Comment fabriquer un panneau solaire de vos propres mains : guide de montage autonome

Les panneaux solaires sont une source d'énergie qui peut être utilisée pour produire de l'électricité ou de la chaleur pour une maison de faible hauteur. Cependant, les panneaux solaires ont un coût élevé et sont inaccessibles à la plupart des habitants de notre pays. N'êtes-vous pas d'accord ?

C'est une autre affaire lorsqu'un panneau solaire est fabriqué par vous-même : les coûts sont considérablement réduits, et une telle structure fonctionne aussi bien qu'un panneau de fabrication industrielle. Par conséquent, si vous envisagez sérieusement d'acquérir une source d'énergie alternative, essayez de la fabriquer vous-même – ce n'est pas très difficile.

Dans cet article, il sera question de la fabrication de panneaux solaires. Nous vous expliquerons quels matériaux et outils sont nécessaires. Et un peu plus bas, vous trouverez des instructions étape par étape avec des illustrations qui montrent clairement le déroulement du travail.

Bref aperçu de la structure et du fonctionnement

L'énergie solaire peut être convertie en énergie thermique, lorsque le vecteur énergétique est un fluide caloporteur, ou en énergie électrique, stockée dans des batteries. Le panneau est un générateur fonctionnant sur le principe de l'effet photovoltaïque.

La conversion de l'énergie solaire en électricité se produit après que les rayons du soleil frappent les cellules photovoltaïques, qui sont la partie principale du panneau.

Les quanta de lumière “libèrent” leurs électrons des orbites extrêmes. Ces électrons libres génèrent un courant électrique qui passe par le contrôleur et s'accumule dans la batterie, puis est fourni aux consommateurs d'énergie.

Les plaques photovoltaïques sont constituées d'éléments en silicium. La plaque de silicium est recouverte sur une face d'une couche très mince de phosphore ou de bore – un élément chimique passif.

À cet endroit, sous l'action des rayons solaires, une grande quantité d'électrons est libérée, retenue par le film de phosphore et ne se dispersant pas.

À la surface de la plaque se trouvent des “pistes” métalliques sur lesquelles les électrons libres s'alignent, formant un mouvement ordonné, c'est-à-dire un courant électrique.

Plus il y a de telles plaques de silicium photovoltaïques, plus on peut obtenir de courant électrique. Pour en savoir plus sur le principe de fonctionnement d'un panneau solaire, lisez la suite.

La couche supérieure des plaques photovoltaïques est recouverte d'une couche qui empêche la réflexion de la lumière solaire sur les plaques, augmentant ainsi leur rendement

Matériaux pour la création d'une cellule solaire

Pour commencer la construction d'un panneau solaire, il est nécessaire de se procurer les matériaux suivants :

• plaques photovoltaïques en silicate ;
• panneaux de particules, cornières et lattes en aluminium ;
• mousse rigide d'une épaisseur de 1,5 à 2,5 cm ;
• un élément transparent faisant office de base pour les plaques de silicium ;
• vis, vis autotaraudeuses ;
• mastic silicone pour usage extérieur ;
• fils électriques, diodes, bornes.

La quantité de matériaux nécessaires dépend de la taille de votre panneau, qui est le plus souvent limitée par le nombre de cellules photovoltaïques disponibles. Comme outils, vous aurez besoin : d'une visseuse ou d'un jeu de tournevis, d'une scie à métaux et à bois, d'un fer à souder. Pour tester le panneau fini, vous aurez besoin d'un testeur-ampèremètre.

Examinons maintenant les matériaux les plus importants plus en détail.

Plaques de silicium ou cellules photovoltaïques

Les cellules photovoltaïques pour panneaux sont de trois types :

• polycristallines ;
• monocristallines ;
• amorphes.

Les plaques polycristallines se caractérisent par un faible rendement. Le rendement utile est d'environ 10 – 12 %, mais ce indicateur ne diminue pas avec le temps. La durée de vie des polycristaux est de 10 ans.

Un panneau solaire est assemblé à partir de modules, eux-mêmes constitués de convertisseurs photovoltaïques. Les panneaux à cellules photovoltaïques rigides en silicium sont une sorte de sandwich avec des couches disposées en séquence, fixées dans un profilé en aluminium.

Les cellules photovoltaïques monocristallines peuvent se vanter d'un rendement plus élevé – 13-25 % et d'une longue durée de vie – plus de 25 ans. Cependant, avec le temps, le rendement des monocristaux diminue.

Les convertisseurs monocristallins sont obtenus par sciage de cristaux cultivés artificiellement, ce qui explique la photoconductivité et les performances les plus élevées.

Les photoconvertisseurs en film sont obtenus en déposant une fine couche de silicium amorphe sur une surface polymère flexible.

Les panneaux flexibles au silicium amorphe – les plus modernes. Le convertisseur photovoltaïque est pulvérisé ou fondu sur un substrat polymère. Le rendement est d'environ 5 – 6 %, mais les systèmes en film sont très pratiques à installer.

Les systèmes à film avec photoconvertisseurs amorphes sont apparus relativement récemment. C'est un type extrêmement simple et le moins cher, mais qui perd ses qualités de consommation plus rapidement que ses concurrents.

Il n'est pas judicieux d'utiliser des cellules photovoltaïques de tailles différentes. Dans ce cas, le courant maximal produit par la batterie sera limité par le courant de l'élément le plus petit. Les plaques plus grandes ne fonctionneront donc pas à pleine puissance.

Lors de l'achat de cellules photovoltaïques, renseignez-vous auprès du vendeur sur le mode de livraison ; la plupart des vendeurs utilisent la méthode de la cire pour éviter la destruction des éléments fragiles.

Le plus souvent, pour les panneaux faits maison, on utilise des cellules photovoltaïques mono- et polycristallines de 3x6 pouces, que l'on peut commander dans des boutiques en ligne comme eBay.

Le coût des cellules photovoltaïques est assez élevé, mais de nombreux magasins vendent ce que l'on appelle des éléments du groupe B. Les produits de ce groupe présentent des défauts mais sont utilisables, et leur coût est inférieur de 40 à 60 % à celui des plaques standard.

La plupart des boutiques en ligne vendent des cellules photovoltaïques en kits de 36 ou 72 plaques de conversion photovoltaïque. Pour assembler les modules en panneau, des busbars seront nécessaires, et pour le branchement au système, des bornes seront requises.

Cadre et élément transparent

Le cadre du futur panneau peut être fabriqué à partir de lattes de bois ou de cornières en aluminium.

La deuxième option est préférable pour plusieurs raisons :

• L'aluminium – un métal léger qui n'exerce pas de charge importante sur la structure de support sur laquelle le panneau doit être installé.
• Lors du traitement anticorrosion, l'aluminium n'est pas sujet à la rouille.
• Il n'absorbe pas l'humidité ambiante et ne pourrit pas.

Lors du choix d'un élément transparent, il faut prêter attention à des paramètres tels que l'indice de réfraction de la lumière solaire et la capacité à absorber le rayonnement infrarouge.

Le rendement des cellules photovoltaïques dépend directement du premier paramètre : plus l'indice de réfraction est bas, plus le rendement des plaquettes de silicium est élevé.

Le coefficient de réflexion de la lumière le plus bas se trouve chez le plexiglas ou sa variante moins chère, le verre acrylique. L'indice de réfraction de la lumière est légèrement inférieur pour le polycarbonate.

La valeur du second paramètre détermine si les cellules photovoltaïques en silicium chaufferont ou non. Moins les plaquettes chauffent, plus elles durent longtemps. Le rayonnement infrarouge est le mieux absorbé par le verre acrylique thermique spécial et le verre à absorption IR. Légèrement moins bien par le verre ordinaire.

Si possible, l'option optimale est d'utiliser un verre transparent antireflet comme élément transparent.

En termes de rapport qualité-prix par rapport à l'indice de réfraction et à l'absorption du rayonnement IR, le verre acrylique est l'option la plus optimale pour la fabrication d'un panneau solaire.

Conception du système et choix de l'emplacement

La conception du système solaire comprend le calcul de la taille nécessaire de la plaque solaire. Comme mentionné ci-dessus, la taille du panneau est généralement limitée par le coût élevé des cellules photovoltaïques.

Le panneau solaire doit être installé selon un angle déterminé qui assure un maximum d'exposition des plaquettes de silicium aux rayons solaires. La meilleure option est un panneau qui peut modifier son angle d'inclinaison.

L'emplacement d'installation des plaques solaires peut être très varié : au sol, sur un toit en pente ou plat de la maison, sur les toits des dépendances.

La seule condition est que le panneau doit être placé du côté ensoleillé du terrain ou de la maison, non ombragé par une cime d'arbre haute. L'angle d'inclinaison optimal doit être calculé à l'aide d'une formule ou d'un calculateur spécialisé.

L'angle d'inclinaison dépend de l'emplacement de la maison, de la saison et du climat. Il est souhaitable que le panneau puisse modifier son angle d'inclinaison en fonction des variations saisonnières de la hauteur du soleil, car ils fonctionnent de manière optimale lorsque les rayons solaires frappent strictement perpendiculairement à la surface.

Pour la partie européenne de la CEI, l'angle d'inclinaison stationnaire recommandé est de 50 à 60 º. Si la conception comprend un dispositif pour modifier l'angle d'inclinaison, en hiver il est préférable d'orienter les panneaux à 70 º par rapport à l'horizon, et en été à un angle de 30 º.

Les calculs montrent qu'un mètre carré de système solaire permet d'obtenir 120 W. Par conséquent, on peut déterminer que pour fournir à une famille moyenne une électricité de 300 kWh par mois, un système solaire d'au moins 20 mètres carrés est nécessaire.

Il serait problématique d'installer directement un tel système solaire. Mais même l'installation d'un panneau de 5 mètres permettra d'économiser de l'énergie et d'apporter une modeste contribution à l'écologie de notre planète. Nous vous conseillons également de vous familiariser avec le principe de calcul du nombre nécessaire de panneaux solaires.

Un panneau solaire peut être utilisé comme source d'énergie de secours en cas de coupures fréquentes de l'alimentation électrique centralisée. Pour une commutation automatique, il est nécessaire de prévoir un système d'alimentation sans interruption.

Un tel système est pratique car, lors de l'utilisation d'une source d'énergie traditionnelle, la charge de la batterie du système solaire s'effectue simultanément. L'équipement qui dessert le panneau solaire est installé à l'intérieur de la maison, il est donc nécessaire de prévoir une pièce spéciale pour celui-ci.

En plaçant les panneaux sur un toit incliné, n'oubliez pas l'angle d'inclinaison du panneau. La situation idéale est lorsque le panneau dispose d'un dispositif pour modifier l'angle d'inclinaison selon les saisons.

Installation du panneau solaire étape par étape

Après avoir choisi l'emplacement du panneau solaire et de l'équipement pour le système solaire, et disposant de tous les matériaux et outils nécessaires, vous pouvez commencer l'installation du panneau.

Lors de l'installation, il est nécessaire de respecter les règles de sécurité, en particulier lors de la mise en place du panneau prêt à l'emploi sur le toit de la maison. Examinons l'algorithme étape par étape pour fabriquer un panneau solaire.

Étape #1 – soudure des contacts des plaques de silicium

L'installation d'un panneau solaire fait maison commence souvent par la soudure des conducteurs des cellules photovoltaïques. Bien sûr, si vous en avez la possibilité, il est préférable d'acheter des cellules photovoltaïques directement avec les conducteurs, car la soudure est un travail très difficile et minutieux qui prend beaucoup de temps.

La soudure s'effectue comme suit :

1. On prend une cellule photovoltaïque en silicium sans conducteurs et une bande métallique conductrice.
2. Les conducteurs sont découpés à l'aide d'un gabarit en carton ; leur longueur est deux fois plus grande que la taille de la plaquette de silicium.
3. Le conducteur est soigneusement placé sur la plaquette. Sur un élément – deux conducteurs.
4. À l'endroit où la soudure sera effectuée, il est nécessaire d'appliquer de l'acide pour travailler avec le fer à souder.
5. Effectuer la soudure à l'aide d'un fer à souder, en connectant soigneusement le conducteur à la plaquette.

Pendant la soudure, il ne faut pas appuyer sur l'élément en silicium car il est très fragile et peut se briser ! Si vous avez la chance d'avoir acheté des cellules photovoltaïques avec des contacts prêts à l'emploi, vous vous épargnerez un travail long et difficile, en passant directement à la fabrication du cadre pour le futur panneau.

Le soudage des contacts pour les cellules photovoltaïques défectueuses du groupe B s'effectue de la même manière et dans la même direction que pour les cellules entières.

Étape #2 – fabrication du cadre pour le panneau solaire

Le cadre – c'est l'endroit où seront installées les cellules photovoltaïques. Pour fabriquer le cadre, on utilise des cornières et des lattes en aluminium, à partir desquelles on assemble des cadres. La taille recommandée de la cornière – 70-90 mm.

Sur la partie intérieure des cornières métalliques, on applique un mastic silicone. L'étanchéité des cornières doit être effectuée soigneusement, car la durabilité de l'ensemble de la structure en dépend.

Une fois le cadre en aluminium prêt, nous procédons à la fabrication du boîtier arrière. Le boîtier arrière se présente sous la forme d'une caisse en bois en aggloméré à rebords bas.

Les rebords hauts créeront de l'ombre sur les cellules photovoltaïques, leur hauteur ne doit donc pas dépasser 2 cm. Les rebords sont vissés à l'aide de vis autotaraudeuses et d'une visseuse.

Au fond du boîtier-caisse en aggloméré, des trous de ventilation sont réalisés. La distance entre les trous est d'environ 10 cm. Dans le cadre en aluminium, on installe un élément transparent (verre organique, verre antireflet, plexiglas).

L'élément transparent est pressé et fixé. Sa fixation s'effectue à l'aide de ferrures : 4 aux coins, ainsi que 2 sur les longs côtés et 1 sur le côté court du cadre. Les ferrures sont fixées avec des vis.

Le cadre du panneau solaire est prêt et vous pouvez passer à la partie la plus cruciale – le montage des cellules photovoltaïques. Avant le montage, il est nécessaire de nettoyer le plexiglas de la poussière et de le dégraisser avec un liquide à base d'alcool.

Étape #3 – installation des plaques de silicium photovoltaïques

Le montage et le soudage des plaques de silicium – la partie la plus laborieuse de la création d'un panneau solaire fait maison. D'abord, on dispose les cellules photovoltaïques sur le plexiglas, les plaques bleues vers le bas.

Si vous assemblez la batterie pour la première fois, vous pouvez utiliser un support pour tracer un marquage afin de disposer les plaques bien alignées à une petite distance (3-5 mm) les unes des autres.

1. On effectue le soudage des cellules photovoltaïques selon le schéma électrique suivant : les pistes “+” sont situées sur la face avant de la plaque, les pistes “-” sur la face arrière. Avant de souder, on applique soigneusement le flux et la soudure pour connecter les contacts.
2. Nous soudons toutes les cellules photovoltaïques en série, rangée par rangée, de haut en bas. Les rangées doivent ensuite être reliées entre elles.
3. Nous procédons au collage des cellules photovoltaïques. Pour ce faire, nous appliquons une petite quantité de mastic au centre de chaque plaquette de silicium.
4. Nous retournons les chaînes de cellules photovoltaïques obtenues, face avant (là où se trouvent les plaquettes bleues) vers le haut, et nous plaçons les plaquettes selon le repère que nous avons tracé précédemment. Nous pressons doucement chaque plaquette pour la fixer à sa place.
5. Nous connectons les contacts des cellules photovoltaïques extrêmes au bus, respectivement “+” et “-“. Pour le bus, il est recommandé d'utiliser un conducteur en argent plus large.
6. Le panneau solaire doit être équipé d'une diode de blocage, qui se connecte aux contacts et empêche la décharge des batteries à travers la structure pendant la nuit.
7. Nous perçons des trous dans le fond du cadre pour faire passer les fils à l'extérieur.

Les fils doivent être fixés au cadre pour éviter qu'ils ne pendent ; vous pouvez le faire à l'aide de mastic silicone.

Étape #4 – test du panneau avant scellement

Le test du panneau solaire doit être effectué avant son scellement afin de pouvoir corriger les défauts qui surviennent souvent lors de la soudure. Il est préférable d'effectuer le test après la soudure de chaque rangée d'éléments – il est ainsi beaucoup plus facile de détecter où les contacts sont mal connectés.

Pour le test, vous aurez besoin d'un ampèremètre domestique ordinaire. Les mesures doivent être effectuées par une journée ensoleillée entre 13 et 14 heures, le soleil ne doit pas être caché par les nuages.

Vous sortez la batterie à l'extérieure et l'installez selon l'angle d'inclinaison précédemment calculé. Vous connectez l'ampèreètre aux contacts de la batterie et mesurez le courant de court-circuit.

Le but du test est que l'intensité du courant électrique de travail doit être inférieur de 0,5 à 1,0 A au courant de court-circuit. Les lectures de l'appareil doivent être supérieur à 4,5 A, ce qui indique que le panneau solaire fonctonne.

Si le testeur affiche des valleurs inférieures, alors il est probable que l'ordre de connexion des cellules photovoltaïques a été perturbé quelque part.

Généralement, un panneau solaire fait maison, construit à partir de cellules photovoltaïques du groupe B, donne des relevés de 5 à 10 A, ce qui est de 10 à 20 % inférieur à celui des panneaux solaires industriels.

Étape #5 – scellement des cellules photovoltaïques placées dans le boîtier

L'étanchéité ne peut être effectuée qu'après vous être assuré que la batterie fonctionne. Pour l'étanchéité, il est préférable d'utiliser un composé époxy, mais étant donné que la quantité de matériau nécessaire sera importante et que son coût est d'environ 40 à 45 dollars. Si c'est trop cher, vous pouvez utiliser le même mastic silicone à la place.

Lorsque vous utilisez du mastic silicone, privilégiez celui sur l'emballage duquel il est indiqué qu'il convient pour une utilisation à des températures négatives.

Il existe de deux méthodes d'étanchéité:

• la coulée complète, lorsq ue les panneaux sont recouverts de mastic;
• l'application de mastic sur l'espace entre les cellules photovoltaïques et sur les éléments extérieurs.

Dans le premier cas, l'étanchéité sera plus fiable. Après l'injection, le mastic doit prendre. Ensuite, on installe le plexiglas par-dessus et on le presse fermement contre les plaques recouvertes de silicone.

Pour assurer l'amortissement et une protection supplémentaire entre la face arrière des cellulees photovoltaique et le cadre en aggloméré (panneau de particules), de nombreux artisans conseillent d'installer une couche de mousse rigide d'une épaisseur de 1,5 à 2,5 cm.

Ce n'est pas obligatoire, mais recommandé, étant donné que les plaques de silicium sont assez fragiles et se endommagent facilement.

Une fois le plexiglas installé, on place un poids sur la structure, sous l'effet duquel les bulles d'air sont expulsées. Le panneau solaire est prêt et après un nouveau test, il peut être installé à l'emplacement choisi et connecté au système solaire de votre maison.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Aperçu des cellules photovoltaïques commandées dans une boutique en ligne chinoise :

Vidéo tutoriel pour fabriquer un panneau solaire :

Fabriquer un panneau solaire soi-même – n'est pas une tâche facile. Le rendement de la plupart de ces panneaux est inférieur de 10 à 20 % à celui des panneaux industriels. Le plus important lors de la conception d'un panneau solaire – est de bien choisir et installer les cellules photovoltaiques.

N'essayez pas de créer immédiatement un panneau de grande surface. Essayez d'abord de fabriquer un petit appareil pour comprendre toutes les nuances de ce processus.

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