Como fazer um painel solar com as próprias mãos: instruções para montagem independente

Os painéis solares são uma fonte de energia que pode ser direcionada para a geração de eletricidade ou calor para uma casa térrea. No entanto, os painéis solares têm um custo elevado e são inacessíveis para a maioria dos habitantes do nosso país. Concorda?

Outra questão é quando o painel solar é feito por conta própria — os custos diminuem significativamente, e essa construção funciona tão bem quanto um painel de produção industrial. Portanto, se você está pensando seriamente em adquirir uma fonte alternativa de energia elétrica, tente fazê-la por conta própria – não é muito difícil.

O artigo abordará a fabricação de painéis solares. Vamos informar quais materiais e ferramentas serão necessários. E um pouco abaixo você encontrará instruções passo a passo com ilustrações que demonstram claramente o processo de trabalho.

Brevemente sobre o dispositivo e o funcionamento

A energia solar pode ser convertida em térmica, quando o portador de energia é um fluido de transferência de calor, ou em elétrica, armazenada em baterias. O painel é um gerador que funciona com base no princípio do efeito fotoelétrico.

A conversão da energia solar em energia elétrica ocorre após os raios solares incidirem sobre as placas das células fotovoltaicas, que são a parte principal do painel.

Nesse processo, os quanta de luz “liberam” seus elétrons das órbitas mais externas. Esses elétrons livres geram uma corrente elétrica que passa pelo controlador e se acumula na bateria, e de lá é fornecida aos consumidores de energia.

Os elementos de silício atuam como placas fotovoltaicas. A placa de silício é coberta em um lado por uma fina camada de fósforo ou boro – um elemento químico passivo.

Neste local, sob a ação dos raios solares, uma grande quantidade de elétrons é liberada, que são retidos pela película de fósforo e não se dispersam.

Na superfície da placa existem “trilhas” metálicas, nas quais os elétrons livres se alinham, formando um movimento ordenado, ou seja, corrente elétrica.

Quanto mais dessas placas de silício fotovoltaicas, mais corrente elétrica pode ser obtida. Leia mais sobre o princípio de funcionamento da bateria solar aqui.

A camada superior das placas fotovoltaicas é coberta por uma camada que impede a reflexão da luz solar das placas, aumentando sua eficiência.

Materiais para criar a placa solar

Ao iniciar a construção da bateria solar, é necessário dispor dos seguintes materiais:

• placas fotovoltaicas de silicato;
• folhas de aglomerado, cantoneiras e ripas de alumínio;
• espuma rígida com espessura de 1,5-2,5 cm;
• elemento transparente que atua como base para as placas de silício;
• parafusos, auto-roscantes;
• selante de silicone para uso externo;
• fios elétricos, diodos, terminais.

A quantidade de materiais necessários depende do tamanho da sua bateria, que geralmente é limitada pela quantidade de elementos fotovoltaicos disponíveis. Das ferramentas, você precisará de: chave de fenda elétrica ou um conjunto de chaves de fenda, serra para metal e madeira, ferro de solda. Para testar a bateria pronta, será necessário um testador-amperímetro.

Agora vamos examinar os materiais mais importantes com mais detalhes.

Placas de silício ou células fotovoltaicas

Os elementos fotovoltaicos para baterias são de três tipos:

• policristalinos;
• monocristalinos;
• amorfos.

As placas policristalinas caracterizam-se por baixa eficiência. O tamanho da ação útil é de cerca de 10 – 12 %, mas este indicador não diminui com o tempo. A vida útil dos policristais é de 10 anos.

A bateria solar é montada a partir de módulos, que por sua vez são compostos por conversores fotovoltaicos. As baterias com elementos fotovoltaicos rígidos de silício são uma espécie de sanduíche com camadas dispostas sequencialmente, fixadas em um perfil de alumínio.

Os elementos fotovoltaicos monocristalinos podem ostentar maior eficiência – 13-25% e longos períodos de trabalho – mais de 25 anos. No entanto, com o tempo, a eficiência dos monocristais diminui.

Os conversores monocristalinos são obtidos serrando cristais cultivados artificialmente, o que explica sua fotocondutividade e desempenho mais elevados.

Os fotoconversores de filme são obtidos depositando uma fina camada de silício amorfo sobre uma superfície polimérica flexível.

As baterias flexíveis com silício amorfo – são as mais modernas. O conversor fotovoltaico é pulverizado ou fundido sobre uma base polimérica. A eficiência fica em torno de 5 – 6 %, mas os sistemas de filme são extremamente convenientes para instalação.

Os sistemas de filme com fotoconversores amorfos surgiram há relativamente pouco tempo. É o tipo mais simples e mais barato, mas perde as qualidades de consumo mais rapidamente que os concorrentes.

Não é aconselhável usar fotocélulas de tamanhos diferentes. Neste caso, a corrente máxima gerada pela bateria será limitada pela corrente do elemento de menor tamanho. Portanto, as placas maiores não funcionarão em plena potência.

Ao comprar fotocélulas, pergunte ao vendedor sobre o método de entrega; a maioria dos vendedores utiliza o método de enceramento para evitar a quebra dos elementos frágeis.

Na maioria das vezes, para baterias caseiras, são usadas fotocélulas mono e policristalinas de 3x6 polegadas, que podem ser encomendadas em lojas online como o eBay.

O custo das fotocélulas é bastante alto, mas muitas lojas vendem os chamados elementos do grupo B. Os produtos classificados neste grupo apresentam defeitos, mas são utilizáveis, e seu custo é 40-60% menor que o das placas padrão.

A maioria das lojas online vende fotocélulas em kits de 36 ou 72 placas de conversão fotovoltaica. Para conectar os módulos individuais em uma bateria, serão necessárias barras condutoras; para conectar ao sistema, serão necessários terminais.

Estrutura e elemento transparente

A estrutura para o futuro painel pode ser feita de ripas de madeira ou cantoneiras de alumínio.

A segunda opção é mais preferível por várias razões:

• O alumínio – é um metal leve, que não exerce carga significativa sobre a estrutura de suporte onde se planeja instalar a bateria.
• Quando submetido a tratamento anticorrosivo, o alumínio não sofre com a ferrugem.
• Não absorve a umidade do ambiente, não apodrece.

Ao escolher o elemento transparente, é necessário observar parâmetros como o índice de refração da luz solar e a capacidade de absorver radiação infravermelha.

Do primeiro parâmetro dependerá diretamente a eficiência dos fotoelementos: quanto menor o índice de refração, maior a eficiência das placas de silício.

O menor coeficiente de reflexão de luz é do plexiglass ou de sua versão mais barata – o acrílico. O policarbonato tem um índice de refração da luz um pouco menor.

O valor do segundo parâmetro determina se os próprios fotoelementos de silício aquecerão ou não. Quanto menos as placas forem submetidas ao aquecimento, maior será sua vida útil. A radiação infravermelha é melhor absorvida por acrílico termoabsorvente especial e vidro com absorção de infravermelho. Um pouco pior – o vidro comum.

Se possível, a opção ideal será usar como elemento transparente um vidro transparente antirreflexo.

Pela relação custo-benefício entre índice de refração da luz e absorção de radiação infravermelha, o acrílico – é a opção mais adequada para fabricar um painel solar.

Projeto do sistema e escolha do local

O projeto do sistema solar inclui cálculos do tamanho necessário da placa solar. Como mencionado acima, o tamanho do painel geralmente é limitado pelos fotoelementos de alto custo.

O painel solar deve ser instalado em um ângulo específico que garanta a máxima incidência dos raios solares sobre as placas de silício. A melhor opção – são painéis que podem alterar o ângulo de inclinação.

O local de instalação das placas solares pode ser variado: no solo, no telhado inclinado ou plano da casa, nos telhados de dependências.

A única condição – o painel deve ser colocado no lado ensolarado do terreno ou da casa, não sombreado por copas altas de árvores. Além disso, o ângulo de inclinação ideal deve ser calculado por fórmula ou usando uma calculadora especializada.

O ângulo de inclinação dependerá da localização da casa, da época do ano e do clima. É desejável que o painel tenha a capacidade de alterar o ângulo de inclinação conforme as mudanças sazonais da altura do sol, pois eles funcionam com máxima eficiência quando os raios solares incidem estritamente perpendiculares à superfície.

Para a parte europeia dos países da CEI, o ângulo de inclinação fixo recomendado é de 50 – 60 º. Se a estrutura incluir um dispositivo para alterar o ângulo de inclinação, no período de inverno é melhor posicionar as baterias em 70 º em relação à horizontal, e no verão em um ângulo de 30 º.

Os cálculos mostram que 1 metro quadrado de sistema solar permite obter 120 W. Portanto, através de cálculos, pode-se determinar que para fornecer eletricidade a uma família média na quantidade de 300 kW por mês, é necessário um sistema solar de pelo menos 20 metros quadrados.

Instalar um sistema solar desse porte imediatamente será problemático. Mas mesmo a instalação de uma bateria de 5 metros ajudará a economizar eletricidade e dar sua modesta contribuição para a ecologia do nosso planeta. Recomendamos também conhecer o princípio de cálculo da quantidade necessária de painéis solares.

A bateria solar pode ser usada como fonte de energia de reserva em caso de quedas frequentes do fornecimento centralizado de energia. Para a comutação automática, é necessário prever um sistema de alimentação ininterrupta.

Esse sistema é conveniente porque, ao usar uma fonte tradicional de eletricidade, a bateria do sistema solar é carregada simultaneamente. O equipamento que atende a bateria solar é instalado dentro de casa, portanto é necessário prever uma sala especial para ele.

Ao colocar as baterias em um telhado inclinado, não se esqueça do ângulo de inclinação do painel. A opção ideal é quando a bateria possui um dispositivo para alterar o ângulo de inclinação sazonalmente.

Montagem do painel solar passo a passo

Após escolher o local para o painel solar e o equipamento para atender o sistema solar, e tendo em mãos todos os materiais e ferramentas necessários, pode-se iniciar a instalação da bateria.

Durante a instalação, é necessário observar as normas de segurança, especialmente ao realizar a instalação do painel pronto no telhado da casa. Vamos considerar um algoritmo passo a passo de como fazer uma bateria solar.

Passo #1 – soldagem dos contatos das placas de silício

A instalação de uma bateria solar caseira geralmente começa com a soldagem dos condutores das células fotovoltaicas. Sem dúvida, se você tiver a possibilidade, o melhor é comprar as células já com condutores, pois a soldagem é um trabalho muito difícil e minucioso, que consome muito tempo.

A soldagem é realizada da seguinte forma:

1. Pega-se uma célula fotovoltaica de silício sem condutores e uma tira condutora de metal.
2. Os condutores são cortados usando um molde de papelão. Seu comprimento é 2 vezes maior que o tamanho da célula de silício.
3. O condutor é cuidadosamente colocado sobre a célula. Para um elemento – dois condutores.
4. No local onde será feita a soldagem, é necessário aplicar ácido para trabalhar com o ferro de solda.
5. Realizar a soldagem com o ferro de solda, conectando cuidadosamente o condutor à célula.

Durante o processo de soldagem, não se deve pressionar o elemento de silicato, pois ele é muito frágil e pode se quebrar! Se você teve sorte e adquiriu fotocélulas com contatos prontos, você se poupará de um trabalho longo e difícil, passando diretamente à fabricação do quadro para o futuro painel solar.

A soldagem dos contatos para as fotocélulas defeituosas do grupo B é feita da mesma forma e na mesma direção que para as placas inteiras

Passo #2 – fabricação da estrutura para o painel solar

O quadro – é o local onde as fotocélulas serão instaladas. Para fabricar o quadro, utilizam-se cantoneiras e réguas de alumínio, a partir das quais são montadas as molduras. O tamanho recomendado da cantoneira – 70-90 mm.

Na parte interna das cantoneiras metálicas, aplica-se selante de silicone. A vedação das cantoneiras deve ser feita cuidadosamente, pois disso depende a durabilidade de toda a estrutura.

Depois que a moldura de alumínio estiver pronta, passamos à fabricação da parte traseira. A parte traseira consiste em uma caixa de madeira de aglomerado com laterais baixas.

Laterais altas criarão sombra nas fotocélulas, portanto sua altura não deve ultrapassar 2 cm. As laterais são aparafusadas com parafusos autorroscantes e parafusadeira.

No fundo da caixa-corpo de aglomerado, são feitas aberturas de ventilação. A distância entre as aberturas é de aproximadamente 10 cm. Na moldura de alumínio é instalado um elemento transparente (acrílico, vidro antirreflexo, plexiglass).

O elemento transparente é pressionado e fixado. Sua fixação é feita com ferragens: 4 nos cantos, além de 2 nos lados longos e 1 no lado curto da moldura. As ferragens são fixadas com parafusos.

O quadro para o painel solar está pronto e podemos passar para a parte mais responsável – a montagem das fotocélulas. Antes da montagem, é necessário limpar o acrílico do pó e desengordurar com um líquido contendo álcool.

Passo #3 – montagem das placas de silício das células fotovoltaicas

A montagem e a soldagem das placas de silício – a parte mais trabalhosa do trabalho de criação de um painel solar faça você mesmo. Primeiro, colocamos as fotocélulas sobre o acrílico com as placas azuis para baixo.

Se você estiver montando a bateria pela primeira vez, pode usar uma base para aplicar a marcação, a fim de posicionar as placas uniformemente com uma pequena distância (3-5 mm) entre elas.

1. Realizamos a soldagem das fotocélulas de acordo com o seguinte diagrama elétrico: as trilhas “+” estão localizadas na parte frontal da placa, “-” – na parte traseira. Antes da soldagem, aplique cuidadosamente o fluxo e a solda para conectar os contatos.
2. Realizamos a soldagem de todas as fotocélulas em sequência, em fileiras de cima para baixo. As fileiras devem então ser conectadas entre si.
3. Começamos a colar as fotocélulas. Para isso, aplicamos uma pequena quantidade de selante no centro de cada placa de silício.
4. Viramos as cadeias de fotocélulas resultantes com o lado frontal (onde estão as placas azuis) para cima e colocamos as placas de acordo com a marcação feita anteriormente. Pressionamos cuidadosamente cada placa para fixá-la em seu lugar.
5. Os contatos das fotocélulas externas são levados para o barramento, respectivamente “+” e “-“. Para o barramento, recomenda-se usar um condutor de prata mais largo.
6. A bateria solar deve ser equipada com um diodo de bloqueio, que é conectado aos contatos e evita a descarga das baterias através da estrutura durante a noite.
7. No fundo da estrutura, fazemos furos para a saída dos fios para fora.

Os fios devem ser fixados à estrutura para que não fiquem soltos; isso pode ser feito usando selante de silicone.

Passo #4 – teste da bateria antes da vedação

O teste do painel solar deve ser realizado antes de sua vedação, para que você possa corrigir as falhas que geralmente ocorrem durante a soldagem. O melhor é realizar o teste após a soldagem de cada fileira de elementos – assim fica muito mais fácil detectar onde os contatos estão mal conectados.

Para o teste, você precisará de um amperímetro doméstico comum. As medições devem ser realizadas em um dia ensolarado, entre 13 e 14 horas, e o sol não deve estar oculto por nuvens.

Leve a bateria para fora e instale-a de acordo com o ângulo de inclinação previamente calculado. Conecte o amperímetro aos contatos da bateria e meça a corrente de curto-circuito.

O objetivo do teste é que a corrente de trabalho deve ser 0,5-1,0 A menor que a corrente de curto-circuito. As leituras do dispositivo devem ser superiores a 4,5 A, o que indica que o painel solar está funcionando.

Se o testador apresentar leituras menores, é provável que em algum lugar a sequência de conexão das células fotovoltaicas esteja incorreta.

Normalmente, um painel solar caseiro, construído com células fotovoltaicas do grupo B, apresenta leituras de 5-10 A, que são 10-20% inferiores às de painéis solares de produção industrial.

Passo #5 – vedação das células fotovoltaicas colocadas na carcaça

A vedação pode ser realizada somente após garantir que a bateria esteja funcionando. Para a vedação, o melhor é usar um composto epóxi, mas considerando que o consumo de material será grande e seu custo é de aproximadamente 40-45 dólares. Se for muito caro, pode-se usar o mesmo selante de silicone.

Ao usar selante de silicone, dê preferência àquele cuja embalagem indica que é adequado para uso em temperaturas abaixo de zero.

Existem duas formas de vedação:

• vazamento completo, quando os painéis são preenchidos com selante;
• aplicação de selante no espaço entre as células fotovoltaicas e nos elementos extremos.

No primeiro caso, a vedação será mais confiável. Após o vazamento, o selante deve endurecer. Em seguida, o acrílico é colocado por cima e pressionado firmemente contra as placas cobertas de silicone.

Para garantir amortecimento e proteção adicional entre a superfície traseira das células fotovoltaicas e a estrutura de MDF, muitos especialistas recomendam instalar uma junta de espuma rígida com largura de 1,5-2,5 cm.

Isso não é obrigatório, mas é recomendável, considerando que as placas de silício são bastante frágeis e se danificam facilmente.

Após a instalação do acrílico, coloca-se um peso sobre a estrutura, sob o qual as bolhas de ar são expelidas. A bateria solar está pronta e, após novo teste, pode ser instalada no local previamente escolhido e conectada ao sistema solar da sua casa.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Análise das células fotovoltaicas encomendadas em uma loja online chinesa:

Vídeo-instrução para fabricação de bateria solar:

Fazer uma bateria solar por conta própria – não é uma tarefa simples. A eficiência da maioria dessas baterias é 10-20% inferior à dos painéis industriais. O mais importante ao projetar uma bateria solar – é escolher e instalar corretamente as células fotovoltaicas.

Não tente criar imediatamente um painel de grande área. Tente primeiro construir um pequeno dispositivo para entender todas as nuances desse processo.

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