Générateur solaire fait maison : instructions pour fabriquer une source d'énergie alternative

Les sources d'énergie alternatives qui permettent de fournir à un logement la chaleur et l'électricité nécessaires sont un « plaisir » coûteux, nécessitant des dépenses financières importantes pour l'achat, le montage et l'installation.

Fabriquer un générateur solaire soi-même est beaucoup moins cher et tout à fait à la portée de nombreux bricoleurs. Examinons les instructions qui décrivent clairement toutes les subtilités du processus de fabrication.

Comment fonctionne un générateur d'énergie solaire ?

Un générateur solaire est un ensemble d'éléments photovoltaïques semi-conducteurs qui convertissent directement l'énergie solaire en électricité.

Les quanta de lumière produits par les rayons, en frappant la plaque photovoltaïque, arrachent un électron de la dernière orbite atomique de l'élément de travail. Cet effet crée une multitude d'électrons libres qui forment un flux continu de courant électrique.

Il n'est pas du tout nécessaire, en montant soi-même un générateur solaire, de construire immédiatement un grand complexe à grande échelle. On peut commencer par un petit, et si nécessaire, augmenter la capacité plus tard.

Le silicium est utilisé comme matériau actif. Il offre une grande efficacité et assure un coefficient de conversion photovoltaïque de l'ordre de 20 % en mode normal, et jusqu'à 25 % dans des conditions favorables.

Grâce à l'efficacité marquée des cellules photovoltaïques en silicium, les générateurs fabriqués à partir de celles-ci garantissent un rendement élevé pour un volume relativement faible. La puissance d'un appareil d'une taille de 1 mètre par heure délivre 125 W, ce qui est considéré comme un résultat très impressionnant.

Sur une face de la plaquette de silicium, on applique un revêtement mince d'éléments chimiques passifs – le bore ou le phosphore. C'est sur cette surface que, sous l'effet intense des rayons solaires, se produit la libération active des électrons. La couche de phosphore les retient fermement en un seul endroit et les empêche de se disperser.

Sur la plaque de travail elle-même se trouvent des « pistes » métalliques. Les électrons libres y circulent, créant ainsi un mouvement ordonné, c'est-à-dire un courant électrique.

Les inconvénients des plaques se limitent à la complexité et au coût du processus de purification du silicium lui-même. Pour éviter ces problèmes, on explore activement l'utilisation d'alternatives telles que le gallium, le cadmium, l'indium et divers composés du cuivre. Cependant, pour l'instant, les éléments en silicium n'ont pas encore de concurrents sérieux.

La manière la plus simple de construire un convertisseur d'énergie solaire en électricité – acheter un panneau solaire prêt à l'emploi et l'installer sur le toit de la maison ou du garage :

De quoi a-t-on besoin pour travailler ?

Pour fabriquer un générateur composé d'un ensemble de panneaux solaires, les outils et matériaux suivants sont nécessaires :

• modules de conversion des rayons solaires en énergie ;
• équerres en aluminium ;
• lattes en bois ;
• panneaux de particules (agglo) ;
• élément transparent (verre, plexiglas, verre acrylique, polycarbonate) pour protéger les plaques de silicium ;
• vis autotaraudeuses et vis de différentes tailles ;
• mousse dense de 1,5 à 2,5 mm d'épaisseur ;
• mastic de qualité ;
• diodes, bornes et fils ;
• tournevis électrique ou jeu de tournevis ;
• fer à souder ;
• scie à métaux et à bois (ou meuleuse d'angle).

La quantité de matériaux nécessaires dépendra directement de la taille prévue du générateur. Un travail à grande échelle entraînera des coûts supplémentaires, mais dans tous les cas, cela coûtera moins cher qu'un module acheté.

La base de protection des plaquettes de silicium peut être en verre, en plexiglas, en polycarbonate ou en Plexiglas. Les trois premiers matériaux entraînent une perte minimale d'énergie convertie, tandis que le quatrième laisse passer les rayons beaucoup moins bien et réduit considérablement l'efficacité de l'ensemble.

Pour le test final de l'ensemble assemblé, on utilise un ampèremètre. Il permet de mesurer le rendement réel de l'installation et d'en déterminer la puissance effective.

Choix du type de photoconvertisseur

Les activités de création d'un générateur solaire fait main commencent par le choix du type de convertisseur photovoltaïque au silicium.

Ces composants existent en trois types :

• amorphes ;
• monocristallines ;
• polycristallins.

Chaque option a ses avantages et ses inconvénients, et le choix en faveur de l'une d'entre elles se fait en fonction du budget alloué à l'achat de tous les composants du système.

Particularités des variétés amorphes

Les modules amorphes ne sont pas constitués de silicium cristallin, mais de ses dérivés (silane ou hydrure de silicium). Par pulvérisation sous vide, on les dépose en couche très fine sur une feuille métallique de haute qualité, du verre ou du plastique.

Les produits finis ont une teinte délavée, d'un gris flou. Aucun cristal de silicium visible en surface. Le principal avantage des panneaux solaires flexibles est leur prix abordable, mais leur rendement est très faible et varie entre 6 et 10 %.

Les cellules photovoltaïques amorphes à base de silicium offrent une flexibilité accrue, présentent un niveau élevé d'absorption optique (20 fois supérieur à celui des homologues mono- ou polycristallins) et fonctionnent beaucoup plus efficacement par temps nuageux.

Spécificités des types polycristallins

Les panneaux solaires polycristallins sont fabriqués par refroidissement très lent et progressif de la fonte de silicium. Les produits obtenus se distinguent par une couleur bleue intense, une surface avec un motif bien marqué rappelant un givre, et présentent un rendement d'environ 14 à 18 %.

L'obtention d'un rendement plus élevé est entravée par les zones présentes à l'intérieur du matériau, séparées de la structure globale par des joints de grains.

Les cellules photovoltaïques polycristallines fonctionnent pendant seulement 10 ans, mais leur efficacité ne diminue pas pendant cette période. Cependant, pour installer les modules en un ensemble unique, une base solide et rigide est impérativement utilisée, car les panneaux sont assez rigides et nécessitent un support solide et fiable.

Caractéristiques des variantes monocristallines

Les modules monocristallins se caractérisent par une couleur sombre dense et sont constitués de cristaux de silicium entiers. Leur efficacité dépasse celle des autres éléments et atteint 18-22 % (dans des conditions favorables, jusqu'à 25 %).

Un autre avantage est la durée de vie impressionnante – selon les déclarations des fabricants, plus de 25 ans. Cependant, en cas d'utilisation prolongée, le rendement des monocristaux diminue et après 10 à 12 ans, le rendement photovoltaïque ne dépasse pas 13-17 %.

Les modules en monocristaux coûtent beaucoup plus cher que les autres types d'équipement. Ils sont fabriqués en sciant des cristaux de silicium cultivés artificiellement.

Pour fabriquer un générateur solaire à la maison, on utilise principalement des plaques polycristallines et monocristallines de différentes dimensions. On les achète dans des boutiques en ligne populaires, notamment sur eBay ou AliExpress.

Étant donné que les cellules photovoltaïques sont assez chères, de nombreux fournisseurs proposent aux clients des produits de groupe B, c'est-à-dire des fragments utilisables avec un petit défaut. Leur prix diffère de 40 à 60 % du prix standard, ce qui permet d'assembler le générateur à un prix raisonnable qui ne pèse pas trop sur le budget.

Comment fabriquer le cadre pour les plaques ?

Pour la fabrication du cadre du futur générateur, on utilise des lattes en bois solides ou des cornières en aluminium. L'option en bois est considérée comme moins pratique car le matériau nécessite un traitement supplémentaire pour éviter la pourriture et le délaminage ultérieurs.

Pour que le cadre en bois résiste à la charge opérationnelle et ne pourrisse pas après la première pluie, il faut l'imprégner d'un composé spécial qui protège le bois de l'humidité.

L'aluminium a des caractéristiques physiques bien plus attrayantes et, grâce à sa légèreté, n'exerce pas de charge supplémentaire sur le toit ou toute autre structure de support où l'appareil doit être installé.

De plus, grâce à un revêtement anticorrosion, le métal ne rouille pas, ne pourrit pas, n'absorbe pas l'humidité et résiste facilement à toute manifestation atmosphérique agressive.

Pour créer une structure de cadre à partir de cornières en aluminium, on détermine d'abord la taille du futur panneau. Dans la version standard, on utilise 36 cellules photovoltaïques de dimensions 81 mm x 150 mm par bloc.

Pour garantir une utilisation ultérieure correcte, on laisse un petit espace (environ 3-5 mm) entre les fragments. Cet espace permet de prendre en compte les modifications des paramètres de base du support soumis aux phénomènes atmosphériques. En conséquence, la taille totale de l'ébauche est de 83 mm x 690 mm avec une largeur de cornière du cadre de 35 mm.

Les plaquettes de silicium placées dans le cadre en profilé d'aluminium ressemblent presque à des produits fabriqués en usine. Un cadre solide et robuste assure une étanchéité parfaite au système et confère à l'ensemble une grande rigidité.

Après avoir déterminé les dimensions, on découpe les fragments nécessaires dans les cornières et on les assemble en cadres à l'aide d'éléments de fixation. On applique une couche de mastic silicone sur la surface intérieure de la structure, en veillant attentivement à ce qu'il n'y ait ni manques ni vides.

L'intégrité, la solidité et la durabilité de la structure montée en dépendent. On place par-dessus un matériau transparent de protection (verre antireflet, plexiglas ou polycarbonate aux propriétés spécifiques) et on le fixe solidement à l'aide de visserie (1 sur le côté court, 2 sur le côté long du cadre et 4 aux angles du boîtier).

Pour le travail, on utilise une visseuse et des vis de diamètre approprié. Enfin, on nettoie soigneusement la surface transparente de la poussière et des petits débris.

Choix de l'élément transparent

Critères principaux pour le choix de l'élément transparent pour la création du générateur :

• capacité d'absorption du rayonnement IR ;
• niveau de réfraction de la lumière solaire.

Plus l'indice de réfraction est bas, plus le rendement des plaquettes de silicium sera élevé. Le plexiglas et le verre acrylique présentent le coefficient de réflexion de la lumière le plus bas. Le polycarbonate n'a pas non plus les meilleures performances.

Pour la réalisation de structures cadres pour systèmes solaires domestiques, il est recommandé, si possible, d'utiliser un verre transparent antireflet ou un type spécial de polycarbonate avec un revêtement anticondensation assurant le niveau nécessaire de protection thermique.

Les meilleures caractéristiques en matière d'absorption du rayonnement IR sont le verre acrylique thermique résistant et le verre avec option d'absorption IR. Pour le verre ordinaire, ces indicateurs sont nettement inférieurs. L'efficacité de l'absorption IR détermine si les plaquettes de silicium chaufferont ou non pendant le fonctionnement.

Si le chauffage est minimal, les cellules photovoltaïques dureront longtemps et assureront un rendement stable. La surchauffe des plaquettes entraînera des interruptions de fonctionnement et une panne rapide de fragments individuels du système ou de l'ensemble du complexe.

Installation des cellules photovoltaïques en silicium

Juste avant l'installation, les verres de protection placés dans les cadres en aluminium sont soigneusement nettoyés de la poussière et dégraissés avec un produit à base d'alcool.

Les photodiodes achetées sont placées précisément sur le substrat de repérage à une distance de 3 à 5 millimètres les unes des autres, et les angles de la structure générale sont marqués. Ensuite, on procède au soudage des éléments – l'étape la plus importante et la plus laborieuse de l'assemblage du générateur.

Le soudage des éléments actifs du générateur s'effectue selon un schéma dans lequel les «+» sont les pistes sur la face externe, et les «-» sont les canaux situés sur la face arrière de la plaque.

Pour un bon contact, on applique d'abord du flux (acide à souder) et de la soudure, puis on effectue le traitement dans un ordre strict de haut en bas. Enfin, toutes les rangées sont connectées entre elles.

L'étape suivante consiste à coller les photodiodes. Pour ce faire, on applique un peu de mastic au centre de chaque plaque de silicium, on retourne les chaînes d'éléments formées côté face vers le haut et on les place en stricte conformité avec le marquage effectué précédemment.

On presse doucement les plaques avec les mains pour les fixer à l'endroit souhaité. On agit avec beaucoup de précaution, en essayant de ne pas endommager ni plier le matériau.

Les contacts des photodiodes situées sur les bords sont amenés à un bus séparé (un large conducteur en argent), comme «+» et «-». En outre, l'ensemble est équipé d'une diode de blocage. En se connectant aux contacts, elle empêche les batteries de se décharger à travers la structure du châssis pendant la nuit.

Dans la partie inférieure du châssis, on perce des trous avec une perceuse pour faire passer les fils à l'extérieur. Pour éviter qu'ils ne pendent, on utilise du mastic silicone.

La galerie de photos suivante présente les étapes d'assemblage d'un panneau solaire de 60 éléments :

Les cellules photovoltaïques assemblées par soudure doivent maintenant être fixées sur le support. Vous pouvez les coller sur du contreplaqué et les recouvrir de verre. Cependant, dans l'exemple, le collage se fait d'abord sur le verre :

Afin que la batterie destinée à stocker la charge n'absorbe pas l'énergie produite par les cellules photovoltaïques, son panneau solaire est connecté via une diode Schottky :

L'assemblage de la mini-centrale solaire présentée dans notre exemple est effectué conformément au schéma montré sur la photo. Pour le branchement, nous utilisons un fil avec une âme en cuivre de section d'au moins 1 mm².

Cette mini-centrale électrique peut produire jusqu'à 15 V. Il faut noter que le rendement maximal ne sera atteint que par temps ensoleillé et sans nuages. Par temps nuageux, l'appareil générera beaucoup moins d'énergie, voire n'en générera pas du tout. C'est pourquoi la batterie est choisie de manière à ce que la réserve suffise au moins pour une journée.

Comment tester l'ensemble monté ?

Avant de sceller définitivement le générateur assemblé, il est impératif de le tester pour détecter les éventuels défauts survenus lors du soudage. L'option la plus judicieuse – vérifier chaque rangée soudée individuellement. Ainsi, il sera immédiatement clair où les contacts sont mal connectés et où un retraitement est nécessaire.

Pour effectuer le test, on utilise un ampèremètre domestique. La mesure est effectuée par une journée ensoleillée sans nuages, à midi (entre 13 h et 15 h). La structure est placée dans la cour et installée avec l'angle d'inclinaison approprié.

L'ampèremètre domestique aide à mesurer l'intensité réelle du courant. Sur la base de ses relevés, on peut déterminer le niveau de fonctionnement du système solaire assemblé et identifier les irrégularités dans l'ordre de connexion des cellules photovoltaïques en silicium.

Vous connectez un ampèremètre aux contacts de sortie du panneau solaire et mesurez le courant de court-circuit. Si l'appareil affiche des résultats supérieurs à 4,5 A, le système est entièrement correct et toutes les connexions sont soudées proprement et correctement.

Des valeurs plus basses apparaissant sur l'écran du testeur indiquent des anomalies qu'il vous faut localiser et ressouder. Traditionnellement, les générateurs solaires construits à la main à partir de cellules photovoltaïques avec un léger défaut (groupe B) affichent lors du test des chiffres de 5 à 10 ampères.

Les unités fabriquées en usine affichent des données de 10 à 20 % supérieures. Cela s'explique par le fait que l'on utilise dans la production des plaques de silicium du groupe A, sans aucun défaut dans leur structure.

Étape finale du travail

Si le test a montré que la batterie est entièrement fonctionnelle, on l'isole avec un mastic silicone spécial ou un composé époxy plus cher et plus résistant.

Le travail prévoit deux méthodes de réalisation :

1. Remplissage complet – lorsque toute la surface est recouverte d'un composé d'étanchéité.
2. Traitement partiel – lorsque le mastic est appliqué uniquement sur les éléments extérieurs et l'espace vide entre les éléments.

La première option est considérée comme plus fiable et offre au système une protection complète contre les facteurs externes. Les cellules photovoltaïques sont bien fixées à leur place et fonctionnent correctement avec un rendement maximal.

Pour coller les cellules photovoltaïques à l'intérieur du boîtier, il est conseillé d'utiliser un mastic résistant au gel, capable de supporter les brusques variations de température et les basses températures négatives.

Une fois le remplissage effectué, on laisse le mastic « prendre ». Ensuite, on le recouvre d'un élément transparent et on le presse fermement contre les plaques.

Afin d'assurer une protection et une amortissement supplémentaires, certains artisans recommandent de placer une mousse dense entre la surface de la plaque de silicium et la partie arrière du cadre. Cela rendra la structure plus homogène et protégera les cellules photovoltaïques fragiles d'une charge excessive.

Ensuite, on place un poids sur la surface, qui agit sur les couches et en expulse les bulles d'air. Le générateur terminé est testé à nouveau et finalement installé à l'emplacement préparé à l'avance.

Où et comment placer le générateur ?

L'emplacement d'installation du générateur solaire est choisi très attentivement et sans précipitation. Les plaques recevant la lumière sont obligatoirement placées en biais, afin que les rayons ne « tombent » pas perpendiculairement sur la surface, mais « coulent » plutôt doucement le long de celle-ci.

Idéalement, la structure est disposée de manière à pouvoir, si nécessaire, ajuster l'angle d'inclinaison, captant ainsi la quantité maximale de soleil.

Il est tout à fait possible d'installer un système solaire composé de panneaux solaires au sol, mais le plus souvent, on choisit le toit de la maison ou d'un bâtiment annexe, et plus précisément la partie qui donne sur le côté le plus ensoleillé, principalement au sud du terrain.

Il est très important qu'il n'y ait pas de bâtiments élevés ni d'arbres puissants et étendus à proximité. En étant à proximité immédiate, ils créent de l'ombre et nuisent au bon fonctionnement de l'appareil.

Pour que les installations solaires fonctionnent de manière optimale, il faut les maintenir propres et en ordre. Une couche de saleté formée à la surface du panneau capteur réduit l'efficacité de 10 %, et la neige accumulée désactive même complètement l'appareil. Par conséquant, un entreétien régulier est unne procédure obligatoire et contribue à maintenir les modules dans un état de fonctionnement idéal.

L'angle d'inclinaison moyen optimal du toit pour l'installaton du générateur solaire est considéré comme étant de 45°. Avec un tel positionnement, les cellulles photovoltaïques absorbent le flux solaire très efficacement et fournissent le volume d'énergie nécessaire au bon fonctionnement de la maison.

Pour obtenir un rendement réel des panneaux et fournir à une famille moyenne la quantité d'énergie nécessaire, il faudra occuper 15 à 20 m² de surface de toiture pour le générateur solaire.

Pour la partie européenne des pays de la CEI, les indicateurs sont quelque peu différents. Les professionnels recommandent de prendre comme base un angle d'inclinaison fixe de 50 à 60°, et pour les structures mobiles, pendant la saison hivernale, de placer les batiéries à un angle de 70° par rapport à l'horizon.

En été, il faut changer la position et incliner les cellules photovoltaïques à un angle de 30°.

En installant les panneaux du générateur sur un systéme de suivi équipé d'une option de suivi automatique du soleil, on peut augmenter l'efficacité du rendement de 50 %. Le module détectera lui-même l'intensité des rayons et s'adaptera à l'éclairage maximal du lever au coucher du solel.

Avant le montage, le toit est renforcé et équipé de supports robustes spéciifiques, car la plupart des structurs ne sont pas capables de supporter le pois total des équipaments de conversion de l'énergie solaire.

Pour installer de manière fiable et solide le générateur solaire sur le toit, il vaut la peine d'acheter des fixations spéciales. Elles sont fabriquées séparément pour chaque type de couverture de toiture et sont toujours disponibles à la vente. Lors de l'installation, il faut laisser un écart entre les panneaux et le toit pour un accès complet à l'air et une ventilation correcte des éléménts absorbant le solel.

Dans certains cas, des chevrons renforcés sont installés sous la toiture pour éviter un effondrement potentiel dû à une charge accrue, qui augmente considérablement en hiver lorsque la neige s'accumule sur la surface du toit.

Pour mettre en service le système solaire, il faudra des batteries, un onduleur et un contrôleur de charge. Vous découvrirez les règles de sélection des appareils et leur intégration dans le circuit dans les articles que nous recommandons.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les caractéristiques et les nuances du soudage des cellules photovoltaïques pour fabriquer soi-même un générateur solaire efficace à la maison. Astuces et conseils pour les bricoleurs, idées intéressantes et développements personnels.

Comment tester correctement une cellule photovoltaïque et mesurer ses paramètres principaux. Cette information sera utile pour les calculs ultérieurs du nombre exact de plaques nécessaires au bon fonctionnement du système.

Description complète étape par étape du processus d'assemblage d'un panneau solaire pour générateur à la maison. Les règles de travail, depuis l'achat des éléments nécessaires jusqu'au test général de l'appareil fabriqué.

Connaissant la conception des générateurs solaires, les assembler à la maison ne sera pas très difficile. Bien sûr, le travail demandera de l'attention, de la minutie et de la rigueur, mais le résultat justifiera tous les coûts financiers et de main-d'œuvre. L'unité finie fournira pleinement au bâtiment chaleur et électricité, créant ainsi le niveau de confort nécessaire pour les occupants.

Il ne faut pas se lancer directement dans un grand projet. Pour commencer, il est raisonnable de s'essayer à l'assemblage d'une petite unité, puis, après avoir maîtrisé toutes les nuances du processus, de passer à la construction d'une installation plus puissante et plus grande.

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