Solarna baterija je uređaj za pretvaranje sunčeve energije u električnu. Solarne ćelije visokih performansi koje možete kupiti u Radio Shacku i drugim trgovinama izrađene su od posebno obrađenog silicija i zahtijevaju ogromne tvornice, visoke temperature, posebno čišćenje i mnogo novca.
Ako smo voljni zamijeniti učinkovitost za mogućnost izrade vlastite kuhinjske solarne ploče koristeći materijale iz trgovine hardverom, možemo pokazati radnu solarnu ploču za oko sat vremena.
Naša solarna ćelija napravljena je od bakrenog oksida umjesto od silicija. Bakreni oksid je jedan od prvih materijala u kojem su znanstvenici otkrili fotonaponski efekt, u kojem svjetlost uzrokuje protok struje u materijalu.
Razmišljanja o tome kako objasniti fotoelektrični efekt ono je što je dovelo Alberta Einsteina do Nobelove nagrade za fiziku i do teorije relativnosti.
Materijali.
1. List bakra iz željezarije. Obično košta oko 150 rubalja. za 0,9 m2 Potrebno nam je otprilike 45 m2.
2. Dvije aligator kopče.
3.Osjetljivi mikroampermetar koji može mjeriti intervale između 10 i 50 mikroampera. Radio Shack prodaje male multimetre s LCD monitorom. Ali možete koristiti obični.
4. Električna pećnica. Moj kuhinjski štednjak je plinski štednjak, pa sam kupio mali električni štednjak s jednom zavojnicom za oko 750 RUB. Mali plamenici od 700 W vjerojatno neće raditi - potrebno je najmanje 1100 W da plamenik pocrveni.
5. Plastična boca s odrezanim vratom. Koristio sam bocu mineralne vode od 2 litre.
6. Kuhinjska sol. Trebat će nam nekoliko žlica.
7. Voda iz slavine.
8. Brusni papir ili bušilica s takvim nastavkom (abraziv)
9. Lim.
Proizvodnja.
Evo plamenika.
Prvo morate odrezati komad bakra tako da bude veličine električnog štednjaka. Operite ruke kako ne biste ostavili masne ili druge mrlje. Također operite bakreni lim deterdžentom kako biste uklonili sve masnoće ili druge mrlje. Koristite brusni papir ili abrazivnu četku za potpuno uklanjanje bakrenog zaštitnog sloja tako da se ukloni sav sulfid ili druga laka korozija.
Zatim na peć (električnu) stavite čistu bakrenu limu i uključite je na maksimalnu snagu.
Bakar će se početi zagrijavati i oksidirati, vidjet ćete prekrasne crveno-narančaste mrlje na njegovoj površini.
Kad se bakar još više zagrije, raznobojne mrlje počet će zamjenjivati crni bakreni oksid.
Sve boje nestaju kada je spirala već crvena.
Kada plamenik zažari, bakreni lim će biti obložen crnim bakrenim oksidom. Pustite da se kuha još pola sata da crni premaz bude gust. Ovo je važno jer će se debeli premaz lako oljuštiti, dok će tanki ostati zalijepljen za bakar.
Nakon pola sata kuhanja ugasiti plamenik. Vrući bakar ostaviti na plameniku da se polako hladi. Ako ga prebrzo ohladite, na bakar će se zalijepiti crni oksidni film.
Kako se bakar hladi, skuplja se. Crni bakreni oksid također se skuplja. Ali skupljaju se različitim brzinama, što uzrokuje ljuštenje crnog bakrenog oksida.
Uskoro će veliki komadi početi otpadati, smiješno je gledati))
Nakon što se bakar ohladi na sobnu temperaturu (to traje otprilike 20 minuta), većina crnog oksidnog filma će nestati. Lagano trljanje rukama pod mlazom vode uklonit će većinu malih komadića. NEMOJTE pokušavati ukloniti tvrdoglava mjesta i nemojte savijati lim - možete oštetiti tanki sloj bakrenog oksida, a to je upravo ono što nam treba.
Ostatak montaže je vrlo brz i jednostavan.
Drugi list bakra izrežite na istu veličinu kao i prvi (zagrijani).PAŽLJIVO savijte oba dijela tako da stanu u plastičnu bocu bez da se dodiruju.
Pričvrstite aligatorske kopče na obje ploče. Spojite žicu od čistog bakra na pozitiv, a žicu od oksidne ploče na negativ.
Sada pomiješajte nekoliko žlica soli u malo vruće vode iz slavine. Miješajte dok se sva sol ne otopi. Pažljivo ulijte smjesu u bocu (gdje su tanjuri), ostavljajući oko 2,5 cm od rubova tanjura.
Na gornjoj fotografiji gotova solarna baterija je U SJENI, ampermetar pokazuje približno 6 miliampera. Ali čak iu mraku, ova baterija će proizvesti nekoliko miliampera))
Ova fotografija prikazuje bateriju na svjetlu, a ampermetar pokazuje 34 miliampera, ponekad baterija može dati 50 miliampera, pa čak i više.
Kako radi?
Bakreni oksid je poluvodič.To je međuvodič, gdje struja može slobodno teći, i izolator, gdje su elektroni čvrsto vezani za svoje atome i ne teku slobodno.
U poluvodiču postoji jaz koji se naziva razmak između elektrona koji su čvrsto vezani za atom i elektrona koji su dalje od atoma, koji se mogu slobodno kretati i provoditi elektricitet.
Elektroni ne mogu ostati u zabranjenom pojasu. Elektron može dati samo malo energije i prijeći iz jezgre atoma u zabranjeni pojas. Elektron mora dobiti dovoljno energije da se pomakne dalje od jezgre, izvan zabranjenog pojasa.
Isto tako, elektron izvan zabranjenog pojasa ne može izgubiti malo energije i pasti samo malo bliže jezgri. Mora izgubiti dovoljno energije da padne preko zabranjenog pojasa u područje gdje elektroni mogu pobjeći.
Kada sunčeva svjetlost pogodi elektrone u bakrenom oksidu, neki od elektrona primaju dovoljno energije od sunčeve svjetlosti da preskoče zabranjeni pojas i postanu slobodni provoditi elektricitet.
Slobodni elektroni prelaze u slanu vodu, zatim u čistu bakrenu ploču, u žicu, kroz ampermetar i natrag na oksidiranu ploču.
Dok se elektroni kreću kroz ampermetar, vidimo rad (ampera). Kada sjena padne na solarnu ploču, elektroni se kreću sporije i miliamperi su niži.
Napomena o energiji.
Baterija proizvodi 50 miliampera na 0,25 volta.
To je 0,0000125 vata (12,5 mikrovata).
Ne pokušavajte upaliti žarulju))) bilo bi potrebno hektara baterija da osvijetlite kuću. Naš model je eksperimentalni i može se koristiti kao senzor svjetla.
0,0000125 vata (12,5 mikrovata) za bateriju od 0,01 kvadratnog metra ili 1,25 milivata po kvadratnom metru.Za osvjetljavanje žarulje od 100 W bilo bi potrebno 80.000 četvornih metara bakrenog oksida za osunčanu stranu i 80.000 četvornih metara bakra za tamnu elektrodu. Da biste pokrenuli peć od 1000 vata, trebalo bi vam 800.000 četvornih metara bakrenog oksida i još 800.000 četvornih metara običnog bakra, ili 1.600.000 četvornih metara sve zajedno. Kad bi se postavila na krov kuće, svaka bi kuća bila duga 282 metra, a široka 282 metra, računajući sve za što im je trebala struja, bila je jedna peć.
Ima 17.222.256,7 četvornih stopa u 1.600.000 četvornih stopa. Ako bakreni pokrivač košta 5 USD po kvadratnom metru, sam bakar koštao bi 86 110 283,50 USD. Učinite li to jednu desetinu debljine, to se može smanjiti na 8.611.028,35 USD. Budući da kupujete na veliko, možete ga dobiti za pola manje, ili oko 4.300.000,00 USD.
Ako ste koristili silikonske solarne panele koji koštaju 4 USD po vatu, mogli biste pokrenuti istu peć za 4.000,00 USD. Ali ploče bi bile veličine samo 10-ak četvornih metara.
Ili za otprilike jedan dolar možete napraviti solarnu pećnicu od aluminijske folije i kartona. Za oko 20 dolara možete napraviti vrlo lijep aluminijski parabolični solarni štednjak koji se može polirati.
Ravna solarna ćelija
Napravio sam prijenosniju verziju solarne ploče u ravnom dizajnu. Upotrijebio sam prozirnu plastičnu omotnicu za CD kao prozor i silikonsko ljepilo kako bih držao dijelove zajedno i izolirao ih jedan od drugog.
Prvo napravimo oksid od bakra, kao u prvom dijelu. Zalijemimo izoliranu bakrenu žicu na kut oksidne ploče, to će biti minus (negativan pol).
Pozitivna ploča je komad čistog bakra u obliku slova U, malo veće veličine od oksidne (shvatit ćete kako na slikama ispod))) na njen kut lemimo žicu, ovaj put plus.
Prvo zalijepimo bakrenu ploču U na plastični prozor. Upotrijebite puno silikonskog ljepila kako slana voda ne bi procurila. Provjerite je li lemljeni spoj potpuno prekriven ljepilom ili izvan U ljepila kao što je prikazano na fotografiji (bolje je potpuno prekriven ljepilom).
Slika ispod prikazuje stražnju stranu solarnog panela (strana koja nije okrenuta prema suncu).
Slika ispod prikazuje prednju stranu solarnog panela (strana koja će biti okrenuta prema suncu). Imajte na umu da silikonsko ljepilo ne pokriva u potpunosti bakar, budući da dio bakra u konačnici mora biti u kontaktu sa slanom vodom.
Nanesite ljepilo na ploču od čistog bakra. Ovaj sloj će djelovati kao izolator između čiste bakrene ploče i oksidne ploče i trebao bi biti dovoljno debeo da ostavi malo prostora za slanu vodu. Opet, nije sav bakar obložen, tako da će u kontaktu s vodom biti puno bakra.
Pažljivo zalijepite oksidnu ploču na ovaj sloj. Želite pritisnuti dovoljno jako da budete sigurni da ljepilo okružuje sve praznine, ali ne toliko jako da se dvije ploče dodiruju.
Slika ispod prikazuje stražnju stranu solarnog panela (strana koja nije okrenuta prema suncu).
Slika ispod prikazuje prednju stranu solarnog panela (strana koja će biti okrenuta prema suncu).Imajte na umu da sam dodao dodatno ljepilo kako bih formirao cijev na vrhu da nalikuje izlijevanju slane vode.
Fotografija ne prikazuje dodatni premaz ljepila po obodu kako bi se spriječilo curenje vode, ali to morate učiniti. Ostavite da se ljepilo osuši prije nego prijeđete na sljedeći korak.
Zatim velikom kapaljkom dodajte slanu vodu. Napunite bateriju gotovo do vrha bakrene ploče dok voda gotovo ne iscuri. Zatim zalijepite rupu kapljicom ljepila i ostavite da se ljepilo suši najmanje pola sata.
Na gornjoj fotografiji možete vidjeti ravnu solarnu ploču u akciji na jakom suncu. Daje otprilike 36 mikroampera. Također možete vidjeti dodatnu kuglicu ljepila oko rubova ploča i ispunjavanje vrha cijevi.
Konačno, na još jednoj fotografiji nalazi se sjena autora. Imajte na umu da ampermetar sada očitava približno 4 mikroampera budući da na njega ne obasjava sunčeva svjetlost.
