Generador solar de bricolaje: instrucciones para hacer una fuente de energía alternativa

Las fuentes de energía alternativas que permiten proporcionar un espacio habitable con calor y electricidad en el volumen requerido no son un "placer" barato que requiere costos financieros significativos para su compra, instalación e instalación.

Hacer un generador solar con sus propias manos es mucho más económico y está al alcance de muchos artesanos del hogar. Veamos las instrucciones, que describen claramente todos los matices del proceso de fabricación.

¿Cómo funciona un generador de energía solar?

Un generador solar es un complejo de elementos semiconductores fotovoltaicos que convierten directamente energía solar a eléctrico.

Cuando los cuantos de luz producidos por los rayos inciden en la placa fotográfica, eliminan un electrón de la órbita atómica final del elemento de trabajo. Este efecto crea muchos electrones libres, que forman un flujo continuo de corriente eléctrica.

No es necesario ensamblar inmediatamente un complejo grande y a gran escala al instalar un generador solar con sus propias manos. Puedes empezar con una unidad pequeña y, si es necesario, aumentar el volumen en el futuro.

El silicio se utiliza como material activo.Es altamente eficiente y proporciona una eficiencia de conversión fotovoltaica del 20% en funcionamiento normal y hasta el 25% en condiciones favorables.

Debido a la pronunciada eficiencia de las fotocélulas de silicio, los generadores basados ​​en ellas garantizan un alto rendimiento con un volumen relativamente pequeño. La potencia de una unidad de 1 metro produce 125 W por hora, lo que se considera un resultado muy impresionante.

Se aplica una fina capa de elementos químicos pasivos (boro o fósforo) a un lado de la oblea de silicio. Es en esta superficie donde, como resultado de la intensa exposición a la luz solar, se produce una liberación activa de electrones. La película de fósforo los mantiene firmemente en un lugar y no les permite separarse.

Hay "pistas" de metal ubicadas en la propia placa de trabajo. Sobre ellos se construyen electrones libres, creando así un movimiento ordenado, es decir, una corriente eléctrica.

Las únicas desventajas de las obleas son la complejidad y el coste del proceso de purificación del propio silicio y, para evitar estos problemas, se está explorando activamente el uso de alternativas en forma de galio, cadmio, indio y diversos compuestos de cobre. Sin embargo, hasta el momento no existen competidores reales para los elementos de silicio.

La forma más sencilla de convertir un convertidor de energía solar en electricidad es comprar una batería solar ya preparada e instalarla en el techo de una casa o garaje:

¿Qué necesitas para trabajar?

Para la fabricación de un generador compuesto por un kit. paneles solares, se requieren las siguientes herramientas y materiales:

• módulos para convertir la luz solar en energía;
• esquinas de aluminio;
• listones de madera;
• láminas de aglomerado;
• un elemento transparente (vidrio, plexiglás, plexiglás, policarbonato) para crear protección para obleas de silicio;
• tornillos autorroscantes y tornillos de diferentes tamaños;
• gomaespuma densa de 1,5-2,5 mm de espesor;
• sellador de alta calidad;
• diodos, terminales y cables;
• destornillador o juego de destornilladores;
• soldador;
• Sierra para metales para madera y metal (o amoladora).

La cantidad de materiales necesarios dependerá directamente del tamaño previsto del generador. El trabajo a gran escala supondrá costes adicionales, pero en cualquier caso resultará más económico que un módulo comprado.

La base protectora para obleas de silicona puede ser de vidrio, plexiglás, policarbonato o plexiglás. Los primeros tres materiales crean una pérdida mínima de energía convertida, pero el cuarto transmite los rayos mucho peor y reduce significativamente la eficiencia de todo el complejo.

Para la prueba final de la unidad ensamblada, se utiliza un amperímetro. Le permite registrar la eficiencia real de la instalación y ayuda a determinar el rendimiento real.

Seleccionar el tipo de fotoconvertidor

Las actividades para crear un generador solar con tus propias manos comienzan con la elección del tipo de convertidor de silicio fotovoltaico.

Estos componentes vienen en tres tipos:

• amorfo;
• monocristalino;
• policristalino.

Cada opción tiene sus propias ventajas y desventajas, y la elección a favor de cualquiera de ellas se realiza en función de la cantidad de fondos asignados para la compra de todos los componentes del sistema.

Características de las variedades amorfas.

Los módulos amorfos no están compuestos de silicio cristalino, sino de sus derivados (silano o silicio hidrógeno). Mediante pulverización al vacío se aplican en una capa fina sobre láminas metálicas, vidrio o plástico de alta calidad.

Los productos terminados tienen un tinte gris borroso y descolorido. No se observan cristales de silicio visibles en la superficie. La ventaja principal paneles solares flexibles El precio se considera asequible, sin embargo, su eficiencia es muy baja y oscila entre el 6 y el 10%.

Las células solares amorfas hechas de silicio tienen una mayor flexibilidad, exhiben altos niveles de absorción óptica (20 veces mayor que las monocristalinas o policristalinas) y funcionan significativamente más eficientemente en tiempo nublado.

Detalles de los tipos policristalinos.

policristalino paneles solares producido por un enfriamiento gradual y muy lento de la masa fundida de silicio. Los productos resultantes se distinguen por un color azul intenso, tienen una superficie con un patrón claramente definido que recuerda a un patrón escarchado y exhiben una eficiencia de alrededor del 14-18%.

Un rendimiento de mayor eficiencia se ve obstaculizado por las áreas presentes dentro del material, separadas de la estructura general por límites granulares.

Las células solares policristalinas funcionan sólo durante 10 años, pero durante este tiempo su eficiencia no disminuye. Sin embargo, para instalar productos en un solo complejo, se debe utilizar una base fuerte y sólida, ya que las láminas son bastante rígidas y requieren un soporte fuerte y confiable.

Características de las variantes monocratílicas.

Los módulos monocristalinos se caracterizan por un color oscuro denso y están formados por cristales de silicio sólidos. Su eficiencia supera la de otros elementos y asciende al 18-22% (en condiciones favorables, hasta el 25%).

Otra ventaja es su impresionante vida útil: según los fabricantes, más de 25 años.Sin embargo, con el uso prolongado, la eficiencia de los monocristales disminuye y después de 10 a 12 años el fotorretorno no supera el 13-17%.

Los módulos monocristalinos son significativamente más caros que otros tipos de equipos. Se obtienen aserrando cristales de silicio cultivados artificialmente.

Para crear un generador solar en casa con sus propias manos, se utilizan principalmente placas policristalinas y monocristalinas de varios tamaños. Se compran en tiendas en línea populares, incluidas eBay o Aliexpress.

Debido a que las fotocélulas se valoran bastante, muchos proveedores ofrecen a los clientes productos del grupo B, es decir, fragmentos aptos para su uso completo con un ligero defecto. Su costo difiere del precio estándar en un 40-60%, por lo que montar un generador cuesta un precio razonable y no demasiado caro.

¿Cómo hacer un marco para placas?

Para hacer el marco del futuro generador, se utilizan listones de madera resistentes o esquinas de aluminio. La versión de madera se considera menos práctica, ya que el material requiere un procesamiento adicional para evitar la pudrición y la delaminación posteriores.

Para que el marco de madera resista la carga operativa y no se pudra después de la primera lluvia, debe impregnarse con una composición especial que proteja la madera de la humedad.

El aluminio tiene características físicas mucho más atractivas y, debido a su ligereza, no genera tensiones innecesarias en el techo u otra estructura de soporte donde se planea instalar la unidad.

Además, gracias al revestimiento anticorrosión, el metal no se oxida, no se pudre, no absorbe la humedad y resiste fácilmente los efectos de cualquier manifestación atmosférica agresiva.

Para crear una estructura de marco a partir de esquinas de aluminio, primero determine el tamaño del futuro panel. En la versión estándar se utilizan 36 fotocélulas de 81 mm x 150 mm por bloque.

Para un correcto funcionamiento posterior, se deja un pequeño espacio (unos 3-5 mm) entre los fragmentos. Este espacio nos permite tener en cuenta cambios en los parámetros básicos de la base expuesta a manifestaciones atmosféricas. Como resultado, el tamaño total de la pieza de trabajo es de 83 mm x 690 mm con un ancho de esquina del marco de 35 mm.

Las obleas de silicona colocadas en un marco de perfil de aluminio parecen casi productos fabricados en fábrica. Un marco duradero y resistente proporciona al sistema una estanqueidad impecable y confiere a toda la estructura un alto nivel de rigidez.

Después de determinar las dimensiones, se cortan los fragmentos necesarios de las esquinas y se ensamblan en marcos mediante sujetadores. Se aplica una capa de sellador de silicona a la superficie interior de la estructura, asegurándose de que no queden huecos ni huecos.

De esto depende la integridad, resistencia y durabilidad de la estructura montada. Se coloca encima un material protector transparente (vidrio con revestimiento antirreflectante, plexiglás o policarbonato con parámetros especiales) y se fija firmemente con herrajes (1 en la parte corta y 2 en la parte larga del marco y 4 en las esquinas del cuerpo).

Para el trabajo utilice un destornillador y tornillos de diámetro adecuado. Al final, la superficie transparente se limpia cuidadosamente de polvo y pequeños restos.

Seleccionar un elemento transparente

Los principales criterios para elegir un elemento transparente para crear un generador:

• capacidad de absorber radiación infrarroja;
• Nivel de refracción de la luz solar.

Cuanto menor sea el índice de refracción, mayor será la eficiencia que demostrarán las obleas de silicio. El plexiglás y el plexiglás tienen el coeficiente de reflexión de la luz más bajo. El policarbonato tampoco tiene el mejor rendimiento.

Para crear estructuras de marco para sistemas solares domésticos, se recomienda, si es posible, utilizar vidrio transparente antirreflectante o un tipo especial de policarbonato con un revestimiento anticondensación que proporcione el nivel necesario de protección térmica.

Las mejores características en términos de absorción de radiación IR las tienen el plexiglás termoabsorbente duradero y el vidrio con opción de absorción de IR. Para el vidrio ordinario estas cifras son significativamente menores. La eficiencia de la absorción de infrarrojos determina si las obleas de silicio se calentarán durante el funcionamiento o no.

Si el calentamiento es mínimo, las fotocélulas durarán mucho tiempo y proporcionarán un rendimiento estable. El sobrecalentamiento de las placas provocará interrupciones en el funcionamiento y fallas rápidas de partes individuales del sistema o de todo el complejo.

Instalación de fotocélulas de silicio.

Inmediatamente antes de la instalación, el vidrio protector colocado en marcos de aluminio se limpia bien del polvo y se desengrasa con una composición que contiene alcohol.

Las fotocélulas compradas se colocan uniformemente sobre el sustrato de marcado a una distancia de 3 a 5 milímetros entre sí y se marcan las esquinas de toda la estructura. Luego proceden a soldar los elementos, la parte más importante y que requiere más mano de obra del trabajo de montaje del generador.

La soldadura de los elementos operativos del generador se realiza según un esquema en el que “+” son las pistas del exterior y “-” son los canales ubicados en la parte inferior de la placa.

Para conectar los contactos correctamente, primero aplique fundente (ácido de soldadura) y suelde, y luego proceselos en una secuencia estricta de arriba a abajo. Al final, todas las filas están conectadas entre sí.

El siguiente paso es pegar las fotocélulas. Para hacer esto, se presiona un poco de sellador en el centro de cada oblea de silicio, las cadenas de elementos resultantes se voltean con el lado exterior hacia arriba y se colocan en estricta conformidad con las marcas aplicadas anteriormente.

Presione suavemente las placas con las manos, fijándolas en el lugar correcto. Actúan con mucho cuidado, intentando no dañar ni doblar el material.

Los contactos de las fotocélulas ubicadas a lo largo de los bordes salen a un bus separado (conductor plateado ancho), como “+” y “-”. Además, el complejo está equipado con un diodo de bloqueo. Al conectarse a los contactos, evita que las baterías se descarguen a través de la estructura del marco durante la noche.

En la parte inferior del marco se hacen agujeros con un taladro por donde se sacan los cables. Para evitar que se caigan, utilice sellador de silicona.

La siguiente galería de fotos le presentará los pasos para montar un panel solar a partir de 60 elementos:

Las células solares ensambladas mediante soldadura ahora deben fijarse a la base. Se puede pegar sobre madera contrachapada y cubrir con vidrio. Sin embargo, en el ejemplo, primero se pega el vidrio:

Para que la batería destinada a acumular carga no absorba la energía generada por las fotocélulas, su batería solar se conecta a través de un diodo de varilla:

Montamos la mini estación solar que se muestra en el ejemplo de acuerdo con el diagrama que se muestra en la foto. Para la conexión utilizamos un cable con una sección de conductor de cobre de 1 m².

Esta mini central eléctrica es capaz de generar hasta 15 V. Cabe señalar que el rendimiento máximo se observará sólo en días soleados y sin nubes. En tiempo nublado, el dispositivo generará mucha menos energía o no generará energía en absoluto. Por lo tanto, la batería se selecciona de modo que la reserva sea suficiente para al menos un día.

¿Cómo probar la unidad instalada?

Antes de sellar finalmente el generador ensamblado, se debe probar para identificar posibles fallas durante el proceso de soldadura. La opción más razonable es comprobar cada fila soldada por separado. De esta manera quedará inmediatamente claro dónde los contactos están mal conectados y requieren un nuevo procesamiento.

Para realizar la prueba utilice un amperímetro doméstico. La medición se realiza en un día soleado y sin nubes a la hora del almuerzo (de 13 a 15 horas). La estructura se coloca en el patio y se instala en el ángulo de inclinación adecuado.

Un amperímetro doméstico ayuda a medir la corriente real. A partir de sus lecturas, es posible determinar el nivel de rendimiento del sistema solar montado e identificar violaciones en la secuencia de conexión de las fotocélulas de silicio.

Se conecta un amperímetro a los contactos de salida de la batería solar y se mide la corriente de cortocircuito. Si el dispositivo muestra resultados superiores a 4,5 A, el sistema es completamente correcto y todas las conexiones están soldadas de forma clara y correcta.

Los datos más bajos que aparecen en la pantalla del probador indican violaciones que deben ser rastreadas y resueltas. Tradicionalmente, los generadores solares de bricolaje a partir de fotocélulas con un ligero defecto (grupo B) en la prueba muestran cifras de 5 a 10 amperios.

Las unidades producidas en fábrica muestran datos entre un 10% y un 20% más altos. Esto se explica por el hecho de que en la producción se utilizan obleas de silicio del grupo A, que no presentan ningún defecto estructural.

La etapa final del trabajo.

Si la prueba muestra que la batería funciona completamente, se sella con un sellador de silicona especial o un compuesto epoxi más caro y duradero.

El trabajo implica dos formas de realizarlo:

1. Relleno completo: cuando toda la superficie está cubierta con un compuesto sellador.
2. Tratamiento parcial: cuando el sellador se aplica solo a los elementos exteriores y al espacio vacío entre los elementos.

La primera opción se considera más confiable y proporciona al sistema una protección completa contra factores externos. Las fotocélulas están claramente fijadas y funcionan correctamente con la máxima eficiencia.

Para sellar las fotocélulas en el interior de la carcasa, es recomendable utilizar un sellador resistente a las heladas que pueda soportar cambios bruscos de temperatura y bajas temperaturas bajo cero.

Cuando se completa el relleno, se permite que el sellador "se asiente". Luego lo cubren con un elemento transparente y lo presionan firmemente contra las placas.

Para brindar protección adicional y absorción de impactos, algunos artesanos recomiendan colocar gomaespuma densa entre la superficie de la losa de silicona y la parte posterior del marco. Esto hará que la estructura sea más integral y protegerá las frágiles fotocélulas de cargas innecesarias.

Luego se coloca un peso sobre la superficie, que actúa sobre las capas y exprime las burbujas de aire. El generador terminado se prueba nuevamente y finalmente se instala en un lugar previamente preparado.

¿Dónde y cómo colocar el generador?

El lugar de instalación del generador solar se elige con mucho cuidado y sin prisas. Las placas que reciben luz deben colocarse en ángulo para que los rayos no "caigan" perpendicularmente a la superficie, sino que parezcan "fluir" cuidadosamente a lo largo de ella.

Idealmente, la estructura se coloca de manera que sea posible, si es necesario, ajustar el ángulo de inclinación, “captando” así la máxima cantidad de sol.

Es bastante aceptable instalar un sistema solar desde paneles solares en el suelo, pero la mayoría de las veces se elige para la colocación el techo de una casa o cuarto de servicio, es decir, la parte que mira al lado más consagrado, principalmente al sur del sitio.

Es muy importante que no haya edificios altos ni árboles grandes y poderosos cerca. Al estar muy cerca, crean una sombra e interfieren con el pleno funcionamiento de la unidad.

Para que las instalaciones solares funcionen bien es necesario mantenerlas limpias y ordenadas. Una capa de suciedad formada en la superficie del panel receptor reduce la eficiencia en un 10% y la nieve adherida apaga completamente la unidad.Por lo tanto, el mantenimiento regular es imprescindible y ayuda a mantener los módulos en perfectas condiciones de funcionamiento.

Se considera que la pendiente media del tejado para instalar un generador solar es de 45⁰. Con esta disposición, las fotocélulas absorben el flujo solar de forma muy eficiente y producen la cantidad de energía necesaria para el correcto funcionamiento de la casa.

Para obtener un rendimiento real de los paneles y proporcionar a una familia media la cantidad de energía necesaria, será necesario ocupar entre 15 y 20 metros cuadrados de superficie de tejado para un generador solar.

Para la parte europea de los países de la CEI se aplican indicadores ligeramente diferentes. Los profesionales recomiendan utilizar como base un ángulo de inclinación estacionario de 50-60⁰, y en estructuras móviles durante la temporada de invierno colocar las baterías en un ángulo de 70⁰ con respecto al horizonte.

En verano cambiar la posición e inclinar las fotocélulas en un ángulo de 30⁰.

Al instalar paneles generadores en un sistema de rieles equipado con una opción de seguimiento solar automático, puede aumentar la eficiencia de producción en un 50%. El módulo detectará de forma independiente la intensidad de los rayos y se ajustará a la máxima iluminación desde el amanecer hasta el atardecer.

Inmediatamente antes de la instalación, el techo se refuerza adicionalmente y se equipa con soportes fuertes especiales, ya que no todas las estructuras pueden soportar todo el peso del equipo para convertir energía solar.

Para instalar de forma segura y firme un generador solar en el techo, vale la pena comprar fijaciones especiales. Se fabrican por separado para cada tipo de tejado y siempre están disponibles para la venta.Al instalar entre los paneles y el techo, es necesario dejar un espacio para el pleno acceso del aire y una correcta ventilación de los elementos solares.

En algunos casos, se colocan vigas reforzadas debajo del techo para protegerlo del colapso, posiblemente debido al aumento de carga, que aumenta significativamente en la temporada de invierno, cuando la nieve se acumula en la superficie del techo.

Para poner en funcionamiento el sistema solar necesitarás baterias, inversor y controlador de carga. Aprenderá sobre las reglas para seleccionar dispositivos y su inclusión en el circuito en los artículos que recomendamos.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Características y matices de soldar fotocélulas para hacer un generador solar eficaz en casa con sus propias manos. Consejos y sugerencias para artesanos, ideas interesantes y experiencias personales.

Cómo probar correctamente una fotocélula y medir sus principales parámetros. Esta información será útil en cálculos posteriores del número exacto de placas necesarias para el pleno funcionamiento del sistema.

Una descripción completa paso a paso del proceso de montaje de una batería solar para un generador en casa. Reglas de funcionamiento, desde la compra de los elementos necesarios hasta una prueba general del dispositivo fabricado.

Conociendo la estructura de los generadores solares, montarlos en casa no será difícil. Por supuesto, el trabajo requerirá atención, precisión y escrupulosidad, pero el resultado justificará todos los costes económicos y laborales. La unidad terminada proporcionará completamente calor y electricidad al edificio, creando el nivel necesario de comodidad para los residentes.

No tiene sentido emprender un proyecto importante de inmediato.Para empezar, tiene sentido intentar ensamblar una unidad pequeña y luego, habiendo dominado por completo todos los matices del proceso, comenzar a construir una instalación más potente y a gran escala.

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