Eine Solarbatterie ist ein Gerät zur Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität. Die Hochleistungssolarzellen, die Sie bei Radio Shack und anderen Geschäften kaufen können, werden aus speziell verarbeitetem Silizium hergestellt und erfordern riesige Fabriken, hohe Temperaturen, spezielle Reinigung und viel Geld.
Wenn wir bereit sind, Effizienz gegen die Möglichkeit einzutauschen, aus Baumarktmaterialien unsere eigenen Küchen-Solarmodule herzustellen, können wir in etwa einer Stunde ein funktionierendes Solarpanel vorführen.
Unsere Solarzelle besteht aus Kupferoxid statt aus Silizium. Kupferoxid ist eines der ersten Materialien, bei dem Wissenschaftler den photovoltaischen Effekt entdeckten, bei dem Licht den Stromfluss im Material bewirkt.
Überlegungen zur Erklärung des photoelektrischen Effekts führten Albert Einstein zum Nobelpreis für Physik und zur Relativitätstheorie.
Material.
1. Ein Kupferblech aus einem Baumarkt. Es kostet normalerweise etwa 150 Rubel. für 0,9 qm. Wir benötigen ca. 45 qm.
2. Zwei Krokodilklemmen.
3.Empfindliches Mikroamperemeter, das Intervalle zwischen 10 und 50 Mikroampere messen kann. Radio Shack verkauft kleine Multimeter mit LCD-Monitor. Sie können aber auch ein normales verwenden.
4. Elektroofen. Da mein Küchenherd ein Gasherd ist, habe ich mir für etwa 750 RUB einen kleinen Single-Coil-Elektroherd gekauft. Kleine 700-Watt-Brenner funktionieren wahrscheinlich nicht – es braucht mindestens 1100 Watt, bis der Brenner rot wird.
5. Plastikflasche mit abgeschnittenem Hals. Ich habe eine 2-Liter-Mineralwasserflasche verwendet.
6. Speisesalz. Wir brauchen ein paar Esslöffel.
7. Leitungswasser.
8. Schleifpapier oder Bohrer mit einem solchen Aufsatz (Schleifmittel)
9. Blech.
Herstellung.
Hier ist der Brenner.
Zuerst müssen Sie ein Stück Kupfer so abschneiden, dass es die Größe eines Elektroherds hat. Waschen Sie Ihre Hände, um keine fettigen oder anderen Flecken zu hinterlassen. Waschen Sie das Kupferblech außerdem mit einem Reinigungsmittel, um Fett oder andere Flecken zu entfernen. Verwenden Sie Schleifpapier oder eine Schleifbürste, um die Kupferschutzschicht vollständig zu entfernen, sodass etwaige Sulfide oder andere leichte Korrosion entfernt werden.
Legen Sie dann ein sauberes Kupferblech auf den Herd (Elektroherd) und schalten Sie ihn auf Maximum.
Das Kupfer beginnt sich zu erhitzen und zu oxidieren. Auf seiner Oberfläche werden Sie wunderschöne rot-orangefarbene Flecken sehen.
Wenn das Kupfer noch stärker erhitzt wird, werden die mehrfarbigen Flecken durch schwarzes Kupferoxid ersetzt.
Alle Farben verschwinden, wenn die Spirale bereits rot ist.
Wenn der Brenner glüht, wird das Kupferblech mit schwarzem Kupferoxid überzogen. Lassen Sie es noch eine halbe Stunde kochen, damit die schwarze Schicht dick wird. Dies ist wichtig, da sich eine dicke Beschichtung leicht ablöst, während eine dünne Beschichtung am Kupfer haften bleibt.
Nach einer halben Stunde Garzeit den Herd ausschalten. Lassen Sie das heiße Kupfer auf dem Brenner langsam abkühlen. Wenn Sie es zu schnell abkühlen, bleibt ein schwarzer Oxidfilm auf dem Kupfer haften.
Wenn Kupfer abkühlt, zieht es sich zusammen. Auch schwarzes Kupferoxid schrumpft. Allerdings schrumpfen sie unterschiedlich schnell, wodurch das schwarze Kupferoxid abplatzt.
Bald beginnen große Stücke abzufallen, es ist lustig zuzusehen))
Sobald das Kupfer auf Raumtemperatur abgekühlt ist (dies dauert etwa 20 Minuten), ist der größte Teil des schwarzen Oxidfilms verschwunden. Durch leichtes Schrubben mit den Händen unter fließendem Wasser werden die meisten kleinen Stücke entfernt. Versuchen Sie NICHT, hartnäckige Stellen zu entfernen und biegen Sie das Blech nicht – Sie könnten die dünne Kupferoxidschicht beschädigen, die genau das ist, was wir brauchen.
Der übrige Aufbau geht sehr schnell und einfach.
Schneiden Sie das zweite Kupferblech auf die gleiche Größe wie das erste (erhitzte) zu. Biegen Sie beide Teile VORSICHTIG so, dass sie in die Plastikflasche passen, ohne sich zu berühren.
Befestigen Sie Krokodilklemmen an beiden Platten. Verbinden Sie den Draht aus reinem Kupfer mit dem Pluspol und den Draht von der Oxidplatte mit dem Minuspol.
Mischen Sie nun ein paar Esslöffel Salz mit etwas heißem Leitungswasser. Rühren, bis sich das gesamte Salz aufgelöst hat. Gießen Sie die Mischung vorsichtig in die Flasche (wo sich die Teller befinden) und lassen Sie dabei etwa 2,5 cm Abstand zu den Rändern der Teller.
Auf dem Foto oben liegt die fertige Solarbatterie IM SCHATTEN, das Amperemeter zeigt etwa 6 Milliampere an. Aber auch im Dunkeln erzeugt diese Batterie mehrere Milliampere))
Dieses Foto zeigt die Batterie im Licht und das Amperemeter zeigt 34 Milliampere an, manchmal kann die Batterie 50 Milliampere oder sogar mehr liefern.
Wie es funktioniert?
Kupferoxid ist ein Halbleiter.Es ist ein Zwischenleiter, in dem Elektrizität frei fließen kann, und ein Isolator, in dem Elektronen fest an ihre Atome gebunden sind und nicht frei fließen können.
In einem Halbleiter gibt es eine Lücke, die sogenannte Bandlücke zwischen Elektronen, die fest an das Atom gebunden sind, und Elektronen, die weiter vom Atom entfernt sind, sich frei bewegen und Elektrizität leiten können.
Elektronen können nicht in der Bandlücke bleiben. Ein Elektron kann nur wenig Energie abgeben und vom Atomkern in die Bandlücke gelangen. Das Elektron muss genügend Energie gewinnen, um sich weiter vom Kern, außerhalb der Bandlücke, zu entfernen.
Ebenso kann ein Elektron außerhalb der Bandlücke nicht ein wenig Energie verlieren und nur ein wenig näher an den Kern heranfallen. Es muss genug Energie verlieren, um über die Bandlücke in den Bereich zu fallen, in dem Elektronen entweichen können.
Wenn Sonnenlicht auf Elektronen im Kupferoxid trifft, erhalten einige der Elektronen genug Energie vom Sonnenlicht, um die Bandlücke zu überwinden und frei zu werden, um Strom zu leiten.
Die freien Elektronen wandern in das Salzwasser, dann in die saubere Kupferplatte, in den Draht, durch das Amperemeter und zurück zur oxidierten Platte.
Wenn sich Elektronen durch das Amperemeter bewegen, sehen wir Arbeit (Ampere). Wenn ein Schatten auf ein Solarpanel fällt, bewegen sich die Elektronen langsamer und die Milliampere sind geringer.
Eine Anmerkung zum Thema Energie.
Die Batterie erzeugt 50 Milliampere bei 0,25 Volt.
Das sind 0,0000125 Watt (12,5 Mikrowatt).
Versuchen Sie nicht, eine Glühbirne anzuzünden))) Es würde mehrere Hektar Batterien erfordern, um ein Haus zu beleuchten. Unser Modell ist experimentell und kann als Lichtsensor verwendet werden.
0,0000125 Watt (12,5 Mikrowatt) für eine 0,01 Quadratmeter große Batterie oder 1,25 Milliwatt pro Quadratmeter.Um eine 100-Watt-Glühbirne zum Leuchten zu bringen, wären 80.000 Quadratmeter Kupferoxid für die sonnenbeschienene Seite und 80.000 Quadratmeter Kupfer für die dunkle Elektrode erforderlich. Um einen 1.000-Watt-Ofen zu betreiben, bräuchte man 800.000 Quadratmeter Kupferoxid und weitere 800.000 Quadratmeter reines Kupfer, also insgesamt 1.600.000 Quadratmeter. Wenn es auf dem Dach eines Hauses montiert würde, wäre jedes Haus 282 Meter lang und 282 Meter breit, wenn man alles berücksichtigt, wofür Strom benötigt wird, es gibt einen Ofen.
Es gibt 17.222.256,7 Quadratfuß in 1.600.000 Quadratfuß. Wenn Kupfer die Kosten bei 5 US-Dollar pro Quadratfuß decken würde, würde das Kupfer allein 86.110.283,50 US-Dollar kosten. Wenn man dies um ein Zehntel der Dicke macht, kann dies auf 8.611.028,35 $ reduziert werden. Da Sie in großen Mengen kaufen, könnten Sie es für die Hälfte, also etwa 4.300.000,00 $, bekommen.
Wenn Sie Silizium-Solarmodule verwenden würden, die 4 US-Dollar pro Watt kosten, könnten Sie denselben Ofen für 4.000,00 US-Dollar betreiben. Die Platten wären aber nur etwa 10 Quadratmeter groß.
Oder Sie können für etwa einen Dollar einen Solarofen aus Aluminiumfolie und Pappe bauen. Für etwa 20 US-Dollar können Sie einen sehr schönen parabolischen Solarkocher aus polierbarem Aluminium bauen.
Flache Solarzelle
Ich habe eine tragbarere Version des Solarpanels in flachem Design hergestellt. Ich habe eine durchsichtige CD-Hülle aus Kunststoff als Fenster und Silikonkleber verwendet, um die Teile zusammenzuhalten und voneinander zu isolieren.
Zuerst stellen wir wie im ersten Teil ein Oxid aus Kupfer her. Wir löten einen isolierten Kupferdraht an die Ecke der Oxidplatte, dies wird ein Minus (Minuspol) sein.
Die positive Platte ist ein U-förmiges Stück reines Kupfer, etwas größer als das Oxid (Sie werden es auf den Bildern unten verstehen))) Wir löten einen Draht an seine Ecke, diesmal ein Plus.
Zuerst kleben wir die Kupferplatte U auf das Kunststofffenster. Verwenden Sie reichlich Silikonkleber, damit das Salzwasser nicht durchsickert. Stellen Sie sicher, dass die Lötstelle entweder vollständig mit Kleber bedeckt ist oder sich wie auf dem Foto gezeigt außerhalb des U-Klebers befindet (besser ist, dass sie vollständig mit Kleber bedeckt ist).
Das Foto unten zeigt die Rückseite des Solarpanels (die Seite, die nicht der Sonne zugewandt ist).
Das Foto unten zeigt die Vorderseite des Solarpanels (die Seite, die der Sonne zugewandt ist). Beachten Sie, dass der Silikonkleber das Kupfer nicht vollständig bedeckt, da ein Teil des Kupfers letztendlich mit Salzwasser in Kontakt kommen muss.
Tragen Sie Kleber auf eine reine Kupferplatte auf. Diese Schicht dient als Isolator zwischen der reinen Kupferplatte und der Oxidplatte und sollte dick genug sein, um einen kleinen Raum für Salzwasser zu lassen. Auch hier ist nicht das gesamte Kupfer beschichtet, sodass viel Kupfer mit dem Wasser in Kontakt kommt.
Kleben Sie die Oxidplatte vorsichtig auf diese Schicht. Sie sollten fest genug drücken, um sicherzustellen, dass der Kleber alle Lücken umschließt, aber nicht so fest, dass sich die beiden Platten berühren.
Das Foto unten zeigt die Rückseite des Solarpanels (die Seite, die nicht der Sonne zugewandt ist).
Das Foto unten zeigt die Vorderseite des Solarpanels (die Seite, die der Sonne zugewandt ist).Beachten Sie, dass ich zusätzlichen Kleber hinzugefügt habe, um das Rohr oben so zu formen, dass es dem Gießen von Salzwasser ähnelt.
Das Foto zeigt nicht die zusätzliche Klebeschicht um den Umfang herum, um das Eindringen von Wasser zu verhindern, aber Sie müssen es tun. Lassen Sie den Kleber trocknen, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.
Geben Sie anschließend mit einer großen Pipette Salzwasser hinzu. Füllen Sie die Batterie fast bis zum oberen Rand der Kupferplatte, bis das Wasser fast herausfließt. Anschließend das Loch mit einem Tropfen Kleber verschließen und den Kleber mindestens eine halbe Stunde trocknen lassen.
Auf dem Foto oben sehen Sie das Flachpanel-Solarmodul in Aktion bei hellem Sonnenlicht. Es ergibt etwa 36 Mikroampere. Sie können auch eine zusätzliche Kleberaupe an den Rändern der Platten erkennen, die die Oberseite des Rohrs ausfüllt.
Schließlich ist auf einem anderen Foto ein Schatten des Autors zu sehen. Beachten Sie, dass das Amperemeter jetzt etwa 4 Mikroampere anzeigt, da kein Sonnenlicht darauf scheint.
