Solarpanel aus unverkapselten Zellen bauen: Schritt für Schritt

Ein Solarpanel aus unverkapselten Solarzellen zu bauen umfasst fünf Schritte: Zellen für die Zielspannung zählen, sie mit Verbindungsband versehen und zu einem Strang verlöten, die Stränge mit Sammelband verbinden, prüfen und dann verkapseln. Eine kristalline Zelle liefert bei maximaler Leistung unabhängig von ihrer Größe etwa 0,5 bis 0,6 V, daher bestimmt die Zellenzahl die Spannung.

Die Verkapselung ist der schwierige Teil. Ohne Vakuumlaminiergerät schließt ein zu Hause versiegeltes Panel Blasen ein und lässt Feuchtigkeit eindringen, was die meisten Eigenbauten zunichtemacht. Diese Seite beschreibt den allgemeinen Ablauf für den Bau eines eigenen Solarpanels; Schritt 3 verweist auf ein ausgeführtes Beispielprojekt, ein kleines, tragbares Ladegerät.

Kurz gesagt

• Schritt 1, Zellen zählen: Bei 0,55 V pro Zelle ergeben 12 Zellen 6 V nominal, 36 Zellen 18 V für eine 12-V-Batterie.
• Schritt 2, Material: Zellen aus unverkapselten Solarzellen auf Lager, Verbindungsband, Sammelband, Flussmittel, Lötzinn, eine Sperrdiode, Abdeckungen.
• Schritt 3, Zellen verlöten: Jede Zelle mit Verbindungsband versehen, Vorderseite an Rückseite löten, alle drei Zellen die Spannung messen.
• Schritt 4, Sammelband und Prüfung: Stränge mit Sammelband verbinden, Diode einsetzen, Leerlaufspannung vor der Belastung ablesen.
• Schritt 5, verkapseln: Das Versiegeln von Hand ist die Schwachstelle; alles, was jahrelang im Freien hängt, lässt man besser laminiert fertigen.

Schritt 1: Ausgangsleistung festlegen, dann Zellen zählen

Die Spannung ergibt sich aus der Zahl der Zellen in Reihe, der Strom aus der Fläche einer Zelle. Beides vor der Bestellung festlegen: Die Zellenzahl folgt aus der Zielspannung, die Zellgröße aus dem Zielstrom. Eine kristalline Siliziumzelle liefert bei maximaler Leistung unabhängig von ihren Abmessungen etwa 0,5 bis 0,6 V, weil die Spannung am Übergang durch das Material bestimmt wird. Die Seite solar photovoltaic cell basics des US-Energieministeriums beschreibt dasselbe Verhalten.

Ein Strang bedeutet einen Zelltyp in einer Größe. Der Reihenstrom wird durch die kleinste oder am stärksten verschattete Zelle begrenzt, sodass eine zu kleine Zelle das ganze Panel auf ihren eigenen Strom herunterzieht. Schatten wirkt genauso: Ein Blatt auf einer Zelle kostet weit mehr als die Leistung dieser Zelle.

Nehmen wir ein Panel mit 6 V Nennspannung und 1 A. Zwölf Zellen in Reihe liefern die Spannung, und jede davon muss bei maximaler Leistung mindestens 1 A liefern, denn der Strang führt den Strom einer Zelle und nicht die Summe. Die Fläche liefert diesen Ampere: eine physisch größere Zelle oder ein größeres Stück einer geteilten Zelle.

Prüfen Sie die Kandidatenzelle vor der Bestellung an dieser 1-A-Schwelle. Eine ganze 125-mm-IBC-Zelle hat einen Nennstrom von 6,05 A, und Teilen erhält die Spannung, während es den Strom teilt. Eine halbe Zelle mit 1,88 W Nennleistung erreicht daher immer noch 1 A. Kleinformatige Zellen erreichen dieselbe Spannung bei gleicher Anzahl, führen aber weniger Strom und scheiden daher hier aus.

Schritt 2: Materialliste

Neun Dinge gehen in ein handgebautes Panel, zwei davon entscheiden, ob es funktioniert: die Zellen und die Lötstelle auf ihnen. Die anderen sieben sind Verdrahtung, Schutz und Verpackung, wo eine schlechte Wahl die Lebensdauer kostet, nicht die Funktion. Wählen Sie zuerst die Zellen, denn das Format bestimmt Bandbreite, Lötkolbentemperatur und Layout.

Zwei Zelltypen vereiteln den Handbau. TOPCon- und moderne Half-Cut-PERC-Zellen verwenden Rundleiter-Kontakte mit mehreren Sammelschienen, die für Stringer-Maschinen gebaut sind und sich mit einem Lötkolben nicht nachbilden lassen. Back-Contact-IBC-Zellen haben beide Pole auf der Rückseite, sodass jede Verbindung auf einem Rückseitenpad landet statt quer über die Vorderseite. 125-mm-IBC-Zellen, ganz oder geteilt sind das freundlichste Format zum Handlöten.

Schritt 3: Zellen mit Verbindungsband versehen und den Strang löten

Jeweils eine Zelle verbinden und die Strangspannung alle drei oder vier Zellen ablesen. Wer die ganze Reihe lötet und erst am Ende einmal prüft, findet einen schlechten Kontakt erst, wenn zwanzig Zellen bereits verdrahtet sind. Mit diesem Rhythmus kostet ein Fehler eine Zelle statt den ganzen Nachmittag.

1. Verbindungsband zuschneiden. Etwa die doppelte Zellenlänge: die Hälfte liegt auf der Sammelschiene, die andere Hälfte ragt bis zur nächsten Zelle.
2. Sammelschiene mit Flussmittel versehen. Den Stift nur über das Pad führen, damit kein Rückstand auf der aktiven Fläche liegt.
3. Eine Seite vorverzinnen. Das Band zuerst auf jeder Zelle anheften, mit der Oberseite nach oben, bevor zwei Zellen verbunden werden.
4. Wenden und verbinden. Jede Reihenverbindung führt von der Rückseite einer Zelle zur Vorderseiten-Sammelschiene der nächsten; bei Back-Contact-IBC-Zellen landen beide Enden der Verbindung auf der Rückseite, Pad auf Pad.
5. Alle drei oder vier Zellen messen. Das Multimeter an das fertige Ende des Strangs legen; die Leerlaufspannung sollte pro hinzugefügter Zelle um etwa 0,6 V steigen.
6. Strang fixieren. Die fertige Reihe mit Klebeband oder Klemme auf ihrer Trägerfolie befestigen, bevor man sie bewegt, sonst trägt das Band das Gewicht der Zellen.

Drei Fehler erklären die meisten ruinierten Eigenbauten. Hitze ist der erste: Zu lange auf dem Pad erhitzt, bricht der Wafer oder das Kontaktmetall löst sich. Deshalb empfiehlt unsere Anleitung zum Testen und Verbinden von Solarzellen mit dem Multimeter einen temperaturgeregelten Lötkolben bei 320–350°C und etwa drei Sekunden pro Verbindung. Eine kalte Lötstelle ist der zweite: Sie wirkt grau und körnig statt glänzend, hält eine Weile und löst sich, sobald der Strang gebogen wird.

Verpolung ist der stille Fehler, weil nichts falsch aussieht. Die Spannung steigt nicht mehr oder sinkt, statt sich Zelle für Zelle zu addieren, und die Messung alle drei oder vier Zellen fängt das ab. Für einen durchgehend verdrahteten Aufbau zeigt unser Projekt eines tragbaren Solarladegeräts einen einzelnen Strang von losen Zellen bis zu einem funktionierenden Ausgang.

Schritt 4: Stränge anordnen, Sammelband und Diode ergänzen, prüfen

Fertige Stränge werden in Serpentinenform angeordnet, Ende an Ende mit Sammelband verbunden, mit einer Sperrdiode in Reihe am positiven Ausgang, und vor dem Versiegeln folgen zwei Messungen. Der Serpentinenverlauf hält das Panel rechteckig und führt beide Ausgangsenden an eine Kante. Layout zunächst probeweise ohne Löten auslegen und die Polarität vor dem Löten bestätigen.

Lassen Sie einige Millimeter Abstand zwischen den Strängen. Jeder Strang läuft entgegengesetzt zu seinem Nachbarn: Der erste endet positiv unten, der zweite oben, sodass ein kurzes Sammelband sie verbindet, ohne die Zellen zu kreuzen. Löten Sie dieses Band an jedem Strangende an die Verbindungsbandenden, nicht auf die Zelloberfläche.

Die Sperrdiode sitzt in Reihe an der positiven Ausgangsleitung, mit dem Ring vom Panel weg ausgerichtet, damit Strom austritt und nicht zurückfließen kann. Nach Einbruch der Dunkelheit verhält sich eine unbeleuchtete Zelle wie ein Verbraucher, und eine an das Panel angeschlossene Batterie entlädt sich rückwärts durch den Strang. Schottky-Typen verlieren durch Wärme weniger Leistung als ein Standardgleichrichter.

Messen Sie zuerst die Leerlaufspannung bei vollem Sonnenlicht, ohne angeschlossene Last. Ein gesunder Strang zeigt etwa 0,6 V pro Zelle: nahe 7 V bei einem 12-Zellen-Aufbau, nahe 21 V bei einem 36-Zellen-Aufbau. Ein Wert, der um glatte Vielfache von 0,6 V zu niedrig liegt, deutet auf eine defekte Zelle hin, nicht auf die Verdrahtung.

Belasten Sie dann den Ausgang und beobachten Sie die Spannung. Ein 36-Zellen-Panel, das unter Last nahe 19,8 V bleibt, arbeitet; eines, das gegen null absackt, erzeugt Spannung, aber keinen Strom, das typische Zeichen einer gebrochenen Zelle oder kalten Lötstelle. Dieses Absacken ist das Knie der IV-Kurve, das sich verschiebt; die IV-Kurve einer Solarzelle lesen zeigt, wie sich beides unterscheiden lässt.

Reihen- oder Parallelschaltung ist die letzte Layoutentscheidung. Reihenschaltung addiert die Spannung und hält das Ausgangskabel dünn; Parallelschaltung addiert den Strom und verhindert, dass ein verschatteter Strang die anderen herunterzieht, dafür braucht sie dickere Leitungen und eine Diode pro Zweig. Beide Muster sind in Wie Sie Mini-Solarpanels verbinden dargestellt.

Schritt 5: verkapseln und wissen, was ein DIY-Panel nicht leisten kann

Die Verkapselung ist das schwächste Glied eines handgebauten Panels, weil eine Heimwerkstatt kein Vakuumlaminiergerät hat. Ein Produktionslaminator zieht Luft aus der EVA-Folie und presst den Stapel, während das Harz vernetzt; ohne ihn schließt ein zu Hause versiegeltes Panel Blasen ein, lässt die Frontfolie vergilben und lässt der Feuchtigkeit einen Weg zur Zellmetallisierung. Diese drei Fehler sind es, die flexible Panels im Feld delaminieren lassen.

Glas mit EVA im Ofen kommt dem Fabrikstapel in der Werkstatt am nächsten: Glas, EVA-Folie, Zellen, EVA, Rückseitenfolie, erwärmt, bis das EVA fließt und verbindet. Es verlangt dem Bauenden am meisten ab, denn die Hitze muss über das ganze Panel gleichmäßig sein, eingeschlossene Luft braucht einen Fluchtweg, und das fertige Panel ist schwer und bruchempfindlich.

Eine PET-Folienabdeckung ist der schnelle Weg: Die Zellen liegen auf einer Trägerplatte, eine PET-Folie wird mit Klebstoff darüber gelegt, und das Ergebnis ist leicht und dünn genug, um einer Kurve zu folgen. Die Lebensdauer im Freien wird dafür geopfert, denn PET trübt sich und vergilbt unter UV, lange bevor die darunterliegenden Zellen an Leistung verlieren.

Klares Harz über die Zellen zu gießen braucht weder Presse noch Ofen und versiegelt die Ränder in einem Durchgang. Das Panel wird dick und schwer, die Aushärtung fixiert jede Blase, die Sie nicht entweichen ließen, und nichts im Inneren ist wieder erreichbar, wenn eine Zelle ausfällt.

Die Normen folgen derselben Linie. IEC 61215 und IEC 61730 werden an einem fertigen Laminat geprüft, eine IP67-Schutzart stammt vom versiegelten Stapel und seiner Anschlussdose, und keine der beiden lässt sich für ein handversiegeltes Panel beanspruchen. Für einen Batterieaufbau kombinieren Sie das Panel mit einem MPPT-Laderegler statt eines PWM-Reglers, damit die Strangspannung genutzt und nicht abgeschnitten wird.

Bestellen Sie ein laminiertes Panel stattdessen, wenn der Aufbau jahrelang im Freien stehen muss, wenn er in ein Produkt eingebaut wird, das Sie verkaufen, oder wenn Sie mehr als eine Handvoll Einheiten brauchen. Dieselben Zellen können von unseren Fertigungspartnern als kundenspezifische Solarpanels in der Größe und Spannung verschaltet und laminiert werden, die Ihr Gehäuse braucht. Der Eigenbau vermittelt die elektrische Seite; beim Versiegeln wird eine Laminierpresse unverzichtbar.

Verkapselung: PET vs. ETFE vs. Epoxid

Die Verkapselung der Solarzellen entscheidet, wie lange das Panel hält. Bevor Sie zwischen Handversiegelung und einem bestellten Laminat wählen, lohnt es sich, die drei Frontmaterialien zu kennen, auf die Sie bei einem fertigen Panel treffen.

PET ist eine klare Polyesterfolie, die mit einer Einbettfolie dahinter über die Zellen laminiert wird. Sie ist die leichteste und günstigste der drei und folgt einer Kurve, weshalb sie bei preiswerten flexiblen Panels üblich ist. Im Freien beginnt sie nach etwa zwei bis drei Jahren zu vergilben und sich zu trüben, und die Leistung sinkt mit der Klarheit. Wählen Sie PET für Innengeräte, beschattete oder kurzlebige Installationen oder überall, wo das Panel günstig zu ersetzen ist.

ETFE ist eine Fluorpolymerfolie, die im selben Laminatstapel anstelle von PET verwendet wird. Sie behält ihre Klarheit unter UV, weist Salzwasser und Schmutz ab und lässt sich für besseren Halt auf einem Deck strukturieren. Pro Panel kostet sie mehr, und dieselbe antihaftende Oberfläche, die sie sauber hält, stellt höhere Anforderungen an die Laminierung an den Kanten. Wählen Sie ETFE für alles, was jahrelang draußen auf einem Boot, einem Dach oder einem Fahrzeug liegt; die Pflege erklärt unser Leitfaden zur Pflege flexibler ETFE-Panels.

Epoxid ist keine Folie, sondern ein gegossenes Harz, das um die Zellen aushärtet, der Weg der meisten kleinen Hobbymodule. Es braucht keine Presse und versiegelt die Kanten in einem Guss, aber das fertige Panel ist dick und starr, die Oberfläche vergilbt unter UV, und eine ausgefallene Zelle lässt sich nie wieder erreichen. Wählen Sie Epoxid für kleine Innen- oder geschützte Module, bei denen Kosten wichtiger sind als jahrelange Nutzung.

Glas über einer Einbettfolie ist die vierte Option: die haltbarste Front und zugleich die schwerste. Beim Handbau entscheiden die Zellen, was Sie überhaupt versiegeln können. Die kleinen Solarzellen, die sich von Hand sauber löten lassen, sind dieselben, die eine Fabrik unter Vakuum verschaltet und laminiert. Ein funktionierender Prüfaufbau lässt sich daher ohne Änderung des elektrischen Designs an eine laminierte ETFE- oder PET-Ausführung übergeben.

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FAQ

Wie viele Zellen brauche ich für ein 12-V-Panel?

Sechsunddreißig kristalline Zellen in Reihe sind die Standardzahl für ein 12-V-Panel. Bei etwa 0,55 V pro Zelle bei maximaler Leistung liegt der Strang nahe 18 V, die Reserve, die eine 12-V-Batterie braucht, um über einen Regler zu laden. Die Zellgröße bestimmt den Strom, nicht die Spannung; wählen Sie also die Fläche, die Ihre Ampere trägt.

Kann ich TOPCon- oder Half-Cut-PERC-Zellen von Hand löten?

Nicht gut, und der Kontaktaufbau ist der Grund. TOPCon und moderne Half-Cut-PERC tragen Rundleiter-Mehrfachsammelschienen-Kontakte, die für Stringer-Maschinen gebaut sind, nicht für einen handgeführten Lötkolben, daher bleiben Lötstellen auf der Werkbank unzuverlässig. Verwenden Sie für den Handbau kleinformatige Zellen mit breiten flachen Pads oder Back-Contact-IBC-Zellen mit beiden Polen auf der Rückseite.

Welche Zellen sind für einen ersten Aufbau am verzeihendsten?

Beginnen Sie mit kleinen quadratischen Zellen, die das Verbindungsband bereits im Paket enthalten. Die 52 × 52 mm Zellen mit Draht sind der übliche Ausgangspunkt: Ein kurzer Strang erreicht eine brauchbare Spannung, die Pads nehmen einen Handlötkolben an, und eine beim Üben gebrochene Zelle ist kein Rückschlag. Das Format 78 × 52 mm liefert mehr Strom pro Zelle.

Soll ich das Panel selbst bauen oder ein kundenspezifisches bestellen?

Bauen Sie es, um die elektrische Seite zu lernen oder für ein Einzelstück, das im Innenbereich bleibt. Bestellen Sie laminiert, wenn das Panel jahrelang im Freien steht, in etwas eingebaut wird, das Sie verkaufen, oder mehr als eine Handvoll Einheiten umfasst, denn die Handversiegelung ist der Schritt, den eine Werkstatt nicht erreichen kann. Unsere Fertigungspartner laminieren dieselben Zellen auf Ihre Größe und Spannung, und dieses Panel kostet pro Betriebsjahr weniger.

Stöbern Sie im Solarzellen-Sortiment, um ein Format zu wählen, und leiten Sie dann die Zellenzahl aus Schritt 1 ab. Wenn das Panel im Freien steht oder in ein Produkt eingebaut versandt wird, umgehen Sie das Versiegelungsproblem: Angebot für ein kundenspezifisches laminiertes Panel anfordern →