Cómo hacer un panel solar por cuenta propia: instrucciones para el montaje autónomo

Los paneles solares son una fuente de energía que se puede destinar a la generación de electricidad o calor para una casa de poca altura. Sin embargo, los paneles solares tienen un alto costo y no están al alcance de la mayoría de los habitantes de nuestro país. ¿Está de acuerdo?

Otra cosa es cuando se hace un panel solar casero: los costos se reducen significativamente y dicha estructura funciona tan bien como un panel de fabricación industrial. Por lo tanto, si está considerando seriamente adquirir una fuente alternativa de electricidad, intente hacerla usted mismo; no es muy difícil.

En el artículo hablaremos sobre la fabricación de paneles solares. Le contaremos qué materiales y herramientas se necesitarán para ello. Y un poco más abajo encontrará instrucciones paso a paso con ilustraciones que muestran claramente el proceso.

Brevemente sobre el diseño y funcionamiento

La energía solar se puede convertir en energía térmica, cuando el portador de energía es un líquido refrigerante, o en energía eléctrica, que se almacena en baterías. El panel representa un generador que funciona según el principio del efecto fotoeléctrico.

La conversión de la energía solar en electricidad se produce cuando los rayos solares inciden en las placas fotocélulas, que son la parte principal del panel.

En este proceso, los cuantos de luz “liberan” sus electrones de las órbitas externas. Estos electrones libres generan una corriente eléctrica que pasa a través del controlador y se acumula en la batería, desde donde llega a los consumidores de energía.

Como placas fotovoltaicas actúan elementos de silicio. La placa de silicio está cubierta por un lado con una capa finísima de fósforo o boro – un elemento químico pasivo.

En este lugar, bajo la acción de los rayos solares, se libera una gran cantidad de electrones, que son retenidos por la película de fósforo y no se dispersan.

En la superficie de la placa hay “pistas” metálicas, sobre las cuales se alinean los electrones libres, formando un movimiento ordenado, es decir, corriente eléctrica.

Cuanto más placas de silicio-fotocélulas de este tipo haya, más corriente eléctrica se podrá obtener. Para más información sobre el principio de funcionamiento de una batería solar, lea aquí.

La capa superior de las placas fotovoltaicas está cubierta por una capa que evita la reflexión de la luz solar sobre las placas, aumentando su eficiencia.

Materiales para crear la placa solar

Al comenzar la construcción de un panel solar, es necesario contar con los siguientes materiales:

• placas fotovoltaicas de silicato;
• láminas de aglomerado, perfiles y listones de aluminio;
• gomaespuma rígida de 1,5-2,5 cm de grosor;
• elemento transparente que sirve como base para las placas de silicio;
• tornillos, autorroscantes;
• sellador de silicona para exteriores;
• cables eléctricos, diodos, terminales.

La cantidad de materiales necesarios depende del tamaño de su panel, que la mayoría de las veces se limita a la cantidad de células fotovoltaicas disponibles. En cuanto a herramientas, necesitará: un destornillador eléctrico o un juego de destornilladores, una sierra para metales y madera, y un soldador. Para realizar pruebas del panel terminado, necesitará un comprobador-amperímetro.

Ahora veamos los materiales más importantes con más detalle.

Placas de silicio o fotocélulas

Las células fotovoltaicas para paneles son de tres tipos:

• policristalinas;
• monocristalinas;
• amorfas.

Las placas policristalinas se caracterizan por una baja eficiencia. La eficiencia es de aproximadamente 10 – 12 %, pero este indicador no disminuye con el tiempo. La vida útil de los policristales es de 10 años.

Un panel solar se ensambla a partir de módulos, que a su vez se componen de convertidores fotovoltaicos. Los paneles con células fotovoltaicas rígidas de silicio son una especie de sándwich con capas dispuestas en secuencia, fijadas en un perfil de aluminio.

Las células fotovoltaicas monocristalinas pueden presumir de una mayor eficiencia – 13-25% y una larga vida útil: más de 25 años. Sin embargo, con el tiempo, la eficiencia de los monocristales disminuye.

Los convertidores monocristalinos se obtienen cortando cristales cultivados artificialmente, lo que explica la mayor fotoconductividad y rendimiento.

Los fotoconvertidores de película se obtienen depositando una fina capa de silicio amorfo sobre una superficie polimérica flexible.

Las baterías flexibles de silicio amorfo – son las más modernas. El convertidor fotoeléctrico está rociado o fundido sobre una base polimérica. El rendimiento está alrededor del 5 – 6 %, pero los sistemas de película son extremadamente convenientes para la instalación.

Los sistemas de película con fotoconvertidores amorfos aparecieron relativamente recientemente. Es un tipo extremadamente simple y el más barato, pero pierde sus cualidades de consumo más rápido que sus competidores.

No es conveniente usar fotoceldas de diferentes tamaños. En este caso, la corriente máxima generada por la batería estará limitada por la corriente del elemento más pequeño. Por lo tanto, las placas más grandes no funcionarán a plena potencia.

Al comprar fotoceldas, pregunte al vendedor sobre el método de envío; la mayoría de los vendedores utilizan el método de encerado para evitar la destrucción de los elementos frágiles.

Más a menudo, para las baterías caseras se utilizan fotoceldas mono y policristalinas de 3x6 pulgadas, que se pueden pedir en tiendas en línea como eBay.

El costo de las fotoceldas es bastante alto, pero muchas tiendas venden las llamadas celdas del grupo B. Los productos asignados a este grupo tienen defectos, pero son utilizables, y su costo es un 40-60% más bajo que el de las placas estándar.

La mayoría de las tiendas en línea venden fotoceldas en kits de 36 o 72 placas convertidoras fotoeléctricas. Para conectar los módulos individuales en una batería, se necesitarán barras colectoras; para conectar al sistema, se necesitarán terminales.

Marco y elemento transparente

El marco para el futuro panel se puede hacer de listones de madera o perfiles de aluminio.

La segunda opción es más preferible por varias razones:

• El aluminio – es un metal ligero que no ejerce una carga significativa sobre la estructura de soporte en la que se planea instalar la batería.
• Al realizar el tratamiento anticorrosión, el aluminio no está expuesto a la oxidación.
• No absorbe la humedad del ambiente, no se pudre.

Al elegir un elemento transparente, es necesario prestar atención a parámetros como el índice de refracción de la luz solar y la capacidad de absorber la radiación infrarroja.

La eficiencia de las células fotovoltaicas dependerá directamente del primer parámetro: cuanto menor sea el índice de refracción, mayor será la eficiencia de las obleas de silicio.

El coeficiente mínimo de reflexión de la luz es del plexiglás o de su variante más barata – el acrílico. El índice de refracción de la luz del policarbonato es ligeramente inferior.

La magnitud del segundo parámetro determina si las propias células fotovoltaicas de silicio se calentarán o no. Cuanto menos se calienten las obleas, más durarán. La radiación infrarroja es absorbida mejor por un acrílico termoabsorbente especial y por un vidrio con absorción IR. Un poco peor – el vidrio normal.

Si es posible, la opción óptima será utilizar un vidrio transparente antirreflejante como elemento transparente.

En relación costo/índice de refracción de la luz y absorción de IR, el acrílico – es la opción más óptima para fabricar un panel solar.

Diseño del sistema y elección del lugar

El diseño del sistema solar incluye los cálculos del tamaño necesario de la placa solar. Como se mencionó anteriormente, el tamaño del panel suele estar limitado por las costosas células fotovoltaicas.

El panel solar debe instalarse en un ángulo específico que garantice la máxima incidencia de los rayos solares sobre las obleas de silicio. La mejor opción – paneles que puedan cambiar el ángulo de inclinación.

El lugar de instalación de los paneles solares puede ser muy variado: en el suelo, en un tejado inclinado o plano de la casa, en los techos de dependencias.

La única condición – el panel debe colocarse en el lado soleado de la parcela o la casa, no sombreado por copas altas de árboles. Además, el ángulo de inclinación óptimo debe calcularse mediante una fórmula o utilizando una calculadora especializada.

El ángulo de inclinación dependerá de la ubicación de la casa, la estación del año y el clima. Es recomendable que el panel tenga la posibilidad de cambiar el ángulo de inclinación según los cambios estacionales de la altura del sol, ya que funcionan de manera más eficiente cuando los rayos solares inciden estrictamente perpendiculares a la superficie.

Para la parte europea de los países de la CEI, el ángulo de inclinación estacionario recomendado es de 50 – 60 º. Si el diseño incluye un dispositivo para cambiar el ángulo de inclinación, en invierno es mejor colocar los paneles a 70 º sobre el horizonte, y en verano a un ángulo de 30 º.

Los cálculos muestran que 1 metro cuadrado de un sistema solar permite obtener 120 W. Por lo tanto, mediante cálculos se puede determinar que para abastecer a una familia promedio con 300 kWh de electricidad al mes, se necesita un sistema solar de al menos 20 metros cuadrados.

Instalar de inmediato un sistema solar así será problemático. Pero incluso la instalación de una batería de 5 metros ayudará a ahorrar electricidad y contribuir con su modesto aporte a la ecología de nuestro planeta. Le recomendamos también conocer el principio de cálculo de la cantidad necesaria de baterías solares.

El panel solar puede utilizarse como fuente de energía de respaldo en caso de cortes frecuentes del suministro eléctrico centralizado. Para la conmutación automática, es necesario prever un sistema de alimentación ininterrumpida.

Este tipo de sistema es conveniente porque, al utilizar una fuente tradicional de electricidad, simultáneamente se realiza la carga de la batería del sistema solar. El equipo que da servicio al panel solar se ubica dentro de la casa, por lo que es necesario prever una habitación especial para él.

Al colocar los paneles en un techo inclinado de la casa, no olvide el ángulo de inclinación del panel; la opción ideal es cuando el panel tiene un dispositivo para cambiar estacionalmente el ángulo de inclinación.

Montaje del panel solar paso a paso

Una vez elegido el lugar para colocar el panel solar y el equipo para el mantenimiento del sistema solar, y teniendo todos los materiales y herramientas necesarios, se puede comenzar la instalación del panel.

Al realizar la instalación, es necesario cumplir con las normas de seguridad, especialmente al llevar a cabo la instalación del panel listo en el techo de la casa. Consideremos un algoritmo paso a paso de cómo hacer una batería solar.

Paso #1 – soldadura de los contactos de las placas de silicio

La instalación de un panel solar casero a menudo comienza con la soldadura de los conductores de las fotoceldas. Sin duda, si tiene la posibilidad, lo mejor es comprar las fotoceldas directamente con conductores, ya que la soldadura es un trabajo muy difícil y minucioso que requiere mucho tiempo.

La soldadura se realiza de la siguiente manera:

1. Se toma una fotocelda de silicio sin conductores y una tira conductora metálica.
2. Los conductores se cortan con ayuda de una plantilla de cartón, su longitud es el doble del tamaño de la placa de silicio.
3. El conductor se coloca cuidadosamente sobre la placa. Por cada elemento – dos conductores.
4. En el lugar donde se va a realizar la soldadura, es necesario aplicar ácido para trabajar con el soldador.
5. Realice la soldadura con el soldador, conectando cuidadosamente el conductor a la placa.

Durante la soldadura, no debe presionar el elemento de silicato, ¡ya que es muy frágil y podría romperse! Si tiene la suerte de haber adquirido fotoceldas con contactos ya preparados, se evitará un trabajo largo y complicado, y pasará directamente a la fabricación del marco para el futuro panel.

La soldadura de los contactos para los fotoelementos defectuosos del grupo B se realiza igual y en la misma dirección que para las placas enteras.

Paso #2 – fabricación del marco para el panel solar

El marco – es el lugar donde se instalarán los fotoelementos. Para la fabricación del marco se toman esquinas y listones de aluminio, con los que se arman marcos. El tamaño recomendado de la esquina – 70-90 mm.

Se aplica sellador de silicona en la parte interior de las esquinas metálicas. Es necesario sellar las esquinas cuidadosamente, de ello depende la durabilidad de toda la estructura.

Una vez que el marco de aluminio está listo, se procede a fabricar la carcasa trasera. La carcasa trasera consiste en una caja de madera de tablero de partículas con bordes bajos.

Los bordes altos crearán sombra sobre los fotoelementos, por lo que su altura no debe superar los 2 cm. Los bordes se atornillan con tornillos autorroscantes y un destornillador.

En el fondo de la caja-carcasa de tablero de partículas se hacen orificios de ventilación. La distancia entre los orificios es de aproximadamente 10 cm. En el marco de aluminio se instala un elemento transparente (plexiglás, vidrio antirreflectante, acrílico).

El elemento transparente se presiona y se fija, su montaje se realiza mediante herrajes: 4 en las esquinas, así como 2 en los lados largos y 1 en el lado corto del marco. Los herrajes se fijan con tornillos.

El marco para el panel solar está listo y se puede proceder a la parte más importante – el montaje de los fotoelementos. Antes del montaje, es necesario limpiar el plexiglás del polvo y desengrasarlo con un líquido que contenga alcohol.

Paso #3 – montaje de las placas de silicio (fotocélulas)

El montaje y la soldadura de las placas de silicio – es la parte más laboriosa del trabajo de crear un panel solar con sus propias manos. Primero, colocamos los fotoelementos sobre el plexiglás con las placas azules hacia abajo.

Si es la primera vez que ensambla una batería, puede usar una base para hacer marcas, a fin de colocar las placas de manera uniforme a una pequeña distancia (3-5 mm) entre sí.

1. Realizamos la soldadura de los fotoelementos según el siguiente esquema eléctrico: las pistas “+” están ubicadas en el lado frontal de la placa, “-” – en el reverso. Antes de soldar, aplique cuidadosamente fundente y estaño para conectar los contactos.
2. Realizamos la soldadura de todos los fotoelementos en serie, fila por fila, de arriba a abajo. Luego, las filas también deben conectarse entre sí.
3. Procedemos a pegar los fotoelementos. Para ello, aplicamos una pequeña cantidad de sellador en el centro de cada oblea de silicio.
4. Damos la vuelta a las cadenas de fotoelementos resultantes con el lado frontal (donde están las obleas azules) hacia arriba y colocamos las obleas según las marcas que hicimos antes. Presionamos suavemente cada oblea para fijarla en su lugar.
5. Los contactos de los fotoelementos extremos se conectan a la barra colectora, “+” y “-“ respectivamente. Para la barra colectora se recomienda utilizar un conductor de plata más ancho.
6. La batería solar debe estar equipada con un diodo de bloqueo, que se conecta a los contactos y evita la descarga de las baterías a través de la estructura durante la noche.
7. Perforamos agujeros en el fondo del marco para sacar los cables al exterior.

Los cables deben fijarse al marco para que no se muevan; esto se puede hacer usando sellador de silicona.

Paso #4 – prueba del panel antes del sellado

La prueba del panel solar debe realizarse antes de su sellado para poder corregir los fallos que suelen ocurrir durante la soldadura. Lo mejor es realizar la prueba después de soldar cada fila de elementos – así es mucho más fácil detectar dónde los contactos están mal conectados.

Para la prueba necesitará un amperímetro doméstico común. Las mediciones deben realizarse en un día soleado entre las 13 y 14 horas, el sol no debe estar oculto por las nubes.

Sacamos la batería al exterior y la instalamos según el ángulo de inclinación previamente calculado. Conectamos el amperímetro a los contactos de la batería y medimos la corriente de cortocircuito.

El propósito de la prueba es que la corriente de trabajo debe ser 0,5-1,0 A inferior a la corriente de cortocircuito. Las lecturas del instrumento deben ser superiores a 4,5 A, lo que indica el correcto funcionamiento de la batería solar.

Si el comprobador da lecturas más bajas, es seguro que en algún lugar se ha alterado la secuencia de conexión de las células fotovoltaicas.

Por lo general, una batería solar casera, construida con fotocélulas del grupo B, proporciona lecturas de 5-10 A, que es entre un 10-20% inferior a la de los paneles solares de fabricación industrial.

Paso #5 – sellado de las fotocélulas colocadas en el marco

El sellado se puede realizar solo después de asegurarse de que la batería funciona. Para el sellado, lo mejor es usar un compuesto epoxi, pero teniendo en cuenta que el consumo de material será grande y su costo es de aproximadamente 40-45 dólares. Si es demasiado caro, en su lugar se puede usar el mismo sellador de silicona.

Al usar sellador de silicona, dé preferencia a aquel cuyo envase indique que es adecuado para su uso a temperaturas bajo cero.

Existen dos métodos de sellado:

• vertido completo, cuando los paneles se cubren con sellador;
• aplicación de sellador en el espacio entre las células fotovoltaicas y en los elementos extremos.

En el primer caso, el sellado será más fiable. Después de verter, el sellador debe fraguar. Luego se coloca el vidrio orgánico encima y se presiona firmemente contra las placas recubiertas de silicona.

Para amortiguación y protección adicional, muchos expertos recomiendan instalar una junta de espuma rígida de 1,5 a 2,5 cm de ancho entre la superficie posterior de las células fotovoltaicas y el marco de aglomerado.

Hacerlo no es obligatorio, pero sí recomendable, teniendo en cuenta que las obleas de silicio son bastante frágiles y se dañan fácilmente.

Después de instalar el vidrio orgánico, se coloca un peso sobre la estructura, bajo cuya acción se expulsan las burbujas de aire. El panel solar está listo y, después de una nueva prueba, se puede instalar en el lugar previamente elegido y conectarlo al sistema solar de su hogar.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Revisión de las células fotovoltaicas pedidas en una tienda en línea china:

Video tutorial sobre cómo fabricar un panel solar:

Construir un panel solar casero – no es una tarea sencilla. La eficiencia de la mayoría de estos paneles es entre un 10 y un 20% menor que la de los paneles fabricados industrialmente. Lo más importante al diseñar un panel solar es elegir e instalar correctamente las células fotovoltaicas.

No intente crear de inmediato un panel de gran tamaño. Intente primero construir un dispositivo pequeño para comprender todos los matices de este proceso.

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