Al treilea panou solar fotovoltaic
Spuneam într-un articol anterior că am făcut o instalaţie electrică solară la o casă ce nu era racordată la reţeaua electrică. Nu după mult timp am fost rugat de altcineva, din aceelaşi cătun, să-i fac un panou fotovoltaic care să-i asigure iluminatul în casă.
Având experienţa a două panouri făcute, m-am apucat imediat de treabă. Paşii pe care i-am făcut pentru realizarea acestui panou au fost cam aceeiaşi cu cei de la panoul precedent, cu mici diferenţe:
- pentru partea expusă la soare am folosit sticlă mai groasă
- celulele le-am aşezat cu faţa în jos pe sticlă
- am înlocuit profilul de aluminiu, cu canal din PVC pentru cabluri (20x20)
În continuare o să prezint mai în detaliu ce am făcut diferit la panoul ăsta faţă de celelalte două panouri.
1. Sticlă de 8mm
După cum se vede din imagine, panoul e realizat din două foi de sticlă, una de 8 mm grosime, iar cealaltă de 3 mm. O sticlă mai groasă are câteva dezavantaje:
- pierderi mai mari datorate grosimii sticlei
- panoul o să cântărească mai mult
- preţul sticlei este mai ridicat
Avantajul folosirii unei sticle mai groase este acela că panoul va rezista mai bine la grindină, şi asta surclasează toate dezavantajele. Pentru a avea pierderi cât mai mici sticla trebuie să fie cât mai transparentă. Eu am folosit sticlă float, dar am înţeles că sticla de cristal are o claritate foarte ridicată. Din păcate nu am găsit aşa ceva nicăieri de vânzare.
2. Poziţionarea celulelor cu faţa în jos
La cealaltă abordare (celulele "cu faţa în sus"), trebuia să lipesc întâi toate celulele de sticlă cu silicon, având grijă ca la toate celulele vecine catodul, respectiv anodul să se atingă (celulele fiind legate în serie). Aici apăreau problemele:
- În momentul în care celula este apăsată pe picătura de silicon, există posibilitatea ca celula să se fisureze. (celula fotovoltaică are cca 0.2 mm grosime)
- Celulele se pot păta cu silicon în momentul prinderii de foaia de sticlă.
- Dacă o celulă nu este suficient de bine apăsată pe picătura de silicon, aceasta poate să stea la un nivel mai ridicat faţă de înălţimea distanţierelor de plastic. Când se lipeşte cealaltă foaie de sticlă, toate celulele care sunt mai sus de distanţierele de plastic se pot fisura.
Am ales să pun celulele cu "faţa în jos" (catodul în jos), pentru că aşa am putut lipi cu silicon în aceelaşi timp foile de sticlă şi celulele. Singura problemă la montarea asta a fost că nu am putut testa panoul, decăt după finalizarea lui. În mod normal testarea constă în măsurarea cu multimetru a tensiunii date de celulele legate în serie, măsurare făcută treptat, pe măsură ce se adaugă celule. Tensiunea măsurată (datorată luminii ambiante) trebuie să crească direct proporţional cu numărul de celule, acestea fiind legate în serie. Cum celulele erau cu faţa în jos, nu ajungea suficientă lumină la ele ca să pot face o măsurătoare relevantă. Din această cauză, lipirea contactelor de la celule (anod-catod) între ele a fost făcută cu foarte multă grijă, pentru a nu avea surprize la terminarea panoului. O lipitură nereuşită poate compromite întreaga muncă.
Un avantaj mare al acestei aranjări e că toate celulele vor fi la aceeaşi distanţă faţă foaia de sticlă expusă la soare, toate aflându-se în aceelaşi plan. Astfel dacă razele soarelui vor fi perpendiculare pe panou, ele vor fi perpendiculare pe toate celulele din panou.
3. "Rama" panoului
Pentru a reduce din costul final al panoului şi din greutatea acestuia, am ales să înlocuiesc profilul de aluminiu cu un canal de cablu din PVC, care e mult mai ieftin şi uşor. Înafară de partea estetică, "rama" panoului mai asigură şi o protecţie împotriva tăierilor accidentale de sticlă. PVC-ul poate nu egalează la aspect aluminiul, dar protejează degetele la fel de bine.
Rezultatul...
Diferenţa faţă de celelalte panouri este că acesta cântareşte 14 kg din cauza sticlei mai groase. Caracteristicile electrice sunt bunicele:
Curentul de scurt circuit este de 3.09 A. Asta înseamnă că sticla de 8 mm a dus la o pierdere de aproximativ 10% faţă de cea de 3 mm. Nu sunt sigur că pierderea asta e cauzată în întregime de grosimea sticlei, deoarece temperatura panoului era destul de ridicată când am făcut măsurătorile. După circa 6 ore de stat în soare, sticla panoului era fierbinte, ceea ce a dus la o micşorare a randamentului celulelor. Eficienţa celulelor scade odată cu creşterea temperaturii, asta explicând şi valoarea tensiunii în gol de 15.74 V, faţă de 16.77 V cât am măsurat în acea dimineaţă, pe răcoare.
Preţul panoului
- 4 m de canal cablu PVC = 4 x 3 roni = 12 roni = 2.8 euro
- 2 tuburi de silicon = 2 x 10 roni = 20 roni = 4.7 euro
- 1 set distanţiere pentru faianţă = 3 roni = 0.7 euro
- 1 tub lipici = 3 roni = 0.7 euro
- 3 m cablu dublu = 4.5 roni = 1.1 euro
- 1 diodă schottky = 2.5 roni = 0.6 euro
- 2 foi de sticlă de 3 şi 8 mm grosime, 100 x 50 cm = 68 roni = 16.1 euro
- 30 celule solare cu bandă metalică = 43.6 euro
Total = 71 euro (299 roni)
Menţiune: preţul celulelor e puţin mai mare din cauza raportului euro-dolar, care s-a modificat din iarna pană acum.
marți, 27 iulie 2010
Instalaţia electrică fotovoltaică - partea I
Ce vreau să fac?
Planul meu este să realizez o instalaţie electrică bazată pe energie solară pentru o căsuţă, fără cheltuieli exagerate. Trebuie spus de la bun început că:
- nu sunt electrician de meserie
- asta e prima instalaţie electrică pe care o fac
Ei, şi acum astea fiind spuse, o să prezint puţin situaţia casei... E vorba de o casă locuită de un bătrânel. Nici o casă din acel cătun nu este racordată la reţeaua de energie electrică. Costul racordarii este prea mare, cătunul aflându-se la aproximativ 5 km de cel mai apropiat sat, unde ar fi electricitate. Prin urmare, singura soluţie a fost să facem curent cum putem. În jurul casei nu este nici un curs de apă permanent, aşa că nu se poate folosi energia apei. La fel e şi cu energia eoliană, pentru că zona respectivă e înconjurată de dealuri şi nu prea bate vântul. Nu rămâne decât energia soarelui.
Scurt istoric...
N-am ştiut de la început dacă şi cum o funcţioneze instalaţia, aşa că am făcut paşi foarte mici. Iniţial am reuşit să luminăm o încăpere din casă cu un bec făcut din Led-uri, alimentat de la o baterie de maşină (am prezentat într-un alt articol cum am făcut acel bec cu led-uri). Bateria a ţinut cam două luni, de la sfârşitul lui decembrie până pe la mijlocul lui februarie. În acest timp în care m-am interesat cum se poate face un panou solar.
Realizarea panoului s-a dovedit mai uşoară decât crezusem iniţial. Bateria s-a încărcat imediat după instalarea panoului, iar cu bateria încărcată, lumina dată de bec a fost mai mare. Neavând alt consumator decât becul, l-am sfătuit pe bătrânel să ţină zilnic cel puţin 4 ore lumina aprinsă, ca să nu se supraîncarce bateria.
Aici o să dau nişte explicaţii legate de încarcarea bateriei... Frumos ar fi fost să folosesc un controller de încărcare cu MPPT ("urmărirea punctului de putere maximă") sau măcar unul care să întrerupă legătura între panoul şi baterie în momentul în care tensiunea de pe baterie ajunge la 14-14.5 V. Motivele pentru care am ales abordarea asta simplă au fost urmatoarele:
- panoul scoate o tensiune de aproximativ 15V în sarcină, adică aproximativ tensiunea la care lucrează şi circuitul de încărcare dintr-un autoturism (14.7V)...
- curentul dat de panou e relativ mic (3A în scurt-circuit) comparativ cu capacitatea bateriei (100Ah)
- bateria era primită, şi nu ştiam cât de bună este (ulterior am văzut că era destul de veche)
- bugetul a fost unul destul de auster (a fost an de criză...)
După alte două luni am pus un al doilea panou şi o altă baterie de auto (tot veche). Tot atunci am crescut puţin şi numărul de consumatori, adăugând alte două becuri (cu led-uri) şi un televizor ce se poate alimenta la 12V. (n-am mai desenat şi minusul la consumatori :P)
Instalaţia a funcţionat bine, cu singura obiecţie că după cateva săptămâni ploioase cu cer înorat, televizorul nu putea fi folosit mai mult de 2 ore în continuu. Aici, pe de-o parte, problema era de la panouri, care au un randament foarte mic dacă cerul e înorat, pe de altă parte, bateriile nu făceau faţă consumului, probabil din cauză că erau prea vechi.
Cu toate că bateriile erau aşa cum erau, m-am hotărât să montez şi un mic frigider (cu un compresor de 76W). A trebuit să mai adaug un invertor (pentru tensiunea de 220V curent alternativ) şi să mai trag nişte cabluri pentru reţeaua de 220V. Pentru a nu avea pierderi prea mari pe cabluri, am fixat invertorul lângă baterii, dar cu toate acestea, frigiderul nu a mers decât cu întreruperi. Invertorul are protecţie la tensiune de intrare mică, aşa că aproximativ la o secundă după pornirea frigiderului, invertorul tăia tensiunea de 220V, urmând să cupleze după aproximativ o secundă, iar apoi, din nou să decupleze şi tot aşa...
Am verificat tensiunea şi curentul de pe baterii în timpul "funcţionării" frigiderului, dar nu prea am putut afla multe. Din cauză că aveam un multimetru digital (care are o mică întârziere în afişarea valorii măsurate), n-am văzut decât că tensiunea scade când frigiderul porneşte şi că revine la valoarea iniţială după ce decuplează invertorul. Valoarea la care ar trebui să decupleze invertorul nu o ştiu, iar valoarea la care decuplează nu o pot măsura cu multimetrul meu. Poate un aparat cu afişaj analogic (cu ac indicator) ar fi mai util.
La pornire, curentul luat de compresor e mai mare decăt cel nominal. Asta explică de ce frigiderul nu merge, iar televizorul merge, deşi ambele sunt cam de aceeaşi putere. (Televizorul se poate alimenta şi de la 220VAC, aşa am testat că invertorul merge).
Concluzia...
Deocamdată nu pot spune nimic. Urmează să mai fac o investiţie şi să cumpăr o baterie nouă de 100Ah, pentru că bănuiesc că asta e problema: bateriile sunt prea vechi.
O să mai postez pe tema asta două articole în care o să prezint nişte calcule şi ceva date tehince pentru instalaţia finală.
Grosimea sticlei la un panou fotovoltaic
Cât de mult poate diminua sticla folosită eficienţa celulei fotovoltaice?
Am vrut să văd ce efect are grosimea sticlei asupra unei celule fotovoltaice expuse la soare, aşa că am cumpărat 4 bucăţi de sticlă de grosimi diferite (3, 4, 6 şi 8 mm) de la un atelier de tăiat sticlă. După o examinare mai atentă a sticlei cumpărate mi-am dat seama că sticla albă (transparentă) poate avea nuanţe diferite. Astfel, sticla de 4 şi 8 mm era mai deschisă la culoare decât cea de 3 şi 6 mm grosime. Asta se poate vedea dacă priveşti partea tăiată a sticlei (marginea sticlei). Nuanţa de verde de pe margine e puţin mai închisă.
Cu prima ocazie în care am prins soare afară am ieşit să fac nişte măsurători. Am vrut să văd cât de mult e influenţat curentul produs de o celulă fotovoltaică, dacă folosim sticlă de diferite grosimi şi nuanţe. Pentru asta am luat o celulă şi am legat-o la aparatul de măsură.
Am făcut 5 măsurători:
1. Doar celula, fără sticlă a produs un curent de 2.25 A. Presupunând că valoarea aceasta e maximul de curent pe care îl poate da celula, am calculat în continunare procentul curentului măsurat atunci când celula e acoperită de sticlă de diferite grosimi.
2. Celula cu o sticlă de 4mm (nuanţă deschisă) a produs un curent de 2.19A. (97.3%)
3. Celula cu o sticlă de 8mm (nuanţă deschisă) a produs un curent de 2.14A. (95.1%)
4. Celula cu o sticlă de 3mm (nuanţă închisă) a produs un curent de 2.18A. (96.8%)
5. Celula cu o sticlă de 6mm (nuanţă închisă) a produs un curent de 2.16A. (96%)
Concluzia
La următorul panou o să folosesc sticlă de 8 mm, chiar dacă e mai scumpă şi mai grea. O diminuare de 5% a curentului produs e foarte mică, dacă iei în calcul rezistenţa pe care o asigură sticla groasă. Trebuie să fie grindină foarte mare ca să spargă o sticlă de 8 mm...
luni, 12 aprilie 2010
Bec cu LED-uri
Cum se mai poate lumina o casă?
La un bec incandescent aproximativ 70% din energia consumată se transformă în căldură. Tuburile fluorescente sunt mai eficiente, dar sunt de destul de voluminoase. Becurile economice care au apărut pe piaţă recent sunt foarte eficiente, dar sunt încă destul de scumpe şi sunt sensibile la opriri şi porniri dese. Au început să apară şi becuri cu Led-uri, dar preţul lor e deocamdată cam prohibitiv.
Ce cerinţe am avut?
Pentru a asigura iluminarea unei căsuţe de la ţară, am avut nevoie de o sursă de lumină care să se încadreze în următoarele limitări:
- să consume cât mai puţină energie electrică
- să poată fi alimentată de la 12V cât mai simplu
- să fie ieftină
- să aibă o durată mare de viaţă
Pe piaţă nu am găsit ceva care să se încadreze în cele de mai sus, aşa că mi-am propus să construiesc o sursă de lumină care să se potrivească cerinţelor de mai sus. Am ales să folosesc LED-uri (Light Emitting Diode) deoarece eficienţa lor este mare, lucrează în curent continuu, au o durată de viaţă foarte mare şi sunt foarte robuste. Nu e vorba de Led-uri obişnuite, ci de Led-uri de putere, adică pot disipa o putere de peste 1W.
Înafară de faptul că sunt (foarte) scumpe, Led-urile se potrivesc celorlalte trei cerinţe. Cum nu sunt expert în electronică am început cu o schemă foarte simplă: un Led şi un rezistor de limitare al curentului.
Led-ul l-am montat pe un radiator de CPU ce nu-l mai foloseam şi l-am încercat. Pentru a mă asigura că transferul termic dintre led şi radiator e optim, am folosit pastă termoconductoare. E vorba de acea pastă care se foloseste atunci când montezi un radiator pe un CPU. Am văzut că "becul" merge şi că luminează chiar foarte bine. A fost suficient pentru a mă lămuri că ledurile astea au un potenţial ce trebuie folosit. N-am făcut nici un calcul înainte să testez "becul", ci doar l-am alimentat şi m-am uitat cât de tare luminează. Rezistenţa am ales-o la nimereală (22Ω). Ce nu prea mi-a plăcut a fost că rezistorul se încălzise destul de tare. Asta e din cauză că, fiind un singur led, o mare parte din tensiunea de 12V cade pe rezistor, deci, cea mai mare parte din puterea consumată se disipă pe rezistor sub formă de căldură.
Ca să reduc tensiunea ce cade pe rezistenţă (şi totodată puterea disipată) am adaugat încă trei Led-uri pe lângă cel existent. Astfel pe cele patru led-uri va cădea cea mai mare parte a tensiunii de 12V, rezistenţei rămânându-i restul de tensiune. Trebuie să menţionez că led-urile astea au tensiunea ce cade pe ele direct proporţională cu valoarea curentului ce trece prin ele. Adică, la un curent mic tensiunea o să fie mică, aceasta crescând odată cu curentul prin led-uri, şi mergând până la 4V şi ceva. De data asta am făcut şi nişte măsurători:
Led-urile astea le-am folosit cu succes timp de câteva luni pentru a lumina o cameră şi o bucătarie. Lumina e suficient de puternică, pentru a putea citi, dar nu are un unghi dedispersie suficient de mare. Adică dacă montez becul ăsta pe tavan la o înălţime de aproximativ 2 m, el o să cu lumineze o zonă din podea cu diametru de cca 4 m. Restul încăperii nefiind luminată foarte bine. Eficienţa "becului" e foarte mare dacă ne uităm la raportul între puterea consumată la bornele "becului", şi cea disipată pe rezistor (adică facem abstracţie de pierderile interne ale diodelor). Becul a funcţionat mai bine de o lună cu o baterie de maşină aproape descărcată (avea doar 11.8 V când am montat becul) asigurând un minim necesar de lumină.
Următorul pas a fost să măresc iluminarea, aşa că am dublat circuitul anterior. L-aş fi triplat dar nu am avut un radiator suficient de mare pentru asta aşa că m-am oprit la opt leduri.
Schema electrică e similară cu cele de mai sus, dar becul propriuzis pare mai spectaculos. În realitate e doar un radiator de procesor, pe care nu-l mai foloseam. Radiatorul era suficient de mare ca să poată fi montate pe el 8 leduri. De o parte şi de alta am montat rezistenţele de limitare a curentului. Am folosit rezistenţe de 0.47Ω.
Partea cea mai dificilă a fost găurirea radiatorului care era din aluminiu. Pentru asta am avut nevoie de ajutor, prilej cu care îi mulţumesc unui bun coleg şi prieten. Ştie el cine...
Am făcut un mic test acasă, în camera mare, noaptea, cu luminile stinse. Am legat "becul" la o sursă de calculator care scotea 11.8V şi lumina a fost suficient de mare pentru a putea citi. Becul a fost montat la o casă sub streaşină pentru a lumina curtea. Din păcate nu am stat destul de mult pentru a vedea cum luminează noaptea.
Concluzii
E greu de spus dacă merită sau nu să investeşti în aşa ceva. Din punct de vedere financiar nu se prea merită deoarece, preţul ledurilor de putere este foarte mare. Din perspectiva economiei de energie, se merită, deoarece aproape toată puterea consumată se transformă în lumină, deci pierderile sunt minime. Din punct de vedere al fiabilităţii, nu pot să mă pronunţ. Producătorul ledurilor spune că ledurile au o viaţă foarte lungă, dacă sunt folosite corespunzător. Deocamdată pot spune doar că nu s-a stricat nici un led din cele folosite.
În cazul în care energia electrică e accesibilă şi din belşug, nu se merită să foloseşti aşa ceva. În schimb, dacă energia electrică e limitată şi dacă orice Watt consumat contează, atunci poate trebuie considerată şi variantă folosirii ledurilor pentru iluminare.
marți, 23 februarie 2010
Celula Solară
Ce este o celulă solară?
O putem numi inima unui panou solar... Este fabricată dintr-un material care în contact cu lumina (un anumit spectru luminos) produce curent electric. Pe scurt, procesul de producere a energiei electrice e în felul următor: Fotonul loveşte suprafaţa fotosensibilă a celulei, care eliberează un electron.
Pe piaţă se găsesc o multitudine de tipuri de celule care se diferentiază prin formă, compoziţie, eficienţă, aranjamentul materialului fotosensibil. Cea mai obişnuită formă este cea dreptunghiulară.
Partea fotosensibilă este catodul (-), iar partea ferită de lumină este anodul (+).
De unde se pot cumpăra?
Asta e o problemă. La noi în ţară nu se prea găsesc celule de vânzare cu bucata, doar panouri gata făcute. Am căutat pe net, iar cele mai convenabile celule le-am găsit pe eBay. Am încercat să cumpar direct de la producătorii europeni, dar fie nu lucrează cu persoane fizice, fie nu vând celule la bucată, fie vând dar mult prea scump.
Eu am cumpărat pe lângă celule si conductori (bandă metalică groasă şi subţire) şi un tub de răşină (un fel de sacâz mai lichid).
Odată cumpărate, cum le folosim?
Pentru a putea culege şi folosi energia produsă de celule, trebuie lipiţi conductori pe anod şi pe catod. Eu am cumpărat celule care aveau deja catodul lipit, aşa că a trebuit să lipesc doar anodul. Desenul de mai jos arată o celulă văzută din profil cu catodul şi anodul lipite.
Pentru început am curăţat cu o răşină punctele de contact de pe anod. Nu trebuie neapărat dat cu răşină, sacâzul e la fel de bun.
Apoi am făcut niste insule de cositor, am pregătit sârma conductoare (care defapt e o bandă metalică foarte subţire), şi am facut lipiturile.
Trebuie avut grijă ca grosimea lipiturilor să nu fie prea mare, ca să nu incomodeze montarea celulelor în panou. Problema asta o să fie mai clară când o să descriu realizarea panoului.
Precizare: se vede în mai toate pozele o cutie-ambalaj de la un telefon fix. Nu este vorba de publicitate mascată :P... Am folosit cutia pe post de suport pentru lipirea sârmelor pe celule şi ca să nu-mi murdăresc biroul (lucru pe care nu l-am prea reuşit). Am lipit de cutie şi nişte piese de plastic în formă de "L" (făcute din distanţiere folosite la montarea faianţei) ca să mă pot ghida mai bine la făcutul lipiturilor şi ca să fixeze celula mai bine. Mai târziu o să se vadă mai bine la ce folosesc distanţierele astea din plastic.
Cum testăm că merg?
Dupa ce am făcut toate lipiturile urmează testarea celulei. Pentru asta e nevoie de un aparat de măsură pus pe măsurat curent si de o lampă (sau orice altă sursa de lumină). Eu am folosit o lampă de birou cu un bec de 60W. La lumina lămpii, celula ar trebui să dea un curent între 60-100 mA (astea sunt valori obtinuţe prin măsurători). Tensiunea nu ne interesează pentru că e oricum foarte mică (0.5V), iar dacă ar fi ceva probleme cu tensiunea, cu siguranţă s-ar vedea la măsurarea curentului (adică ar fi mult mai mic curentul :P).
Se întoarce celula cu catodul în sus şi se fac măsurătorile la ambele puncte de contact (pe stânga şi pe dreapta).
Curentul măsurat e de 97.3 mA pe stânga şi 97.4 mA pe dreapta, ceea ce înseamnă că lipiturile sunt bune, iar curentul generat e simetric. Concluzia e că celula e numai bună pentru a fi folosită la panou.
Motivul pentru care curentul pe care îl dă celula la lumina becului e aşa de mic e acela că materialul fotosensibil "lucrează" pe un anumit spectru al luminii. Cum lumina dată de becul incandescent nu are un spectru complet, curentul produs de celulă nu e mare. Valorile măsurate se schimbă radical dacă înlocuim lumina de la bec cu cea de la soare. Aveţi grijă să nu vă stricaţi aparatele de masură! O singură celula poate da un curent de ordinul amperilor (până la 3.5A). Eu am măsurat 2.24A generat de celulă printr-o sticlă de 3mm grosime.
Ei, şi acum aceeaşi succesiune de paşi trebuie făcută pentru celelalte 29 de celule care o să fie folosite la panoul solar.
După câteva ore (bune) de muncă cele 30 de celule sunt gata pentru a fi montate pe panou.
Acum că-s toate pregătite ce facem cu ele?
Scopul meu este să realizez un panou care să scoată approximativ 15V şi 2-3A. Pentru asta o să am nevoie de 30 de celule legate în serie. O celulă generează 0.55V şi 3A (ideal), asta înseamnă că 30 de celule legate în serie vor scoate: 30 x 0.5V = 15V şi 3A. Dar cum condiţiile nu să fie ideale, panoul va scoate ceva mai puţin curent.
În serie, celulele vor fi lipite între ele astfel: anodul primei celule se va uni cu catodul următoarei celule, şi aşa mai departe, ca în desenul de mai jos.
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. Pe măsură ce bateria o să se încarce, o să tragă din ce în ce mai puţin curent, iar pe la 14.5V, când bateria e încărcată complet, o să mai rămână doar un curent foarte mic care o să vină de la panou ca sa compenseze cu autodescărcarea bateriei. Ştiu că nu e sănătos pentru baterie un astfel de regim de încărcare, dar nu am vrut să mă complic (mi-a fost lene).
În episodul următor o să prezint construirea panoului. :)
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.
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.
...
Grosimea sticlei la un panou fotovoltaic
Cât de mult poate diminua sticla folosită eficienţa celulei fotovoltaice?
Am vrut să văd ce efect are grosimea sticlei asupra unei celule fotovoltaice expuse la soare, aşa că am cumpărat 4 bucăţi de sticlă de grosimi diferite (3, 4, 6 şi 8 mm) de la un atelier de tăiat sticlă. După o examinare mai atentă a sticlei cumpărate mi-am dat seama că sticla albă (transparentă) poate avea nuanţe diferite. Astfel, sticla de 4 şi 8 mm era mai deschisă la culoare decât cea de 3 şi 6 mm grosime. Asta se poate vedea dacă priveşti partea tăiată a sticlei (marginea sticlei). Nuanţa de verde de pe margine e puţin mai închisă.
Cu prima ocazie în care am prins soare afară am ieşit să fac nişte măsurători. Am vrut să văd cât de mult e influenţat curentul produs de o celulă fotovoltaică, dacă folosim sticlă de diferite grosimi şi nuanţe. Pentru asta am luat o celulă şi am legat-o la aparatul de măsură.
Am făcut 5 măsurători:
1. Doar celula, fără sticlă a produs un curent de 2.25 A. Presupunând că valoarea aceasta e maximul de curent pe care îl poate da celula, am calculat în continunare procentul curentului măsurat atunci când celula e acoperită de sticlă de diferite grosimi.
2. Celula cu o sticlă de 4mm (nuanţă deschisă) a produs un curent de 2.19A. (97.3%)
3. Celula cu o sticlă de 8mm (nuanţă deschisă) a produs un curent de 2.14A. (95.1%)
4. Celula cu o sticlă de 3mm (nuanţă închisă) a produs un curent de 2.18A. (96.8%)
5. Celula cu o sticlă de 6mm (nuanţă închisă) a produs un curent de 2.16A. (96%)
Concluzia
La următorul panou o să folosesc sticlă de 8 mm, chiar dacă e mai scumpă şi mai grea. O diminuare de 5% a curentului produs e foarte mică, dacă iei în calcul rezistenţa pe care o asigură sticla groasă. Trebuie să fie grindină foarte mare ca să spargă o sticlă de 8 mm...
luni, 12 aprilie 2010
Bec cu LED-uri
Cum se mai poate lumina o casă?
Înafară de faptul că sunt (foarte) scumpe, Led-urile se potrivesc celorlalte trei cerinţe. Cum nu sunt expert în electronică am început cu o schemă foarte simplă: un Led şi un rezistor de limitare al curentului.
La un bec incandescent aproximativ 70% din energia consumată se transformă în căldură. Tuburile fluorescente sunt mai eficiente, dar sunt de destul de voluminoase. Becurile economice care au apărut pe piaţă recent sunt foarte eficiente, dar sunt încă destul de scumpe şi sunt sensibile la opriri şi porniri dese. Au început să apară şi becuri cu Led-uri, dar preţul lor e deocamdată cam prohibitiv.
Ce cerinţe am avut?
Pentru a asigura iluminarea unei căsuţe de la ţară, am avut nevoie de o sursă de lumină care să se încadreze în următoarele limitări:
- să consume cât mai puţină energie electrică
- să poată fi alimentată de la 12V cât mai simplu
- să fie ieftină
- să aibă o durată mare de viaţă
Pe piaţă nu am găsit ceva care să se încadreze în cele de mai sus, aşa că mi-am propus să construiesc o sursă de lumină care să se potrivească cerinţelor de mai sus. Am ales să folosesc LED-uri (Light Emitting Diode) deoarece eficienţa lor este mare, lucrează în curent continuu, au o durată de viaţă foarte mare şi sunt foarte robuste. Nu e vorba de Led-uri obişnuite, ci de Led-uri de putere, adică pot disipa o putere de peste 1W.
Înafară de faptul că sunt (foarte) scumpe, Led-urile se potrivesc celorlalte trei cerinţe. Cum nu sunt expert în electronică am început cu o schemă foarte simplă: un Led şi un rezistor de limitare al curentului.
Led-ul l-am montat pe un radiator de CPU ce nu-l mai foloseam şi l-am încercat. Pentru a mă asigura că transferul termic dintre led şi radiator e optim, am folosit pastă termoconductoare. E vorba de acea pastă care se foloseste atunci când montezi un radiator pe un CPU. Am văzut că "becul" merge şi că luminează chiar foarte bine. A fost suficient pentru a mă lămuri că ledurile astea au un potenţial ce trebuie folosit. N-am făcut nici un calcul înainte să testez "becul", ci doar l-am alimentat şi m-am uitat cât de tare luminează. Rezistenţa am ales-o la nimereală (22Ω). Ce nu prea mi-a plăcut a fost că rezistorul se încălzise destul de tare. Asta e din cauză că, fiind un singur led, o mare parte din tensiunea de 12V cade pe rezistor, deci, cea mai mare parte din puterea consumată se disipă pe rezistor sub formă de căldură.
Ca să reduc tensiunea ce cade pe rezistenţă (şi totodată puterea disipată) am adaugat încă trei Led-uri pe lângă cel existent. Astfel pe cele patru led-uri va cădea cea mai mare parte a tensiunii de 12V, rezistenţei rămânându-i restul de tensiune. Trebuie să menţionez că led-urile astea au tensiunea ce cade pe ele direct proporţională cu valoarea curentului ce trece prin ele. Adică, la un curent mic tensiunea o să fie mică, aceasta crescând odată cu curentul prin led-uri, şi mergând până la 4V şi ceva. De data asta am făcut şi nişte măsurători:
Led-urile astea le-am folosit cu succes timp de câteva luni pentru a lumina o cameră şi o bucătarie. Lumina e suficient de puternică, pentru a putea citi, dar nu are un unghi dedispersie suficient de mare. Adică dacă montez becul ăsta pe tavan la o înălţime de aproximativ 2 m, el o să cu lumineze o zonă din podea cu diametru de cca 4 m. Restul încăperii nefiind luminată foarte bine. Eficienţa "becului" e foarte mare dacă ne uităm la raportul între puterea consumată la bornele "becului", şi cea disipată pe rezistor (adică facem abstracţie de pierderile interne ale diodelor). Becul a funcţionat mai bine de o lună cu o baterie de maşină aproape descărcată (avea doar 11.8 V când am montat becul) asigurând un minim necesar de lumină.
Următorul pas a fost să măresc iluminarea, aşa că am dublat circuitul anterior. L-aş fi triplat dar nu am avut un radiator suficient de mare pentru asta aşa că m-am oprit la opt leduri.
Schema electrică e similară cu cele de mai sus, dar becul propriuzis pare mai spectaculos. În realitate e doar un radiator de procesor, pe care nu-l mai foloseam. Radiatorul era suficient de mare ca să poată fi montate pe el 8 leduri. De o parte şi de alta am montat rezistenţele de limitare a curentului. Am folosit rezistenţe de 0.47Ω.
Partea cea mai dificilă a fost găurirea radiatorului care era din aluminiu. Pentru asta am avut nevoie de ajutor, prilej cu care îi mulţumesc unui bun coleg şi prieten. Ştie el cine...
Am făcut un mic test acasă, în camera mare, noaptea, cu luminile stinse. Am legat "becul" la o sursă de calculator care scotea 11.8V şi lumina a fost suficient de mare pentru a putea citi. Becul a fost montat la o casă sub streaşină pentru a lumina curtea. Din păcate nu am stat destul de mult pentru a vedea cum luminează noaptea.
Concluzii
E greu de spus dacă merită sau nu să investeşti în aşa ceva. Din punct de vedere financiar nu se prea merită deoarece, preţul ledurilor de putere este foarte mare. Din perspectiva economiei de energie, se merită, deoarece aproape toată puterea consumată se transformă în lumină, deci pierderile sunt minime. Din punct de vedere al fiabilităţii, nu pot să mă pronunţ. Producătorul ledurilor spune că ledurile au o viaţă foarte lungă, dacă sunt folosite corespunzător. Deocamdată pot spune doar că nu s-a stricat nici un led din cele folosite.
În cazul în care energia electrică e accesibilă şi din belşug, nu se merită să foloseşti aşa ceva. În schimb, dacă energia electrică e limitată şi dacă orice Watt consumat contează, atunci poate trebuie considerată şi variantă folosirii ledurilor pentru iluminare.
marți, 23 februarie 2010
Celula Solară
Ce este o celulă solară?
O putem numi inima unui panou solar... Este fabricată dintr-un material care în contact cu lumina (un anumit spectru luminos) produce curent electric. Pe scurt, procesul de producere a energiei electrice e în felul următor: Fotonul loveşte suprafaţa fotosensibilă a celulei, care eliberează un electron.
Pe piaţă se găsesc o multitudine de tipuri de celule care se diferentiază prin formă, compoziţie, eficienţă, aranjamentul materialului fotosensibil. Cea mai obişnuită formă este cea dreptunghiulară.
Partea fotosensibilă este catodul (-), iar partea ferită de lumină este anodul (+).
De unde se pot cumpăra?
Asta e o problemă. La noi în ţară nu se prea găsesc celule de vânzare cu bucata, doar panouri gata făcute. Am căutat pe net, iar cele mai convenabile celule le-am găsit pe eBay. Am încercat să cumpar direct de la producătorii europeni, dar fie nu lucrează cu persoane fizice, fie nu vând celule la bucată, fie vând dar mult prea scump.
Eu am cumpărat pe lângă celule si conductori (bandă metalică groasă şi subţire) şi un tub de răşină (un fel de sacâz mai lichid).
Odată cumpărate, cum le folosim?
Pentru a putea culege şi folosi energia produsă de celule, trebuie lipiţi conductori pe anod şi pe catod. Eu am cumpărat celule care aveau deja catodul lipit, aşa că a trebuit să lipesc doar anodul. Desenul de mai jos arată o celulă văzută din profil cu catodul şi anodul lipite.
Pentru început am curăţat cu o răşină punctele de contact de pe anod. Nu trebuie neapărat dat cu răşină, sacâzul e la fel de bun.
Apoi am făcut niste insule de cositor, am pregătit sârma conductoare (care defapt e o bandă metalică foarte subţire), şi am facut lipiturile.
Trebuie avut grijă ca grosimea lipiturilor să nu fie prea mare, ca să nu incomodeze montarea celulelor în panou. Problema asta o să fie mai clară când o să descriu realizarea panoului.
Precizare: se vede în mai toate pozele o cutie-ambalaj de la un telefon fix. Nu este vorba de publicitate mascată :P... Am folosit cutia pe post de suport pentru lipirea sârmelor pe celule şi ca să nu-mi murdăresc biroul (lucru pe care nu l-am prea reuşit). Am lipit de cutie şi nişte piese de plastic în formă de "L" (făcute din distanţiere folosite la montarea faianţei) ca să mă pot ghida mai bine la făcutul lipiturilor şi ca să fixeze celula mai bine. Mai târziu o să se vadă mai bine la ce folosesc distanţierele astea din plastic.
Cum testăm că merg?
Dupa ce am făcut toate lipiturile urmează testarea celulei. Pentru asta e nevoie de un aparat de măsură pus pe măsurat curent si de o lampă (sau orice altă sursa de lumină). Eu am folosit o lampă de birou cu un bec de 60W. La lumina lămpii, celula ar trebui să dea un curent între 60-100 mA (astea sunt valori obtinuţe prin măsurători). Tensiunea nu ne interesează pentru că e oricum foarte mică (0.5V), iar dacă ar fi ceva probleme cu tensiunea, cu siguranţă s-ar vedea la măsurarea curentului (adică ar fi mult mai mic curentul :P).
Se întoarce celula cu catodul în sus şi se fac măsurătorile la ambele puncte de contact (pe stânga şi pe dreapta).
Curentul măsurat e de 97.3 mA pe stânga şi 97.4 mA pe dreapta, ceea ce înseamnă că lipiturile sunt bune, iar curentul generat e simetric. Concluzia e că celula e numai bună pentru a fi folosită la panou.
Motivul pentru care curentul pe care îl dă celula la lumina becului e aşa de mic e acela că materialul fotosensibil "lucrează" pe un anumit spectru al luminii. Cum lumina dată de becul incandescent nu are un spectru complet, curentul produs de celulă nu e mare. Valorile măsurate se schimbă radical dacă înlocuim lumina de la bec cu cea de la soare. Aveţi grijă să nu vă stricaţi aparatele de masură! O singură celula poate da un curent de ordinul amperilor (până la 3.5A). Eu am măsurat 2.24A generat de celulă printr-o sticlă de 3mm grosime.
Ei, şi acum aceeaşi succesiune de paşi trebuie făcută pentru celelalte 29 de celule care o să fie folosite la panoul solar.
După câteva ore (bune) de muncă cele 30 de celule sunt gata pentru a fi montate pe panou.
Acum că-s toate pregătite ce facem cu ele?
Scopul meu este să realizez un panou care să scoată approximativ 15V şi 2-3A. Pentru asta o să am nevoie de 30 de celule legate în serie. O celulă generează 0.55V şi 3A (ideal), asta înseamnă că 30 de celule legate în serie vor scoate: 30 x 0.5V = 15V şi 3A. Dar cum condiţiile nu să fie ideale, panoul va scoate ceva mai puţin curent.
În serie, celulele vor fi lipite între ele astfel: anodul primei celule se va uni cu catodul următoarei celule, şi aşa mai departe, ca în desenul de mai jos.
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. Pe măsură ce bateria o să se încarce, o să tragă din ce în ce mai puţin curent, iar pe la 14.5V, când bateria e încărcată complet, o să mai rămână doar un curent foarte mic care o să vină de la panou ca sa compenseze cu autodescărcarea bateriei. Ştiu că nu e sănătos pentru baterie un astfel de regim de încărcare, dar nu am vrut să mă complic (mi-a fost lene).
În episodul următor o să prezint construirea panoului. :)
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.
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.
...
