Hoe maakt u een zonnepaneel zelf: handleiding voor zelfbouw

Zonnepanelen zijn een bron van energie die kan worden gebruikt voor de opwekking van elektriciteit of warmte voor een laagbouwwoning. Echter, zonnepanelen zijn duur en voor de meeste inwoners van ons land onbetaalbaar. Bent u het daarmee eens?

Een ander verhaal is het wanneer u zelf een zonnepaneel maakt – de kosten dalen aanzienlijk en een dergelijke constructie werkt net zo goed als een industrieel geproduceerd paneel. Als u daarom serieus overweegt een alternatieve elektriciteitsbron aan te schaffen, probeer deze dan zelf te maken – het is niet erg moeilijk.

Dit artikel gaat over het maken van zonnepanelen. We bespreken welke materialen en gereedschappen u daarvoor nodig heeft. En iets verderop vindt u een stap-voor-stap handleiding met illustraties die het werkproces duidelijk laten zien.

Kort over de constructie en werking

Zonne-energie kan worden omgezet in warmte, waarbij de energiedrager een warmteoverdrachtsvloeistof is, of in elektriciteit, die in accu's wordt opgeslagen. Het paneel is een generator die werkt op basis van het foto-elektrisch effect.

De omzetting van zonne-energie in elektriciteit vindt plaats wanneer zonlicht op de fotocellen valt, die het belangrijkste onderdeel van het paneel vormen.

Daarbij laten lichtkwanta hun elektronen los van de buitenste banen. Deze vrije elektronen wekken een elektrische stroom op die via de controller loopt en zich ophoopt in de accu, van waaruit de energie naar de verbruikers gaat.

Als fotovoltaïsche platen worden siliciumelementen gebruikt. De siliciumschijf is aan één zijde bedekt met een zeer dunne laag fosfor of boor – een passief chemisch element.

Op deze plek komt onder invloed van zonlicht een grote hoeveelheid elektronen vrij, die worden vastgehouden door de fosforfilm en niet uiteenvliegen.

Op het oppervlak van de plaat bevinden zich metalen “banen”, waarop vrije elektronen zich ordenen, waardoor een gerichte beweging ontstaat, d.w.z. elektrische stroom.

Hoe meer van dergelijke siliciumplaten (zonnecellen), hoe meer elektrische stroom u kunt verkrijgen. Lees meer over het werkingsprincipe van een zonnepaneel verder.

De bovenste laag van de fotovoltaïsche platen is bedekt met een laag die weerkaatsing van zonlicht op de platen voorkomt, waardoor hun rendement toeneemt.

Materialen voor het maken van een zonnepaneel

Bij de bouw van een zonnepaneel moet u de volgende materialen inslaan:

• silicium fotovoltaïsche platen;
• spaanplaatplaten, aluminium hoekprofielen en latten;
• hard schuimrubber met een dikte van 1,5-2,5 cm;
• een transparant element dat fungeert als basis voor de siliciumplaten;
• schroeven, zelftappende schroeven;
• siliconenkit voor buitengebruik;
• elektrische draden, diodes, klemmen.

De hoeveelheid benodigde materialen hangt af van de grootte van uw paneel, die meestal wordt beperkt door het aantal beschikbare fotovoltaïsche cellen. Aan gereedschap heeft u nodig: een schroefboormachine of een set schroevendraaiers, een metaal- en houtzaag, een soldeerbout. Voor het testen van het afgewerkte paneel heeft u een stroomtester (ampèremeter) nodig.

Nu bekijken we de belangrijkste materialen in meer detail.

Siliciumplaten of fotocellen

Fotovoltaïsche cellen voor panelen zijn er in drie soorten:

• polykristallijn;
• monokristallijn;
• amorf.

Polykristallijne platen kenmerken zich door een laag rendement. Het nuttig effect bedraagt ongeveer 10 – 12 %, maar deze waarde daalt niet na verloop van tijd. De levensduur van polykristallijne cellen is 10 jaar.

Een zonnepaneel wordt samengesteld uit modules, die op hun beurt bestaan uit fotovoltaïsche omzetters. Panel met vaste silicium fotovoltaïsche cellen vormen een soort sandwich met opeenvolgende lagen, bevestigd in een aluminium profiel.

Monokristallijne fotovoltaïsche cellen kunnen bogen op een hoger rendement – 13-25% en een lange levensduur – meer dan 25 jaar. Het rendement van monokristallijne cellen neemt echter na verloop van tijd af.

Monokristallijne omzetters worden verkregen door het zagen van kunstmatig gegroeide kristallen, wat de hoogste fotogeleiding en productiviteit verklaart.

Filmfotoconverters worden verkregen door een dunne laag amorf silicium aan te brengen op een flexibel polymeeroppervlak.

Flexibele zonnepanelen met amorf silicium – de modernste. De fotovoltaïsche omvormer is erop gesputterd of opgesmolten op een polymeerbasis. Het rendement ligt rond de 5 – 6 %, maar filmsystemen zijn uiterst handig bij het leggen.

Filmsystemen met amorfe fotoconverters zijn relatief recent verschenen. Dit is een uiterst eenvoudig en zeer goedkoop type, maar het verliest sneller dan concurrenten zijn gebruikskwaliteiten.

Het is ondoelmatig om fotocellen van verschillende grootte te gebruiken. In dit geval wordt de maximale stroom die door het zonnepaneel wordt opgewekt, beperkt door de stroom van het kleinste element. Dat betekent dat grotere platen niet op vol vermogen zullen werken.

Bij de aankoop van fotocellen vraagt u de verkoper naar de leveringsmethode; de meeste verkopers gebruiken de wasmethode om breuk van de kwetsbare elementen te voorkomen.

Meestal worden voor zelfgemaakte zonnepanelen mono- en polykristallijne fotocellen gebruikt van 3x6 inch, die kunnen worden besteld in online winkels zoals E-bay.

De kosten van fotocellen zijn vrij hoog, maar veel winkels verkopen zogenaamde groep B-elementen. Producten die tot deze groep behoren, hebben fabricagefouten maar zijn bruikbaar, en hun prijs is 40-60% lager dan die van standaard platen.

De meeste online winkels verkopen fotocellen in sets van 36 of 72 fotovoltaïsche omvormerplaten. Voor het verbinden van afzonderlijke modules tot een zonnepaneel zijn rails nodig, voor aansluiting op het systeem zijn klemmen nodig.

Frame en transparant element

Het frame voor het toekomstige paneel kan worden gemaakt van houten latten of aluminium hoekprofielen.

De tweede optie heeft de voorkeur om een aantal redenen:

• Aluminium – een licht metaal dat geen zware belasting geeft op de draagconstructie waar het zonnepaneel op geplaatst wordt.
• Bij het aanbrengen van een anticorrosiebehandeling is aluminium niet onderhevig aan roestvorming.
• Het neemt geen vocht op uit de omgeving en rot niet.

Bij het kiezen van het transparante element moet u letten op parameters zoals de brekingsindex van zonlicht en het vermogen om infraroodstraling te absorberen.

Van de eerste parameter hangt direct het rendement van de fotocellen af: hoe lager de brekingsindex, hoe hoger het rendement van de siliciumplaten.

Plexiglas of de goedkopere variant – acrylglas – heeft de laagste reflectiecoëfficiënt. Polycarbonaat heeft een iets lagere brekingsindex.

Van de waarde van de tweede parameter hangt af of de siliciumfotocellen zelf zullen opwarmen of niet. Hoe minder de platen worden blootgesteld aan verhitting, hoe langer ze meegaan. Infraroodstraling wordt het best geabsorbeerd door speciaal warmteabsorberend acrylglas en glas met IR-absorptie. Iets slechter – gewoon glas.

Indien mogelijk is de optimale optie het gebruik van antireflecterend helder glas als transparant element.

Wat betreft de verhouding tussen kosten en prestaties op het gebied van lichtbreking en IR-absorptie, is acrylglas de optimale keuze voor het maken van een zonnepaneel.

Systeemontwerp en locatiekeuze

Het ontwerp van het zonnesysteem omvat berekeningen van de benodigde afmetingen van het zonnepaneel. Zoals eerder vermeld, wordt de grootte van het paneel doorgaans beperkt door de dure fotocellen.

Het zonnepaneel moet worden geplaatst onder een bepaalde hoek die ervoor zorgt dat de zonnestralen maximaal op de siliciumplaten vallen. De beste optie – panelen die de hellingshoek kunnen veranderen.

De installatielocatie van zonnepanelen kan zeer divers zijn: op de grond, op een hellend of plat dak van het huis, op daken van bijgebouwen.

De enige voorwaarde – het paneel moet worden geplaatst aan de zonnige kant van het terrein of huis, niet overschaduwd door hoge boomkronen. De optimale hellingshoek moet worden berekend met een formule of met behulp van een gespecialiseerde calculator.

De hellingshoek hangt af van de locatie van het huis, het seizoen en het klimaat. Het is wenselijk dat het paneel de mogelijkheid heeft om de hellingshoek aan te passen aan de seizoensgebonden veranderingen in de zonnehoogte, omdat ze het meest efficiënt werken wanneer de zonnestralen loodrecht op het oppervlak vallen.

Voor het Europese deel van de GOS-landen is de aanbevolen vaste hellingshoek 50 – 60 º. Als de constructie is voorzien van een mechanisme om de hellingshoek te veranderen, dan is het in de winter beter om de panelen onder een hoek van 70 º ten opzichte van de horizon te plaatsen, en in de zomer onder een hoek van 30 º.

Uit berekeningen blijkt dat 1 vierkante meter van een zonnestelsel 120 W oplevert. Daarom kan door middel van berekeningen worden vastgesteld dat om een gemiddeld gezin van elektriciteit te voorzien van 300 kWh per maand, een zonnestelsel van minimaal 20 vierkante meter nodig is.

Het is problematisch om zo'n zonnestelsel direct te installeren. Maar zelfs de installatie van een 5 meter lange batterij kan elektriciteit besparen en een bescheiden bijdrage leveren aan de ecologie van onze planeet. Wij raden u ook aan om vertrouwd te raken met het principe van het berekenen van het benodigde aantal zonnepanelen.

Een zonnepaneel kan worden gebruikt als back-up energiebron bij frequente uitval van de centrale stroomvoorziening. Voor automatische omschakeling dient u te voorzien in een noodstroomsysteem.

Een dergelijk systeem is handig omdat bij gebruik van een traditionele elektriciteitsbron tegelijkertijd de accu van het zonnestelsel wordt opgeladen. De apparatuur die het zonnepaneel bedient, wordt in het huis geplaatst, dus u moet een speciale ruimte ervoor voorzien.

Bij het plaatsen van panelen op een schuin dak, vergeet u niet de hellingshoek van het paneel; ideaal is wanneer het paneel een voorziening heeft voor seizoensgebonden aanpassing van de hellingshoek.

Stapsgewijze montage van het zonnepaneel

Nadat u een locatie hebt gekozen voor het zonnepaneel en de apparatuur voor het onderhoud van het zonnestelsel, en u beschikt over alle benodigde materialen en gereedschappen, kunt u beginnen met de installatie van het paneel.

Bij de montage moet u de veiligheidsvoorschriften in acht nemen, vooral bij het uitvoeren van de installatie van een kant-en-klaar paneel op het dak van het huis. Laten we stapsgewijs de procedure bekijken om een zonnepaneel te maken.

Stap #1 – solderen van de contacten van de siliciumplaten

De installatie van een zelfgemaakt zonnepaneel begint vaak met het solderen van de geleiders van de fotocellen. Uiteraard, als u de mogelijkheid heeft, kunt u het beste fotocellen kopen met reeds aangebrachte geleiders, omdat solderen een zeer moeilijk en tijdrovend karwei is.

Het solderen gebeurt als volgt:

1. Er wordt een silicium fotocel zonder geleiders en een metalen stripgeleider genomen.
2. De geleiders worden gesneden met behulp van een kartonnen mal; hun lengte is twee keer de grootte van de silicium plaat.
3. De geleider wordt voorzichtig op de plaat gelegd. Per element – twee geleiders.
4. Op de plaats waar gesoldeerd zal worden, dient u zuur aan te brengen voor het werken met de soldeerbout.
5. Voer het solderen uit met een soldeerbout, waarbij u de geleider voorzichtig aan de plaat bevestigt.

Tijdens het solderen mag u niet op de silicaatcel drukken, omdat deze zeer breekbaar is en kan breken! Als u het geluk heeft en u fotocellen met kant-en-klare contacten hebt gekocht, dan bespaart u zichzelf lang en moeilijk werk en kunt u direct overgaan tot het maken van het frame voor het toekomstige paneel.

Het solderen van contacten voor defecte fotocellen van groep V gebeurt op dezelfde manier en in dezelfde richting als voor hele platen.

Stap #2 – vervaardigen van het frame voor het zonnepaneel

Het frame is de plaats waar de fotocellen worden geplaatst. Voor de vervaardiging van het frame worden aluminium hoeken en latten genomen, waaruit de frames worden samengesteld. De aanbevolen afmeting van de hoek is 70-90 mm.

Op het binnendeel van de metalen hoeken wordt siliconenkit aangebracht. Het afdichten van de hoeken moet zorgvuldig worden uitgevoerd, omdat de duurzaamheid van de hele constructie hiervan afhangt.

Nadat het aluminium frame klaar is, begint u met de vervaardiging van de achterbehuizing. De achterbehuizing is een houten kist van spaanplaat met lage randjes.

Hoge randen zullen schaduw werpen op de fotocellen, daarom mag hun hoogte niet meer dan 2 cm bedragen. De randjes worden vastgeschroefd met behulp van zelftappende schroeven en een schroevendraaier.

Op de bodem van de kist-behuizing van spaanplaat worden ventilatiegaten gemaakt. De afstand tussen de gaten is ongeveer 10 cm. In het aluminium frame wordt een transparant element geplaatst (organisch glas, antireflecterend glas, plexiglas).

Het transparante element wordt aangedrukt en vastgezet; de bevestiging gebeurt met behulp van bevestigingsmaterialen: 4 op de hoeken, en ook 2 aan de lange zijden en 1 aan de korte zijde van het frame. De bevestigingsmaterialen worden met schroeven bevestigd.

Het frame voor het zonnepaneel is klaar en u kunt beginnen aan het meest verantwoordelijke deel - de montage van de fotocellen. Voor de montage moet u het plexiglas reinigen van stof en ontvetten met een alcoholhoudende vloeistof.

Stap #3 – montage van de siliciumplaten-fotocellen

Montage en solderen van siliciumplaten is het meest arbeidsintensieve deel van het zelf maken van een zonnepaneel. Eerst legt u de fotocellen op het plexiglas met de blauwe platen naar beneden.

Als u voor het eerst een paneel assembleert, kunt u een onderlaag gebruiken voor het aanbrengen van markeringen, om de platen gelijkmatig op een kleine afstand (3-5 mm) van elkaar te plaatsen.

1. U soldeert de fotocellen volgens het volgende elektrische schema: de “+” sporen bevinden zich op de voorkant van de plaat, de “-” op de achterkant. Voor het solderen brengt u voorzichtig flux en soldeer aan om de contacten te verbinden.
2. U soldeert alle fotovoltaïsche cellen achtereenvolgens in rijen van boven naar beneden. De rijen moeten vervolgens ook onderling worden verbonden.
3. U begint met het lijmen van de fotovoltaïsche cellen. Hiervoor brengt u een kleine hoeveelheid kit aan op het midden van elke siliciumwafel.
4. U keert de resulterende kettingen van fotovoltaïsche cellen met de voorkant naar boven (waar de blauwe platen zich bevinden) en plaatst de platen volgens de markering die u eerder hebt aangebracht. Druk voorzichtig op elke plaat om deze op zijn plaats te fixeren.
5. U voert de contacten van de buitenste fotovoltaïsche cellen uit naar de bus, respectievelijk “+” en “-“. Voor de bus wordt aanbevolen een bredere zilveren geleider te gebruiken.
6. U moet de zonnebatterij uitrusten met een blokkeerdiode, die wordt aangesloten op de contacten en voorkomt dat de accu's 's nachts ontladen via de constructie.
7. In de bodem van het frame boort u gaten om de draden naar buiten te leiden.

U moet de draden aan het frame bevestigen zodat ze niet bungelen; dit kunt u doen met behulp van siliconenkit.

Stap #4 – testen van het paneel vóór het verzegelen

U moet de zonnepaneeltest uitvoeren vóór de verzegeling, zodat u defecten kunt verhelpen die vaak optreden tijdens het solderen. Het beste kunt u de test uitvoeren na het solderen van elke rij elementen – dat maakt het veel eenvoudiger te ontdekken waar de contacten slecht zijn verbonden.

Voor het testen heeft u een gewone huishoudampèremeter nodig. De metingen moeten worden uitgevoerd op een zonnige dag tussen 13 en 14 uur, de zon mag niet door wolken verborgen zijn.

U plaatst de batterij buiten en stelt deze af volgens de eerder berekende hellingshoek. Sluit de ampèremeter aan op de contacten van de batterij en meet de kortsluitstroom.

De bedoeling van de test is dat de werkstroom 0,5-1,0 A lager moet zijn dan de kortsluitstroom. De meetwaarden moeten hoger zijn dan 4,5 A, wat aangeeft dat de zonnebatterij functioneert.

Indien de tester lagere waarden weergeeft, is er waarschijnlijk ergens de volgorde van de aansluiting van de fotocellen verstoord.

Gewoonlijk geeft een zelfgemaakt zonnepaneel, samengesteld uit zonnecellen van groep B, een waarde van 5-10 A, wat 10-20% lager is dan bij industrieel geproduceerde zonnepanelen.

Stap #5 – verzegelen van de in de behuizing gelegde fotocellen

Het afdichten kan alleen worden gedaan nadat u ervan overtuigd bent dat de batterij werkt. Gebruik bij voorkeur een epoxyverbinding voor het afdichten, maar bedenk dat het materiaalverbruik groot is en de kosten ongeveer 40-45 dollar bedragen. Mocht dat te duur zijn, dan kunt u in plaats daarvan dezelfde siliconenkit gebruiken.

Indien u siliconenkit gebruikt, geef dan de voorkeur aan een kit waarbij op de verpakking vermeld staat dat deze geschikt is voor gebruik bij temperaturen onder nul.

Er zijn twee methoden voor afdichting:

• volledige gietmethode, waarbij de panelen worden volgegoten met kit;
• het aanbrengen van kit op de ruimte tussen de fotocellen en op de buitenste elementen.

In het eerste geval is de afdichting betrouwbaarder. Na het gieten moet de kit uitharden. Vervolgens wordt het plexiglas erop geplaatst en stevig tegen de met siliconen bedekte platen gedrukt.

Om schokabsorptie en extra bescherming te bieden tussen de achterkant van de fotocellen en het spaanplaatframe, adviseren veel vakmensen om een pakking van hard schuimrubber van 1,5-2,5 cm breed te installeren.

Dit is niet verplicht, maar wel aan te raden, gezien het feit dat siliciumplaten vrij kwetsbaar zijn en gemakkelijk beschadigd raken.

Na het plaatsen van het plexiglas wordt er een gewicht op de constructie geplaatst, waardoor de luchtbellen worden weggedrukt. Het zonnepaneel is klaar en kan na herhaalde testen op een vooraf gekozen locatie worden geïnstalleerd en worden aangesloten op het zonnesysteem van uw huis.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Overzicht van fotocellen besteld in een Chinese webwinkel:

Video-instructie voor het maken van een zonnepaneel:

Een zonnepaneel met uw eigen handen maken is geen eenvoudige taak. Het rendement van de meeste van dergelijke panelen is 10-20% lager dan dat van industriële panelen. Het belangrijkste bij het ontwerpen van een zonnepaneel is het correct kiezen en installeren van de fotocellen.

Probeert u niet meteen een enorm paneel te maken. Probeert u eerst een klein apparaat te bouwen om alle nuances van dit proces te begrijpen.

Heeft u praktische vaardigheden in het maken van zonnepanelen? Deelt u alstublieft uw ervaring met de bezoekers van onze site – schrijf opmerkingen in het onderstaande blok. Daar kunt u ook vragen stellen over het onderwerp van het artikel.