Itse käytin kaksipuolista “karhuntarraa” kennojen kiinnittämiseksi taustapleksiin. Karhuntarra kiinnittyy lujasti kun se kiinnitetään, joten ole tarkkana, jotta saat kennoliuskat asetettua symmetrisesti toisiinsa nähden (ulkonäköseikka). Ennen kiinnitystä tarkista myös, että kennoliuskat ovat oikein päin, sillä kennoliuskan irroittaminen melko varmastii hajoittaa osan kennoista. (kokemuksen syvällä rintaäänellä kerrottua). Liuskojen kohdistamiseen käytin laatoituksessa käytettäviä mittaristikoita (3mm), joiden avulla linja pysyy kutakuinkin kohdillaan (alempi kuva).

Kiinnitykseen voi käyttää myös esim. sikafleksiä. Sikafleksi on ehkä helpompi irroittaa asennusvirheen sattuessa.

Aurinkokennoliuskojen sovittelua ennen lopullista kiinnitystä.

Kohdistus "laattaristikoiden" avulla

Johdinten läpivientiä varten poraa reikä pleksiin sekä taustalevyn taakse tulevaan jakorasiaan (alempi kuva). Jakorasiana käytin IP44 suojattua rasiaa. Rasian voi kiinnittää sikafleksillä tai vastaavalla. Huomaa reiän tiivistys.

Ulostulojohtimien läpivienti.

Jakorasia ja läpiviennin tiivistys sikafleksillä.

Tämän jälkeen olet valmis asentamaan etulevyn paikalleen. Valitettavasti tästä ei ole kuvia. Etulevy käytännössä kohdistetaan taustalevyn kanssa. Jälleen käytin väritöntä sikaflexiä etu- ja taustalevyn reunoilla yhdistettäessä, jotta “kyhäelmästä” tulisi tiivis.

Kun tämä on tehty ja sikaflexi on kuivunut on vielä jäljellä kehyksen asentaminen. Oma kehykseni on normaalia alumiinista U-kehystä, jota löytyy luultavasti rautakaupasta tai alan erikoisliikkeistä. Kannattaa mitata paneelin lopullinen paksuus ennenkuin lähtee kehysostoksille. Oma kehyslista oli hieman löysä, mutta kuitenkin riittävä tarkoitukseen. Mitä tiiviimmin lista istuu sitä parempi.

Tässä lopuksi vielä video kehyksen asennushässäkästä

Mikäli sinulla on jotain kysyttävää tai jokin asia jäi epäselväksi niin ei muuta kuin rohkeasti kysymään, vastaan mielelläni mikäli minulla on tietoa

Kytkentä tapahtuu käyttämällä tinapintaista kytkentäliuskaa, joka juotetaan kennojen välille juotoskolvia käyttäen.

Aurinkokennot kytketään toisiinsa sarjakytkennällä jolloin jännite on kennojen määrä x kennojen tuottama jännite. Eli tässä tapauksessa 36 x 0,5V = 18V. Sarjakytkennässä virta pysyy samana (3,5A). Aurinkopaneelin nimellisteho on täten 18V x 3,5A = 63W. Tässä oli lyhyt oppimäärä sähköoppia, seuraavaksi siirrytään varsinaiseen käytäntöön.

Varsinainen kytkentä aloitetaan juottamalla kytkentäliuskat kennojen etupuolelle. Liuskan tulee olla n. 2 kertaa kennon pituinen. Sinulla tulisi olla tarkoitukseen aikaisemmin mainittua kytkentäliuskaa. Vaikkakin liuska on tinapäällysteinen, niin pieni määrä lisää tinaa juotoskolvin kärjessä auttaa juottamisessa. Juotoskolvin tulisi olla tarpeeksi tehokas mettei kuitenkaan liian tehokas, jotta estytään kennossa olevan liuskan irtoamiselta. Huomaa, että ennen juottamista sinun tulee käyttää fluksikynää kennossa oleviin juotoskohtiin. Tämä helpottaa tinan tarttumista pintoihin.

Itse juotin liuskat kaikkien tarvittavien kennojen etupuolelle ja vasta sen jälkeen yhdistin aurinkokennot.

Allaoleva video antaa viitteitä kuinka aurinkokennon juottaminen tapahtuu.

On sekä edullista, hyödyllistä, että opettavaista ja myös hauskaa. Mikäli sinulla pysyy kolvi kädessä ja osaat hiukan elektroniikan taitoja eikä yleismittarin em. välineiden käyttö aiheuta ylitsepääsemättömiä ongelmia voit tehdä itse toimivan aurinkopaneelin kotiisi, mökille tai minne tahansa missä normaalia verkkosähköä ei ole käytettävissä.

Aloitan sarjan artikkeleita missä valmistamme aurinkopaneelin joka tuottaa sähköä lopullisessa muodossaan 12 V 3,5A. Artikkelisarjan valmistuminen voi kestää kaiken muun kiireen keskellä, joten ole kärsivällinen ja tutustu tarvittaviin osiin ja välineisiin; mistä niitä saa ja mitä ne maksavat. 

Ensimmäisessä osassa luomme katsauksen valmistuksessa tarvittaviin työkaluihin ja komponentteihin.

Aurinkopaneelin valmistuksessa tarvittavia työkaluja:

• Juotoskolvi
• Saha, normaali tai rautasaha riippuen mistä materiaalista kehys valmistetaan
• Ruuvimeisseli
• Pienehkö jakoavain/ kiintoavaimia
• Porakone
• Yleismittari

Aurinkopaneeliin tarvittavat osat:

• 36 kpl Aurinkokenno (Olen itse käyttänyt 100x150mm, 1,75V/3.5A Everbright Solar)
• Riittävä määrä “juotosliuskaa” (Tabbing Wire) kapeaa ja leveää.
• Juotosfluksia ja Estodiodi.
• Plexiä paneelin pintaan. Itse olen myös käyttänyt taustana (kirkas edessä ja valkoinen takana) koko em. kennoilla 650x850mm vahvuus 3mm voisi olla tietenkin vahvempaakin. Myös karkaistu lasi käy ja tausta voi olla vanerista.
• Alumiinista U-listaa kehikkoa varten. Kehikon voi tehdä myös puusta/vanerista.
• Sikafleksiä tiivistämiseen, ettei vesi/kosteus pääse kennoihin.
• Vesitiivis jakorasia.
• Ruuveja ja muttereita.
• Sähköjohtoa.

Kuvassa vasemmalta Juotoskolvi, juotosliuskaa leveää ja kapeaa, jakorasia, aurinkokenno, laturi, yleismittari, tinaa.

Itse ostin aurinkokennopaketin eBaysta. Pakettiin kuului 108kpl kennoja (tarkoituksena tehdä 2 paneelia + varmuusvara), tarvittavat juotosliuskat, juotosfluxi, diodit. Myyjä oli everbrightsolar2003 jonka saama palute on erinomainen. Maksettuani PayPal tililtäni tavarat olivat Suomessa 2pv:n päästä. Hintaa kertyi alveineen hieman alta 150€. (tullia ei mene alle 150€ ostoksesta).

Laturin ostin myös eBaystä, toimittaja oli kiinasta joten sen saaminen kesti noin 3 viikkoa. (ei tullia/alvia lähetetty “samplena”). Latureita saa myös Suomesta, hinta on tietenkin hieman suolasempi.

Tuotteet olivat hyvin pakattu ja ehjiä saapuessaan.

Edellä oli lyhyt katsaus Aurinkopaneelin valmistamiseen tarvittavista välineistä ja tarvikkeista. Seuraavassa osassa aloitetaan itse valmistus.

Aurinkokenno on laite, joka muuntaa auringonvalon energian suoraan sähköksi valosähköisen ilmiön (photovoltaic effect) avulla. Joskus termi aurinkokenno on varattu laitteille jotka ovat tarkoitettu erityisesti kaappaamaan energiaa auringonvalosta, kuten aurinkopaneeli ja aurinkokenno, kun taas termiä valosähköinen solu käytetään silloin, kun valonlähde on määrittelemätön. Kennojen yhdistelmää käytetään aurinkopaneelien, aurinkomodulien ja valosähköisten paneelien valmistuksessa. Valosähkö on teknologian ja tutkimuksen ala liittyen aurinkokennojen kykyyn tuottaa sähköä käytännössä. Tällä tavalla tuotettu energia on esimerkki aurinkoenergiasta (tunnetaan myös nimellä aurinkosähkö).

Aurinkokenno koostuu kahdesta tasaisesta puolijohdekerroksesta, joita erottaa ns. rajapinta. Kerrosten sisäänrakennetut ominaisuudet eroavat toisistaan. Rajapinnan toisella puolella on n-tyyppinen ja toisella p-tyyppinen puolijohde. Elektronit kasaantuvat toiselle puolelle ja jättävät aukkoja toiselle puolelle. Siten kennoon syntyy sisäinen sähkökenttä kerroksien yli.

Valo synnyttää puolijohdemateriaalissa elektroni–aukko-pareja, jotka kennon sisäisen sähkökentän vaikutuksesta voidaan erottaa toisistaan ja käyttää tuottamaan virtaa ulkoiseen kuormaan. Auringonvalo irrottaa elektroneja, ja metallijohtimiin saadaan sähkövirta. Aurinkosähkökennon koko on tavallisesti noin 10 x 10-15 cm ja paksuus 0,1–0,4 mm. Se tuottaa valaistuna noin 0,5 V:n tasajännitteen. Virtaa saadaan sekä säteilytehon että kennon pinta-alan mukaan.

Kuvan aurinkokennoille ilmoitetut tekniset tiedot (yksi kenno):

• Keskimääräinen teho (W): 1,75 W
• Keskimääräinen virta (A): 3,5 Imax
• Keskimääräinen jännite (V): 0,5 Vmax
• Paksuus:  0.2 mm
• Mitat (LxK): 150x80mm
• Paino: ~6 g

Normaalisti yhteen paneeliin käytetään 36 kpl kyseistä kennoa sarjaan kytkettynä jolloin optimaalisissa olosuhteissa saadaan 0,5Vx36=18V 3,5A, eli paneelin antama teho on 18Vx3,5A=63W.

Tällä paneelilla voidaan ladata esim. akkua regulaattorin kautta.

Aurinkokenno on erittäin hauras, sitä tulee käsitellä varoen.

Aurinkopaneeli

Aurinkopaneelit ovat nykyään laajalti käytössä ympäri maailmaa. Löydät useita kotitalouksia, liikerakennuksia ja ajoneuvoja jotka käyttävät aurinkopaneeleja tuottamaan tarvitsemaansa sähköä. Aurinkopaneeli voidaan valmistaa myös itse, näin toimimalla voit myös säästää kustannuksissa. Voit myös sijoittaa valmiiksi suunniteltuun järjestelmään mikä tekee asentamisesta helpompaa. Seuraavassa on joitakin vihjeitä miten pääset alkuun.

Aurinkopaneelin edut

Jos päätät käyttää aurinkopaneeleja, voit tuottaa sähköä, jota käytät erilaisissa sovelluksissa. Varsinkin etäiset mökit ja asunnot jotka ovat sähköntoimituksen ulkopuolella hyötyvät aurinkosähköstä. Enään ei ole tarpeen maksaa valtavia asennuslaskuja kun liityt sähkönjakeluverkkoon. Aurinkosähköjärjestelmä on halvempi vaihtoehto ja voi antaa sinulle virtaa jopa 30 vuotta, jos se huolletaan ja ylläpidetään hyvin.

Aurinkoenergia on myös uusiutuva energialähde, mikä tarkoittaa, että se on hyvin puhdasta. Tänään on tärkeämpää investoida laitteisiin, jotka eivät vahingoita ympäristöä ja ilmastoa. Aurinkopaneeleissa ei ole liikkuvia osia, ja ne tarvitsevat vain vähän huoltoa. Heti kun järjestelmä on maksanut itsensä takaisin, saat sen tuomia etuja jopa vuosikymmenien ajan ilmaiseksi.

Aurinkopaneelien ostaminen

On paljon paikkoja, joista voit ostaa parhaita aurinkopaneelimalleja. Valmistajia on useita kuten Sharp, BP Solar ja General Electric. Voit käydä joidenkin valmistajien sivustoilla tutustumassa heidän valmistamiensa paneeleiden valmistusprosessiin. On hyvä tutustua myös yhtiöiden taustoihin ja tavoitteisiin aurinkopaneelien valmistuksessa. Kannattaa lukea lisää laitteen asennuksesta mikäli haluat asentaa tai rakentaa paneelit itse tai voit myös palkata ammattilaisen tekemään sen puolestasi.

On olemassa useita sivustoja, foorumeita ja internet kauppoja, joissa voit oppia lisää saatavilla olevista malleista ja miten nämä parhaiten sopivat sinun tarpeisiisi. Jotkut paneelit ovat tarkoitettu paikkoihin, jossa auringonpaistetta on minimaalinen määrä, kun taas jotkin mallit ovat varta vasten tehty keräämään eniten aurinkoa hyvinkin lyhyen ajan sisällä.

Hinnat

Vertaile eri paneelityyppejä tietääksesi kuinka paljon sinun täytyy maksaa mistäkin, jotta et maksaisi liikaa ominaisuuksista joita et tarvitse. Aurinkopaneelien hinnat vaihtelevat merkin ja koon mukaan. On myös muita tekijöitä joita tulee ottaa huomioon valintaa tehdessä, kuten kunnossapito ja sisältyykö asennus hintaan. Yleensä yritykset pyytävät palkkioita paneelien asennuksesta, säästö voi olla melkoinen mikäli asenna ne itse. Mikäli tunnet ihmisiä jotka ovat jo kokeilleet tiettyjä merkkejä kysy heiltä neuvoa asennuksesta ja laitteistojensa hyvistä ja huonoista puolista. Kysele suosituksia merkeistä ja ostopaikoista, joilla varmistat, että olet investoimassa parhaisiin tuotteisiin. Foorumit ja keskustelupalstat ovat myös oivia tiedonlähteitä.

Viime vuosien kehitys tekniikassa on mahdollistanut puhtaan ja elinkelpoisen energian tuottamisen kotitalouksille tänä päivänä. Vaihtoehtoinen sähkö ja energia ei vain auta sinua välttämään fossiilisten polttoaineiden käyttämistä kotona, vaan se auttaa myös säästämään riihikuivaa rahaa energiakustannuksissa. Yksi näistä vaihtoehtoisista energialähteistä on aurinkoenergia.

Itse asiassa markkinoilla on saatavana useita eri aurinkoenergiajärjestelmiä. Koska aurinkoenergia on yleistynyt ja tullut kannattavammaksi viime vuosina, kehittäjät ovat ryhtyneet kehittämään erilaisia aurinkoenergiajärjestelmiä mistä valita, tarpeista ja rajoituksista riippuen. Valitsemalla aurinkoenergiajärjestelmä, joka parhaiten sopii kotiisi ei ole välttämättä helppo valinta, minkä vuoksi on tärkeää, että opettelet valitsemaan parhaan saadaksesi oikean tyyppisen aurinkoenergiajärjestelmän. Tässä muutama vihje.

Tunne aurinkoenergiajärjestelmäsi

Ensimmäiseksi sinun tulee varmistaa tietosi erilaisista järjestelmistä mistä voit valita. Periaatteessa on olemassa kaksi erilaista aurinkoenergiajärjestelmää, ja ne ovat Aurinkosähkö (PV) paneelit ja aurinkolämpöjärjestelmät.

Aurinkosähköpaneelit

Aurinkosähköpaneelit ovat erillisistä aurinkokennoista valmistettuja aurinkopaneeleita, jotka muuttavat aurinkoenergian sähköksi jolla voit sähköistää kotitalouksien laitteistoja ja valaistusta, ja paneeleita tulisi käyttää vain niiden tiettyihin käyttötarkoituksiin. Valitettavasti markkinoilla olevista aurinkoenergiajärjestelmistä aurinkopaneeleita pidetään yhtenä kalleimmista, jos ei kalleinpana aurinkoenergiamarkkinoilla.

Aurinkokeräimet

Aurinkolämpöjärjestelmät, sitä vastoin tuottavat vain lämpöä, ja ovat hyvin sopivia kattiloille, uuneille ja veden lämmittimille. Tällä järjestelmällä voit kehittää lämpöä käyttämällä suoraa auringon energiaa paljon halvemmalla kuin käyttämällä normaalia energiaa ja sähköä. Jos kuitenkin haluat jälkiasentaa kotiisi aurinkolämpöjärjestelmän joudut varaamaan sille hieman tilaa kotona. Hyvä asia tämäntyyppisissä aurinkoenergiajärjestelmissä kuitenkin on, että voit säästää jopa 80% energiakustannuksia vuodessa.

Laske energiakustannukset

Kun sinulla on paljon parempi käsitys ja ymmärrys, mitä aurinkoenergiajärjestelmiä on olemassa ja miten ne toimivat, sinun tarvitsee vain oppia laskemaan energian kulutuksen kustannukset. Tämä todella auttaa sinua selvittämään, minkä tyyppinen aurinkoenergiajärjestelmä kannattaa valita näistä kahdesta. Laskettaessa energiakulutuksen kustannuksia, sinun on luetteloitava kaikki asiat, jotka tarvitsevat energiaa ja sähköä. Sisällytä laitteet, valaistus, veden lämmitys, lämmitys-, tilojen jäähdytys ja ilmastointi. Jos voit, yritä selvittää ensin mahdolliset tavat joilla voit vähentää sähkön ja energian kulutusta turvautumatta aurinkoenergiajärjestelmän jälkiasennukseen.

Aurinkoenergiaa voidaan tuottaa eri tavoilla. On tärkeää, että opit enemmän saatavilla olevista laitteista, jotka voivat tuottaa energiaa tehokkaasti. Voit tilata näitä laitteita internetistä tai ostaa suoraan alan kaupoista. Voit myös rakentaa itse oman laitteesi. Lisää tietoa aurinkoenergian tuottamisesta löydät tältä sivustolta tai alan asiantuntijoilta sekä muilta jotka ovat jo rakentaneet omia laitteita.

Aurinkosähkön tuottaminen – Perusteet

Aurinkoenergia on hyvin lupaava energiamuoto, koska se on uusiutuvaa, mikä tarkoittaa, että voit saada tarvitsemaasi sähköä jatkuvasti. Aurinko tarjoaa suuren määrän energiaa, mitä keinotekoiset yksiköt eivät voi antaa riittävästi. Pieni osa maailman sähköntuotannosta on peräisin auringonvalosta. Säteet, jotka toimittavat energiaa auringosta antavat sekä lämpöä että valoa, jotka voidaan tehokkaasti kerätä ja vaihtaa muun tyyppiseen energiaa, kuten sähköön. Aurinkohöyrykattilat hyödyntävät aurinkoa veden lämmittämisessä. Muodostuvaa höyryä käytetään sähköturbiineissa tuottamaan sähköä.

On monia tapoja kerätä aurinkoenergiaa, kuten paraboliset kaukalot, aurinkopaneelit, aurinkolautaset ja aurinkoenergiatornit joissa on heijastavat peilit. Aurinkosähköjärjestelmät käyttävät yleensä aurinkokennoista (PV, photovoltaic cell, solar cell) rakennettua aurinkopaneelia jolla muutetaan auringon säteily tasavirtasähköksi (DC) joka varastoidaan akkuun. Akusta otetaan sähkö esimerkiksi valoon tai televisioon, jopa jääkaappiin. Aurinkosähköä voidaan käyttää täydentämään oman asunnon sähköistystä sekä kesämökin sähköistykseen. Kesämökkikipaketti koostuu paneelista, akusta, ohjausyksiköstä, kaapelista, yms. ja sen voi itse helposti koota ja asentaa. Aurinkopaneelin voi rakentaa myös itse. Asunnon sähköistämiseen tarvitaan yleensä myös invertteri joka muuntaa tasasähkön 230 voltin vaihtosähköksi tavanomaisille sähkölaitteille.

Aurinkosähkökaavio

Aurinkoenergialle on useita sovelluksia yrityksille ja kotitalouksille. Aurinkopaneeleita voidaan käyttää lämmön ja sähkön tuottamiseen asunnoissa. Aurinkopaneelit voivat myös muuttaa auringonvalon sähköksi lämmitysjärjestelmien, valojen ja ilmastointijärjestelmien sähköistämiseksi.

Kustannukset

Aurinkoenergian hinta vaihtelee käytettävän järjestelmän koon, materiaalien ja sovellusten mukaan. Isot voimalaitokset käyttävät miljoonia saadaksen halutun sähkömäärän tuotannon. Pienet kotitaloudet voivat maksaa vain muutaman sata euroa oikeanlaisen järjestelmän asennuksesta.

Ensimmäinen aurinkopaneeli

Ranskalainen Becquerel havaitsi 1839, että elektrolyyttiin upotettujen elektrodien välinen jännite riippuu valon määrästä.

Vuonna 1873 englantilainen Smith havaitsi saman ilmiön ensimmäisen kerran kiinteässä aineessa, seleenissä. Yhdysvaltalainen Fritts rakensi 1883 ensimmäisen toiminnallisen aurinkokennon. Materiaali oli seleeni.

Aurinkokennojen nykyisen aikakauden katsotaan alkavan vuodesta 1954, jolloin yhdysvaltalaisessa Bell Labs -tutkimuskeskuksessa havaittiin valosähköinen ilmiö piistä valmistetussa pn-liitoksessa. Tämän havainnon perusteella valmistettiin vielä samana vuonna aurinkokenno, joka muunsi auringonvaloa sähköksi ylivoimaisella hyötysuhteella (6%). Puolijohdeaurinkokennojen perusteoria ymmärrettiin vuoteen 1960 mennessä.

Vuotta 1973 pidetään merkittävänä aurinkosähkön historiassa.

Yhdysvalloissa syntyi Cherry Hill -konferenssin seurauksena US Energy Research and Development Agency (myöhemmin US Dept. of Energy), joka alkoi merkittävästi rahoittaa uusiutuvien energiamuotojen tutkimusta.  Öljykriisi sai monet valtiot panostamaan uusiutuviin energiamuotoihin. 1980-luvulla piipohjaisten aurinkokennojen valmistustekniikka alkoi olla kypsää. Suurehkoja tehtaita nousi Yhdysvaltoihin, Japaniin ja Eurooppaan.  Ongelmana oli kuitenkin aurinkokennojen korkea hinta. Öljyn hinnan nousu ja ilmastonmuutos ovat lisänneet uusiutuvien energiamuotojen suosiota ja tarpeellisuutta.  Saksa, Japani ja Espanja ovat tänä päivänä edelläkävijöitä aurinkosähkön hyödyntäjinä hajautetussa energiantuotannossa.  Viime vuosina maailmalla on rakennettu myös kymmeniä MW-luokan aurinkosähkövoimaloita.

Multikristalli aurinkokenno