Zonnegenerator zelf maken: handleiding voor het vervaardigen van een alternatieve energiebron

Alternatieve energiebronnen die een woonruimte van warmte en elektriciteit in de benodigde hoeveelheid kunnen voorzien – een niet goedkoop 'genoegen' dat aanzienlijke financiële uitgaven vereist voor aanschaf, montage en installatie.

Een zonnegenerator zelf maken is echter veel goedkoper en voor veel doe-het-zelvers goed te doen. Laten we de handleiding bekijken die alle nuances van het fabricageproces duidelijk beschrijft.

Hoe werkt een zonnegenerator?

De zonnegenerator is een complex van fotovoltaïsche halfgeleiderelementen die zonne-energie rechtstreeks omzetten in elektrische energie.

Wanneer fotonen van lichtstralen op de fotoplaat vallen, stoten ze een elektron uit de laatste atomaire baan van het werkende element. Dit effect creëert veel vrije elektronen, die een continue elektrische stroom vormen.

Het is helemaal niet nodig om direct een groot, grootschalig complex te bouwen als u zelf een zonnegenerator maakt. U kunt beginnen met een kleine eenheid en indien nodig in de toekomst uitbreiden.

Silicium wordt als werkzaam materiaal gebruikt. Het is zeer efficiënt en zorgt voor een foto-elektrisch omzettingsrendement van normaal gesproken 20%, en onder gunstige omstandigheden – tot 25%.

Dankzij de uitgesproken efficiëntie van silicium fotocellen leveren generatoren op basis daarvan een hoge opbrengst bij een relatief klein volume. Een eenheid van 1 meter groot levert een vermogen van 125 watt per uur, wat een zeer indrukwekkend resultaat is.

Aan één kant van de siliciumplaat wordt een dunne coating van passieve chemische elementen – boor of fosfor – aangebracht. Op dit oppervlak vindt onder invloed van intense zonnestraling een actieve vrijgave van elektronen plaats. De fosforfilm houdt ze stevig vast en laat ze niet ontsnappen.

Op de werkplaat zelf bevinden zich metalen 'baantjes'. Daarop bewegen vrije elektronen, waardoor een geordende beweging ontstaat, namelijk elektrische stroom.

Tot de nadelen van de panelen behoren alleen de complexiteit en de kostbaarheid van het zuiveringsproces van silicium zelf, en om deze problemen te vermijden, worden actief alternatieven ontwikkeld zoals gallium, cadmium, indium en verschillende koperverbindingen. Maar tot nu toe hebben siliciumelementen nog geen echte concurrenten.

De eenvoudigste manier om een omzetter van zonne-energie naar elektriciteit te bouwen – is het kopen van een kant-en-klare zonnepaneel en het installeren op het dak van het huis of de garage:

Wat is er nodig voor het werk?

Voor de vervaardiging van de generator, die bestaat uit een set zonnepanelen, zijn de volgende gereedschappen en materialen nodig:

• modules voor het omzetten van zonnestralen in energie;
• aluminium hoekprofielen;
• houten latten;
• spaanplaten;
• transparant element (glas, plexiglas, perspex, polycarbonaat) voor de bescherming van de siliciumplaten;
• zelfborende schroeven en schroeven van verschillende maten;
• dik schuimrubber met een dikte van 1,5-2,5 mm;
• hoogwaardige kit;
• diodes, aansluitklemmen en draden;
• accuboormachine of een set schroevendraaiers;
• soldeerbout;
• ijzerzaag voor hout en metaal (of een haakse slijper).

De hoeveelheid materialen die u nodig heeft, is rechtstreeks afhankelijk van het geplande formaat van de generator. Een grootschalige klus brengt extra kosten met zich mee, maar zal in ieder geval goedkoper zijn dan een gekocht onderdeel.

De beschermende basis voor siliciumplaten kan worden gemaakt van glas, acrylglas, polycarbonaat of plexiglas. De eerste drie materialen zorgen voor minimaal verlies aan omgezette energie, maar de vierde laat stralen veel minder goed door en vermindert de efficiëntie van het hele systeem aanzienlijk.

Voor de eindtest van het samengestelde apparaat wordt een ampèremeter gebruikt. Hiermee kunt u het werkelijke rendement van de installatie meten en de werkelijke opbrengst bepalen.

Keuze van het type fotoconverter

De activiteiten voor het zelf bouwen van een zonnegenerator beginnen met het kiezen van het type fotovoltaïsche siliciumomvormer.

Deze onderdelen zijn er in drie soorten:

• amorf;
• monokristallijn;
• polykristallijn.

Elke variant heeft zijn eigen voor- en nadelen, en de keuze voor een daarvan wordt gemaakt op basis van de hoeveelheid geld die voor de aanschaf van alle systeemcomponenten is vrijgemaakt.

Kenmerken van amorfe varianten

Amorfe modules bestaan niet uit kristallijn silicium, maar uit de derivaten ervan (silaan of siliciumwaterstof). Door vacuümverstuiving worden ze in een zeer dunne laag aangebracht op hoogwaardige metaalfolie, glas of plastic.

De afgewerkte producten hebben een bleke, vage grijze tint. Zichtbare siliciumkristallen zijn niet waarneembaar op het oppervlak. Het belangrijkste voordeel van flexibele zonnepanelen is de betaalbare prijs, echter is hun rendement zeer laag en varieert van 6 tot 10%.

Amorfe fotocellen op basis van silicium hebben een verhoogde flexibiliteit, vertonen een hoog niveau van optische absorptie (20 keer hoger dan mono- of polykristallijne tegenhangers) en werken aanzienlijk efficiënter bij bewolkt weer.

Specifieke kenmerken van polykristallijne typen

Polykristallijne zonnepanelen worden geproduceerd door geleidelijke, zeer langzame afkoeling van de siliciumsmelt. De resulterende producten onderscheiden zich door een intense blauwe kleur, hebben een oppervlak met een duidelijk patroon dat doet denken aan een ijsbloem, en vertonen een rendement rond 14-18%.

Het leveren van een hogere rendementsprestaties wordt belemmerd door gebieden in het materiaal die van de algemene structuur zijn gescheiden door korrelgrenzen.

Polykristallijne fotovoltaïsche cellen werken gedurende 10 jaar, maar hun efficiëntie neemt gedurende die tijd niet af. Voor de montage van de producten in één geheel wordt echter een stevige, vaste basis gebruikt, omdat de platen vrij stijf zijn en een sterke, betrouwbare ondersteuning vereisen.

Kenmerken van monokristallijne varianten

Monokristallijne modules kenmerken zich door een diepe donkere kleur en bestaan uit massieve siliciumkristallen. Hun efficiëntie overtreft die van andere elementen en bedraagt 18-22% (onder gunstige omstandigheden tot 25%).

Een ander voordeel is de indrukwekkende levensduur – volgens de fabrikanten meer dan 25 jaar. Bij langdurig gebruik neemt het rendement van monokristallen echter af en na 10-12 jaar bedraagt de foto-opbrengst niet meer dan 13-17%.

Modules van monokristallen zijn aanzienlijk duurder dan andere soorten apparatuur. Ze worden geproduceerd door het zagen van kunstmatig gekweekte siliciumkristallen.

Voor het zelf maken van een zonnegenerator thuis gebruikt u voornamelijk poly- en monokristallijne platen van verschillende afmetingen. Deze worden aangeschaft bij populaire online winkels, waaronder eBay of AliExpress.

Omdat fotovoltaïsche cellen vrij duur zijn, bieden veel leveranciers klanten producten van groep B aan, dat wil zeggen fragmenten die geschikt zijn voor volledig gebruik met een klein defect. De prijs ervan verschilt 40-60% van de standaardprijs, waardoor de montage van de generator een redelijke prijs heeft die niet te veel in de portemonnee bijt.

Hoe maakt u een frame voor de platen?

Voor het maken van het frame van de toekomstige generator gebruikt u stevige houten latten of aluminium hoekprofielen. De houten variant wordt als minder praktisch beschouwd, omdat het materiaal extra behandeling vereist om later rotten en splijten te voorkomen.

Om ervoor te zorgen dat het houten frame de operationele belasting kan weerstaan en niet na de eerste regen rot, dient u het te impregneren met een speciale oplossing die het hout tegen vocht beschermt.

Aluminium heeft veel aantrekkelijkere fysische eigenschappen en dankzij zijn lichtheid oefent het geen extra belasting uit op het dak of een andere ondersteunende constructie waar het apparaat geplaatst moet worden.

Bovendien roest het metaal dankzij de corrosiebeschermende coating niet, rot het niet, neemt het geen vocht op en is het bestand tegen de inwerking van alle agressieve weersomstandigheden.

Voor het maken van een frameconstructie van aluminium hoekprofielen bepaalt u eerst de afmetingen van het toekomstige paneel. Bij de standaardversie worden per blok 36 fotovoltaïsche cellen van 81 mm x 150 mm gebruikt.

Om een correcte werking te waarborgen, wordt er een kleine opening (ongeveer 3-5 mm) tussen de fragmenten gelaten. Deze ruimte maakt het mogelijk om rekening te houden met de verandering van de basisparameters van de ondergrond die aan weersinvloeden is blootgesteld. Als gevolg hiervan bedraagt de totale afmeting van het werkstuk 83 mm x 690 mm bij een hoekbreedte van het frame van 35 mm.

De in een aluminium profielframe geplaatste siliciumplaten zien er bijna uit als fabrieksproducten. Een stevig en sterk frame zorgt voor een perfecte afdichting van het systeem en geeft de hele constructie een hoge mate van stijfheid.

Nadat de afmetingen zijn bepaald, worden uit de hoekprofielen de benodigde fragmenten gesneden en met behulp van bevestigingsmiddelen in framelijsten gemonteerd. Op het binnenoppervlak van de constructie wordt een laag siliconenkit aangebracht, waarbij er goed op wordt gelet dat er geen gaten of lege plekken ontstaan.

Hiervan hangen de integriteit, sterkte en duurzaamheid van de te monteren constructie af. Bovenop wordt een beschermend transparant materiaal gelegd (glas met antireflectiecoating, plexiglas of polycarbonaat met speciale eigenschappen) en stevig bevestigd met behulp van bevestigingsmiddelen (1 aan de korte zijde en 2 aan de lange zijde van het frame en 4 op de hoeken van de behuizing).

Voor het werk worden een schroevendraaier en schroeven van de juiste diameter gebruikt. Ten slotte wordt het transparante oppervlak voorzichtig gereinigd van stof en klein vuil.

Keuze van het transparante element

De belangrijkste criteria voor de keuze van een transparant element voor het maken van een generator:

• het vermogen om infraroodstraling te absorberen;
• de brekingsindex van zonlicht.

Hoe lager de brekingsindex, hoe hoger het rendement van de siliciumplaten. Plexiglas en acrylglas hebben de laagste lichtreflectiecoëfficiënt. Ook polycarbonaat heeft verre van de beste eigenschappen.

Voor het maken van frameconstructies voor huishoudelijke zonnesystemen wordt aanbevolen om indien mogelijk antireflecterend helder glas of een speciaal type polycarbonaat met een anticondenscoating te gebruiken, dat het vereiste niveau van thermische bescherming biedt.

De beste eigenschappen op het gebied van infraroodabsorptie hebben stevig thermisch absorberend plexiglas en glas met IR-absorptie. Bij gewoon glas zijn deze waarden aanzienlijk lager. De efficiëntie van IR-absorptie bepaalt of de siliciumplaten tijdens gebruik warm worden of niet.

Als de opwarming minimaal is, gaan de foto-elektrische cellen lang mee en zorgen voor een stabiele output. Oververhitting van de platen leidt tot storingen en snelle uitval van individuele systeemonderdelen of het hele complex.

Installatie van silicium fotocellen

Direct voor de installatie worden de beschermende glazen die in de aluminium frames zijn geplaatst, goed gereinigd van stof en ontvet met een alcoholhoudende oplossing.

U plaatst de gekochte fotovoltaïsche cellen precies op de markeringsonderplaat op een afstand van 3-5 millimeter van elkaar en markeert de hoeken van de totale constructie. Vervolgens begint u met het solderen van de elementen – het belangrijkste en meest arbeidsintensieve deel van de montage van de generator.

U voert het solderen van de actieve elementen van de generator uit volgens een schema waarin de '+' de sporen aan de buitenzijde zijn en de '-' de kanalen op de achterkant van de plaat.

Voor een correcte verbinding van de contacten brengt u eerst vloeimiddel (soldeerzuur) en soldeertin aan, en daarna voert u de bewerking uit in een strikte volgorde van boven naar beneden. Aan het einde verbindt u alle rijen met elkaar.

Als volgende stap lijmt u de fotovoltaïsche cellen vast. Hiervoor brengt u een beetje kit aan in het midden van elke siliciumplaat, draait u de gevormde ketens van elementen om met de buitenzijde naar boven en plaatst u ze in strikte overeenstemming met de eerder aangebrachte markering.

Voorzichtig drukt u de platen met uw handen aan, zodat ze op hun plaats blijven. U handelt zeer voorzichtig en probeert het materiaal niet te beschadigen of te buigen.

U leidt de contacten van de fotovoltaïsche cellen aan de randen naar een aparte bus (brede zilveren geleider) als '+' en '-'. Aanvullend rust u het geheel uit met een blokkeringsdiode. Door verbinding te maken met de contacten, voorkomt deze dat de accu's 's nachts ontladen via de framestructuur.

In het onderste deel van het frame boort u gaten waardoor de draden naar buiten worden geleid. Om te voorkomen dat ze doorhangen, gebruikt u siliconenkit.

De volgende fotogalerij maakt u bekend met de montagestappen van het zonnepaneel uit 60 elementen:

De door solderen samengevoegde fotocellen moeten nu op de basis worden bevestigd. U kunt ze op multiplex lijmen en met glas afdekken. In het voorbeeld wordt echter eerst op glas gelijmd:

Om te voorkomen dat de accu, bestemd voor het opslaan van lading, de door de fotocellen opgewekte energie absorbeert, wordt de zonnepaneel via een Schottky-diode aangesloten:

U monteert de mini-zonne-installatie volgens het getoonde schema op de foto. Voor de aansluiting gebruikt u een koperdraad met een doorsnede van ten minste 1 mm².

Deze mini-energiecentrale kan tot 15 V opwekken. U dient er rekening mee te houden dat de maximale prestaties alleen op zonnige, wolkenloze dagen worden behaald. Bij bewolkt weer zal het apparaat aanzienlijk minder opwekken of helemaal geen energie genereren. Daarom wordt de accu zo geselecteerd dat de voorraad ten minste een dag meegaat.

Hoe test u de gemonteerde eenheid?

Voordat u de samengestelde generator definitief afdicht, dient u deze te testen om mogelijke fouten tijdens het soldeerproces op te sporen. De meest verstandige optie is om elke gesoldeerde rij afzonderlijk te controleren. Zo wordt meteen duidelijk waar de contacten slecht zijn verbonden en waar opnieuw moet worden behandeld.

Voor de test gebruikt u een huishoudelijke ampèremeter. De meting voert u uit op een wolkenloze zonnige dag rond lunchtijd (tussen 13:00 en 15:00 uur). De constructie plaatst u in de tuin en stelt u in onder de juiste hellingshoek.

De huishoudelijke ampèremeter helpt de werkelijke stroomsterkte te meten. Op basis van de metingen kunt u het prestatieniveau van de gemonteerde zonnesysteem bepalen en afwijkingen in de serieverbinding van de silicium fotocellen opsporen.

Op de uitgaande contacten van de zonnepaneel sluit u een ampèremeter aan en meet u de kortsluitstroom. Als het apparaat resultaten boven 4,5 A weergeeft, is het systeem volledig correct en zijn alle verbindingen netjes en correct gesoldeerd.

Lagere gegevens die op het display van de tester verschijnen, duiden op afwijkingen die u moet opsporen en opnieuw solderen. Traditioneel vertonen zelfgebouwde zonnepanelen van fotovoltaïsche cellen met een klein defect (groep B) tijdens de test waarden van 5 tot 10 ampère.

Fabrieksmatig geproduceerde units geven 10-20% hogere waarden. Dit komt doordat er in de productie siliciumplaten van groep A worden gebruikt, die geen enkele structurele fout hebben.

Laatste fase van het werk

Als de test aantoont dat de batterij volledig functioneert, wordt deze verzegeld met een speciale siliconenkit of met een duurdere en sterkere epoxycompound.

De werkzaamheden omvatten twee methoden:

1. Volledige gieting: waarbij het hele oppervlak wordt bedekt met een afdichtmiddel.
2. Gedeeltelijke behandeling: waarbij de kit alleen op de uiterste elementen en de lege ruimte tussen de elementen wordt aangebracht.

De eerste optie wordt als betrouwbaarder beschouwd en biedt het systeem volledige bescherming tegen externe invloeden. De fotovoltaïsche cellen worden stevig op hun plaats gefixeerd en werken correct met maximale efficiëntie.

Voor het verlijmen van de fotovoltaïsche cellen in de behuizing is het raadzaam om een vorstbestendige kit te gebruiken die bestand is tegen scherpe temperatuurschommelingen en lage negatieve waarden.

Nadat het gieten is uitgevoerd, laat men de kit 'uitharden'. Vervolgens bedekt u het met een transparant element en drukt u het stevig tegen de platen.

Om extra bescherming en demping te bieden, raden sommige vakmensen aan om dicht schuimrubber te plaatsen tussen het oppervlak van de siliciumplaat en de achterkant van het frame. Dit maakt de constructie steviger en beschermt de kwetsbare fotovoltaïsche cellen tegen overmatige belasting.

Vervolgens plaatst u een gewicht op het oppervlak, dat op de lagen inwerkt en de luchtbellen eruit perst. De voltooide generator wordt opnieuw getest en uiteindelijk op de voorbereide locatie gemonteerd.

Waar en hoe plaatst u de generator?

De plaats voor het installeren van de zonnegenerator wordt zeer zorgvuldig en zonder haast gekozen. De lichtopvangende platen worden altijd schuin geplaatst, zodat de stralen niet loodrecht op het oppervlak 'vallen', maar er als het ware voorzichtig overheen 'glijden'.

Idealiter plaatst u de constructie zodanig dat er indien nodig de mogelijkheid is om de hellingshoek aan te passen, op die manier 'vangt' u de maximale hoeveelheid zon.

Het is heel goed mogelijk om een zonne-energiesysteem van zonnepanelen op de grond te plaatsen, maar meestal kiest men voor plaatsing op het dak van het huis of een bijgebouw, namelijk dat deel dat uitkijkt op de meest verlichte, meestal zuidelijke kant van het perceel.

Het is erg belangrijk dat er geen hoge gebouwen en grote, uitgestrekte bomen in de buurt staan. Als ze zich in de directe omgeving bevinden, werpen ze schaduw en belemmeren ze de goede werking van het apparaat.

Om zonne-installaties goed te laten werken, moeten ze schoon en opgeruimd worden gehouden. Een laag vuil op het oppervlak van het opvangpaneel vermindert de efficiëntie met 10%, en aangekoekte sneeuw schakelt het apparaat zelfs volledig uit. Daarom is regelmatig onderhoud een verplichte procedure en draagt het bij aan het in ideale operationele staat houden van de modules.

Als gemiddeld optimaal voor de installatie van een zonnegenerator wordt een dakhellingshoek van 45° beschouwd. Bij deze positionering absorberen de fotovoltaïsche cellen de zonnestroom zeer efficiënt en leveren ze de hoeveelheid energie die nodig is voor de correcte energievoorziening van het huis.

Om een reëel rendement uit de panelen te halen en een gemiddeld gezin van de benodigde hoeveelheid energie te voorzien, moet er 15-20 vierkante meter dakoppervlak voor de zonnegenerator worden ingenomen.

Voor het Europese deel van de GOS-landen gelden enigszins andere waarden. Professionals adviseren om uit te gaan van een vaste hellingshoek van 50-60°, en bij beweegbare constructies in het winterseizoen de batterijen onder een hoek van 70° ten opzichte van de horizon te plaatsen.

In de zomer moet u de positie veranderen en de fotovoltaïsche cellen onder een hoek van 30° kantelen.

Door de generatorpanelen op een trackingsysteem te installeren dat is uitgerust met een optie voor automatische zonvolging, kan de efficiëntie met 50% worden verhoogd. De module detecteert zelf de intensiteit van de stralen en past zich aan de maximale verlichting aan van zonsopgang tot zonsondergang.

Direct voor de montage wordt het dak extra verstevigd en voorzien van speciale sterke steunen, omdat lang niet elke constructie het volledige gewicht van de apparatuur voor het omzetten van zonne-energie kan dragen.

Om een zonnegenerator veilig en stevig op het dak te installeren, kunt u beter speciale bevestigingsmiddelen aanschaffen. Deze worden apart geproduceerd voor elk type dakbedekking en zijn altijd verkrijgbaar. Bij de montage moet er tussen de panelen en het dak een opening worden gelaten voor een goede luchttoegang en correcte ventilatie van de zonabsorberende elementen.

In sommige gevallen worden onder het dak versterkte spanten geplaatst die het dak beschermen tegen instorting, mogelijk door de verhoogde belasting die in de winter aanzienlijk toeneemt wanneer zich sneeuw op het dakoppervlak ophoopt.

Om het zonne-energiesysteem in werking te stellen, zijn accu's, een omvormer en een laadregelaar nodig. Over de regels voor het kiezen van apparaten en het aansluiten ervan in de kring leest u in de door ons aanbevolen artikelen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Eigenaardigheden en nuances van het solderen van fotovoltaïsche cellen voor het zelf maken van een efficiënte zonnegenerator thuis. Tips en advies voor vakmensen, nieuwsgierige ideeën en persoonlijke ervaringen.

Hoe test u een fotovoltaïsche cel correct en meet u de belangrijkste parameters? Deze informatie is nuttig voor latere berekeningen van het exacte aantal benodigde panelen voor een goede werking van het systeem.

Een volledige stapsgewijze beschrijving van het proces van het assembleren van een zonnepaneel voor een generator thuis. Werkregels, van de aanschaf van de benodigde onderdelen tot de algemene test van het gemaakte apparaat.

Als u weet hoe zonnegeneratoren zijn opgebouwd, is het niet moeilijk om ze thuis in elkaar te zetten. Natuurlijk vereist het werk aandacht, nauwkeurigheid en zorgvuldigheid, maar het resultaat zal alle financiële en arbeidsinspanningen rechtvaardigen. Het voltooide apparaat zal het gebouw volledig van warmte en elektriciteit voorzien, waardoor de bewoners het nodige comfort krijgen.

U moet niet meteen een groot project aanpakken. Probeer eerst uw krachten op een klein apparaat, en nadat u alle nuances volledig onder de knie heeft, kunt u beginnen met de bouw van een krachtigere en grootschaligere installatie.

En welke methode voor het bouwen van een mini-energiecentrale heeft u gekozen voor uw tuinperceel? Schrijf alstublieft commentaren, deel nuttige informatie en foto's over het onderwerp van het artikel in het onderstaande blok. Stel vragen over controversiële of onduidelijke punten.