Una bateria solar és un dispositiu per convertir l'energia solar en electricitat. Les cèl·lules solars d'alt rendiment que pots comprar a Radio Shack i altres botigues estan fetes de silici especialment processat i requereixen grans fàbriques, altes temperatures, neteja especial i molts diners.
Si estem disposats a canviar l'eficiència per la capacitat de fabricar els nostres propis panells solars de cuina amb materials de ferreteria, podem demostrar un panell solar que funciona en aproximadament una hora.
La nostra cèl·lula solar està feta d'òxid de coure en lloc de silici. L'òxid de coure és un dels primers materials en què els científics van descobrir l'efecte fotovoltaic, en què la llum fa que l'electricitat flueixi al material.
Les reflexions sobre com explicar l'efecte fotoelèctric són les que van portar Albert Einstein al Premi Nobel de Física i a la teoria de la relativitat.
Materials.
1. Una làmina de coure d'una ferreteria. Normalment costa uns 150 rubles. per 0,9 metres quadrats Necessitem aproximadament 45 cm quadrats.
2. Dues pinces de cocodril.
3.Microamperímetre sensible que pot mesurar intervals entre 10 i 50 microamperes. Radio Shack ven petits multímetres amb un monitor LCD, però podeu utilitzar-ne un de normal.
4. Forn elèctric. La meva cuina de cuina és una estufa de gas, així que vaig comprar una petita estufa elèctrica d'una sola bobina per uns 750 RUB. Els cremadors petits de 700 watts probablement no funcionaran: calen almenys 1100 watts perquè el cremador es torni vermell.
5. Ampolla de plàstic amb el coll tallat. Vaig utilitzar una ampolla d'aigua mineral de 2 litres.
6. Sal de taula. Necessitarem un parell de cullerades.
7. Aigua de l'aixeta.
8. Paper de vidre o trepant amb aquest accessori (abrasiu)
9. Xapa.
Fabricació.
Aquí teniu el cremador.
Primer cal tallar un tros de coure perquè tingui la mida d'una estufa elèctrica. Rentar-se les mans per no deixar taques de greix o altres. Renteu també la làmina de coure amb detergent per eliminar qualsevol greix o altres taques.Utilitzeu paper de vidre o un raspall abrasiu per eliminar completament el recobriment protector de coure de manera que s'elimini qualsevol sulfur o qualsevol altra corrosió lleugera.
A continuació, col·loqueu una làmina de coure neta a l'estufa (elèctrica) i engegueu-la al màxim.
El coure començarà a escalfar-se i oxidar-se, veureu boniques taques de color vermell-taronja a la seva superfície.
Quan el coure s'escalfi encara més, les taques multicolors començaran a ser substituïdes per òxid de coure negre.
Tots els colors desapareixen quan l'espiral ja és vermella.
Quan el cremador brilla, la làmina de coure estarà recoberta d'òxid de coure negre. Deixeu-ho coure mitja hora més perquè la capa negra quedi espessa. Això és important perquè un recobriment gruixut es pelarà fàcilment, mentre que un recobriment prim romandrà enganxat al coure.
Després de mitja hora de cocció, apagueu el cremador. Deixeu que el coure calent al cremador es refredi lentament. Si el refredeu massa ràpidament, una pel·lícula d'òxid negre s'enganxarà al coure.
Quan el coure es refreda, es contrau. L'òxid de coure negre també es redueix. Però es redueixen a diferents ritmes, cosa que fa que l'òxid de coure negre s'escampi.
Aviat començaran a caure peces grans, és divertit veure-ho))
Un cop el coure s'hagi refredat a temperatura ambient (això triga uns 20 minuts), la major part de la pel·lícula d'òxid negre desapareixerà. Un lleuger fregat amb les mans sota aigua corrent eliminarà la majoria dels trossos petits. NO intenteu eliminar les taques tossudes i no doblegueu la làmina: podeu danyar la fina capa d'òxid de coure, que és exactament el que necessitem.
La resta del muntatge és molt ràpid i fàcil.
Talleu la segona làmina de coure a la mateixa mida que la primera (escalfada), doblegueu amb cura les dues parts perquè encaixin a l'ampolla de plàstic sense tocar-se.
Col·loqueu pinces de cocodril a les dues plaques. Connecteu el cable del coure pur al positiu i el cable de la placa d'òxid al negatiu.
Ara barregeu un parell de cullerades de sal amb una mica d'aigua calenta de l'aixeta. Remeneu fins que s'hagi dissolt tota la sal. Aboqueu amb cura la barreja a l'ampolla (on hi ha els plats), deixant uns 2,5 cm de les vores dels plats.
A la foto de dalt, la bateria solar acabada es troba A L'OMBRA, l'amperímetre mostra aproximadament 6 mil·liampères. Però fins i tot a la foscor, aquesta bateria produirà diversos mil·liampères))
Aquesta foto mostra la bateria a la llum, i l'amperímetre mostra 34 mil·liampères, de vegades la bateria pot donar 50 mil·liampères, o fins i tot més.
Com funciona?
L'òxid de coure és un semiconductor.És un conductor intermedi, on l'electricitat pot fluir lliurement, i un aïllant, on els electrons estan estretament lligats als seus àtoms i no flueixen lliurement.
En un semiconductor, hi ha un buit anomenat bandgap entre els electrons que estan estretament lligats a l'àtom i els electrons més allunyats de l'àtom, que poden moure's lliurement i conduir l'electricitat.
Els electrons no poden romandre a la banda buida. Un electró només pot donar una mica d'energia i moure's des del nucli d'un àtom cap a la banda buida. L'electró ha d'obtenir prou energia per allunyar-se del nucli, fora de la banda buida.
De la mateixa manera, un electró fora del bandgap no pot perdre una mica d'energia i només cau una mica més a prop del nucli. Ha de perdre prou energia per caure més enllà del buit de banda a la regió on els electrons poden escapar.
Quan la llum solar incideix contra els electrons de l'òxid de coure, alguns dels electrons reben prou energia de la llum solar per saltar més enllà de la bretxa de banda i ser lliures per conduir l'electricitat.
Els electrons lliures es mouen a l'aigua salada, després a la placa de coure neta, al cable, a través de l'amperímetre i de nou a la placa oxidada.
A mesura que els electrons es mouen a través de l'amperímetre, veiem treball (amperes). Quan una ombra cau sobre un panell solar, els electrons es mouen més lentament i els mil·liampers són més baixos.
Una nota sobre l'energia.
La bateria produeix 50 miliamperis a 0,25 volts.
Això és 0,0000125 watts (12,5 microwatts).
No intenteu encendre una bombeta))) es necessitarien hectàrees de piles per il·luminar una casa. El nostre model és experimental i es pot utilitzar com a sensor de llum.
0,0000125 watts (12,5 microwatts) per a una bateria de 0,01 metres quadrats, o 1,25 mil·liwatts per metre quadrat.Per il·luminar una bombeta de 100 watts, caldrien 80.000 metres quadrats d'òxid de coure per al costat il·luminat pel sol i 80.000 metres quadrats de coure per a l'elèctrode fosc. Per fer funcionar un forn de 1.000 watts, necessitaríeu 800.000 metres quadrats d'òxid de coure i 800.000 metres quadrats més de coure normal, o 1.600.000 metres quadrats tots junts. Si s'hagués de muntar al terrat d'una casa, cada casa faria 282 metres de llargada i 282 metres d'amplada, tenint en compte tot el que necessitaven l'electricitat, hi havia una sola estufa.
Hi ha 17.222.256,7 peus quadrats en 1.600.000 peus quadrats. Si el coure cobria els costos de 5 dòlars per peu quadrat, només el coure costaria 86.110.283,50 dòlars. Fent això una dècima part del gruix es pot reduir a 8.611.028,35 dòlars. Com que esteu comprant a granel, el podríeu obtenir per la meitat, o uns 4.300.000,00 dòlars.
Si utilitzeu panells solars de silici que costen 4 dòlars per watt, podríeu fer funcionar el mateix forn per 4.000,00 dòlars. Però els panells només serien uns 10 metres quadrats.
O per aproximadament un dòlar, podeu construir un forn solar amb paper d'alumini i cartró. Per uns 20 dòlars podeu construir una cuina solar parabòlica d'alumini polible molt agradable.
Cèl·lula solar plana
Vaig fer una versió més portàtil del panell solar amb un disseny pla. Vaig utilitzar una coberta de CD de plàstic transparent com a finestra i cola de silicona per mantenir les peces juntes i aïllar-les les unes de les altres.
Primer, fem un òxid de coure, com a la primera part. Soldem un cable de coure aïllat a la cantonada de la placa d'òxid, aquest serà un menys (pol negatiu).
La placa positiva és una peça de coure pur en forma d'U, una mica més gran que la d'òxid (entendreu com a les imatges següents))) soldem un cable a la seva cantonada, aquesta vegada un avantatge.
Primer enganxem la placa de coure U a la finestra de plàstic. Utilitzeu molta cola de silicona perquè l'aigua salada no es filtri. Assegureu-vos que la junta de soldadura estigui completament coberta amb cola o fora de la cola en U tal com es mostra a la foto (més millor és coberta completament amb cola).
La foto següent mostra la part posterior del panell solar (el costat que no mira cap al sol).
La foto següent mostra la part frontal del panell solar (el costat que mirarà al sol). Tingueu en compte que la cola de silicona no cobreix completament el coure, ja que una part del coure finalment ha d'estar en contacte amb l'aigua salada.
Apliqueu cola a una placa de coure pur. Aquesta capa actuarà com a aïllant entre la placa de coure pur i la placa d'òxid, i ha de ser prou gruixuda per deixar un petit espai per a l'aigua salada. De nou, no tot el coure està recobert, de manera que hi haurà molt coure en contacte amb l'aigua.
Enganxeu amb cura la placa d'òxid a aquesta capa. Voleu pressionar amb prou força per assegurar-vos que la cola envolta qualsevol buit, però no tan fort que les dues plaques es toquin.
La foto següent mostra la part posterior del panell solar (el costat que no mira cap al sol).
La foto següent mostra la part frontal del panell solar (el costat que mirarà al sol).Tingueu en compte que he afegit cola addicional per formar la canonada a la part superior per semblar-se a aigua salada.
La foto no mostra el recobriment addicional de cola al voltant del perímetre per evitar que s'hi entri aigua, però ho heu de fer. Deixeu assecar la cola abans de passar al següent pas.
A continuació, utilitzeu un comptagotes gran per afegir aigua salada. Ompliu la bateria gairebé fins a la part superior de la placa de coure fins que l'aigua gairebé surti. A continuació, tanqueu el forat amb una gota de cola i deixeu que la cola s'assequi durant almenys mitja hora.
A la foto de dalt podeu veure el panell solar pla en acció a la llum del sol. Proporciona aproximadament 36 microamperes. També podeu veure un cordó addicional de cola al voltant de les vores de les plaques i omplint la part superior de la canonada.
Finalment, en una altra foto hi ha una ombra de l'autor. Tingueu en compte que l'amperímetre ara llegeix aproximadament 4 microamperes ja que no hi ha llum solar.
