Hướng dẫn chi tiết cách tự hàn và lắp ráp một tấm pin mặt trời hoàn chỉnh

Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ và vật liệu

Một tấm pin năng lượng mặt trời tự làm thường bao gồm:

Khung:

- Ốp lưng: thành phần chính của khung

- Khung nền: giữ các cell cố định trong khung

- Thanh bọc viền khung: gắn các cạnh của tấm pin lại và bảo vệ chúng khỏi những va đập gây vỡ

Các tấm cell: thu ánh sáng mặt trời

Dây hàn

Tấm bọc khung: thường là kính cường lực

Dụng cụ và vật liệu tham khảo thêm tại: diensach.com

Bước 2: Dựng khung cho tấm pin

Đầu tiên chúng ta sẽ dựng tấm ốp lưng và khung nền của tấm pin.

Kích thước của khung được xác định bởi số lượng và cách bố trí của các tấm cell trong mỗi tấm pin. Nếu mỗi cell có hiệu điện thế khoảng 0.5V và dự định dựng tấm pin sản xuất nguồn điện có hiệu điện thế 18V thì chúng ta sẽ cần 36 cells. Nguồn điện đó đủ để sạc cho các thiết bị sử dụng nguồn 12V.

Nếu chúng ta sử dụng cells kích thước 3 x 6 (inch) sắp xếp thành 4 hàng ngang và 9 hàng dọc trên một tấm thì kích thước khung có thể là:

Backing 35” long 27” wide

Substrate 32” long 24” wide

Border strips 35” long 25” wide

Kích thước đó đã bao gồm cả khoảng cách cần thiết giữa các cells, cũng như giữa các tấm cells với đường viền khung.

Thực hiện:

Cắt các vật liệu theo kích thước trên

Dùng keo hoặc ốc vít để gắn các tấm bọc khung vào tấm ốp lưng

Phủ đều lên tấm ốp lưng và khung nền 3 lớp sơn chống tia cực tím (nếu làm bằng gỗ), để sơn khô hoàn toàn

Đảm bảo rằng khung nền phải vừa khít với tấm ốp lưng

Bước 3: Gắn các tấm cells

Bước tiếp theo này là gắn các cells với dây hàn.

Chúng ta cần phải có dây hàn nhỏ, bút hàn, chất hàn và hàn kim loại để gắn cells.

Dưới đây là hình ảnh của một tấm cell chưa được gắn dây hàn:

Sơ đồ 1:

Front of Untabbed Solar Cell

Gắn các tấm cells là việc hàn các đoạn dây hàn nhỏ lên mỗi cell, gắn dọc theo đường kẻ trắng trên cell như trong hình trên.

Và đây là hình ảnh của tấm cell sau khi hoàn thành việc gắn dây hàn vào cell:

Sơ đồ 2:

Front of Tabbed Solar Cell

Chiều dài của đoạn dây hàn nên để ngắn hơn chiều cao của 2 cell sao cho khi gắn đoạn dây hàn còn thừa sau khi hàn vào cell 1 thì gắn tiếp vào mặt sau của cell liền kề, dây hàn không bị dư. Điều này sẽ được giải thích rõ ở bước sau.

Thực hiện:

- Cắt dây hàn với kích thước đủ cho các tấm cell dự định sẽ gắn

- Thực hiện với lần lượt từng cell

- Trước tiên, dùng bút hàn “làm ướt” đường kẻ trắng ở mặt trước của cell bằng hóa chất flux trong bút.

- Lấy một đoạn dây hàn và sử dụng chất hàn, miết thật cẩn thận que hàn xuống dây hàn bằng một chiếc hàn kim loại

- Ấn phần dây hàn trên một cách cẩn thận trên cả đoạn vạch trắng trên cells bằng hàn kim loại; giữ cho chất hàn nóng chảy tràn đều vạch trắng cho đến khi dây hàn thực sự bám chắc vào cells.

Bước 4: Nối các cells đã được hàn thành một chuỗi

Nếu tấm pin được sắp xếp theo cấu trúc 4 hàng dọc và 9 hàng ngang thì chúng ta cần dựng cứ 9 cells thành một chuỗi.

Ở bước này chúng ta sẽ phải hàn phần dây hàn còn dư từ mặt trước của cell 1 vào mặt sau của cell 2, hàn phần dây hàn còn dư từ mặt trước của cell 2 vào mặt sau của cell 3, và cứ tiếp tục như vậy để được một chuỗi cell.

Đây là hình ảnh mặt sau của cell:

Sơ đồ 3:

Solar Cell Back

Các điểm trắng ở trên là các điểm hàn mà chúng ta cần gắn dây hàn từ các cell khác vào.

Sau khi gắn các cell thành một chuỗi, ta có “chuỗi” cell như sau:

Sơ đồ 4:

Front of Solar Cell String

Thực hiện:

Lấy 2 tấm cell và đặt chúng ngược mặt nhau (mặt trước cell 1 với mặt sau cell 2), đặt nối tiếp nhau

Dùng bút hàn “làm ướt” 6 điểm trắng ở mặt sau của cell 2 bằng hóa chất flux trong bút.

Đặt một ít chất hàn vào mỗi điểm trắng của cell 2 bằng hàn kim loại

Đặt một dây hàn từ cell 1 vào 3 điểm trắng tương ứng của cell 2

Nhẹ nhàng hàn dây vào mỗi điểm trắng của cell 2 bằng hàn kim loại

Làm tương tự với dây thứ 2 từ cell 1

Làm tương tự với 7 cells còn lại, sau đó chúng ta có chuỗi 9 cells

Làm tương tự với 3 chuỗi tiếp theo

Sơ đồ 5:

Back of Two Cells Wired Together

Sơ đồ 6:

Back of String of 9 Cells

Bước 5: Đặt các chuỗi cells vào khung nền và nối chúng lại với nhau

Chúng ta có thể dán các chuỗi cells vào khung nền bằng hàn silicon

Trước khi làm việc đó, chúng ta cần hiểu việc sắp xếp các chuỗi cells trên khung nền thực sự là như thế nào.

Giả sử chúng ta sắp xếp theo cấu trúc 4 hàng dọc và 9 hàng ngang (tổng là 36 cells)

Quan sát các hình ảnh bên dưới để hiểu về cách bố trí này.

Các dây hàn cực âm là từ mặt trước của chuỗi 1 sẽ được nối với các dây hàn cực dương từ phía cuối cùng của chuỗi 2 bằng dây hàn dày hơn, được gọi là dây hàn lớn.

Sơ đồ 7:

Two Strings Connected Together

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý vận hành của tấm pin năng lượng mặt trời sau khi kết nối xong.

Sơ đồ 8:

Connection of Strings in Solar Panel

Đó là cách mà các chuỗi được sắp xếp trên một khung nền để nối chúng lại với nhau một cách chính xác.

Thực hiện:

- Gắn các chuỗi vào khung nền

- Chuyển các chuỗi cells vào khung nền, theo đúng sơ đồ được mô tả ở sơ đồ 8 ở trên

- Lật một chuỗi lại, mặt sau lên trên, mặt trước xuống dưới

- Nhỏ một lượng nhỏ chất hàn silicon vào giữa mỗi cell

- Lật chuỗi đó lại như ban đầu

- Dùng ngón tay nhẹ nhàng ấn các cell xuống sao cho chúng bám chặt vào khung nền

- Làm tương tự với các chuỗi còn lại

- Kết nối các chuỗi lại với nhau

- Cắt dây hàn lớn thành các mảnh để nối các chuỗi

- Đặt một dải dây dọc theo 2 cells đầu tiên của 2 chuỗi cần nối

- Quấn các đầu dây hàn nhỏ ở 2 cells đó quanh dây hàn lớn

- Hàn lại các mỗi quấn cho chặt hơn

- Làm tương tự với các chuỗi tiếp theo (có tất cả 3 liên kết như vậy – 2 ở trên đầu và 1 ở phía dưới của tấm pin, như mô tả ở sơ đồ 8)

Two Strings Wired at "Turn" Point

Bước 6: Ráp khung nền vào ốp lưng và đặt tấm phủ cho tấm pin

Thực hiện:

- Điều chỉnh cho khung nền vừa vặn trong tấm ốp lưng của tấm pin

- Bắt vít khung nền vào ốp lưng thật cẩn thận

- Đối với 2 cells – một ở phía dưới cùng bên trái (cực âm) và một ở phía dưới cùng bên phải (cực dương) ở Sơ đồ 8, nối hai dây hàn nhỏ rời trên mỗi cell lại với nhau bằng dây đồng

- Đảm bảo rằng hai dây dẫn đó đủ dài để có thể kéo ra phía sau tấm pin tới các thiết bị thu nhận năng lượng bên ngoài.

- Cài đặt một đi ốt chặn vào dây dẫn ở cực dương để ngăn chặn việc tự xả năng lượng ban đêm, trừ khi chúng ta có sử dụng điều khiển sạc.

- Khoan một lỗ vào giữa, ở phía cuối của khung nền và ốp lưng (giữa đường dẫn cực âm và đường dẫn cực dương được mô tả ở Sơ đồ 8) và cho 2 dây luồn qua lỗ khoan đó đi ra mặt sau của tấm pin

- Kiểm tra lại tấm pin để đảm bảo nó hoạt động tốt trước khi lắp kính cường lực lên

- Gắn dây hàn vào khung nền bằng chất hàn silicon để chúng không bị dịch chuyển trên tấm pin

- Lấp lại lỗ khoan bằng chất hàn silicon để giữ nó kín hoàn toàn

- Lắp kính cường lực vào mặt trên tấm pin và bắt vít lại

- Bọc kín các khe hở giữa tấm ốp lưng, viền khung và lớp bọc ngoài bằng chất hàn silicon để tấm pin được bảo vệ hoàn toàn

Solar Panel Covered With Glass
Photo: Brian Dorey

Bước 7: Kiểm tra

Thực hiện:

- Chuyển tấm pin ra khu vực có ánh sáng mặt trời

- Nối cực dương của đồng hồ đa năng với cực dương của tấm pin, cực âm của đồng hồ với cực âm của tấm pin

- Trước tiên, kiểm tra hiệu điện thế của dòng điện ra. Với tấm pin 36 cells (mỗi cell 0,5V) thì hiệu điện thế thu được khoảng 18V

- Sau đó kiểm tra cường độ dòng điện. Tấm pin này sản sinh ra dòng điện có cường độ khoảng 3,5A

Example of Finished DIY Solar Panel

Như vậy là chúng ta đã hoàn thành một tấm pin năng lượng mặt trời có công suất khoảng 60W.

Video Clip hướng dẫn:

Vật tư và phụ kiện cần thiết để tự làm tấm Pin năng lượng mặt trời

Các vật tư cần chuẩn bị gồm: Cells, dây hàn nhỏ, dây hàn to, bút hàn, EVA, kính

Dụng cụ:

Mỏ hàn, khò để làm chảy EVA (nếu không có thì dùng máy sấy tóc loại CS lớn), máy hút bụi để hút chân không

Cells:

Hiện nay thông dụng nhất gồm 3 loại cells: 3x6, 5x5, 6x6. Các đơn vị ở đây là inch (1 inch=2.54cm), nhưng các nhà sản xuất thường làm thêm viền nên kích thước thực tế sẽ lớn hơn. VD cells 3x6 quy đổi ra mm là 76,2mm x 152,4 mm nhưng họ thường làm kích thước là 80mm x 156mm, cells 6x6 kích thước là 156mm x 156mm. Vì vậy khi tự làm tấm Pin năng lượng mặt trời các bác cần lưu ý để cắt kính khỏi bị hụt.

Các thông số của cells cần chú ý gồm có: Công suất tối đa Pmax ở điều kiện tiêu chuẩn có nhiệt độ 25 độ C và ánh sáng 1000 Lumen, dòng ngắn mạch Isc, dòng tại điểm công suất lớn nhất Ipm, điện áp hở mạch và điện áp tại điểm công suất lớn nhất Vpm. Các bạn cần lưu ý các thông số đo dòng ngắn mạch và điện áp hở mạch nên chỉ để tham khảo vì đã chập mạch và hở mạch thì lấy đâu ra công suất, cái cần quan tâm là các thông số: công suất lớn nhất tại điều kiện tiêu chuẩn, dòng Ipm và điện áp Vpm. Công suất tối đa của tấm PIN bằng tổng Pmax của các cells cộng lại. Hiện nay giá cells cũng khá rẻ so với trước đây, nhưng ngoài tiền bỏ ra mua cells thì các bạn còn phải mua các phụ kiện khác như: kính, dây hàn to & nhỏ, EVA … nên cũng cần cộng tổng các chi phí tất cả các vật tư và chia cho tổng công suất để xem mình phải chi phí mất bao nhiêu tiền/W để xem hiệu quả đầu tư.

Dây hàn:

Gồm 2 loại dây hàn nhỏ (tab) và dây hàn to (BUS).

- Dây hàn nhỏ dùng để hàn nối tiếp các cells với nhau. Vì cells năng lượng mặt trời rất mỏng như tờ giấy nhưng lại giòn như bánh đa, mặt trên chỗ hàn chỉ là 1 lớp bột mầu trắng nên khi hàn nếu không cẩn thận sẽ gây vỡ cells hoăc bung đường hàn. Vì vậy chỉ nên dùng đúng loại dây chuyên dụng cho hàn cells, tuyệt đối không thay thế bằng loại khác.

- Dây hàn to dùng để hàn nối các chuỗi cell với nhau (BUS). Nên dùng dây hàn này để đảm bảo thẩm mỹ và giảm tổn hao công suất trên dây (không có dây hàn to thì dùng tạm bằng cách có thể chập 3 dây hàn nhỏ)

Bút hàn:

Là loại hóa chất có Flux dùng để bôi vào các đường hàn trên cells để khi hàn dây hàn có thể bám tốt vào cells. Không nên dùng các loại khác như nhựa thông thay thế vì sẽ bị dây bẩn ra bề mặt cells dẫn đến làm giảm ánh sáng chiếu vào cells --> giảm công suất. Ngoài ra nếu sử dụng chất liệu khác thì việc hàn khó khăn hơn nhiều.

Keo EVA:

EVA là từ viết tắt của Ethylene Vinyl Acetate Copolymer, là hợp chất giữa Ethylene và Acetate. EVA được sử dụng trong lĩnh vực năng lượng mặt trời từ rất lâu, đến nay không thể thiếu trong tấm Pin chuẩn của các nhà máy. Nếu sử dụng EVA khi làm Pin năng lượng mặt trời keo EVA được đặt cả ở trên và ở dưới cells sau đó dùng nhiệt (dùng khò trực tiếp vào keo hoặc dùng lò hấp) làm keo chảy ra làm cells được bao bọc kín trong keo. Các ưu điểm của việc sử dụng EVA như sau:

- Tăng hiệu suất Pin: Chỉ cần đặt tấm kính lên trên cell mà chưa có bất kỳ loại keo nào thì hiệu suất bị giảm 15-20% so với để cells khi chưa đậy kính. Lý do là ánh sáng bị tổn hao do phản xạ khi đi qua các bề mặt: mặt trên kính, mặt dưới kính, bề mặt cell. Khi có thêm keo EVA nóng chảy thì sẽ không còn các bề mặt phản xạ nữa và môi trường gần như đồng chất đến tận cells nên phần tổn hao rất nhỏ (chỉ khoảng 2-4%). Vì vậy phải nói là EVA làm tăng công suất chứ không phải giảm công suất của tấm Pin. Nếu khò keo EVA chưa kỹ thì phần tổn hao hơn nhưng công suất vẫn hơn nhiều so với không có EVA. Ngoài ra do chỉ khoảng 70 độ là EVA đã mềm và tbong ra, khoảng 130-140 độ thì chảy thành nước nên nếu khò không kỹ thì Pin phơi nắng mùa hè EVA cũng tự chảy và bong được.

- Chống tác động của môi trường: Do keo bao bọc kín vào cells rồi nên ẩm, hơi nước ... không thể lọt vào gây hỏng cell. Ngoài ra EVA còn có tác dụng chống tia UV chiếu vào cells gây suy giảm công suất.

- Độ bền trên 20 năm: Keo EVA có độ xuyên sáng rất cao và không bị suy giảm theo thời gian. Ngoài ra keo còn là loại keo mềm đàn hồi như cao su nên không lo về vấn đề dãn nở. Độ bền của loại keo EVA dùng trong năng lượng mặt trời là hơn 20 năm và cũng chính nhờ EVA mà các tấm PIN NLMT có tuổi thọ rất dài thường trên 20 năm. Vì tấm PIN mặt trời luôn luôn đặt trên mái nhà có môi trường khắc nghiệt, nhiều bạn sử dụng loại keo khác thay thế hoặc không có keo chỉ một thời gian ngắn tấm PIN đã hỏng.

Kính:

Mặt trên nên dùng kính cường lực 4mm để đề phòng mưa đá. Mặt dưới có thể dùng kính thường hoặc dán đề can. Ưu điểm của dùng 2 lớp kính là độ bền có khả năng cao hơn đề can, tuy nhiên kính lại giữ nhiệt nên sẽ làm giảm hiệu suất của Pin. Ngoài ra nếu làm 2 tấm kính thì khi mang vác rất nặng, nếu làm có lỗi gì rất khó cậy ra để sửa. Các tấm Pin nhà máy mặt dưới cũng sử dụng vật liệu nhựa TPT gần như đề can nhưng dầy hơn.

Vui lòng ghé thăm website: diensach.com để tìm hiểu thêm về công nghệ điện mặt trời nhé!