.
• Se sottoposto a trattamento anticorrosivo, l'alluminio non è soggetto all'azione della ruggine.
• Non assorbe l'umidità dall'ambiente e non marcisce.

Nella scelta dell'elemento trasparente è necessario prestare attenzione a parametri quali l'indice di rifrazione della luce solare e la capacità di assorbire le radiazioni infrarosse.

Dal primo parametro dipende direttamente l'efficienza delle celle fotovoltaiche: più basso è l'indice di rifrazione, maggiore è l'efficienza delle celle di silicio.

Il coefficiente di riflessione della luce minimo si riscontra nel plexiglas o nella sua variante più economica, il vetro acrilico. L'indice di rifrazione della luce è leggermente inferiore per il policarbonato.

Dal valore del secondo parametro dipende se le celle fotovoltaiche in silicio si riscaldano o meno. Meno le celle vengono riscaldate, più a lungo dureranno. Le radiazioni infrarosse sono assorbite al meglio da uno speciale vetro acrilico termoassorbente e da vetro con assorbimento IR. Leggermente peggiore è il vetro normale.

Se possibile, la soluzione ottimale è utilizzare come elemento trasparente un vetro trasparente antiriflesso.

In base al rapporto costo-prestazioni per quanto riguarda l'indice di rifrazione della luce e l'assorbimento delle radiazioni IR, il vetro acrilico è l'opzione più ottimale per la realizzazione di un pannello solare.

Progettazione del sistema e scelta del luogo

Il progetto del sistema solare include i calcoli delle dimensioni necessarie della piastra solare. Come detto in precedenza, le dimensioni del pannello sono generalmente limitate dalle celle fotovoltaiche costose.

Il pannello solare deve essere installato con un angolo specifico che garantisca la massima esposizione dei raggi solari sulle celle di silicio. L'opzione migliore sono i pannelli che possono variare l'angolo di inclinazione.

Il luogo di installazione dei pannelli solari può essere molto vario: a terra, su un tetto spiovente o piano della casa, sui tetti di locali accessori.

L'unica condizione è che il pannello sia posizionato sul lato soleggiato del terreno o della casa, non ombreggiato da chiome di alberi alte. Inoltre, l'angolo di inclinazione ottimale deve essere calcolato tramite formula o utilizzando un calcolatore specializzato.

L'angolo di inclinazione dipenderà dalla posizione della casa, dalla stagione e dal clima. È auspicabile che il pannello abbia la possibilità di modificare l'angolo di inclinazione in seguito ai cambiamenti stagionali dell'altezza del sole, poiché funzionano al massimo dell'efficienza quando i raggi solari cadono perpendicolarmente alla superficie.

Per la parte europea dei paesi della CSI, l'angolo di inclinazione fisso consigliato è 50–60 º. Se nella struttura è previsto un dispositivo per variare l'angolo di inclinazione, in inverno è meglio posizionare i pannelli a 70 º rispetto all'orizzonte, in estate con un angolo di 30 º.

I calcoli mostrano che 1 metro quadrato di impianto solare permette di ottenere 120 W. Pertanto, attraverso i calcoli, si può stabilire che per fornire a una famiglia media un consumo di 300 kWh al mese è necessario un impianto solare di almeno 20 metri quadrati.

Installare subito un tale impianto solare sarebbe problematico. Ma anche l'installazione di un pannello di 5 metri può aiutare a risparmiare energia elettrica e dare un modesto contributo all'ecologia del nostro pianeta. Le consigliamo inoltre di familiarizzare con il principio di calcolo del numero necessario di pannelli solari.

Un pannello solare può essere utilizzato come fonte di energia di riserva in caso di frequenti interruzioni della fornitura elettrica centralizzata. Per il passaggio automatico, è necessario prevedere un sistema di alimentazione ininterrotta.

Un tale sistema è comodo perché, utilizzando una fonte tradizionale di energia elettrica, si carica contemporaneamente la batteria dell'impianto solare. L'apparecchiatura che serve il pannello solare è collocata all'interno della casa, pertanto è necessario prevedere un apposito locale.

Quando si posiziona il pannello su un tetto inclinato, non dimentichi l'angolo di inclinazione del pannello; la soluzione ideale è quando il pannello è dotato di un dispositivo per la regolazione stagionale dell'angolo.

Montaggio del pannello solare passo dopo passo

Dopo aver scelto il luogo per il posizionamento del pannello solare e delle attrezzature per il servizio dell'impianto solare, e avendo a disposizione tutti i materiali e gli strumenti necessari, si può iniziare il montaggio del pannello.

Durante l'installazione è necessario osservare le norme di sicurezza, specialmente quando si esegue l'installazione del pannello già pronto sul tetto della casa. Esaminiamo un algoritmo passo-passo su come costruire un pannello solare.

Passo #1 – saldatura dei contatti delle lastre di silicio

Il montaggio di un pannello solare fatto in casa spesso inizia con la saldatura dei conduttori delle celle fotovoltaiche. Certamente, se si ha la possibilità, è meglio acquistare le celle già con i conduttori, poiché la saldatura – è un lavoro molto complesso e minuzioso che richiede molto tempo.

La saldatura viene eseguita come segue:

1. Si prende una cella fotovoltaica di silicio senza conduttori e una striscia metallica conduttrice.
2. I conduttori vengono tagliati utilizzando un modello di cartone; la loro lunghezza è 2 volte maggiore della dimensione della cella di silicio.
3. Il conduttore viene accuratamente posizionato sulla cella. Per un elemento – due conduttori.
4. Sul punto in cui verrà effettuata la saldatura, è necessario applicare l'acido per lavorare con il saldatore.
5. Eseguire la saldatura con un saldatore, collegando accuratamente il conduttore alla cella.

Durante la saldatura non si deve esercitare pressione sull'elemento di silicio, poiché è molto fragile e potrebbe rompersi! Se ha avuto la fortuna di acquistare celle fotovoltaiche con contatti già pronti, si risparmierà un lavoro lungo e complesso, passando direttamente alla realizzazione del telaio per il futuro pannello.

La saldatura dei contatti per i fotoelementi difettosi del gruppo B viene eseguita allo stesso modo e nella stessa direzione di quella per le piastre intere

Passo #2 – costruzione del telaio per il pannello solare

Il telaio – è il luogo in cui verranno installati i fotoelementi. Per la costruzione del telaio si utilizzano angolari e listelli in alluminio, dai quali vengono assemblati i telai. La dimensione consigliata dell'angolare – 70-90 mm.

Sulla parte interna degli angolari metallici viene applicato un sigillante siliconico. La sigillatura degli angolari deve essere eseguita accuratamente, poiché da ciò dipende la durata dell'intera struttura.

Dopo che il telaio in alluminio è pronto, si procede alla costruzione del corpo posteriore. Il corpo posteriore è una scatola di legno in truciolato con bordi bassi.

I bordi alti creeranno ombra sui fotoelementi, pertanto la loro altezza non deve superare 2 cm. I bordi vengono avvitati con viti autofilettanti e un cacciavite.

Sul fondo del cassone in truciolato vengono praticati fori di ventilazione. La distanza tra i fori è di circa 10 cm. Nel telaio in alluminio viene installato un elemento trasparente (plexiglass, vetro antiriflesso, acrilico).

L'elemento trasparente viene pressato e fissato; il suo ancoraggio viene effettuato mediante ferramenta: 4 agli angoli, 2 sui lati lunghi e 1 sul lato corto del telaio. La ferramenta viene fissata con viti.

Il telaio per il pannello solare è pronto e si può procedere alla parte più critica – l'installazione dei fotoelementi. Prima dell'installazione, è necessario pulire il plexiglass dalla polvere e sgrassarlo con un liquido contenente alcol.

Passo #3 – montaggio delle celle fotovoltaiche in silicio

L'installazione e la saldatura delle piastre di silicio – è la parte più laboriosa del lavoro per creare un pannello solare fai-da-te. Per prima cosa, si dispongono i fotoelementi sul plexiglass con le piastre blu verso il basso.

Se sta assemblando la batteria per la prima volta, può utilizzare un supporto per applicare la marcatura in modo da posizionare le piastre uniformemente a una distanza di 3-5 mm l'una dall'altra.

1. Si esegue la saldatura dei fotoelementi secondo il seguente schema elettrico: le piste “+” si trovano sul lato anteriore della piastra, quelle “-” – sul lato posteriore. Prima della saldatura, applicare con cura il flusso e la saldatura per collegare i contatti.
2. Si esegue la saldatura di tutti i fotoelementi in serie, file per file, dall'alto verso il basso. Le file devono poi essere anche collegate tra loro.
3. Si inizia ad incollare i fotoelementi. A tale scopo, si applica una piccola quantità di sigillante al centro di ogni wafer di silicio.
4. Si capovolgono le stringhe ottenute di fotoelementi con il lato frontale (dove si trovano le piastre blu) verso l'alto e si posizionano i wafer secondo i segni tracciati in precedenza. Si preme delicatamente ogni wafer per fissarlo al suo posto.
5. I contatti dei fotoelementi estremi vengono portati alla barra collettrice, rispettivamente “+” e “-“. Per la barra si raccomanda di utilizzare un conduttore d'argento più largo.
6. La batteria solare deve essere dotata di un diodo di blocco, che si collega ai contatti e impedisce la scarica delle batterie attraverso la struttura durante la notte.
7. Nel fondo del telaio si praticano dei fori per far uscire i cavi all'esterno.

I fili devono essere fissati al telaio per evitare che penzolino; si può fare utilizzando sigillante siliconico.

Passo #4 – test del pannello prima della sigillatura

Il test del pannello solare deve essere effettuato prima della sua sigillatura, per poter eliminare i difetti che spesso si verificano durante la saldatura. È meglio eseguire il test dopo la saldatura di ogni fila di elementi – in questo modo è molto più facile individuare dove i contatti sono collegati male.

Per il test avrà bisogno di un comune amperometro domestico. Le misurazioni devono essere effettuate in una giornata di sole tra le 13 e le 14, il sole non deve essere coperto dalle nuvole.

Porti la batteria all'esterno e la installi in base all'angolo di inclinazione precedentemente calcolato. Colleghi l'amperometro ai contatti della batteria e misuri la corrente di cortocircuito.

Il significato del test è che la corrente elettrica di lavoro deve essere inferiore di 0,5-1,0 A rispetto alla corrente di cortocircuito. Le letture dello strumento devono essere superiori a 4,5 A, il che indica la funzionalità del pannello solare.

Se il tester fornisce letture inferiori, allora da qualche parte la sequenza di collegamento delle celle fotovoltaiche è sicuramente interrotta.

Di solito un pannello solare fatto in casa, costruito con fotocellule del gruppo B, fornisce valori di 5-10 A, che sono del 10-20% inferiori rispetto ai pannelli solari di produzione industriale.

Passo #5 – sigillatura delle celle fotovoltaiche posizionate nel telaio

La sigillatura può essere eseguita solo dopo essersi accertati che la batteria funzioni. Per la sigillatura, è meglio utilizzare un composto epossidico, ma considerando che il consumo di materiale sarà elevato e il suo costo è di circa 40-45 dollari. Se è troppo costoso, si può utilizzare lo stesso sigillante siliconico.

Utilizzando un sigillante siliconico, dia la preferenza a quello sulla cui confezione è indicato che è adatto per l'uso a temperature inferiori a zero.

Esistono due metodi di sigillatura:

• colata completa, quando i pannelli vengono riempiti di sigillante;
• applicazione del sigillante sullo spazio tra le celle fotovoltaiche e sugli elementi esterni.

Nel primo caso la sigillatura sarà più affidabile. Dopo la colata, il sigillante deve fare presa. Quindi, sopra viene installato il plexiglass e viene premuto saldamente contro le piastre rivestite di silicone.

Per garantire ammortizzazione e protezione aggiuntiva tra la superficie posteriore delle celle fotovoltaiche e il telaio in truciolato, molti esperti consigliano di installare un distanziale in gommapiuma rigida di larghezza 1,5-2,5 cm.

Non è obbligatorio farlo, ma è consigliabile, considerato che le piastre di silicio sono piuttosto fragili e si danneggiano facilmente.

Dopo aver installato il plexiglass, sulla struttura viene posto un peso, sotto l'azione del quale vengono espulse le bolle d'aria. Il pannello solare è pronto e, dopo un nuovo test, può essere installato in un luogo prescelto e collegato al sistema solare termico della Sua casa.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Panoramica delle celle fotovoltaiche ordinate in un negozio online cinese:

Video guida per la costruzione di un pannello solare:

Costruire un pannello solare fai-da-te – non è un compito semplice. Il rendimento della maggior parte di questi pannelli è inferiore del 10-20% rispetto ai pannelli di produzione industriale. La cosa più importante nella progettazione di un pannello solare – è scegliere e installare correttamente le celle fotovoltaiche.

Non cerchi di creare subito un pannello di grandi dimensioni. Provi prima a realizzare un piccolo dispositivo per comprendere tutte le sfumature di questo processo.

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