Wie man eine Solarbatterie selbst baut: Anleitung zur Eigenmontage

Solarpanels sind eine Energiequelle, die zur Strom- oder Wärmeerzeugung für ein Einfamilienhaus genutzt werden kann. Allerdings sind Solarpanels teuer und für die meisten Einwohner unseres Landes unerschwinglich. Finden Sie nicht auch?

Etwas anderes ist es, wenn das Solarpanel selbst gebaut wird – die Kosten reduzieren sich erheblich, und die Konstruktion funktioniert genauso gut wie eine industriell gefertigte Platte. Wenn Sie also ernsthaft über die Anschaffung einer alternativen Stromquelle nachdenken, versuchen Sie, sie selbst zu bauen – es ist nicht allzu schwierig.

Der Artikel behandelt die Herstellung von Solarpanels. Wir erklären, welche Materialien und Werkzeuge Sie dafür benötigen. Ein Stück weiter unten finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung mit Abbildungen, die den Arbeitsablauf anschaulich darstellen.

Kurz zu Aufbau und Funktionsweise

Sonnenenergie kann in Wärme umgewandelt werden, wenn der Energieträger eine Flüssigkeit (Wärmeträger) ist, oder in elektrische Energie, die in Akkus gespeichert wird. Die Batterie ist ein Generator, der nach dem Prinzip des photovoltaischen Effekts arbeitet.

Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie erfolgt, nachdem Sonnenstrahlen auf die Fotoelementplatten treffen, die den Hauptteil der Batterie bilden.

Dabei “lassen” die Lichtquanten ihre Elektronen von den äußersten Orbitalen los. Diese freien Elektronen erzeugen einen elektrischen Strom, der durch einen Regler fließt und in einem Akku gespeichert wird, von wo er zu den Energieverbrauchern gelangt.

Als Fotoelementplatten dienen Elemente aus Silizium. Eine Siliziumplatte ist auf einer Seite mit einer dünnsten Schicht Phosphor oder Bor – einem passiven chemischen Element – bedeckt.

An dieser Stelle wird unter Einwirkung von Sonnenstrahlen eine große Anzahl von Elektronen freigesetzt, die von der Phosphorschicht festgehalten werden und nicht wegfliegen.

Auf der Oberfläche der Platte befinden sich metallische “Bahnen”, auf denen sich die freien Elektronen anordnen und eine geordnete Bewegung, d.h. einen elektrischen Strom, bilden.

Je mehr solcher Silizium-Photovoltaikzellen, desto mehr elektrischer Strom kann gewonnen werden. Weitere Informationen zum Funktionsprinzip eines Solarpanels finden Sie hier.

Die obere Schicht der Fotoelementplatten ist mit einer Schicht bedeckt, die die Reflexion von Sonnenlicht von den Platten verhindert und so ihren Wirkungsgrad erhöht.

Materialien zur Herstellung einer Solarplatte

Bevor Sie mit dem Bau eines Solarmoduls beginnen, müssen Sie folgende Materialien bereithalten:

• Silikat-Fotoelementplatten;
• Spanplatten, Aluminiumwinkel und -leisten;
• harter Schaumstoff mit einer Dicke von 1,5-2,5 cm;
• transparentes Element, das als Basis für die Siliziumplatten dient;
• Schrauben und Blechschrauben;
• Silikon-Dichtstoff für den Außenbereich;
• elektrische Kabel, Dioden, Klemmen.

Die Menge der benötigten Materialien hängt von der Größe Ihres Solarpanels ab, die meistens durch die Anzahl der verfügbaren Fotozellen begrenzt wird. An Werkzeugen benötigen Sie: einen Akkuschrauber oder einen Satz Schraubendreher, eine Metallsäge und eine Holzsäge, einen Lötkolben. Für die Prüfung des fertigen Panels benötigen Sie einen Tester-Amperemeter.

Betrachten wir nun die wichtigsten Materialien genauer.

Siliziumplatten oder Solarzellen

Es gibt drei Arten von Fotozellen für Panels:

• polykristalline;
• monokristalline;
• amorphe.

Polykristalline Wafer zeichnen sich durch einen niedrigen Wirkungsgrad aus. Der Wirkungsgrad beträgt etwa 10 – 12 %, aber dieser Wert nimmt im Laufe der Zeit nicht ab. Die Lebensdauer der Polykristalle beträgt 10 Jahre.

Ein Solarpanel wird aus Modulen zusammengesetzt, die wiederum aus photoelektrischen Wandlern bestehen. Panels mit harten Silizium-Fotozellen sind eine Art Sandwich mit nacheinander angeordneten Schichten, die in einem Aluminiumprofil befestigt sind.

Monokristalline Fotozellen können mit einem höheren Wirkungsgrad – 13-25% und einer langen Lebensdauer von über 25 Jahren aufwarten. Allerdings nimmt der Wirkungsgrad von Monokristallen mit der Zeit ab.

Monokristalline Wandler werden durch Sägen von künstlich gezüchteten Kristallen hergestellt, was die höchste Fotoleitfähigkeit und Leistung erklärt.

Dünnschicht-Fotowandler werden hergestellt, indem eine dünne Schicht amorphen Siliziums auf eine flexible Polymeroberfläche aufgebracht wird.

Flexible Panels mit amorphem Silizium – die modernsten. Der photoelektrische Wandler ist auf eine Polymerbasis aufgesprüht oder aufgeschmolzen. Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 5 – 6 %, aber die Dünnschichtsysteme sind äußerst einfach zu verlegen.

Dünnschichtsysteme mit amorphen Fotowandlern sind erst vor relativ kurzer Zeit auf den Markt gekommen. Sie sind eine äußerst einfache und sehr günstige Art, verlieren aber schneller als die Konkurrenz ihre Gebrauchseigenschaften.

Es ist nicht sinnvoll, Fotozellen unterschiedlicher Größe zu verwenden. In diesem Fall wird der maximale Strom, den das Panel erzeugt, durch den Strom des kleinsten Elements begrenzt. Das bedeutet, dass größere Wafer nicht mit voller Leistung arbeiten.

Fragen Sie beim Kauf von Fotozellen den Verkäufer nach der Versandmethode; die meisten Verkäufer verwenden die Wachsmethode, um die Zerstörung der empfindlichen Elemente zu verhindern.

Am häufigsten werden für selbstgebaute Panels mono- und polykristalline Fotozellen in der Größe 3x6 Zoll verwendet, die in Online-Shops wie eBay bestellt werden können.

Die Kosten für Solarzellen sind recht hoch, aber viele Geschäfte verkaufen sogenannte B-Ware. Die als solche eingestuften Produkte haben Fehler, sind aber gebrauchsfähig, und ihr Preis ist um 40-60% niedriger als der von Standardplatten.

Die meisten Online-Shops verkaufen Solarzellen in Sets von 36 oder 72 photovoltaischen Umwandlungsplatten. Zum Verbinden der einzelnen Module zu einer Batterie werden Sammelschienen benötigt, für den Anschluss an das System sind Klemmen erforderlich.

Rahmen und transparentes Element

Den Rahmen für das zukünftige Panel können Sie aus Holzleisten oder Aluminiumwinkeln herstellen.

Die zweite Variante ist aus mehreren Gründen vorzuziehen:

• Aluminium ist ein Leichtmetall, das die Tragkonstruktion, auf der die Batterie installiert werden soll, nicht stark belastet.
• Bei einer Korrosionsschutzbehandlung ist Aluminium nicht anfällig für Rost.
• Es nimmt keine Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und fault nicht.

Bei der Wahl des transparenten Elements müssen Sie auf Parameter wie den Brechungsindex des Sonnenlichts und die Fähigkeit, IR-Strahlung zu absorbieren, achten.

Der Wirkungsgrad der Solarzellen hängt direkt vom ersten Parameter ab: Je niedriger der Brechungsindex, desto höher der Wirkungsgrad der Siliziumwafer.

Den geringsten Lichtreflexionskoeffizienten weisen Plexiglas oder seine günstigere Variante Acrylglas auf. Etwas niedriger ist der Brechungsindex bei Polycarbonat.

Die Größe des zweiten Parameters bestimmt, ob sich die Silizium-Solarzellen erwärmen oder nicht. Je weniger die Platten erhitzt werden, desto länger halten sie. IR-Strahlung wird am besten von speziellem wärmeabsorbierendem Acrylglas und Glas mit IR-Absorption absorbiert. Etwas schlechter ist normales Glas.

Wenn möglich, ist die Verwendung von entspiegeltem Klarglas als transparentes Element die optimale Wahl.

Im Verhältnis von Kosten zu Brechungsindex und IR-Absorption ist Acrylglas die optimalste Wahl für die Herstellung einer Solarbatterie.

Systementwurf und Standortwahl

Das Projekt der Solaranlage umfasst die Berechnungen der erforderlichen Größe der Solarplatte. Wie bereits erwähnt, ist die Größe der Batterie in der Regel durch teure Fotozellen begrenzt.

Die Solarbatterie sollte in einem bestimmten Winkel installiert werden, der das Maximum an Sonnenlicht auf die Siliziumplatten gewährleistet. Die beste Option – Batterien, die den Neigungswinkel ändern können.

Der Installationsort für die Solarplatten kann sehr unterschiedlich sein: auf dem Boden, auf einem Schrägdach oder Flachdach des Hauses, auf den Dächern von Nebengebäuden.

Die einzige Bedingung – die Batterie muss auf einer sonnigen, nicht durch hohe Baumkronen beschatteten Seite des Grundstücks oder des Hauses platziert werden. Dabei muss der optimale Neigungswinkel mit einer Formel oder einem speziellen Rechner berechnet werden.

Der Neigungswinkel hängt vom Standort des Hauses, der Jahreszeit und dem Klima ab. Es ist wünschenswert, dass die Batterie die Möglichkeit hat, den Neigungswinkel entsprechend den saisonalen Veränderungen der Sonnenhöhe anzupassen, da sie am effizientesten arbeiten, wenn die Sonnenstrahlen genau senkrecht auf die Oberfläche fallen.

Für den europäischen Teil der GUS-Staaten beträgt der empfohlene Winkel für die feste Neigung 50 – 60 º. Wenn in der Konstruktion eine Vorrichtung zur Änderung des Neigungswinkels vorgesehen ist, sollten die Batterien im Winter in einem Winkel von 70 º zum Horizont und im Sommer in einem Winkel von 30 º positioniert werden.

Berechnungen zeigen, dass 1 Quadratmeter einer Solaranlage 120 W liefert. Daher kann durch Berechnungen ermittelt werden, dass für die Versorgung einer durchschnittlichen Familie mit 300 kWh Strom pro Monat eine Solaranlage von mindestens 20 Quadratmetern erforderlich ist.

Ein solches Solarsystem sofort zu installieren, wäre problematisch. Aber selbst die Montage eines 5-Meter-Panels kann Strom sparen und einen bescheidenen Beitrag zum Umweltschutz unseres Planeten leisten. Wir empfehlen auch, sich mit dem Berechnungsprinzip der benötigten Anzahl von Solarpanelen vertraut zu machen.

Eine Solarbatterie kann als Reserveenergiequelle bei häufigen Stromausfällen der zentralen Stromversorgung verwendet werden. Für die automatische Umschaltung muss eine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorgesehen werden.

Ein solches System ist praktisch, da bei Nutzung einer herkömmlichen Stromquelle gleichzeitig die Batterie des Solarsystems geladen wird. Die Ausrüstung, die die Solaranlage wartet, befindet sich im Haus, daher sollte ein spezieller Raum dafür vorgesehen werden.

Wenn Sie die Batterien auf einem Schrägdach des Hauses platzieren, vergessen Sie nicht den Neigungswinkel des Panels. Ideal ist es, wenn die Batterie eine Vorrichtung zur saisonalen Änderung des Neigungswinkels hat.

Schrittweise Montage des Solarpanels

Nachdem Sie einen Standort für die Solarpaneele und die Ausrüstung zur Wartung der Solaranlage ausgewählt haben und alle erforderlichen Materialien und Werkzeuge bereitliegen, kann mit der Montage der Batterie begonnen werden.

Bei der Montage sind die Sicherheitsvorschriften zu beachten, insbesondere bei der Installation des fertigen Panels auf dem Hausdach. Betrachten wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie man ein Solarpanel herstellt.

Schritt #1 – Löten der Kontakte der Siliziumplatten

Die Montage einer selbstgebauten Solarbatterie beginnt oft mit dem Löten der Leiterbahnen der Photovoltaikzellen. Wenn Sie die Möglichkeit haben, ist es natürlich am besten, Photovoltaikzellen sofort mit Leitern zu kaufen, da das Löten – eine sehr schwierige und mühsame Arbeit ist, die viel Zeit in Anspruch nimmt.

Das Löten erfolgt wie folgt:

1. Es wird eine Silizium-Photovoltaikzelle ohne Leiter und ein Metallstreifen-Leiter genommen.
2. Die Leiter werden mit einer Pappschablone zugeschnitten, ihre Länge ist doppelt so groß wie die Größe der Siliziumwafer.
3. Der Leiter wird vorsichtig auf den Wafer gelegt. Auf ein Element – zwei Leiter.
4. An die Stelle, an der die Lötung erfolgen soll, muss Säure für die Arbeit mit dem Lötkolben aufgetragen werden.
5. Führen Sie das Löten mit einem Lötkolben durch, indem Sie den Leiter vorsichtig mit dem Wafer verbinden.

Während des Lötens darf nicht auf das Siliziumelement gedrückt werden, da es sehr zerbrechlich ist und zerstört werden kann! Wenn Sie das Glück haben und Photovoltaikzellen mit fertigen Kontakten erworben haben, ersparen Sie sich eine lange und schwierige Arbeit und gehen sofort zur Herstellung des Rahmens für die zukünftige Batterie über.

Das Löten der Kontakte für defekte Photovoltaikzellen der Gruppe B erfolgt auf die gleiche Weise und in der gleichen Richtung wie für ganze Wafer.

Schritt #2 – Herstellung des Rahmens für das Solarpanel

Der Rahmen – ist der Ort, an dem die Photovoltaikzellen installiert werden. Für die Herstellung des Rahmens werden Aluminiumwinkel und -leisten verwendet, aus denen die Rahmen zusammengesetzt werden. Die empfohlene Größe des Winkels beträgt 70-90 mm.

Auf die Innenseite der Metallwinkel wird Silikondichtmittel aufgetragen. Die Abdichtung der Winkel muss sorgfältig erfolgen, da davon die Langlebigkeit der gesamten Konstruktion abhängt.

Nachdem der Aluminiumrahmen fertig ist, beginnen wir mit der Herstellung des hinteren Gehäuses. Das hintere Gehäuse ist eine Holzkiste aus Spanplatten mit niedrigen Seitenwänden.

Hohe Seitenwände würden einen Schatten auf die Photovoltaikzellen werfen, daher sollte ihre Höhe 2 cm nicht überschreiten. Die Seitenwände werden mit selbstschneidenden Schrauben und einem Schraubendreher befestigt.

Am Boden des Gehäusekastens aus Spanplatte werden Lüftungsöffnungen angebracht. Der Abstand zwischen den Öffnungen beträgt etwa 10 cm. In den Aluminiumrahmen wird ein transparentes Element (Plexiglas, entspiegeltes Glas, Acrylglas) eingesetzt.

Das transparente Element wird angedrückt und fixiert, die Befestigung erfolgt mit Beschlägen: 4 an den Ecken, sowie 2 an den Längsseiten und 1 an der kurzen Seite des Rahmens. Die Beschläge werden mit Schrauben befestigt.

Der Rahmen für die Solaranlage ist fertig und Sie können mit dem wichtigsten Teil beginnen – der Montage der Photovoltaikzellen. Vor der Montage müssen Sie das Plexiglas von Staub reinigen und mit einer alkoholhaltigen Flüssigkeit entfetten.

Schritt #3 – Montage der Siliziumplatten-Solarzellen

Die Montage und das Löten der Siliziumwafer ist der arbeitsintensivste Teil bei der Herstellung eines Solarpanels. Zuerst legen Sie die Photozellen mit den blauen Platten nach unten auf das Plexiglas.

Wenn Sie zum ersten Mal eine Batterie zusammenbauen, können Sie eine Unterlage zum Anbringen von Markierungen verwenden, um die Platten in einem geringen Abstand (3-5 mm) zueinander auszurichten.

1. Führen Sie das Löten der Photozellen gemäß dem folgenden Schaltplan durch: Die “+”-Leiterbahnen befinden sich auf der Vorderseite der Platte, die “-” auf der Rückseite. Vor dem Löten tragen Sie vorsichtig Flussmittel und Lot auf, um die Kontakte zu verbinden.
2. Löten Sie alle Photozellen nacheinander in Reihen von oben nach unten. Die Reihen müssen dann ebenfalls miteinander verbunden werden.
3. Beginnen Sie mit dem Aufkleben der Photozellen. Dazu tragen Sie eine kleine Menge Dichtmittel auf die Mitte jedes Siliziumwafers auf.
4. Drehen Sie die entstandenen Ketten mit den Photozellen mit der Vorderseite (wo die blauen Platten sind) nach oben und platzieren Sie die Platten gemäß der zuvor angebrachten Markierung. Drücken Sie jede Platte vorsichtig an, um sie an ihrem Platz zu fixieren.
5. Führen Sie die Kontakte der äußeren Photozellen auf die Sammelschiene, entsprechend “+” und “-“. Für die Sammelschiene wird empfohlen, einen breiteren Leiter aus Silber zu verwenden.
6. Die Solaranlage muss mit einer Sperrdiode ausgestattet werden, die mit den Kontakten verbunden ist und eine Entladung der Akkus über die Konstruktion während der Nacht verhindert.
7. Bohren Sie im Boden des Rahmens Löcher, um die Kabel nach außen zu führen.

Die Kabel müssen am Rahmen befestigt werden, damit sie nicht lose hängen. Dies können Sie mit Silikondichtmittel tun.

Schritt #4 – Testen des Panels vor der Versiegelung

Das Testen des Solarmoduls muss vor seiner Versiegelung durchgeführt werden, um Fehler beheben zu können, die während des Lötens häufig auftreten. Am besten führen Sie den Test nach dem Verlöten jeder Elementreihe durch – so lässt sich viel leichter feststellen, wo die Kontakte schlecht verbunden sind.

Für den Test benötigen Sie ein gewöhnliches Haushalts-Amperemeter. Die Messungen müssen an einem sonnigen Tag zwischen 13 und 14 Uhr durchgeführt werden, die Sonne sollte nicht von Wolken verdeckt sein.

Bringen Sie das Modul nach draußen und stellen Sie es gemäß dem zuvor berechneten Neigungswinkel auf. Schließen Sie das Amperemeter an die Kontakte des Moduls an und führen Sie die Messung des Kurzschlussstroms durch.

Der Sinn des Tests besteht darin, dass die Betriebsstromstärke 0,5-1,0 A unter dem Kurzschlussstrom liegen muss. Die Anzeige des Geräts sollte über 4,5 A liegen, was auf die Funktionsfähigkeit des Solarmoduls hinweist.

Wenn der Tester niedrigere Werte anzeigt, ist mit Sicherheit irgendwo die Verbindungsreihenfolge der photoelektrischen Elemente unterbrochen.

Normalerweise liefert ein selbstgebautes Solarpanel, das aus Photovoltaikzellen der Gruppe B konstruiert wurde, Werte von 5-10 A, was 10-20% unter denen industriell gefertigter Solarpanels liegt.

Schritt #5 – Abdichtung der im Gehäuse eingebetteten Fotoelemente

Die Versiegelung darf nur durchgeführt werden, nachdem sichergestellt ist, dass die Batterie funktioniert. Für die Versiegelung wird am besten Epoxidharz verwendet, wobei zu bedenken ist, dass der Materialverbrauch hoch ist und die Kosten etwa 40-45 US-Dollar betragen. Wenn das zu teuer ist, kann stattdessen das gleiche Silikondichtmittel verwendet werden.

Bei Verwendung von Silikondichtmittel bevorzugen Sie eines, auf dessen Verpackung angegeben ist, dass es für den Einsatz bei Minustemperaturen geeignet ist.

Es gibt zwei Methoden der Versiegelung:

• vollständiges Gießen, bei dem die Paneele mit Dichtmittel gefüllt werden;
• Auftragen des Dichtmittels auf den Raum zwischen den Photovoltaikzellen und auf die äußeren Elemente.

Im ersten Fall ist die Versiegelung zuverlässiger. Nach dem Gießen muss das Dichtmittel aushärten. Dann wird von oben Plexiglas aufgesetzt und fest auf die mit Silikon bedeckten Platten gedrückt.

Um eine Dämpfung und zusätzlichen Schutz zu gewährleisten, empfehlen viele Fachleute, zwischen der Rückseite der Photovoltaikzellen und dem Rahmen aus Spanplatte eine Dichtung aus hartem Schaumstoff mit einer Breite von 1,5–2,5 cm einzubauen.

Dies ist nicht zwingend erforderlich, aber empfehlenswert, da die Siliziumplatten recht spröde und leicht zu beschädigen sind.

Nach dem Aufsetzen des Plexiglases wird ein Gewicht auf die Konstruktion gelegt, unter dessen Einfluss die Luftblasen herausgedrückt werden. Die Solarbatterie ist fertig und kann nach erneuter Prüfung an einem vorher ausgewählten Ort installiert und an das Solarsystem Ihres Hauses angeschlossen werden.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Übersicht über die im chinesischen Online-Shop bestellten Photovoltaikzellen:

Videoanleitung zur Herstellung einer Solarbatterie:

Eine Solarbatterie selbst zu bauen, ist keine leichte Aufgabe. Der Wirkungsgrad der meisten solcher Batterien ist 10–20 % niedriger als bei industriell gefertigten Panels. Das Wichtigste beim Bau einer Solarbatterie ist die richtige Auswahl und Installation der Photovoltaikzellen.

Versuchen Sie nicht, sofort ein riesiges Panel zu bauen. Probieren Sie zuerst ein kleines Gerät zu konstruieren, um alle Nuancen dieses Prozesses zu verstehen.

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