4 feb. 2014

Construyendo un panel solar utilizando policarbonato en vez de cristal

Célula adquirida en Ebay de Solar_Rex; 3,5W y 14,1% de eficiencia 100 ud. 105€
Últimamente me ha dado por ir en contra de los movimientos del gobierno al respecto, y voy a construir un par de paneles solares experimentales que espero me den 340 Wp. Esa situación ideal nunca se va a dar, así que al menos espero que produzcan normalmente unos 150W con buen sol, que es lo que siempre gastamos mínimo, y así eliminamos el coste de algún aparato como el frigorífico; calculo que un ahorro de unos 5€ mensuales. No es mucho, pero el coste de todos los materiales lo amortizaré en unos 6 años, y si todo va bien, producirán unos 20 años más.
Al contrario de lo que piensa nuestro Gobierno (para variar), las placas fotovoltaicas EN VIVIENDAS (soy contrario a ponerlas en terrenos hasta que no sean más eficientes que los árboles obteniendo energía y FIJANDO CO2) sólo tienen ventajas para los que las instalan y el resto de la sociedad; producen más de lo que consumen y generan cuando más se consume, estabilizando el sistema y reduciendo pérdidas de energía. Y eso de que los que las instalan "se aprovechan del sistema al consumir a otras horas" es muy subjetivo, y sólo afectaría a las horas desde las 17 a las 23 horas del día, y a esas horas el repunte se puede suplir por energía autóctona verde procedente de generación por concentradores solares, muy económica y disponible a esas horas.
Aunque yo lo voy a hacer porque me encanta el "hazlo tú mismo" y siempre me ha hecho una ilusión enorme construirme uno; normalmente fabricarte tus propios paneles no es rentable, porque, aparte del tiempo que requiere todos los preparativos, pueden quedarte mal y estropearse enseguida si no están convenientemente aislados de la humedad; hay paneles terminados que sólo cuestan un 50% más de lo que costarían sólo los materiales sueltos.

Usando PoliCarbonato como base
Pero ya que estamos, vamos a romper la baraja y arriesgar utilizando el seguro, económico y resistente policarbonato en vez del habitual vidrio templado bajo en hierro.


Ventajas del uso del policarbonato frente al cristal en paneles fotovoltaicos:
  • Economía; es hasta 4 veces más económico.
  • Resistencia: Es virtualmente irrompible; aguanta todo tipo de granizo; 200 veces más resistente que el vidrio.
  • Ligero: Pesa aprox. 3 veces menos que el cristal.
  • Seguridad: Un módulo tradicional de cristal soltado por el viento o por mala sujeción representa un gran peligro para las personas y materiales por su peso y características.
  • Utilidad: Es más flexible, fácil de trabajar, puede perforarse y cortarse fácilmente.
Desventajas del PC frente al cristal de seguridad:
  • Dilata 3 veces más que el cristal (coef. de 65x10E-6 frente a 20x10E-6 del cristal), por lo que hay que elegir un material de sujeción de las células al PC que absorba esas tensiones termo-mecánicas.
  • Presenta una menor transparencia; mientras el cristal puede llegar al 98%, el PC es de un 90% (sin tener en cuenta que suelen venir tratados para reflejar los rayos UV y alargar su vida).
  • Blanquea con el tiempo; en 20 años se reduce su transparencia un 5% en los tratados contra los rayos UVA como el Lexan que voy a usar.
Que sea menos transparente no es mayor problema; al recibir menos luz solar las células de silicio producirán algo menos diariamente pero también se alargará su vida proporcionalmente ya que sólo pueden producir una cantidad de energía determinada antes de irse deteriorando cada vez más (como se ha comentado, unos 25 años).


Al tener las células de silicio y la planca de PC coeficientes diferentes de expansión térmica, la elección de un material que amarre las células a la vez que las protege y pueda estirarse junto con la base de PC es crucial para asegurar la durabilidad del panel y las células. Veamos cuánto nos van a dilatar los paneles que he preparado.

El coeficiente de dilatación del policarbonato es unos 67 x 10E-6= 0.000067. Para calcular lo que nos va a dilatar tenemos que emplear la siguiente fórmula:
Deformación térmica (d) depende del coeficiente de expansión térmica (a), de la longitud del elemento (L) y del cambio de temperatura ( DT) y se puede calcular como:
d = a L DT
Por lo tanto, en la plancha que voy a usar, la máxima variación que va a tener es de:
0.000067 * 1500 mm largo * dif. temperatura (aprox. -15 a 70ºC; 85ºC)= 8,5 mm. aprox., en TOTAL, si la temp. de instalación es p.ej. 20ºC, tendrá hasta -20ºC una contracción en largo de 4 mm., así que ojo también con las contracciones.
70ºC es en el peor de los casos, cuando el sol del verano apriete, ya que las células se calientan mucho y transferirán gran parte del calor al policarbonato. Evitaremos sujecciones fijas todo lo posible, y si tenemos que perforar para fijar, tendremos que la holgura suficiente para la dilatación; basta hacer los agujeros con un rasgado de 1 cm sujetando con tornillos de arandela y goma grandesy sin llegar a apretar del todo, de forma que el panel quede sujeto pero pueda "flotar" sobre la sujección.
Si no lo hacemos así y ponemos demasiados tornillos sin dejar al plástico encogerse y dilatarse, acabará por romper. Para perforar la placa maciza podemos usar broca de madera o de hierro, procurando que el material no se caliente demasiado al perforar (podemos usar un poco de agua para refrigerar).

Indicaciones de perforación presentes en la placa

Usando silicona neutra como sellante
Por otro lado, teniendo en cuenta esto, hay que analizar el adhesivo a utilizar para fijar las células, lo primero que me vino a la mente fue la resina epoxi y la silicona neutra; hablando con un profesional del ramo me decanté por la silicona neutra por su resistencia a la luz UV, durabilidad, flexibilidad, precio y sobre todo adherencia al PC. Si optamos por fijar las células usando silicona transparente neutra sólo por la cara posterior, que tiene un excelente agarre sobre el policarbonato, y permite el paso de la luz entre las células, hemos de tener en cuenta que las células, por efecto de la dilatación del PC, rozarán con el mismo, desgastándolo un poco a la vez que emborronándolo con los años; reduciendo su eficiencia, por lo que debemos valorar colocarla también entre la célula y el policarbonato, lo más fina posible, pues la dilatación del policarbonato, al coger menos temperatura que la célula, al final será cercana a ésta; y los 5 mm. que dilate máximo en esa medida del PC los compensamos con los 3 mm. de dilatación máxima de cada una de las células; 2 mm. de diferencia que la silicona puede aguantar perfectamente.


Queda por último averiguar si la química de la silicona que elijamos ataca al material de la célula fotovoltaica. La información que he encontrado es que incluso puede reemplazar al EVA como sellante más efectivo y fácil de trabajar, como la silicona Neutra de acetona, que al ser neutra, si la dejamos secar bien no tiene por qué dar ningún problema, pero el tiempo dirá, ya que emplear silicona es algo relativamente nuevo.
La silicona neutra transparente presenta las siguientes ventajas frente a otros materiales:
  • Adherencia inmejorable al PC.
  • Estable ante los rayos UV y resistente a la climatología.
  • Amplio rango de temperaturas de trabajo; aguanta sin despeinarse desde -50ºC a 250ºC.
  • Si es incolora, tiene una excelente transmisión de la luz.
  • Flexibilidad insuperable, hasta el 400% de alargamiento.
  • Reparable y fácil de usar.
  • Económica.
Para montar las células primero tenemos que rigidizar el policarbonato, pues aunque las células tienen un poco de elasticidad (muy poco, son extremadamente frágiles), debemos evitar que se nos doble al ir a colocarlo.
Para ello prepararé por adelantado el soporte, y lo amarraré a él, para seguidamente colocar las células pegadas con silicona neutra transparente incolora.

Os iré comentando mis avances al respecto, deseadme suerte ;). ¡Sed felices!

Fuentes:
Cálculo de deformación por cambios de temperatura del material
Use of PC on PV solar cells analysis (mirror)
Use of silicone as PV Cell encapsulation
Estudio comparativo de eficiencia usando EVA o silicona fotovoltaica (inglés) (mirror)
Ventajas del encapsulante de gel de silicona frente al EVA
Policarbonato: Sus ventajas frente al vidrio

14 comentarios:

  1. Hablando desde la ignorancia, si tiene el PC un tratamiento antiUV, no mermará la potencia lumínica que reciba la célula foto voltaica? Es decir, si la radiación UV es muy energética, y la eliminamos no perdemos esa energía para convertirla en voltios?

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    1. Gracias por comentarlo, ya estuve mirándolo. Yo también hablo desde la ignorancia; la luz UV es sólo una pequeña parte, además que no la elimina del todo. Todo depende de la célula; cada tipo de célula aprovecha mejor un rango del espectro de luz, por lo que hasta que no compruebe rendimiento no lo sabré mejor. De todas formas todo lo que no produzca redundará en algo más de longevidad del panel se supone. Saludos

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    2. Lo que está claro es que producirá un 9% menos que con cristal por la diferencia de transparencia a la luz; de producir un máximo de 3,5W cada células, van a producir un máximo de un 3,2W aproximadamente (supongo que la transparencia será diferente según la longitud de onda de la luz, así que veré si los resultados en día de sol frontal de las 12h son consistentes con esto).

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  2. Mucho ánimo, David. Somos muchos los que esperamos con ansiedad los resultados de tu trabajo. Como ya sabes, a mí lo que más me importa es calentar la casa, que es donde se me va la mayor parte del dinero por gastos energéticos, por lo que de momento no me meto en este tema, pero lo tengo en mente hace mucho, aparte de que no tengo tiempo todavía.
    Respecto al policarbonato, efectivamente se dilata y contrae un montón. Estudia bien ese tema, porque con mis paneles de agua caliente lo veo todos los días. Lo dicho, ánimo y adelante !

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    1. Muchas gracias por los ánimos! XD Precisamente esta tarde iba a seguir con ello...

      Sí que dilata y contrae, pero he visto que no soy el primero en usarlo en paneles solares económicos, incluso creo que de la forma que voy a hacerlo ya lo han hecho de forma industrial (con un proceso automático claro está).
      Que se dilata y contrae no me preocupa tanto como que se pueda doblar al dilatarse, buscando sitio por donde hacerlo, por lo que tendrá que ir amarrado al marco con tornillos y arandelas con goma grandes con agujeros rasgados según la posición para que tenga espacio hacia donde dilatar.
      Las células aguantan mucha tensión longitudinal pero su flexibilidad es muy limitada, cascando a los pocos grados, así que tendré cuidado.

      Yo también lo veo en mi captador solar


      , que sigue funcionando perfectamente :)

      Gracias!

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  3. En su momento estuve informandome para hacer lo mismo y ponerlas en mi casa, y creo recordar que lei que el PC se ennegrecia con el paso del tiempo dificultando la captación de luz por parte de las cédulas.
    Gran blog el tuyo, y muy instructivo.

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    1. Más bien blanquea por efecto de la luz UV, pero éstos están protegidos contra ella, y tienen garantía de un 90% de transparencia a los 10 años, así que merece la pena probar a ver. Gracias por comentar!

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  4. Respecto al Coeficiente de Expansión Térmica: 67×10−6 = 0.000067, no 0.00067, no ?

    Saludos.

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    1. Ups! Ya me parecía mucho... ya lo he corregido, ¡gracias! De 6 cm. a 8 mm. (ajustadas temperaturas) es una gran diferencia. Me hace ajustar mis planteamientos de nuevo... De momento dejaré el primer panel como está (curioso, pero 5 células rajadas y no ha bajado su rendimiento), ya que no es posible repararlo sin romper las células completamente. Saludos!

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  5. Hola David,

    En primer lugar gracias por compartir tu experiencia y conocimiento,

    Quisiera saber la evolución de tu panel solar utilizando Usando silicona neutra como sellante (ambos lados de las celdas) y PC en frente.

    Actualmente estoy armando algunos paneles para mi casa y quisiera comprar el rendimiento de la silicona neutra con el de la Resina Epóxica (solo en la parte posterior de las celdas). En general quisiera saber la evolución de la configuración de materiales que utilizaste para armar el panel.

    Saludos!

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    1. De momento estoy con la segunda prueba, que he posteado aquí: http://miqueridopinwino.blogspot.com.es/2014/09/reacondicionamiento-del-panel-solar.html
      Sigue funcionando bien sellando sólo por los laterales una vez colocadas las células, no han roto más que 3 o 4 que ya estaban un poco dañadas por las soldaduras; no se te ocurra poner ningún tipo de pegamento entre la parte irradiada y el PC.
      El próximo lo haré igual, pero dando una capa de pintura o epoxi a la parte trasera de las células, para protegerlas de la intemperie y darles más resistencia, creo que será lo que dé mejor resultado.

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  6. Fantastico proyecto. Enhorabuena

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  7. Ya hay a la venta un sistema de torre fotovoltaica, es hasta 20 veces más eficiente que un panel solar convencional. Una gran revolución en la producción de energía solar, principalmente para los que no tienen mucha superficie disponible.
    El primer fabricante en vender este sistema se llama Sun-Säule.
    Más información en www.sunsaule.com

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  8. Ya hay a la venta un sistema de torre fotovoltaica, es hasta 20 veces más eficiente que un panel solar convencional. Una gran revolución en la producción de energía solar, principalmente para los que no tienen mucha superficie disponible.
    El primer fabricante en vender este sistema se llama Sun-Säule.
    Más información en www.sunsaule.com

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