Solbatteriet er en enhed til at konvertere solens energi til elektricitet. De højtydende solcellepaneler, som du kan købe hos Radio Shack og andre butikker er lavet af specielt behandlet silicium og kræver enorme fabrikker, høje temperaturer, særlig rengøring og masser af penge.
Hvis vi ønsker at ofre effektivitet for evnen til at fremstille vores egne solcellepaneler i køkkenet fra materialer fra en jernvarehandel, kan vi demonstrere et fungerende solcellepanel på cirka en time.
Vores solpanel er lavet af kobberoxid i stedet for silicium. Kobberoxid er et af de første materialer, hvor forskere opdagede den fotoelektriske virkning, hvor lys får strøm til at strømme i materialet.
Tanker om, hvordan man forklarer den fotoelektriske virkning, er det, der førte Albert Einstein til Nobelprisen i fysik og til relativitetsteorien.
Materialer.
1. Et ark kobber fra en hardwarebutik. Det koster normalt omkring 150 rubler. for 0,9 kvadratmeter. Vi har brug for cirka 45 kvadratmeter.
2. To krokodilleklip.
3. En følsom mikroammeter, som kan måle afstandene mellem 10 og 50 mikroampe. Radio Shack sælger små multimetre med LCD-skærme, men du kan bruge den sædvanlige.
4. Elektrisk ovn. Min køkken komfur er gas, så jeg købte en lille elektrisk komfur med en spiral til ca. 750 rubler. Små 700 watt brændere fungerer sandsynligvis ikke - du har brug for mindst 1100 watt for at brænderen bliver rød.
5. Plastflaske med en afskåret hals. Jeg brugte en 2 liters flaske mineralvand.
6. Bordsalt. Vi har brug for et par spiseskefulde.
7. Vand fra hanen.
8. Slibepapir eller bor med en sådan dyse (slibemiddel)
9. Plader.
Produktion.
Her er brænderen.
Først skal du afskære et stykke kobber, så det er på størrelse med en elektrisk komfur. Vask hænderne for at undgå fedtede eller andre pletter. Vask også kobberpladen med vaskemidlet for at vaske fedt eller andre pletter. Brug sandpapir eller en slibebørste til at fjerne kobberbeskyttelsesbelægningen helt, så sulfid eller anden let korrosion fjernes.
Sæt derefter et rent kobberplade på flisen (elektrisk) og tænd den maksimalt.
Kobber vil begynde at varme op og oxidere, du vil se smukke rød-orange pletter på dens overflade.
Når kobberet opvarmes endnu mere, erstattes de flerfarvede pletter med sort kobberoxid.
Alle farver forsvinder, når spiralen allerede er rød.
Når brænderen brænder, overtrækkes kobberpladen med sort kobberoxid. Lad det koge en anden halv time, så den sorte belægning bliver tyk. Dette er vigtigt, da en tyk belægning let aftager, mens en tynd belægning forbliver klæbet til kobber.
Efter en halv times tilberedning skal du slukke for brænderen. Lad varmt kobber på brænderen afkøles langsomt. Hvis du afkøler den for hurtigt, klæber den sorte oxidfilm sig til kobberet.
Når kobber afkøles, trækkes det sammen. Sort kobberoxid krymper også. Men de komprimeres i forskellige hastigheder, hvilket får sort kobberoxid til at eksfolieres.
Snart falder store stykker af, det er sjovt at se))
Når kobberet er afkølet til stuetemperatur (dette tager ca. 20 minutter), forsvinder det meste af sortoxidfilmen. Nem rengøring med hænderne under rindende vand fjerner de fleste af de små stykker.PASS IKKE på at skrælle stædig pletter og bøj ikke arket - du kan beskadige et tyndt lag kobberoxid, men vi har bare brug for det
Resten af samlingen er meget hurtig og nem.
Klip det andet ark kobber til størrelsen på det første (opvarmet). Bøj begge dele forsigtigt, så de passer ind i plastflasken uden at røre ved hinanden.
Fastgør krokodillerne på begge plader. Forbind ledningen fra rent kobber til plus, og ledningen fra pladen med oxid til minus.
Bland nu et par spiseskefulde salt i lidt varmt ledningsvand. Rør, indtil alt saltet er opløst. Hæld forsigtigt blandingen i flasken (hvor pladerne er), hvorefter det ligger ca. 2,5 cm fra pladernes kanter.
På billedet ovenfor, det færdige solbatteri I SHADOW, viser ampeteret cirka 6 milliamp. Men selv i mørke giver dette batteri flere milliamp))
Dette foto viser batteriet i lyset, og amperet viser 34 milliampe, nogle gange kan batteriet give 50 milliampere, eller endnu mere.
Hvordan fungerer det?
Kobberoxid er en halvleder. Det er en mellemleder, hvor elektricitet kan flyde frit og en isolator, hvor elektroner er stærkt bundet til deres atomer og ikke flyder frit.
Der er et hul i halvlederen, der kaldes båndafstanden mellem elektroner, der er stærkt bundet til atomet og elektroner, der er længere væk fra atomet, som kan bevæge sig frit og lede elektricitet.
Elektroner kan ikke forblive i den forbudte zone. Et elektron kan kun give lidt energi og bevæge sig fra atomkernen til båndgabet. Elektronen skal modtage nok energi til at bevæge sig længere fra kernen uden for den forbudte zone.
Tilsvarende kan en elektron uden for båndspalten ikke miste lidt energi og falde kun lidt tættere på kernen. Dette skulle miste nok energi til at falde forbi den forbudte zone i det område, hvor elektronerne kan.
Når sollys rammer elektroner i kobberoxid, modtager nogle af elektronerne nok energi fra sollys til at hoppe forbi den forbudte zone og blive fri til at lede elektricitet.
Frie elektroner bevæger sig i saltvand, derefter ind i en ren kobberplade, i en ledning, gennem et ammeter og tilbage til den oxiderede plade.
Når elektronerne bevæger sig gennem ammeteret, ser vi arbejdet (ampere). Når skyggen falder på solbatteriet, bevæger elektronerne sig langsommere, og milliamperen er mindre.
En note om energi.
Batteriet producerer 50 milliampere ved 0,25 volt.
Dette er 0,0000125 watt (12,5 mikrowatt).
Forsøg ikke at tænde pæren))) du har brug for acres af batterier for at lyse huset. Vores model er eksperimentel og kan bruges som en lyssensor.
0,0000125 watt (12,5 mikrowatt) for et 0,01 kvadratmeter batteri eller 1,25 milliwatt pr. Kvadratmeter. For at belyse en 100-watts pære ville det tage 80.000 kvadratmeter kobberoxid til den sollys side og 80.000 kvadratmeter kobber til den mørke elektrode. For at kontrollere en 1.000-watt ovn, har du brug for 800.000 kvadratmeter kobberoxid og yderligere 800.000 kvadratmeter almindeligt kobber eller 1.600.000 kvadratmeter alt sammen. Hvis det skulle fastgøres på husets tag, ville hvert hus være 282 meter langt og 282 meter bredt og acceptere alt, hvad de havde brug for elektricitet til, der var en komfur.
Ved 1.600.000 kvadratmeter er der 17.222.256,7 kvadratmeter. Hvis kobberbelægning koster $ 5 pr. Kvadratfod, ville kobber alene koste 86.110.283,50 $. Ved at gøre dette kan en tiendedel af tykkelsen sænke den til $ 8.611.028,35. Da du køber i bulk, kan du få det til halvdelen af dette, eller cirka $ 4.300.000,00.
Hvis du brugte solcellepaneler, der koster $ 4 pr. Watt, kunne du køre den samme ovn for $ 4.000,00. Men grupperne ville kun være omkring 10 kvadratmeter.
Eller for omkring en dollar kan du bygge en solovn af aluminiumsfolie og pap. For cirka $ 20 kan du bygge en meget flot parabolsk aluminiumskomfur.
Fladt solbatteri
Jeg lavede en mere bærbar version af solcellepanelet i en flad form.Jeg brugte det transparente plastikdæksel på CD-dækslet som et vindue og silikonelim (du kan bruge almindeligt fugemasse) til at fastgøre delene sammen og isolere dem fra hinanden.
Først fremstiller vi kobberoxidet som i den første del. Vi lodder en isoleret kobbertråd til hjørnet af oxidpladen, dette vil være en minus (negativ pol).
Den positive plade er et U-formet skåret stykke rent kobber, der er lidt større end oxid i størrelse (videre på billederne vil du forstå, hvordan))) vi lodder en tråd til hjørnet, denne gang plus.
Først limes kobberpladen U til plastvinduet. Brug meget silikonelim, så saltvand ikke lækker ud. Sørg for at loddeforbindelsen enten er helt dækket med lim eller uden for U-lim, som vist på billedet (fuldt belagt med lim er bedre).
Billedet herunder viser bagsiden af solcellepanelet (den side, der ikke vender mod solen).
Billedet herunder viser solpanelets forside (den side, der vender mod solen). Bemærk, at silikonelim ikke helt dækker kobber, da en del af kobberet i sidste ende skal være i kontakt med saltvand.
Vi limer en plade af rent kobber med lim. Dette lag fungerer som en isolator mellem den rene kobberplade og oxidpladen og skal være tyk nok til at efterlade en lille plads til saltvand. Igen er ikke alt kobber belagt, så der vil være meget kobber i kontakt med vand.
Lim oxidpladen forsigtigt på dette lag. Du skal trykke hårdt nok for at sikre, at limen omgiver nogen huller, men ikke så meget, at de to plader rører hinanden.
Billedet herunder viser bagsiden af solcellepanelet (den side, der ikke vender mod solen).
Billedet herunder viser forsiden af solcellepanelet (den side, der vender mod solen). Bemærk, at jeg tilføjede ekstra lim for at danne et rør ovenpå, så det er som at hælde saltvand.
Billedet viser ikke yderligere limning omkring omkredsen, så vandet overhovedet ikke kunne lække, men du skal gøre det. Lad limen tørre, inden du går videre til næste trin.
Brug derefter en stor dråber til at tilsætte saltvand. Fyld batteriet næsten til toppen af kobberpladen, så vandet næsten spildes ud. Forsegl derefter hullet med en dråbe lim, og lad limen tørre i mindst en halv time.
På billedet ovenfor kan du se et fladt solcellepanel i aktion i lyst solskin. Det giver cirka 36 mikroampler. Du kan også se en ekstra limperle omkring pladernes kanter og udfyldningen af toppen af røret.
Endelig, på et andet foto, forfatterens skygge. Bemærk, at ammeteret nu viser cirka 4 mikroampe, da der ikke falder noget sollys på det.
Kilde:
