Bateria słoneczna to urządzenie służące do zamiany energii słonecznej na energię elektryczną. Wysokowydajne ogniwa słoneczne, które można kupić w Radio Shack i innych sklepach, są wykonane ze specjalnie przetworzonego krzemu i wymagają ogromnych fabryk, wysokich temperatur, specjalnego czyszczenia i dużo pieniędzy.
Jeśli jesteśmy skłonni zamienić wydajność na możliwość wykonania własnych paneli słonecznych w kuchni przy użyciu materiałów dostępnych w sklepie z narzędziami, możemy zademonstrować działający panel słoneczny w ciągu około godziny.
Nasze ogniwo słoneczne jest wykonane z tlenku miedzi zamiast krzemu. Tlenek miedzi to jeden z pierwszych materiałów, w którym naukowcy odkryli efekt fotowoltaiczny, podczas którego światło powoduje przepływ prądu w materiale.
Myśli o wyjaśnieniu efektu fotoelektrycznego doprowadziły Alberta Einsteina do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki i teorii względności.
Materiały.
1. Arkusz miedzi ze sklepu z narzędziami. Zwykle kosztuje około 150 rubli. na 0,9 m2. Potrzebujemy około 45 cm2.
2. Dwa zaciski krokodylkowe.
3.Czuły mikroamperomierz, który może mierzyć przedziały od 10 do 50 mikroamperów. Radio Shack sprzedaje małe multimetry z monitorem LCD, ale możesz użyć zwykłego.
4. Piekarnik elektryczny. Moja kuchnia jest kuchenką gazową, więc kupiłem małą jednocewkową kuchenkę elektryczną za około 750 rubli. Małe palniki o mocy 700 W prawdopodobnie nie będą działać - potrzeba co najmniej 1100 watów, aby palnik zmienił kolor na czerwony.
5. Plastikowa butelka z odciętą szyjką. Użyłem 2-litrowej butelki po wodzie mineralnej.
6. Sól kuchenna. Będziemy potrzebować kilku łyżek stołowych.
7. Woda z kranu.
8. Papier ścierny lub wiertarka z taką nasadką (ścierną)
9. Blacha.
Produkcja.
Oto palnik.
Najpierw musisz odciąć kawałek miedzi, aby miał wielkość kuchenki elektrycznej. Umyj ręce, aby nie pozostawić tłustych lub innych plam. Umyj także blachę miedzianą detergentem, aby usunąć tłuszcz lub inne plamy. Użyj papieru ściernego lub szczotki ściernej, aby całkowicie usunąć miedzianą powłokę ochronną, aby usunąć wszelkie siarczki lub inną lekką korozję.
Następnie połóż czystą blachę miedzianą na kuchence (elektrycznej) i włącz ją na maksimum.
Miedź zacznie się nagrzewać i utleniać, na jej powierzchni pojawią się piękne czerwono-pomarańczowe plamy.
Gdy miedź nagrzeje się jeszcze bardziej, wielobarwne plamy zaczną zastępować czarny tlenek miedzi.
Wszystkie kolory znikają, gdy spirala jest już czerwona.
Gdy palnik się rozpali, blacha miedziana zostanie pokryta czarnym tlenkiem miedzi. Gotuj przez kolejne pół godziny, aby czarna powłoka była gęsta. Jest to ważne, ponieważ gruba powłoka łatwo się odklei, a cienka powłoka pozostanie przyklejona do miedzi.
Po pół godzinie gotowania wyłącz palnik. Pozostaw gorącą miedź na palniku, aby powoli ostygła. Jeśli zbyt szybko ostygniesz, do miedzi przyklei się warstwa czarnego tlenku.
Gdy miedź się ochładza, kurczy się. Czarny tlenek miedzi również kurczy się. Kurczą się jednak w różnym tempie, co powoduje łuszczenie się czarnego tlenku miedzi.
Wkrótce zaczną odpadać duże kawałki, zabawnie jest to oglądać))
Gdy miedź ostygnie do temperatury pokojowej (zajmuje to około 20 minut), większość warstwy czarnego tlenku zniknie. Lekkie szorowanie rękami pod bieżącą wodą usunie większość małych kawałków. NIE próbuj usuwać uporczywych plam i nie wyginaj blachy – możesz uszkodzić cienką warstwę tlenku miedzi, a właśnie tego nam potrzeba.
Pozostała część montażu jest bardzo szybka i łatwa.
Drugi arkusz miedzi przytnij do tego samego rozmiaru co pierwszy (podgrzany) i OSTROŻNIE zagnij obie części tak, aby zmieściły się w plastikowej butelce bez dotykania się.
Przymocuj zaciski krokodylkowe do obu płytek. Podłącz drut z czystej miedzi do plusa, a drut z płytki tlenkowej do minusa.
Teraz wymieszaj kilka łyżek soli w niewielkiej ilości gorącej wody z kranu. Mieszaj, aż cała sól się rozpuści. Ostrożnie wlej mieszaninę do butelki (w miejscu, w którym znajdują się talerze), pozostawiając około 2,5 cm od krawędzi talerzy.
Na powyższym zdjęciu gotowa bateria słoneczna jest W CIENIU, amperomierz pokazuje około 6 miliamperów, ale nawet w ciemności ta bateria będzie wytwarzać kilka miliamperów))
To zdjęcie pokazuje baterię w świetle, a amperomierz pokazuje 34 miliampery, czasami bateria może dać 50 miliamperów, a nawet więcej.
Jak to działa?
Tlenek miedzi jest półprzewodnikiem.Jest przewodnikiem pośrednim, w którym prąd może swobodnie przepływać, oraz izolatorem, w którym elektrony są ściśle związane ze swoimi atomami i nie przepływają swobodnie.
W półprzewodniku pomiędzy elektronami ściśle związanymi z atomem a elektronami znajdującymi się dalej od atomu, które mogą się swobodnie poruszać i przewodzić prąd, występuje przerwa zwana pasmem wzbronionym.
Elektrony nie mogą pozostać w pasmie wzbronionym. Elektron może oddać tylko niewielką ilość energii i przejść z jądra atomu do pasma wzbronionego. Elektron musi zyskać wystarczającą energię, aby oddalić się od jądra, poza pasmem wzbronionym.
Podobnie elektron poza pasmem wzbronionym nie może stracić trochę energii i jedynie spaść nieco bliżej jądra. Musi stracić wystarczającą ilość energii, aby spaść poza pasmo wzbronione do obszaru, w którym elektrony mogą uciec.
Kiedy światło słoneczne uderza w elektrony w tlenku miedzi, część elektronów otrzymuje ze światła słonecznego wystarczającą ilość energii, aby przeskoczyć pasmo wzbronione i swobodnie przewodzić prąd.
Wolne elektrony przedostają się do słonej wody, następnie do czystej miedzianej płytki, do drutu, przez amperomierz i z powrotem do utlenionej płytki.
Gdy elektrony przemieszczają się przez amperomierz, widzimy pracę (ampery). Kiedy cień pada na panel słoneczny, elektrony poruszają się wolniej, a natężenie prądu w miliamperach jest niższe.
Uwaga na temat energii.
Bateria wytwarza 50 miliamperów przy napięciu 0,25 wolta.
To jest 0,0000125 wata (12,5 mikrowata).
Nie próbuj zapalać żarówki))) do oświetlenia domu potrzeba akrów baterii. Nasz model jest eksperymentalny i może być używany jako czujnik światła.
0,0000125 wata (12,5 mikrowata) dla akumulatora o powierzchni 0,01 metra kwadratowego lub 1,25 miliwata na metr kwadratowy.Aby oświetlić 100-watową żarówkę, potrzeba 80 000 metrów kwadratowych tlenku miedzi po stronie nasłonecznionej i 80 000 metrów kwadratowych miedzi po stronie ciemnej. Aby uruchomić piec o mocy 1000 W, potrzeba 800 000 metrów kwadratowych tlenku miedzi i kolejnych 800 000 metrów kwadratowych zwykłej miedzi, czyli łącznie 1 600 000 metrów kwadratowych. Gdyby zamontować go na dachu domu, każdy dom miałby 282 metry długości i 282 metry szerokości, biorąc pod uwagę, że do wszystkiego potrzebny był im prąd, był jeden piec.
W 1 600 000 stóp kwadratowych przypada 17 222 256,7 stóp kwadratowych. Gdyby miedź pokrywała koszty na poziomie 5 dolarów za stopę kwadratową, sama miedź kosztowałaby 86 110 283,50 dolarów. Wykonanie tej jednej dziesiątej grubości może zmniejszyć tę kwotę do 8 611 028,35 USD. Ponieważ kupujesz hurtowo, możesz kupić go za połowę tej kwoty, czyli około 4 300 000,00 USD.
Jeśli użyłbyś krzemowych paneli słonecznych kosztujących 4 dolary za wat, mógłbyś uruchomić ten sam piec za 4000 dolarów. Ale panele miałyby tylko około 10 metrów kwadratowych.
Lub za około dolara można zbudować piekarnik solarny z folii aluminiowej i kartonu. Za około 20 dolarów można zbudować bardzo ładną, paraboliczną kuchenkę solarną z polerowanego aluminium.
Płaskie ogniwo słoneczne
Zrobiłem bardziej przenośną wersję panelu słonecznego w płaskiej konstrukcji. Użyłem przezroczystej plastikowej okładki płyty CD jako okienka i kleju silikonowego, aby połączyć elementy razem i odizolować je od siebie.
Najpierw wykonujemy tlenek z miedzi, tak jak w pierwszej części, lutujemy izolowany drut miedziany do rogu płytki tlenkowej, będzie to minus (biegun ujemny).
Płytka dodatnia to kawałek czystej miedzi w kształcie litery U, nieco większy niż tlenkowy (zrozumiesz, jak na zdjęciach poniżej))) przylutowujemy drut do jego narożnika, tym razem na plus.
Najpierw przyklejamy miedzianą płytkę U do plastikowego okna. Użyj dużej ilości kleju silikonowego, aby słona woda nie przedostawała się przez nie. Upewnij się, że złącze lutowane jest albo całkowicie pokryte klejem, albo poza klejem U, jak pokazano na zdjęciu (lepiej całkowicie pokryte klejem).
Zdjęcie poniżej pokazuje tylną stronę panelu słonecznego (stronę nie skierowaną w stronę słońca).
Zdjęcie poniżej pokazuje przednią stronę panelu słonecznego (stronę zwróconą w stronę słońca). Należy pamiętać, że klej silikonowy nie pokrywa całkowicie miedzi, ponieważ część miedzi musi ostatecznie mieć kontakt ze słoną wodą.
Nałóż klej na płytkę z czystej miedzi. Warstwa ta będzie działać jako izolator pomiędzy płytką z czystej miedzi a płytką tlenkową i powinna być wystarczająco gruba, aby pozostawić niewielką przestrzeń dla słonej wody. Ponownie, nie cała miedź jest pokryta, więc dużo miedzi będzie miało kontakt z wodą.
Ostrożnie przyklej płytkę tlenkową do tej warstwy. Chcesz docisnąć wystarczająco mocno, aby mieć pewność, że klej otoczy wszelkie szczeliny, ale nie tak mocno, aby obie płytki się stykały.
Zdjęcie poniżej pokazuje tylną stronę panelu słonecznego (stronę nie skierowaną w stronę słońca).
Zdjęcie poniżej pokazuje przednią stronę panelu słonecznego (stronę zwróconą w stronę słońca).Zauważ, że dodałem dodatkowy klej, aby uformować rurę na górze, aby przypominała wylewanie słonej wody.
Na zdjęciu nie widać dodatkowego pokrycia klejem po obwodzie, aby zapobiec przedostawaniu się wody, ale trzeba to zrobić. Przed przejściem do następnego kroku poczekaj, aż klej wyschnie.
Następnie za pomocą dużego zakraplacza dodaj słoną wodę. Napełnij akumulator prawie do górnej krawędzi miedzianej płytki, aż woda prawie wypłynie. Następnie zaklej otwór kroplą kleju i pozostaw klej do wyschnięcia na co najmniej pół godziny.
Na powyższym zdjęciu widać płaski panel słoneczny w akcji w jasnym świetle słonecznym. Daje około 36 mikroamperów. Widać też dodatkową kropelkę kleju wokół krawędzi płytek i wypełnienie górnej części rury.
Wreszcie na innym zdjęciu widać cień autora. Należy zauważyć, że amperomierz wskazuje teraz około 4 mikroamperów, ponieważ nie świeci na niego żadne światło słoneczne.
