Panou Solar DIY

Puţin despre câteva abrevieri...

DIY este prescurtarea englezească la "Do It Yourself", adică "construit de tine". Pe net o să găsiţi prescurtarea asta destul de des.

Ce vreau să fac?

După cum spuneam în articolul anterior, vreau să construiesc un panou solar. Pe piaţă oferta e variată, dar încă prea scumpă. Aşa că o sa încerc să fac ceva cât mai simplu şi mai ieftin. Motivele pentru care vreau să fac aşa ceva sunt următoarele:

• vreau să ajut un bătranel ce locuieşte într-un sătuc care nu e racordat de reţeaua de curent electric (da, aşa ceva încă mai există în România anului 2010)
• vreau să arăt că se poate obţine energie solară relativ uşor şi ieftin, cu mijloacele ce ne sunt la îndemână (oricine poate face aşa ceva dacă vrea)

De unde am început?

Întăi şi-ntâi am căutat pe net cât mai multe informaţii despre energia solară. Am găsit surse de inspiraţie aproape pe toate "gardurile", din păcate doar în engleză. Sunt foarte mulţi oameni care au făcut aşa ceva şi au publicat pe internet toţi paşii pentru a construi un panou solar. Aşa am aflat că pot cumpăra celule solare de pe internet, şi că acestea sunt mult mai ieftine decât dacă aş cumpăra panoul gata făcut cu aceelaşi număr de celule. Ăsta e motivul pentru care am început blogul ăsta. Aşa o să poată să vadă şi cei ce nu se descurcă bine cu engleza, că nu e aşa de greu să faci un panou solar.

Am început prin a-mi face o schiţă a panoului ce vreau să-l construiesc. Eu nu mă pricep la desen tehnic aşa că am folosit o versiune trial de Corel, că asta am avut, dar orice altceva e la fel de bun (AutoCad sau chiar foaie şi creion). Ştiam că o să folosesc celule solare de 150 x 80 mm pentru că astea au fost cele mai ieftine pe care le-am găsit.  În foaia de catalog pe care producătorul de celule a publicat-o scrie că o celulă produce 0.5V, deci pentru a obţine cei 15V doriţi de mine, a trebuit să înseriez 30 de celule (30 x 0.5V = 15V). După cum am mai spus şi în articoul anterior, am ales 15V dintr-un motiv simplu: 15V e o tensiune oarecum "nepericuloasă" de încărcare a unei baterii Auto. Asta înseamnă că pot lega panoul direct la o baterie de maşină fără a mai trebui un circuit de reglare a încărcării.

În desenul de mai sus am aranjat 30 de celule solare (dreptunghiurile albastre), pe 5 rânduri a câte 6 celule. Am tras concluzia că o să am nevoie de un suport de 1000 mm per 500 mm. Dimensiunile astea pentru suport pot varia în funcţie de dimensiunile celulelor solare. Eu am cumpărat celule de 150 x 80 mm. Oscilam între a folosi lemn, plastic sau sticlă pe post de suport pentru celulele solare. Lemnul trebuie vopsit, iar cum eu locuiesc într-un apartament nu foarte mare, m-ar fi incomodat. Plasticul are dezavantajul că e foarte flexibil, deci nu e perfect drept, şi e destul de scump. Am ales sticla, deşi e fragilă, măcar oferă o suprafaţă destul de dreaptă, e foarte accesibilă, nu trebuie vopsită şi e cam la fel de scumpă ca şi plasticul.

Celulele le-am cumpărat de pe eBay, iar restul lucrurilor din oraş.

De ce am nevoie?

Lista cu cele trebuincioase este compusă din:

• 3 m profil "U" de aluminiu (deschiderea exterioară de 13.5 mm iar interioară de 10.5 mm)

• 2 tuburi de silicon universal transparent
• 1 pungă de distanţiere de plastic pentru faianţă
• nişte sfoară
• 3 m cablu electric dublu cu diametrul filamentului de (cel puţin) 1 mm
• 1 tub de lipici (e bun orice lipici care lipeşte pe sticlă)

• 2 foi de sticlă de 3 mm grosime (100 cm x 50 cm)

• 30 de celule solare gata pregătite pentru montare (în articolul anterior am descris pe scurt felul în care se lipesc anodul şi catodul de la fiecare celulă)

• 1 diodă schottky de putere

Pasul 1: Măsurătorile

Cu toate pregătite, m-am apucat de treabă. Am început prin a verifica dacă profilele de aluminiu au o deschidere suficient de mare pentru a cuprinde cele două foi de sticlă şi distanţierele de plastic. În cazul de faţă, diferenţa între deschiderea profilului de aluminiu şi grosimea sticlei plus distanţierele, e undeva între 0.5 şi 1 mm, ceea ce e suficient.

Am curăţat foarte bine foaia de sticlă pe care urma să montez celulele solare şi am făcut  măsurătorile pentru poziţiile distanţierelor. Mi-am luat ruleta din dotare, lipiciul şi o cariocă subţire şi-am trecut la lipit plastic pe sticlă.

Ca să mă asigur că nu fac greşeli la lipire mi-am facut din carton un şablon de dimensiunea unei celule solare (adică 150 x 80 mm), pe care l-am folosit ca şi ghidaj.

E foarte important să existe puţin spaţiu între celula solară şi distanţiere deoarece celula se va dilata sau contracta în funcţie de temperatura din interiorul panoului. Vara, această temperatură poate să depăşească 60°C, iar cum o celulă e făcută dintr-un material casant şi foarte subţire (cca 0.2 mm), pot apărea tot felul de probleme. Pentru siguranţă, am lăsat cam 10 mm distanţă intre celule, deci cam 2.5 mm de la celulă la piesele de plastic.

Pasul 2: Lipirea celulelor pe suport

Pasul următor a fost să lipesc celulele. Pentru asta am pus câte puţin silicon astfel încât celula să fie lipită doar la mijloc. Fiind lipită doar în centru, celula are mai multă libertate "mişcare" în timpul dilatării sau contractării.

La lipire am avut grijă la felul în care va fi prins cablul care va ieşi din panou. Celula o să aibă întotdeauna contactul metalic de deasupra negativ, iar cel de dedesubt, pozitiv, ca în desenul de mai jos (am prezentat asta mai în detaliu în articoulul despre celula solară).

Asta înseamnă că înseriate, celulele vor trebui conectate în felul următor: negativul primei celule va trebui legat la pozitivul celei de-a doua şi tot aşa.

La lipire, a trebuit să am grijă când apăs fiecare celulă pe grămăjoara de silicon, să nu forţez apăsarea, deaorece celula se poate fisura foarte uşor. Totodată, am avut grijă ca poziţia fiecărei celulei lipite să fie sub nivelul distanţierelor de plastic, ca atunci când o să aşez cealaltă foaie de sticlă, aceasta să nu atingă celulele.

Odată lipite celulele de sticlă, panoul începe să capete formă. Mai trebuie conectate celulele între ele.

Pasul 3: Conectarea celulelor între ele

În continuare, am lipit contactele dintre celule. Pentru asta am avut nevoie de un pistol de lipit, de nişte cositor (fludor) şi nişte sacâz. Legătura dintre două coloane alăturate de celule am făcut-o cu bandă metalică mai groasă.

Panoul trebuie conectat printr-un cablu la o baterie, aşa că am nevoie de un cablu. Eu am cumpărat cel mai gros cablu dublu pe care l-am găsit, adică de 1 mm grosime la filament, dar cu siguranţă se găseşte şi mai gros. Cu cât cablul e mai gros, cu atât e mai bine, deoarece rezistenta electrică a unui conductor scade invers proporţional cu diametrul conductorului. Oricum, 1 mm grosime la cablu ar trebui să suporte un curent de circa 3 A fără pierderi prea mari, la o lungime de 2-3 metrii.

Pentru a prinde cablul m-am folosit de distanţiere din plastic cu două laturi tăiate pe care le-am lipit de sticlă. Vreau ca să fixez cât mai rigid cablul în panou.

Am lipit apoi cablul maro la plus, iar cel albastru la minus. Ştiu că nu e tocmai cea mai sugestivă combinaţie de culori, dar aşa a fost cablul pe care l-am cumpărat (aş fi luat cablu roşu cu negru, dar n-am găsit).

Pasul 4: Lipirea celor două foi de sticlă

Înainte de a pune silicon pe margine şi de a lipi si cealaltă foaie de stică, am mai pus pe marginea panoului nişte distanţiere de plastic pentru a mă asigura că siliconul nu o să ajungă la celule.

Siliconul trebuie pus într-un strat destul de gros, pe toate cele patru laturi ale panoului pentru a asigura o lipire etanşă. Nu vreau să intre apă în panou, în timpul funcţionării. Apa poate să corodeze contactele, poate scurtcircuita o parte din celule, iar dacă e în cantitate mai mare poate să spargă sticla la un îngheţ.

A urmat pusă cealaltă foaie de stică peste suport. Aici am avut nevoie de ajutor deoarece e destul de greu să manevrezi o foaie de sticlă aşa de mare. Desigur, am curăţat sticla înainte de a o lipi!

După ce am lipit sticlele laolaltă, le-am fixat cu nişte cleme şi am pus nişte "greutăţi" (adică ce-am găsit la îndemână) pe foile de sticle ca să facă priză cât mai bine. Am verificat rapid dacă nu cumva există vreo latură care să nu fie lipită etanş, după care am lăsat siliconul să se întărească cam 3-4 zile.

Pasul 5: Prinderea profilelor de aluminiu

Înainte de a mă apuca de profilele de aluminiu am tăiat surplusul de silicon rezultat din lipirea sticlei, ca profilele să se fixeze cât mai bine pe marginea panoului.

Cei 3 m de aluminiu cumpăraţi de mine erau compuşi din 3 bucăţi de câte 1 metru fiecare. După ce am tăiat un metru în două am trecut la decuparea capetelor profilelor la unghiuri de aproximativ 45°. Spun aproximativ pentru că una am trasat pe aluminiu ca şi ghidaj, şi altundeva a mers bonfaierul când am încercat să tai aluminiul. 

A urmat apoi gaura pentru cablu, pe care am făcut-o cât s-a putut de fixă. Adică, diametru, respectiv forma găurii sunt la fel ca şi la cablu.

După toate astea am lipit profilul de aluminiu de sticlă. Am folosit mai mult silicon pentru a lipi profilul pentru a mă asigura că siliconul a pătruns peste tot între aluminiu şi sticlă.

Am lăsat panoul aşa 3-4 zile ca siliconul să îşi facă treaba după care a urmat montată dioda de protecţie. Această diodă are un rol foarte important. Ea controlează sensul curentului dat de panou, cu alte cuvinte, nu lasă să "intre" curent în panou. Ziua, când panoul produce o tensiune mai mare decât tensiunea de la bornele bateriei,  sensul de "curgere" al curentului este dinspre panou spre baterie.

Noaptea în schimb, în lipsa luminii de la soare, panoul nu mai produce energie şi începe să se comporte ca un consumator. Astfel bateria, având o tensiune mai mare decât a panoului, o să înceapă să se descarce prin panou. Pentru a înpiedica descărcarea bateriei trebuie montată o diodă în sensul de "curgere" al curentului atunci când bateria se încarcă. Dioda aleasă trebuie să suporte cel puţin curentul maxim pe care îl poate genera panoul (în cazul meu 3A). Am ales o diodă schottky de 15A, pentru că la un curent direct de 15A ea are o cădere de tensiune relativ mică (0.7-0.9V). Deoarece dioda se montează pe cablul ce iese din panou, care va sta în aer liber,  ea trebuie izolată cât mai bine. Pentru asta am folosit tub termo-contractil.

Căderea de tensiune de pe diodă e foarte importantă pentru că aceasta se scade din tensiunea pe care o produce panoul. Mai pe înţeles, dacă panoul produce 15V, şi la 3A pe diodă cad 0.5V, la baterie o să ajungă 14.5V (15V - 0.5V = 14.5V). Am montat dioda direct pe cablul care iese din panou ca să nu trebuiască să fac alte lipituri atunci când o să instalez panoul.

Odată montată dioda, bateria o să fie protejată pe timpul nopţii sau în zilele înorate, când panoul scoate o tensiune mai mică decât bateria.

Pasul 6: Testarea panoului

A mai rămas un singur lucru de făcut, şi anume aceela care îmi va spune dacă am făcut o treabă bună sau nu. Pentru asta am scos panoul la soare şi m-am apucat de făcut masurători. Am început prin a măsura tensiunea fără consumator. Conform datelor de la producător, panoul cu cele 30 de celule înseriate ar trebui să scoată 15V, pentru că o celulă scoate o tensiune maximă de 0.5V. Valoarea reală masurată la bornele panoului a fost de 17V. Ceea ce înseamnă că o celulă scoate o tensiune reală de 0.56V, fără consumator.

A urmat apoi măsurarea curentului de scurt circuit (sau curentul maxim) pe care îl dă panoul. Producătorul zice că ar trebui să scoată 3.5A. Valoarea măsurată de mine a fost de 3.37A. Ceea ce e destul de bine având în vedere faptul că panoul a fost făcut în casă, şi nu în condiţii speciale aşa cum vedem la televizor că se fac panourile solare din comerţ.

Despre puterea produsă o să pot spune mai multe decât după ce o să montez panoul, când o să pot măsura curentul şi tensiunea cu un consumator legat. Deocamdată pot spune că panoul o să scoată întotdeauna o putere mai mică de 57W. Valoarea asta am obţinut-o din cele două valori maxime: tensiunea în circuit deschis (fără consumator) şi curentul de scurt circuit.

Cât m-a costat tot?

Să le luăm în ordine:

• 3 m de profil de aluminiu = 3 x 12 roni = 36 roni = 8.8 euro
• 2 tuburi de silicon = 2 x 10 roni = 20 roni = 4.9 euro
• 1 set distanţiere pentru faianţă = 3 roni = 0.7 euro
• 1 tub lipici = 3 roni = 0.7 euro
• 3 m cablu dublu = 6 roni = 1.4 euro
• 1 diodă schottky = 2.5 roni = 0.6 euro
• 2 foi de sticlă de 3 mm grosime, 100 x 50 cm (1 metru pătrat) = 43 roni = 10.5 euro
• 30 celule solare cu bandă metalică = 30 euro

Total = 58 euro (236 roni)

Menţiune: cu siguranţă aş fi găsit aceleaşi lucruri la preţuri mai mici dacă aş fi căutat mai mult, dar, pentru mine a fost mai important să construiesc panoul cât mai repede şi cât mai simplu.

M-am ajutat de urmatoarele unelte (câteva ale mele, câteva împrumutate):

• pistol de lipit
• cositor şi sacâz
• pistol pentru tub de silicon
• cutter
• sfoară
• ruletă de 2 m
• cleme de fixare
• bonfaier sau fierăstrău (pentru metal)
• maşină de găurit
• multimetru digital

În următorul articol voi prezenta instalaţia electrică pe 12V curent continuu şi 220 V curent alternativ. Am folosit 12V pentru producerea luminii şi 220V pentru celelalte electrocasnice.

...