O baterie solară este un dispozitiv pentru transformarea energiei solare în energie electrică. Celulele solare performante pe care le poti achizitiona de la Radio Shack si alte magazine sunt realizate din siliciu special prelucrat si necesita fabrici uriase, temperaturi ridicate, curatenie speciala si multi bani.
Dacă suntem dispuși să schimbăm eficiența cu capacitatea de a ne face propriile panouri solare de bucătărie folosind materiale de la magazinul de hardware, putem demonstra un panou solar funcțional în aproximativ o oră.
Celula noastră solară este făcută din oxid de cupru în loc de siliciu. Oxidul de cupru este unul dintre primele materiale în care oamenii de știință au descoperit efectul fotovoltaic, în care lumina face ca electricitatea să circule în material.
Gândurile despre cum se explică efectul fotoelectric este ceea ce l-a condus pe Albert Einstein la Premiul Nobel pentru fizică și la teoria relativității.
Materiale.
1. O foaie de cupru dintr-un magazin de hardware. De obicei costă aproximativ 150 de ruble. pentru 0,9 metri patrati Avem nevoie de aproximativ 45 mp.
2. Două cleme aligator.
3.Microampermetru sensibil care poate măsura intervale între 10 și 50 de microamperi. Radio Shack vinde multimetre mici cu un monitor LCD, dar puteți folosi unul obișnuit.
4. Cuptor electric. Aragazul meu de bucătărie este o sobă pe gaz, așa că am cumpărat o sobă electrică mică cu o bobină la aproximativ 750 RUB. Arzătoarele mici de 700 de wați probabil nu vor funcționa - este nevoie de cel puțin 1100 de wați pentru ca arzătorul să devină roșu.
5. Sticlă de plastic cu gâtul tăiat. Am folosit o sticla de apa minerala de 2 litri.
6. Sare de masă. Vom avea nevoie de câteva linguri.
7. Apa de la robinet.
8. Hârtie șmirghel sau burghiu cu un astfel de accesoriu (abraziv)
9. Tablă.
De fabricație.
Iată arzătorul.
Mai întâi trebuie să tăiați o bucată de cupru, astfel încât să aibă dimensiunea unei sobe electrice. Spălați-vă mâinile pentru a nu lăsa pete grase sau alte pete. De asemenea, spălați foaia de cupru cu detergent pentru a îndepărta orice grăsime sau alte pete.Utilizați hârtie abrazivă sau o perie abrazivă pentru a îndepărta complet stratul de protecție de cupru, astfel încât orice sulfură sau altă coroziune ușoară să fie îndepărtată.
Apoi puneți o foaie curată de cupru pe aragaz (electric) și porniți-o la maxim.
Cuprul va începe să se încălzească și să se oxideze, veți vedea pete frumoase roșii-portocalii pe suprafața lui.
Când cuprul se încălzește și mai mult, petele multicolore vor începe să fie înlocuite cu oxid de cupru negru.
Toate culorile dispar atunci când spirala este deja roșie.
Când arzătorul se aprinde, foaia de cupru va fi acoperită cu oxid de cupru negru. Lăsați să fiarbă încă o jumătate de oră, astfel încât stratul negru să fie gros. Acest lucru este important deoarece un strat gros se va desprinde ușor, în timp ce un strat subțire va rămâne lipit de cupru.
După o jumătate de oră de gătit, opriți arzătorul. Lăsați cuprul fierbinte pe arzător să se răcească încet. Dacă îl răcești prea repede, o peliculă de oxid negru se va lipi de cupru.
Pe măsură ce cuprul se răcește, se contractă. De asemenea, oxidul de cupru negru se micșorează. Dar se micșorează cu rate diferite, ceea ce face ca oxidul de cupru negru să se desprindă.
În curând, bucăți mari vor începe să cadă, este amuzant de urmărit))
Odată ce cuprul s-a răcit la temperatura camerei (aceasta durează aproximativ 20 de minute), cea mai mare parte a filmului de oxid negru va dispărea. O spălare ușoară cu mâinile sub jet de apă va îndepărta majoritatea bucăților mici. NU încercați să îndepărtați petele încăpățânate și să nu îndoiți foaia - puteți deteriora stratul subțire de oxid de cupru, care este exact ceea ce avem nevoie.
Restul asamblarii este foarte rapid si usor.
Tăiați a doua foaie de cupru la aceeași dimensiune ca prima (încălzită).Îndoiți CU ATENȚIE ambele părți astfel încât să se potrivească în sticla de plastic fără să se atingă.
Atașați cleme de crocodiș la ambele plăci. Conectați firul de la cupru pur la pozitiv și firul de la placa de oxid la negativ.
Acum amestecați câteva linguri de sare în puțină apă fierbinte de la robinet. Se amestecă până se dizolvă toată sarea. Turnați cu grijă amestecul în sticlă (unde sunt farfuriile), lăsând aproximativ 2,5 cm de marginile farfuriilor.
În fotografia de mai sus, bateria solară finită este ÎN UMBĂ, ampermetrul arată aproximativ 6 miliamperi. Dar chiar și pe întuneric, această baterie va produce câțiva miliamperi))
Această fotografie arată bateria în lumină, iar ampermetrul arată 34 de miliamperi, uneori bateria poate da 50 de miliamperi sau chiar mai mult.
Cum functioneaza?
Oxidul de cupru este un semiconductor.Este un conductor intermediar, unde electricitatea poate curge liber, și un izolator, unde electronii sunt strâns legați de atomii lor și nu circulă liber.
Într-un semiconductor, există un spațiu numit bandgap între electronii care sunt legați strâns de atom și electronii care sunt mai departe de atom, care se pot mișca liber și pot conduce electricitatea.
Electronii nu pot rămâne în banda interzisă. Un electron poate oferi doar puțină energie și se poate muta din nucleul unui atom în banda interzisă. Electronul trebuie să câștige suficientă energie pentru a se deplasa mai departe de nucleu, în afara benzii interzise.
De asemenea, un electron din afara benzii interzise nu poate pierde puțină energie și doar cădea puțin mai aproape de nucleu. Trebuie să piardă suficientă energie pentru a cădea dincolo de banda interzisă în regiunea în care electronii pot scăpa.
Când lumina soarelui lovește electronii din oxid de cupru, unii dintre electroni primesc suficientă energie din lumina soarelui pentru a trece dincolo de banda interzisă și a deveni liberi să conducă electricitatea.
Electronii liberi se deplasează în apa sărată, apoi în placa de cupru curată, în fir, prin ampermetru și înapoi pe placa oxidată.
Pe măsură ce electronii se deplasează prin ampermetru, vedem lucru (amperi). Când o umbră cade pe un panou solar, electronii se mișcă mai încet, iar miliamperii sunt mai mici.
O notă despre energie.
Bateria produce 50 de miliamperi la 0,25 volți.
Acesta este 0,0000125 wați (12,5 microwați).
Nu încercați să aprindeți un bec))) ar fi nevoie de acri de baterii pentru a ilumina o casă.Modelul nostru este experimental și poate fi folosit ca senzor de lumină.
0,0000125 wați (12,5 microwați) pentru o baterie de 0,01 metri pătrați sau 1,25 miliwați pe metru pătrat.Pentru a ilumina un bec de 100 de wați, ar fi nevoie de 80.000 de metri pătrați de oxid de cupru pentru partea luminată de soare și 80.000 de metri pătrați de cupru pentru electrodul întunecat. Pentru a funcționa un cuptor de 1.000 de wați, veți avea nevoie de 800.000 de metri pătrați de oxid de cupru și alți 800.000 de metri pătrați de cupru simplu, sau 1.600.000 de metri pătrați, toate împreună. Dacă ar fi să fie montat pe acoperișul unei case, fiecare casă ar avea 282 de metri lungime și 282 de metri lățime, ținând cont de tot ce aveau nevoie de electricitate, era o sobă.
Există 17.222.256,7 de metri pătrați în 1.600.000 de metri pătrați. Dacă cuprul ar acoperi costurile de 5 USD pe metru pătrat, numai cuprul ar costa 86.110.283,50 USD. Făcând acest lucru cu o zecime din grosime poate reduce aceasta la 8.611.028,35 USD. Deoarece cumpărați în vrac, îl puteți obține pentru jumătate, sau aproximativ 4.300.000,00 USD.
Dacă ați folosit panouri solare de siliciu care costă 4 USD per watt, puteți rula același cuptor pentru 4.000,00 USD. Dar panourile ar avea doar aproximativ 10 metri pătrați.
Sau pentru aproximativ un dolar poți construi un cuptor solar din folie de aluminiu și carton. Pentru aproximativ 20 USD puteți construi un aragaz solar parabolic din aluminiu, lustruit, foarte frumos.
Celulă solară plată
Am realizat o versiune mai portabilă a panoului solar într-un design plat. Am folosit o husă de CD din plastic transparent ca fereastră și lipici de silicon pentru a ține ambele piesele împreună și a le izola unele de altele.
În primul rând, facem un oxid din cupru, ca în prima parte. Lipim un fir de cupru izolat la colțul plăcii de oxid, acesta va fi un minus (polul negativ).
Placa pozitiva este o bucata de cupru pur in forma de U, ceva mai mare ca dimensiune decat cea de oxid (veti intelege cum in pozele de mai jos))) lipim un fir de colt, de data aceasta un plus.
Mai întâi lipim placa de cupru U pe fereastra de plastic. Folosiți mult adeziv siliconic, astfel încât apa sărată să nu se scurgă. Asigurați-vă că îmbinarea de lipit este fie complet acoperită cu lipici, fie în afara lipiciului U, așa cum se arată în fotografie (acoperită complet cu lipici este mai bine).
Fotografia de mai jos arată partea din spate a panoului solar (partea care nu este orientată spre soare).
Fotografia de mai jos arată partea frontală a panoului solar (partea care va fi orientată spre soare). Rețineți că adezivul siliconic nu acoperă complet cuprul, deoarece o parte din cupru trebuie să fie în cele din urmă în contact cu apa sărată.
Aplicați lipici pe o placă de cupru pur. Acest strat va acționa ca un izolator între placa de cupru pur și placa de oxid și ar trebui să fie suficient de gros pentru a lăsa un spațiu mic pentru apa sărată. Din nou, nu tot cuprul este acoperit, așa că va fi mult cupru în contact cu apa.
Lipiți cu atenție placa de oxid pe acest strat. Vreți să apăsați suficient de tare pentru a vă asigura că lipiciul înconjoară orice goluri, dar nu atât de tare încât cele două plăci să se atingă.
Fotografia de mai jos arată partea din spate a panoului solar (partea care nu este orientată spre soare).
Fotografia de mai jos arată partea frontală a panoului solar (partea care va fi orientată spre soare).Rețineți că am adăugat adeziv suplimentar pentru a forma țeava deasupra, care să semene cu turnarea apei sărate.
Fotografia nu arată stratul suplimentar de adeziv în jurul perimetrului pentru a preveni scurgerea apei, dar trebuie să o faceți. Lăsați adezivul să se usuce înainte de a trece la pasul următor.
Apoi, folosiți un picurător mare pentru a adăuga apă sărată. Umpleți bateria aproape până în partea de sus a plăcii de cupru până când apa aproape curge afară. Apoi sigilați gaura cu o picătură de lipici și lăsați lipiciul să se usuce cel puțin o jumătate de oră.
În fotografia de mai sus puteți vedea panoul solar cu panou plat în acțiune în lumina puternică a soarelui. Oferă aproximativ 36 de microamperi. Puteți vedea, de asemenea, un șirag suplimentar de adeziv în jurul marginilor plăcilor și umple partea superioară a țevii.
În sfârșit, într-o altă fotografie există o umbră a autorului. Rețineți că ampermetrul arată acum aproximativ 4 microamperi, deoarece lumina soarelui nu strălucește pe el.
