Cách tự làm pin năng lượng mặt trời: hướng dẫn tự lắp ráp

Các tấm pin mặt trời là nguồn năng lượng có thể được sử dụng để tạo ra điện hoặc nhiệt cho một tòa nhà thấp tầng. Nhưng các tấm pin mặt trời rất đắt tiền và hầu hết người dân nước ta không thể tiếp cận được. Bạn có đồng ý không?

Đó là một vấn đề khác khi bạn tự chế tạo pin năng lượng mặt trời - chi phí giảm đáng kể và thiết kế này hoạt động không thua kém gì một tấm pin được sản xuất công nghiệp. Vì vậy, nếu bạn đang nghiêm túc suy nghĩ về việc mua một nguồn điện thay thế, hãy thử tự mình làm - điều đó không khó lắm.

Bài viết này sẽ thảo luận về việc sản xuất các tấm pin mặt trời. Chúng tôi sẽ cho bạn biết những vật liệu và công cụ nào bạn sẽ cần cho việc này. Và thấp hơn một chút, bạn sẽ tìm thấy hướng dẫn từng bước kèm theo hình ảnh minh họa thể hiện rõ ràng tiến độ công việc.

Sơ lược về thiết bị và hoạt động

Năng lượng mặt trời có thể được chuyển hóa thành nhiệt khi chất mang năng lượng là chất lỏng làm mát hoặc thành điện năng được thu thập trong pin. Pin là một máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang điện.

Quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng xảy ra sau khi tia nắng chiếu vào các tấm tế bào quang điện, bộ phận chính của pin.

Trong trường hợp này, lượng tử ánh sáng “giải phóng” các electron của chúng khỏi các quỹ đạo cực đoan. Những electron tự do này tạo ra dòng điện đi qua bộ điều khiển và tích tụ trong pin, rồi từ đó đi đến người tiêu dùng năng lượng.

Các nguyên tố silicon hoạt động như các tấm tế bào quang điện. Một tấm wafer silicon được phủ một mặt mỏng phốt pho hoặc boron, một nguyên tố hóa học thụ động.

Ở nơi này, dưới tác động của ánh sáng mặt trời, một số lượng lớn electron được giải phóng, được màng phốt pho giữ lại và không bay ra ngoài.

Trên bề mặt của tấm có các “rãnh” kim loại trên đó các electron tự do xếp thành hàng, tạo thành một chuyển động có trật tự, tức là. điện.

Càng nhiều tấm silicon-tế bào quang điện như vậy thì càng thu được nhiều dòng điện. Đọc thêm về nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời Hơn nữa.

Lớp trên cùng của các tấm tế bào quang điện được phủ một lớp ngăn cản sự phản chiếu ánh sáng mặt trời từ các tấm, tăng hiệu quả của chúng

Vật liệu chế tạo tấm pin mặt trời

Khi bắt đầu chế tạo pin năng lượng mặt trời, bạn cần dự trữ những vật liệu sau:

• tấm silicat-tế bào quang điện;
• tấm ván dăm, góc và thanh nhôm;
• cao su xốp cứng dày 1,5-2,5 cm;
• một phần tử trong suốt đóng vai trò là nền tảng cho các tấm silicon;
• vít, vít tự khai thác;
• keo silicone để sử dụng bên ngoài;
• dây điện, điốt, thiết bị đầu cuối.

Lượng vật liệu cần thiết phụ thuộc vào kích thước pin của bạn, thường bị giới hạn bởi số lượng pin mặt trời có sẵn. Các công cụ bạn sẽ cần là: một tuốc nơ vít hoặc một bộ tua vít, một cái cưa sắt cho kim loại và gỗ, một chiếc mỏ hàn. Để kiểm tra ắc quy thành phẩm, bạn sẽ cần đến máy kiểm tra ampe kế.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét các tài liệu quan trọng nhất một cách chi tiết hơn.

Tấm silicon hoặc pin mặt trời

Tế bào quang điện cho pin có ba loại:

• đa tinh thể;
• đơn tinh thể;
• vô định hình.

Tấm wafer đa tinh thể được đặc trưng bởi hiệu quả thấp. Mức độ ảnh hưởng có lợi là khoảng 10 - 12%, nhưng con số này không giảm theo thời gian. Tuổi thọ của đa tinh thể là 10 năm.

Pin mặt trời được lắp ráp từ các mô-đun, sau đó được tạo thành từ các bộ chuyển đổi quang điện. Pin có pin mặt trời silicon cứng là một loại bánh sandwich có các lớp liên tiếp được gắn trên một khung nhôm

Pin mặt trời đơn tinh thể có hiệu suất cao hơn - 13-25% và tuổi thọ dài - trên 25 năm. Tuy nhiên, theo thời gian, hiệu quả của các tinh thể đơn giảm đi.

Bộ chuyển đổi đơn tinh thể được sản xuất bằng cách cưa các tinh thể được trồng nhân tạo, điều này mang lại hiệu suất và độ dẫn quang cao nhất.

Bộ chuyển đổi quang phim được tạo ra bằng cách lắng đọng một lớp silicon vô định hình mỏng trên bề mặt dẻo polymer

Pin dẻo với silicon vô định hình là loại pin mới nhất. Bộ chuyển đổi quang điện của chúng được phun hoặc nung chảy trên nền polyme. Hiệu suất khoảng 5 - 6% nhưng hệ thống phim cực kỳ dễ lắp đặt.

Hệ thống phim với bộ chuyển đổi quang vô định hình đã xuất hiện tương đối gần đây. Đây là loại cực kỳ đơn giản, cực kỳ rẻ nhưng lại làm mất đi phẩm chất tiêu dùng nhanh hơn so với đối thủ.

Việc sử dụng các tế bào quang điện có kích thước khác nhau là không thực tế. Trong trường hợp này, dòng điện tối đa do pin tạo ra sẽ bị giới hạn bởi dòng điện của phần tử nhỏ nhất. Điều này có nghĩa là các tấm lớn hơn sẽ không hoạt động hết công suất.

Khi mua pin mặt trời, hãy hỏi người bán về phương thức giao hàng, hầu hết người bán đều sử dụng phương pháp tẩy lông để ngăn chặn sự phá hủy các bộ phận dễ vỡ

Thông thường, đối với pin tự chế, tế bào quang đơn tinh thể và đa tinh thể có kích thước 3x6 inch được sử dụng, có thể đặt hàng tại các cửa hàng trực tuyến như E-bye.

Giá thành của tế bào quang điện khá cao nhưng nhiều cửa hàng bán cái gọi là thành phần thuộc nhóm B. Sản phẩm thuộc nhóm này có khiếm khuyết nhưng phù hợp để sử dụng và giá thành thấp hơn 40-60% so với tấm tiêu chuẩn.

Hầu hết các cửa hàng trực tuyến đều bán tế bào quang điện theo bộ 36 hoặc 72 tấm chuyển đổi quang điện. Để kết nối các mô-đun riêng lẻ vào pin, cần có các bus và các thiết bị đầu cuối để kết nối với hệ thống.

Khung và phần tử trong suốt

Khung cho bảng điều khiển trong tương lai có thể được làm từ những thanh gỗ hoặc góc nhôm.

Tùy chọn thứ hai thích hợp hơn vì một số lý do:

• Nhôm là một kim loại nhẹ, không đặt tải trọng đáng kể lên cấu trúc hỗ trợ mà pin dự kiến ​​lắp đặt.
• Khi xử lý chống ăn mòn, nhôm không dễ bị rỉ sét.
• Không hấp thụ độ ẩm từ môi trường và không bị thối.

Khi chọn phần tử trong suốt, bạn cần chú ý đến các thông số như chỉ số khúc xạ của ánh sáng mặt trời và khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại.

Hiệu suất của tế bào quang điện sẽ phụ thuộc trực tiếp vào chỉ số đầu tiên: chiết suất càng thấp thì hiệu suất của tấm silicon càng cao.

Hệ số phản xạ tối thiểu dành cho tấm mica hoặc phiên bản rẻ hơn của nó - tấm mica. Chỉ số khúc xạ của polycarbonate thấp hơn một chút.

Giá trị của chỉ báo thứ hai xác định liệu bản thân pin mặt trời silicon có nóng lên hay không. Các tấm càng ít tiếp xúc với nhiệt thì chúng sẽ tồn tại lâu hơn. Bức xạ hồng ngoại được hấp thụ tốt nhất bởi tấm mica hấp thụ nhiệt đặc biệt và kính có khả năng hấp thụ hồng ngoại. Tệ hơn một chút là kính thông thường.

Nếu có thể, lựa chọn tốt nhất là sử dụng kính trong suốt chống phản chiếu làm thành phần trong suốt.

Xét về tỷ lệ chi phí so với khúc xạ ánh sáng và hấp thụ bức xạ hồng ngoại, tấm mica là lựa chọn tốt nhất để sản xuất tấm pin mặt trời

Thiết kế hệ thống và lựa chọn địa điểm

Dự án hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm các tính toán về kích thước yêu cầu của tấm pin mặt trời. Như đã đề cập ở trên, kích thước pin thường bị giới hạn bởi pin mặt trời đắt tiền.

Pin mặt trời phải được lắp đặt ở một góc nhất định để đảm bảo tấm silicon tiếp xúc tối đa với ánh sáng mặt trời. Lựa chọn tốt nhất là pin có thể thay đổi góc nghiêng.

Vị trí lắp đặt các tấm pin mặt trời có thể rất đa dạng: trên mặt đất, trên mái dốc hoặc mái bằng của một ngôi nhà, trên mái của các phòng tiện ích.

Điều kiện duy nhất là pin phải được đặt ở nơi có ánh nắng mặt trời hoặc ngôi nhà, không bị che khuất bởi tán cây cao. Trong trường hợp này, góc nghiêng tối ưu phải được tính bằng công thức hoặc sử dụng máy tính chuyên dụng.

Góc nghiêng sẽ phụ thuộc vào vị trí của ngôi nhà, thời gian trong năm và khí hậu. Điều mong muốn là pin có khả năng thay đổi góc nghiêng sau những thay đổi theo mùa về độ cao của mặt trời, bởi vì Chúng hoạt động hiệu quả nhất khi tia nắng chiếu vuông góc với bề mặt.

Đối với khu vực châu Âu của các nước CIS, góc nghiêng cố định được khuyến nghị là 50 - 60 º. Nếu thiết kế cung cấp một thiết bị để thay đổi góc nghiêng, thì vào mùa đông, tốt hơn nên đặt pin ở góc 70 º so với đường chân trời, vào mùa hè ở góc 30 º

Các tính toán cho thấy 1 mét vuông hệ mặt trời có thể thu được 120 W. Do đó, qua tính toán, có thể khẳng định rằng để cung cấp cho một gia đình trung bình lượng điện khoảng 300 kW mỗi tháng thì cần phải có một hệ thống năng lượng mặt trời có diện tích ít nhất là 20 mét vuông.

Sẽ có vấn đề nếu lắp đặt ngay một hệ thống năng lượng mặt trời như vậy. Nhưng ngay cả việc lắp đặt một cục pin dài 5 mét cũng sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và đóng góp khiêm tốn cho hệ sinh thái của hành tinh chúng ta. Chúng tôi cũng khuyên bạn nên làm quen với nguyên tắc tính số lượng cần thiết Tấm năng lượng mặt trời.

Pin năng lượng mặt trời có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng dự phòng khi nguồn điện tập trung thường xuyên bị mất điện. Để chuyển mạch tự động cần phải cung cấp một hệ thống cung cấp điện liên tục.

Hệ thống như vậy thuận tiện ở chỗ khi sử dụng nguồn điện truyền thống, việc sạc được thực hiện đồng thời pin hệ thống năng lượng mặt trời. Thiết bị phục vụ pin năng lượng mặt trời được đặt bên trong nhà nên cần bố trí một phòng riêng cho nó.

Khi đặt pin trên mái dốc của ngôi nhà, đừng quên góc nghiêng của tấm pin, lựa chọn lý tưởng là khi pin có thiết bị thay đổi góc nghiêng theo mùa

Lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời từng bước

Sau khi chọn nơi đặt tấm pin mặt trời và thiết bị bảo trì hệ mặt trời, cũng như có sẵn tất cả các vật liệu và công cụ cần thiết, bạn có thể bắt đầu lắp đặt pin.

Trong quá trình lắp đặt cần tuân thủ các biện pháp phòng ngừa an toàn, đặc biệt khi thực hiện lắp đặt một bảng hoàn thiện trên nóc nhà. Chúng ta hãy xem thuật toán từng bước về cách tạo ra pin năng lượng mặt trời.

Bước # 1 - hàn các điểm tiếp xúc của tấm silicon

Việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời tự chế thường bắt đầu bằng việc hàn các dây dẫn của tế bào quang điện. Tất nhiên, nếu có cơ hội, tốt nhất bạn nên mua ngay tế bào quang điện có dây dẫn, vì Hàn là một công việc rất khó khăn và tốn nhiều thời gian.

Việc hàn được thực hiện như sau:

1. Một tế bào quang điện silicon không có dây dẫn và một dải dây dẫn kim loại được lấy.
2. Các dây dẫn được cắt bằng phôi bìa cứng, chiều dài của chúng lớn gấp 2 lần kích thước của tấm wafer silicon.
3. Dây dẫn được bày cẩn thận trên đĩa. Có hai dây dẫn cho mỗi phần tử.
4. Cần phải bôi axit vào nơi hàn để làm việc với mỏ hàn.
5. Hàn bằng mỏ hàn, cẩn thận gắn dây dẫn vào tấm.

Trong quá trình hàn, bạn không thể tạo áp lực lên phần tử silicat, vì nó rất mong manh và có thể vỡ! Nếu bạn may mắn mua được các tế bào quang điện có các điểm tiếp xúc làm sẵn, thì bạn sẽ tiết kiệm được thời gian và công việc phức tạp bằng cách chuyển thẳng sang làm khung cho pin trong tương lai.

Việc hàn các tiếp điểm cho các tế bào quang điện bị lỗi thuộc nhóm B được thực hiện theo cách và hướng tương tự như đối với toàn bộ tấm

Bước #2 - làm khung cho pin năng lượng mặt trời

Khung là nơi sẽ lắp đặt các tế bào quang điện. Để làm khung, người ta lấy các góc và thanh nhôm để làm khung. Kích thước góc được đề nghị là 70-90 mm.

Keo silicone được áp dụng vào bên trong các góc kim loại. Các góc phải được niêm phong cẩn thận, độ bền của toàn bộ cấu trúc phụ thuộc vào điều này.

Sau khi khung nhôm đã sẵn sàng, chúng tôi tiến hành sản xuất phần vỏ phía sau. Thùng sau là hộp gỗ làm bằng ván dăm có cạnh thấp.

Các cạnh cao sẽ tạo bóng trên các tế bào quang điện nên chiều cao của chúng không được vượt quá 2 cm, các cạnh được bắt vít bằng vít tự khai thác và tuốc nơ vít.

Các lỗ thông gió được làm từ ván dăm ở đáy vỏ hộp. Khoảng cách giữa các lỗ là khoảng 10 cm.Một phần tử trong suốt (thủy tinh plexiglass, kính chống phản chiếu, plexiglass) được lắp đặt trong khung nhôm.

Phần tử trong suốt được ép và cố định, việc buộc chặt nó được thực hiện bằng phần cứng: 4 ở các góc, cũng như 2 ở cạnh dài và 1 ở cạnh ngắn của khung. Phần cứng được gắn bằng ốc vít.

Khung cho pin năng lượng mặt trời đã sẵn sàng và bạn có thể tiến hành phần quan trọng nhất - lắp đặt tế bào quang điện. Trước khi lắp đặt, cần phải làm sạch tấm mica khỏi bụi và tẩy dầu mỡ bằng chất lỏng có chứa cồn.

Bước #3 - lắp đặt tấm silicon-tế bào quang điện

Gắn và hàn các tấm silicon là phần tốn nhiều thời gian nhất trong việc tạo ra một tấm pin mặt trời tự làm. Đầu tiên, chúng tôi đặt các tế bào quang điện lên tấm mica với các tấm màu xanh hướng xuống dưới.

Nếu đây là lần đầu tiên bạn lắp ráp pin, bạn có thể sử dụng bảng đánh dấu để định vị chính xác các tấm pin ở khoảng cách nhỏ (3-5 mm) với nhau.

1. Chúng tôi hàn các tế bào quang điện theo sơ đồ điện sau: các rãnh “+” nằm ở mặt trước của tấm, “-” - ở mặt sau. Trước khi hàn, cẩn thận bôi chất trợ dung và chất hàn để kết nối các tiếp điểm.
2. Chúng tôi hàn tất cả các tế bào quang điện theo hàng từ trên xuống dưới một cách tuần tự. Các hàng sau đó cũng phải được kết nối với nhau.
3. Hãy bắt đầu dán các tế bào quang điện. Để làm điều này, hãy bôi một lượng nhỏ chất bịt kín vào giữa mỗi tấm wafer silicon.
4. Chúng tôi lật ngược các chuỗi kết quả có tế bào quang điện (nơi có các tấm màu xanh lam) và đặt các tấm theo các dấu mà chúng tôi đã thực hiện trước đó. Nhẹ nhàng ấn từng tấm để cố định nó vào đúng vị trí.
5. Chúng tôi kết nối các tiếp điểm của tế bào quang điện bên ngoài với bus, lần lượt là “+” và “-“.Nên sử dụng dây dẫn bạc rộng hơn cho xe buýt.
6. Pin năng lượng mặt trời phải được trang bị một diode chặn, được kết nối với các tiếp điểm và ngăn không cho pin xả qua cấu trúc vào ban đêm.
7. Chúng tôi khoan lỗ ở dưới cùng của khung để đưa dây ra ngoài.

Các dây phải được gắn vào khung để chúng không bị lủng lẳng, điều này có thể được thực hiện bằng keo silicone.

Bước #4 - Kiểm tra pin trước khi niêm phong

Việc kiểm tra tấm pin mặt trời phải được tiến hành trước khi hàn kín, để có thể loại bỏ các lỗi thường phát sinh trong quá trình hàn. Tốt nhất là kiểm tra sau khi hàn từng hàng phần tử - điều này giúp dễ dàng phát hiện những nơi tiếp điểm được kết nối kém.

Để kiểm tra, bạn sẽ cần một ampe kế gia dụng thông thường. Việc đo phải được thực hiện vào ngày nắng lúc 13-14 giờ, mặt trời không bị mây che khuất.

Chúng ta lấy pin ra ngoài và lắp theo đúng góc nghiêng đã tính toán trước đó. Chúng tôi kết nối ampe kế với các điểm tiếp xúc của pin và đo dòng điện ngắn mạch.

Điểm kiểm tra là công suất hoạt động của dòng điện phải thấp hơn dòng điện ngắn mạch 0,5-1,0 A. Chỉ số của thiết bị phải trên 4,5 A, cho biết chức năng của pin năng lượng mặt trời.

Nếu người kiểm tra cho kết quả đọc thấp hơn thì ở đâu đó trình tự kết nối các tế bào quang điện có thể đã bị hỏng.

Thường tự làm pin năng lượng mặt trời, được chế tạo từ các tế bào quang điện nhóm B, tạo ra số đọc 5-10 A, thấp hơn 10-20% so với các tấm pin mặt trời sản xuất công nghiệp.

Bước #5 - niêm phong các tế bào quang điện được đặt trong vỏ

Việc niêm phong chỉ có thể được thực hiện sau khi đảm bảo rằng pin đang hoạt động. Để bịt kín, tốt nhất nên sử dụng hợp chất epoxy, nhưng do mức tiêu thụ vật liệu sẽ lớn và giá thành của nó khoảng 40-45 đô la. Nếu đắt hơn một chút, bạn có thể sử dụng loại keo silicone tương tự để thay thế.

Khi sử dụng keo silicone, hãy ưu tiên loại có bao bì ghi rõ phù hợp để sử dụng ở nhiệt độ dưới 0

Có hai phương pháp niêm phong:

• điền đầy đủ, khi các tấm được lấp đầy bằng chất bịt kín;
• bôi chất bịt kín vào khoảng trống giữa các tế bào quang điện và các phần tử bên ngoài.

Trong trường hợp đầu tiên, việc niêm phong sẽ đáng tin cậy hơn. Sau khi đổ, keo sẽ đông lại. Sau đó, tấm mica được lắp lên trên và ép chặt vào các tấm phủ silicon.

Để cung cấp khả năng hấp thụ sốc và bảo vệ bổ sung giữa mặt sau của tế bào quang điện và khung ván dăm, nhiều thợ thủ công khuyên nên lắp một tấm xốp cứng rộng 1,5-2,5 cm.

Điều này là không cần thiết nhưng nên làm vì tấm silicon khá mỏng manh và dễ bị hỏng.

Sau khi lắp đặt tấm mica, một vật nặng được đặt lên kết cấu, dưới tác động của nó sẽ tạo ra bọt khí. Pin năng lượng mặt trời đã sẵn sàng và sau khi thử nghiệm nhiều lần, nó có thể được lắp đặt ở một vị trí đã chọn trước và kết nối với hệ thống năng lượng mặt trời trong nhà bạn.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Đánh giá các tế bào quang điện được đặt hàng từ một cửa hàng trực tuyến Trung Quốc:

Video hướng dẫn làm pin năng lượng mặt trời:

Làm pin năng lượng mặt trời bằng tay của chính bạn không phải là một việc dễ dàng. Hiệu suất của hầu hết các loại pin này thấp hơn 10-20% so với các tấm pin được sản xuất công nghiệp. Điều quan trọng nhất khi thiết kế pin năng lượng mặt trời là lựa chọn và lắp đặt các tế bào quang điện một cách chính xác.

Đừng cố gắng tạo một bảng điều khiển lớn ngay lập tức. Trước tiên hãy thử chế tạo một thiết bị nhỏ để hiểu tất cả các sắc thái của quá trình này.

Bạn có kỹ năng thực tế trong việc tạo ra các tấm pin mặt trời? Vui lòng chia sẻ trải nghiệm của bạn với khách truy cập trang web của chúng tôi - viết nhận xét vào khối bên dưới. Ở đó bạn có thể đặt câu hỏi về chủ đề của bài viết.