Malý fotovoltaický ostrovní systém – výroba panelů

[Seriál �lánků o konstrukci malého fotovoltaického systému v bytě]

Minule jsem se zmínil, že bydlím v bytě bez balkonu. Místo pro panely je tedy hodně omezené. V podstatě jediný využitelný prostor je venkovní parapet nebo kolmá stěna mezi okny. Náš panelový dům byl zrovna aktuálně zateplen a nechci/nesmím zatím zasahovat do fasády, tudíž jsem zvolil venkovní parapet.Využitelná plocha parapetu je 230 x 28 cm. S tím se dá něco zvládnout.

Druhý a důležitější parametr je orientace domu. Mám to štěstí, že mám okna směřovány na jih. Náš dům je od jižního směru vychýlen pouze o 17° na západ.
Literatura uvádí, že ideální umístění panelů je jižní směr, možno s odchýlením 10 až 15° na západ. Ideální sklon panelů je 35 až 45° od vodorovné roviny.

ZaÄ�al jsem se dívat po nabídce fotovoltaických panelů s rozmÄ›ry maximálnÄ› 200x40cm, které by tak umožnily umístÄ›ní za okno na parapet a bohužel jsem zjistil, že nabídka je hodnÄ› omezená. Pokud už se takový najde, má mizivý výkon a pomÄ›r výkon/cena je tragicky nízký. Příklad – Fotovoltaický solární panel 12V/20W.

Fotovoltaický solární panel 12V/20W/1,14A (RS-M20) 20Wp, zdroj: http://wifi.aspa.cz

Po prohlídce eshopů jsem narazil také na web Filutova dílna, kde jsem našel inspiraci a rozhodl se, že si panely postavím sám na míru.

Vlastní fotovoltaické panely

Nejprve je potřeba obstarat fotovoltaické �lánky. Ty se dají koupit na eBay, ale i na našem �eském Aukru. Podle referencí jsem vybral uživatele honzasjo, který v té době nabízel velké i polovi�ní fotovoltaické �lánky za rozumnou cenu.

Základní velikost fotovoltaického �lánku je 157 x 157mm:

Fotovoltaický �lánek 156 x 156mm

Jeden Ä�lánek má nominální napÄ›tí pouze 0.55 – 0.6V. PÅ™i zatížení napÄ›tí klesá například k 0.45 V. PÅ™i zahřívání Sluncem může jeÅ¡tÄ› napÄ›tí mírnÄ› klesnout.
Panel se proto standardně sestavuje ze 36 �lánků, tak aby napětí �lánků v serii bylo vždy nad 12V.
U = 36 * 0.45 = 16,2 V.

Je proto naprosto normální, že na nezatíženém (nepřipojeném) panelu naměříme napětí naprázdno v hodnotě cca 20V.

Existují i �lánky o polovině velikosti, tedy 156 x 78mm (případně 156 x 71mm apod.):

Můj fotovoltaický �lánek má 156 x 71 mm

Pro výrobu mého panelu jsem zvolil tuto polovi�ní velikost. Plné �tvercové jsou pro mne příliš velké. Napětí těchto �lánků je shodné s velkými. Snižuje se pouze proud, který �lánky dokáží produkovat.

Zapojení a stavba panelu

Potřebuji 36 �lánků v serii. Když vezmu v potaz požadovanou výslednou velikost panelu, můžu uvažovat uskupení:
1 řada po 36 �láncích
2 řady po 18 �láncích
3 řady po 12 �láncích

Nejlépe mi vychází uskupení dvou řad po 18 �láncích. Jedna řada je neprakticky dlouhá a tři řady už by znamenaly šířku kolem 50cm.
Sestavil jsem si modelovou šablonu, abych si lépe dokázal představit reálnou velikost (2 bílé papíry představují �lánky):

Modelová šablona panelu

Kromě 5mm mezery mezi �lánky je ještě potřeba nechat na okrajích mezeru pro izola�ní silikon, aby se panel dal utěsnit a byl odolný vů�i povětrnostním podmínkám.

Krycí materiál

Články samotné jsou v podstatě velmi levné, náklady narůstají při sestavování panelu a zejména při ochraně extrémně křehkých �lánků proti okolnímu světu. Nejprve jsem uvažoval, že bych �lánky uzavřel mezi plexiskla. Nicméně musíme si uvědomit, že panel je v zimě vystavem hlubokému mrazu, v létě extrémnímu horku a tak se prostě musí po�ítat i s teplotní délkovou roztažností materiálu.

Pro menší teplotní rozdíly můžeme vztah mezi změnou délky a změnou teploty přiblížit lineární závislostí, tedy zapsat ve tvaru  ΔL = L * α * ΔT
Nejrozšířenější sklo má sou�initel délkové teplotní roztažnosti roven cca 9*10^-6  K^-1. Plexisklo potom cca 8*10^-5  K^-1 (tedy o cca 1 řád větší).

Výpo�et:
L = 1,47m
α = 9.10-6  K-1
ΔT = 60
Dilatace, neboli prodloužení, je v případě skla ΔL = L * α * ΔT = 1.47 * (9 * (10^(-6))) * 60 = 0.0007938 tedy 0.8 mm
V případě plexiskla můžeme díky rozdílu sou�initele o cca jeden řád říci, že prodloužení bude o řád větší, tedy až 8mm ! Pokud by byly �lánky pevně uchyceny k desce, došlo by zřejmě na slunci k jejich roztrhání.

Zakoupil jsem proto sklo o rozměru 147 x 36cm. Vrchní krycí o tloušťce 4mm a spodní o tloušťce 3mm.

JeÅ¡tÄ› než jsem se sklenÄ›nými tabulemi dorazil domů, uvÄ›domil jsem si, že to asi nebyl úplnÄ› dobrý nápad. NepoÄ�ítal jsem totiž s tím, že sklo je pružné a pÅ™i tomto rozmÄ›ru se dost výraznÄ› prohýbá. V následujících dnech se mi to rozleželo v hlavÄ› a koupil jsem si “sklénářské koleÄ�ko”, tedy Å™ezák na sklo. SklenÄ›né tabule jsem sice s obavami, ale nakonec bez vÄ›tších potíží, rozřízl na poloviny o rozmÄ›ru 73,5 x 36 cm.
S tímto rozměrem se daleko lépe manipuluje a prohyb je již minimální. Budu mít tedy 2 nezávislé panely, které se spojí do serie.

Letování

První krok při zapojování je naletování sběrnicových pásků na �lánky. Předpokládal jsem, že to půjde celkem rychle. Bohužel při prvních pokusech se ukázalo, že to není vůbec jednoduché. Pásky se jednodušše nepřichytili k povrchu �lánku. Ať jsem je prohříval sebevíc, nešlo to. Zlepšení přineslo až jemné oškrábání bílé krycí vrstvy a nanesení cínu pod pásek. I přes opatrnou práci jsem se nevyvaroval obětí:

Zlomený fotovoltaický �lánek

Přibližně po deseti �láncích jsem postup zkodonalil a práce již šla rychleji, ale přesto je �asově náro�ná. Musíte pracovat velice jemně a obezřetně, sta�í neopatrný pohyb nebo ťuknutí a �lánek se poškodí.

Moje fotovoltaické �lánky mají na vrchní straně 2 sběrnice, existuji i �lánky se 3 sběrnicemi. Nepleťte si toto s polaritou. Celá vrchní strana, tedy obě sběrnice, je záporný mínus pól. Celá spodní strana �lánku je potom kladný plus pól.

Pásky jsem letoval po celé délce sběrnice, aby připadné odchlípnutí na jednom místě, neovlivnilo funkci panelu. Naletování všech sběrnicových pásků z jedné strany (celkem tedy 32 x 2 = 64 kusů) mi trvalo cca 5 hodin (v�etně vývoje postupu a dvou nezdarů).

Sběrnicové pásky na fotovoltaických �láncích

Sběrnicové pásky na fotovoltaických �láncích - komplet

Přikládám originál nákres :))

Nákres rozložení a zapojení panelu - originál

Po naletování vÅ¡ech pásků pÅ™iÅ¡la na Å™adu kontrola kvality. Pod silnou lampou jsem u vÅ¡ech Ä�lánků změřil hodnoty napÄ›tí a proudu – pro případ zjiÅ¡tÄ›ní poniÄ�ených Ä�lánků – aby celá serie nebyla degradována jedním chybným Ä�lánkem.

Všechny �lánky jsou v pořádku, skvěle, můžeme je letovat do serie. Z vrchní strany prvního �lánku na spodní stranu druhého �lánku. Z vrchní strany druhého �lánku na spodní stranu třetího a tak dále.

Zapojení �lánků do serie

Zapojení �lánků do serie - druhá řada

Zapojení �lánků do serie - pohled z vrchu

Když byly Ä�lánky pÅ™ipraveny a pevnÄ› sletovány do serie, musel jsem vymyslet způsob vymezení krycího skla, aby jeho váha nerozdrtila Ä�lánky. PÅ™i nákupu tmelu jsem v obchodÄ› narazil na Spárovací křížky, které se používají pÅ™i pokládání dlaždic. SkvÄ›le se pro tuto úlohu hodí, jsou vysoké asi 2 mm a jsou pevné – perfektnÄ› vymezí mezeru pro druhé sklo.

Vymezení vůle pro fotovoltaické �lánky

Vymezení vůle pro fotovoltaické �lánky - u vývodů

Když bylo vÅ¡ech 12 křížků pevnÄ› pÅ™ilepeno vteÅ™inovým lepidlem, mohl jsem pÅ™istoupit k uzavÅ™ení panelu. K tomu jsem použil MS Unifix – jednosložkový lepící a tÄ›snící tmel, na bázi MS polymeru. Vytvrzuje vulkanizací vzduÅ¡né vlhkosti, vytváří vysokopevnostní, elastický spoj.
Pro nás důležité parametry – je odolný vlhku a vodÄ›, povÄ›trnostním vlivům a UV záření. PÅ™ilne na různé stavební materiály, vÄ�etnÄ› nesavých, a jejich vzájemné kombinace.
Tepelná odolnost –40 / +90°C (po vytvrzení). Ideální.

Tmel pro můj fotovoltaický panel - MS Unifix

Po obvodu panelu jsem nanesl žížalu tmelu a na jednom místě nechal otvor, aby měl kudy unikat vzduch až budu přikládat druhé sklo:

Uzavření fotovoltaického panelu tmelem MS Unifix

Krycí sklo je na místě, sta�í dotmelit slabá místa:

Uzavření fotovoltaického panelu tmelem MS Unifix

Poté jsem nechal panel asi 3 dny vytvrdit, na sluní�ku nechal panel zahřát, aby zmizela vlhkost a zatmelil poslední otvor.

Tak a máme to, jeden panel o 18 �láncích je hotov. Te� už jenom zopakovat postup, vyrobit druhý panel a mám zdroj energie v mém systému Celkově to bude 62W.

První panel (18 �lánků) je hotov