Solar-Panel selbst gemacht

[ChristianS]

Moin zusammen,

anders als sonst bei meinen Projekten möchte ich mal mein MYOG-Solarpanel-Projekt als work-in-progress vorstellen.

Es ist also noch nicht fertig und ich weiß auch noch nicht, ob es am Ende wirklich was wird.

Mit den so käuflich zu erwerbenden Produkten für unseren Einsatzzweck bei Trekkingtouren bin ich nicht zufrieden. Die hochpreisigen, leistungsfähigen Panels sind zu schwer, die kleinen relativ leichten zu leistungsschwach. Im letzten Sommer bin ich zwar ganz gut mit einem kleinen 5V-"10Watt"-China-Panel + 5000mAh Powerbank gefahren, aber mehr als einen Regentag konnte die Lösung trotz gemäßigter Smartphone-only Nutzung nicht versorgen.

Also: Selbermachen. Doppel so groß wie die 5V-China-Panels mit den 2 Sunpower-Zellen, also 4 Sunpowerzellen sollen es werden. Auf Ebay wurde ich fündig und habe kurzerhand 10 Sunpowerzellen C60 bestellt. So sehen die aus:

Vorderseite

Rückseite

Da jede Zelle je nach Last und Bestrahlungsintensität so 0,4 bis 0,7V hat, muss ich die 4 Zellen in 12 Stücke zerteilen, um dann durch Reihenschaltung der 12 Zellen eine für die Ladeschaltungen kompatible Nennspannung von 6V zu haben. Also jede Solarzelle in 3 Teile teilen, zum Glück passt das auch mit der rückseitigen Verschaltung der Zellen.

Das Zerteilen habe ich erst mal per Cutter, dann per Schere und Glasschneider probiert, aber jede Methode beschädigt die super empfindlichen Zellen. Schließlich hatte ich Erfolg mit der Methode Mini-Trennschleifer, die ich im Internet gefunden hatte:

Mit einem Dremel, Mini-Diamant-Trennscheibe und Führungsvorrichtung konnte ich die Zellen einigermaßen gut teilen. Es gab aber viel Ausschuss...

Als nächstes habe ich die Zellen auf einer Pappe als Unterlage angeordnet und die Verbindungsstellen schonmal mit Lötzinn benetzt:

Im nächsten Schritt habe ich die einzelnen Stücke mit Klebebandstückchen fixiert und die Einzelzellen mit diesen dünnen Nickelbändern verbunden. So sieht das dann von oben aus:

Um nun vor dem Laminieren des Panels möglichst alle Löt- und Verschaltungsfehler auszuschließen möchte ich das Konstrukt mal in die Sonne halten und die Gesamt- und Einzelspannungen messen. Dafür habe ich mir eine kleine Konstruktion aus zwei Plexiglasresten und Holzlatten gebaut, auf die das Provisiorium wieder mit Klebeband vorsichtig fixiert wurde:

So kann ich das Ganze jetzt in die Sonne halten und von hinten die Zellspannungen messen.

Fehlt gerade nur noch die Sonne...

 

Wenn alles in Ordnung ist, geht es im nächsten Schritt an den Laminataufbau!

to be continued

Bearbeitet 16. März 2021 von ChristianS

[ChristianS]

Kleines Update:

Heute Nachmittag kam unerwartet die Sonne durch und für eine Weile hat sich keine Wolke vor die Energiequelle geschoben. Also schnell das Multimeter und den Testaufbau geschnappt und raus. Gesamtspannung waren enttäuschende ca. 4V.

Die Messung der Einzelzellen ergab, dass ich zwar keine Zelle verpolt zu haben schien, aber so einige Zellen gaben nur 0,2V statt der zu erwartenden 0,5V ab. Ich werde jetzt wohl reihum nochmal die Lötstellen nachlöten um etwaige schlechte Lötstellen auszuschließen. Ansonsten kann ich mir die 0,2V nicht erklären. Gibt es evtl. unter den Experten hier weitere Diagnosen?

Danke!

[kra]

Ich würde alle Zellen einzeln unter einer normierten Lichtquelle (meinetwegen einer 100W LED Birne in 10cm Abstand) ausmessen und nach schlechten und guten sortieren - und die Ersteren weg schmeißen... 

[ChristianS]

vor 1 Stunde schrieb kra:

Ich würde alle Zellen einzeln unter einer normierten Lichtquelle (meinetwegen einer 100W LED Birne in 10cm Abstand) ausmessen und nach schlechten und guten sortieren - und die Ersteren weg schmeißen... 

Guter Tip denke ich. Obwohl ich natürlich keine Lust habe alles wieder auseinander zu machen. Aber besser jetzt als nie!

[ULgeher]

vor 13 Stunden schrieb ChristianS:

Die Messung der Einzelzellen ergab, dass ich zwar keine Zelle verpolt zu haben schien, aber so einige Zellen gaben nur 0,2V statt der zu erwartenden 0,5V ab. Ich werde jetzt wohl reihum nochmal die Lötstellen nachlöten um etwaige schlechte Lötstellen auszuschließen. Ansonsten kann ich mir die 0,2V nicht erklären. Gibt es evtl. unter den Experten hier weitere Diagnosen?

Danke!

Mikrorisse ? Diese sind nicht unbedingt sichtbar. Ev. sogar die ganze, noch unzerlegte Zelle ausmessen, vielleicht gibt es bereits da Probleme und es liegt gar nicht an Deinem Handling.

Blöde Frage vielleicht: Sind es überhaupt intakte Sunpower-Zellen? Auf der Webpage von Sunpower steht, dass diese nicht einzeln im Handel erhältlich seien. Vielleicht ist es auch B-Ware die so vertickert wird. Ich hoffe natürlich, es ist nicht so, aber man weiss ja nie...

Bearbeitet 18. März 2021 von ULgeher

[ChristianS]

vor 2 Stunden schrieb ULgeher:

Mikrorisse ? Diese sind nicht unbedingt sichtbar. Ev. sogar die ganze, noch unzerlegte Zelle ausmessen, vielleicht gibt es bereits da Probleme und es liegt gar nicht an Deinem Handling.

Mikrorisse kann ich natürlich nicht ausschließen. Obwohl ja gerade die Sunpowerzellen durch die flächige Verdrahtung auf der Rückseite auch in deutlich gebrochenem Zustand noch funktionieren.

Unzerlegte Zellen habe ich nur noch 2 Stück, der Rest ist zersägt oder geschrottet... Mal sehen, ich habe jetzt alle Lötpunkte nochmal aufgeschmolzen und angedrückt, vielleicht zeigt der nächste Sonnentest ja schon einen Erfolg. Wenn nicht, zelege ich alles nochmal und messe die Einzelstücke und die restlichen unzerlegten Zellen nochmal durch.

vor 2 Stunden schrieb ULgeher:

Blöde Frage vielleicht: Sind es überhaupt intakte Sunpower-Zellen? Auf der Webpage von Sunpower steht, dass diese nicht einzeln im Handel erhältlich seien. Vielleicht ist es auch B-Ware die so vertickert wird. Ich hoffe natürlich, es ist nicht so, aber man weiss ja nie...

Auch das kann ich natürlich nicht ausschließen. Rein optisch waren die Zellen aber tiptop in Ordnung. Zumindest war der Anbieter in Deutschland und hatte keine Deklaration bzgl. B-Ware, wie viele andere Angebote international.

[kra]

Btw, die auf 1/3 geschnitten Zellen gibt es hier auch zu kaufen 

Mir ist noch unklar, wie du die Zellen schlussendlich wetterfest einlaminieren willst?

[ChristianS]

vor einer Stunde schrieb kra:

Btw, die auf 1/3 geschnitten Zellen gibt es hier auch zu kaufen 

Hey, cooler Tip! Solche Bezugsquellen habe ich bei meiner Recherche nicht gefunden. Hätte mir viel Ärger beim Zerschneiden erspart... Aber wenigstens kann ich dort nachordern, falls meine Zellen doch Schrott sind.

vor einer Stunde schrieb kra:

Mir ist noch unklar, wie du die Zellen schlussendlich wetterfest einlaminieren willst?

Das habe ich ja auch noch nicht erläutert

Prinzipiell soll es ein GFK/CFK Sandwichlaminat mit Epoxidharz werden. So sehen die ersten Tests mit nur GFK ohne Sandwich aus:

[kra]

Hm, das geht aber nicht in Richtung UL - und das vollständige Auftrennen der Module hättest du dir dann auch "sparen" können, es hätte wohl genügt, 1/10mm tief einzufräsen. 

[ChristianS]

vor 1 Stunde schrieb kra:

Hm, das geht aber nicht in Richtung UL

Wie kommst du drauf? Meine Materialkalkulation ergibt knapp 150g für eine Größe von 27x28cm.

vor 1 Stunde schrieb kra:

und das vollständige Auftrennen der Module hättest du dir dann auch "sparen" können, es hätte wohl genügt, 1/10mm tief einzufräsen. 

Auf die Idee bin ich in der Tat nicht gekommen, habe ich aber auch noch nirgendwo so umgesetzt gesehen. Eine Reihenschaltung vereinfacht das jedenfalls nicht. Aber in diesem Genauigkeitsbereich kann ich eh nicht arbeiten.

[kra]

OK, ich bin auf das Ergebnis sehr gespannt. 

[ChristianS]

vor 1 Stunde schrieb kra:

OK, ich bin auf das Ergebnis sehr gespannt. 

Ich auch

[ChristianS]

Nächste Erkenntnis heute in der Sonne:

Noch deutlich weniger Spannung als vorher, ich habe wohl die Zellen totgelötet.

Der erste Versuch geht mal wieder aufs Lehrgeldkonto. Jetzt also der nächste Versuch mit den Restbeständen und ganz vorsichtig nur einen kleinen Lötpunkt setzen!

[ChristianS]

Weitere Erkenntnisse:

Meine restlichen Zellen habe ich nun zunächst vor dem Löten unter gleichen Bedingungen über einem starken LED-Scheinwerfer gemessen. Dabei kam Folgendes raus:

• Ungeschnittene Zelle: ca. 0,64V
• Randstücke einer geschnittenen Zelle: ca. 0,62-0,6V
• Mittelstücke: 0,6-0,58V

Eine mit 0,06V war auch darunter, die ist gleich in die Tonne gewandert.
Somit ist quasi amtlich bestätigt, dass das Zellenschneiden doch ein gewisses Maß an Beschädigungen pro Schnitt hervorruft. Ich habe mir jetzt auch noch ein paar fertig geschnittene Zellen bestellt (wie von @kra oben verlinkt) und bin gespannt, ob das professionellere Trennen weniger Schäden verursacht und wie hoch die erzielbare Spannung ist.

Übrig sind nun 10 Zellen, die noch anständig Spannung liefern. Daraus werde ich jetzt einen Prototypen bauen und auch prüfen, ob mein angedachter Laminataufbau stabil genug oder doch schon zu schwer ist.

[ChristianS]

Die zehn Zellen für den Prototypen sind inzwischen positioniert und ganz vorsichtig verlötet. Jetzt bin ich auf den Gesamtspannungstest gespannt, aber für morgen ist leider Bewölkung vorher gesagt. 

[ChristianS]

Test in der Mittagspause bei leicht wolkenverschleiertem Sonnenschein: Schöne 6,75V ohne Last.

Geht doch, wenn man beim Löten vorsichtig und filigran vorgeht 

[ChristianS]

Inzwischen sind auch die nachbestellten Zellen von MrWatt eingetroffen. 

Die fertig geschnittenen Zellen machen einen sehr guten Eindruck, sehr saubere Schnitte, vermutlich per Laser.

Die negative Seite ist auch deutlich per Strich markiert, beim Mittelstück wäre sonst nämlich keine Kennzeichnung der Polarität vorhanden. 

Alle Zellen liefern über meinem LED-Strahler auch sauber die Nennspannung.

Erstes Fazit: 1a Qualität, dem selbst Zersäbeln auf jeden Fall vorzuziehen. 

Bearbeitet 24. März 2021 von ChristianS

[ChristianS]

Weiter gehts!

Der Testlaminataufbau besteht aus folgenden Verstärkungsgeweben:

2 Lagen 25g/m2 Glasgewebe
---Solarzellen---
1 Lage 25g/m2 Glasgewebe (als Isolator zum CFK)
2 Lagen 245g/m2 Carbonfasergewebe

Die ursprünglich angedachte Sandwich-Schicht aus Styrodur zwischen den beiden CFK-Lagen habe ich erstmal eingespart, -10g. Vielleicht reicht die Steifigkeit auch so aus.

Das blaue ist ein Stück Trennfolie.

Als Harzsystem kommt Epoxyharz zum Einsatz:

Zuerst habe ich auf der Trennfolie die ersten beiden Glaslagen mit Epoxy eingepinselt und dann die Solarzellen aufgelegt.

Dann kommt die eine Glaslage zur Isolierung der Zellenrückseite und dann die erste Carbonlage drüber:

Dabei wird der Bereich der Kontakte ausgespart, um Kurzschlüsse durch das CFK zu verhindern. Statt dessen wird dieser Bereich mit zwei Stückchen dickerem Glasgewebe verstärkt.

Schließlich auch die zweite Carbonfaserlage drauf und alles gut einharzen und entlüften:

Dann die Anschlüsse auf ein Stückchen Klebeband flachdrücken:

Jetzt noch eine Lage Abreissgewebe drüber:

Abschließend mit Frischhaltefolie abdecken. Dann kommt eine mit Isomatte kaschierte Holzplatte drauf. Die Isomatte soll den Anpressdruck der Holzplatte flächig verteilen und Druckstellen wie die Lötpunkte entschärfen, damit dort keine Mikrobrüche an den Zellen entstehen.

Jetzt noch ordentlich beschweren:

Das Gewicht soll das Laminat verdichten und überschüssiges Harz herauspressen.

Nun heißt es mindestens 24h zu warten...

Bearbeitet 25. März 2021 von ChristianS

[Konradsky]

Ich glaube nicht, dass die Luft komplett rausgeht.

Leichtes Vakuum ist die Lösung.

 

Gruss Konrad

 

[ChristianS]

vor einer Stunde schrieb Konradsky:

Ich glaube nicht, dass die Luft komplett rausgeht.

Leichtes Vakuum ist die Lösung.

Hi Konrad, 

ja, die Luft wird nicht komplett raus sein. Wie sehr das die Funktion einschränkt, werde ich ja am Prototypen sehen. 

Zum Vakuumziehen mit einer Solarzelle gibt es auch ein gutes Video auf YouTube, mal sehen, ob ich den Link nachher wiederfinde. Aber zusätzlich nochmal in eine Vakuumpumpe investieren wollte ich jetzt auch nicht. 

[sasper]

vor 5 Minuten schrieb ChristianS:

zusätzlich nochmal in eine Vakuumpumpe investieren

hat doch jeder! Staubsauger?!? Müsste Mann aber ordentlich testen!!!

und dann in so einen Vakuumbeutel für Textilien?!

 

Bearbeitet 26. März 2021 von sasper

[Konradsky]

Das mit dem Vakkumbeutel für Textilien ist eine gute Idee.

So ein Staubsauger macht ca. 0,4bar Unterdruck. Das sollte reichen.

 

Gruss Konrad

 

[kra]

Unbedingt aber einen Auffangkessel für auslaufendes Harz einplanen mit Filtern - Epoxy im Staubsauger macht wenig Freude...., selbst wenn es zuerst in den Staubbeutel kommt, das was durchkommt wird trotzdem den Motor "bremsen" .

 

[ChristianS]

Hier das erwähnte YouTube-Video:

Die verhindern das Einsaugen des Harzes in die Pumpe, indem rechtzeitig die Harzzufuhr abgeklemmt wird.

Aber ob das so´n Staubsauger schafft? Ich hab da so einen Bau-Sauger mit 1400W im Keller...

[Konradsky]

Bei normalen Staubsaugern geht es erst durch den Motor und dann in den Beutel. Bei Tonnenstaubsaugern ist es anders herum.

Na ja, ob man mit einem Staubsauger das Harz durchgesaugt bekommt, bezweifle ich. Ich hätte nach dm Harzen den Staubsauger angeschaltet, aber eben auch mit einer Falle für das Harz.

 

Gruss Konrad