A napelem egy olyan eszköz, amely a napenergiát elektromos árammá alakítja. A Radio Shack-ben és más üzletekben megvásárolható nagy teljesítményű napelemek speciálisan feldolgozott szilíciumból készülnek, és hatalmas gyárakat, magas hőmérsékletet, speciális tisztítást és sok pénzt igényelnek.
Ha hajlandóak vagyunk elcserélni a hatékonyságot arra a lehetőségre, hogy saját konyhai napelemeket készítsünk hardverbolti anyagok felhasználásával, akkor körülbelül egy óra alatt demonstrálhatunk egy működő napelemet.
Napelemünk szilícium helyett réz-oxidból készül. A réz-oxid az egyik első olyan anyag, amelyben a tudósok felfedezték a fotovoltaikus hatást, amelyben a fény elektromos áramot hoz létre az anyagban.
A fotoelektromos hatás magyarázatára vonatkozó gondolatok vezették Albert Einsteint a fizikai Nobel-díjhoz és a relativitáselmélethez.
Anyagok.
1. Egy rézlap egy vasboltból. Általában körülbelül 150 rubelbe kerül. 0,9 négyzetméterre, kb. 45 nm-re van szükségünk.
2. Két aligátor klip.
3.Érzékeny mikroampermérő, amely 10 és 50 mikroamper közötti intervallumokat képes mérni. A Radio Shack kisméretű LCD monitoros multimétereket árul, de használhat egy normált is.
4. Elektromos sütő. A konyhai tűzhelyem gáztűzhely, ezért vettem egy kis egyspirálos villanytűzhelyet körülbelül 750 RUB-ért. A kis 700 wattos égők valószínűleg nem működnek – legalább 1100 watt kell ahhoz, hogy az égő pirosra váltson.
5. Műanyag palack levágott nyakkal. 2 literes ásványvizes palackot használtam.
6. Asztali só. Pár evőkanálra lesz szükségünk.
7. Csapvíz.
8. Csiszolópapír vagy fúró ilyen rögzítéssel (csiszoló)
9. Fémlemez.
Gyártás.
Itt az égő.
Először le kell vágnia egy darab rézdarabot, hogy akkora legyen, mint egy elektromos tűzhely. Mosson kezet, hogy ne hagyjon zsíros vagy egyéb foltokat. Mossa le a rézlapot is mosószerrel, hogy eltávolítsa a zsírt vagy egyéb foltokat. Használjon csiszolópapírt vagy csiszolókefét a réz védőbevonat teljes eltávolításához, hogy a szulfidos vagy egyéb enyhe korróziót eltávolítsa.
Ezután helyezzen egy tiszta rézlapot a tűzhelyre (elektromos), és kapcsolja be maximálisan.
A réz elkezd felmelegedni és oxidálódni, gyönyörű vörös-narancssárga foltokat fog látni a felületén.
Amikor a réz még jobban felmelegszik, a sokszínű foltokat fekete réz-oxid kezdi felváltani.
Minden szín eltűnik, amikor a spirál már piros.
Amikor az égő világít, a rézlemezt fekete réz-oxiddal vonják be. Hagyjuk még fél órát főni, hogy vastag legyen a fekete bevonat. Ez azért fontos, mert a vastag bevonat könnyen leválik, míg a vékony bevonat a rézre tapad.
Fél óra főzés után kapcsolja ki az égőt. Hagyja a forró rezet az égőn, hogy lassan lehűljön. Ha túl gyorsan hűti le, fekete oxidfilm tapad a rézre.
Ahogy a réz lehűl, összehúzódik. A fekete réz-oxid is zsugorodik. De eltérő sebességgel zsugorodnak, ami miatt a fekete réz-oxid lehámlik.
Hamarosan nagy darabok kezdenek hullani, vicces nézni))
Miután a réz lehűlt szobahőmérsékletre (ez körülbelül 20 percet vesz igénybe), a fekete-oxid film nagy része eltűnik. Egy enyhe dörzsölés a kezével folyó víz alatt eltávolítja a legtöbb apró darabot. NE próbálja meg eltávolítani a makacs foltokat, és ne hajlítsa meg a lapot - megsértheti a vékony réz-oxid réteget, amire pontosan szükségünk van.
Az összeszerelés többi része nagyon gyors és egyszerű.
Vágja le a második rézlapot az elsővel megegyező méretűre (felhevített) ÓVATOSAN hajlítsa meg mindkét részt úgy, hogy egymás érintése nélkül illeszkedjenek a műanyag palackba.
Rögzítse az aligátorkapcsokat mindkét lemezhez. Csatlakoztassa a tiszta réz vezetékét a pozitívhoz, és az oxidlemez vezetékét a negatívhoz.
Most keverj el néhány evőkanál sót egy kevés forró csapvízben. Addig keverjük, amíg az összes só fel nem oldódik. Óvatosan öntse a keveréket az üvegbe (ahol a tányérok vannak), és hagyjon körülbelül 2,5 cm-t a tányérok szélétől.
A fenti képen a kész napelem AZ ÁRNYÉKBAN van, az ampermérő kb 6 milliampert mutat. De még sötétben is több milliampert produkál ez az akkumulátor))
Ezen a képen az akkumulátor látható fényben, az ampermérő pedig 34 milliampert mutat, néha 50 milliampert, vagy még többet is ad az akkumulátor.
Hogyan működik?
A réz-oxid egy félvezető.Ez egy közbenső vezető, ahol az elektromosság szabadon áramolhat, és egy szigetelő, ahol az elektronok szorosan kötődnek atomjaikhoz, és nem áramlanak szabadon.
A félvezetőben az atomhoz szorosan kötődő elektronok és az atomtól távolabb lévő elektronok között van egy sáv, amelyet sávszélességnek neveznek, és amelyek szabadon mozoghatnak és vezetnek elektromosságot.
Az elektronok nem maradhatnak a sávban. Egy elektron csak kis energiát tud adni, és az atommagból a sávrésbe tud mozogni. Az elektronnak elegendő energiát kell nyernie ahhoz, hogy távolabb kerüljön az atommagtól, a sávon kívülre.
Hasonlóképpen, a sávszélességen kívüli elektron nem veszíthet egy kis energiát, és csak egy kicsit közelebb eshet az atommaghoz. Elegendő energiát kell veszítenie ahhoz, hogy a sávon túl essen abba a tartományba, ahol az elektronok kiszabadulhatnak.
Amikor a napfény a réz-oxidban lévő elektronokhoz ér, az elektronok egy része elegendő energiát kap a napfénytől ahhoz, hogy átugorja a sávközt, és szabaddá váljon az elektromosság vezetésére.
A szabad elektronok a sós vízbe, majd a tiszta rézlemezbe, a huzalba, az ampermérőn át, majd vissza az oxidált lemezbe jutnak.
Ahogy az elektronok áthaladnak az ampermérőn, munkát látunk (amper). Amikor árnyék esik a napelemre, az elektronok lassabban mozognak, és a milliamperek alacsonyabbak.
Megjegyzés az energiáról.
Az akkumulátor 50 milliampert termel 0,25 volton.
Ez 0,0000125 watt (12,5 mikrowatt).
Ne próbálj izzót meggyújtani))) több hektár elemre lenne szükség egy ház megvilágításához. Modellünk kísérleti jellegű, fényérzékelőként is használható.
0,0000125 watt (12,5 mikrowatt) egy 0,01 négyzetméteres akkumulátor esetén, vagy 1,25 milliwatt négyzetméterenként.Egy 100 wattos izzó megvilágításához a napsütötte oldalhoz 80 ezer négyzetméter réz-oxidra, a sötét elektródához 80 ezer négyzetméternyi rézre lenne szükség. Egy 1000 wattos kemence működtetéséhez 800 000 négyzetméter réz-oxidra és további 800 000 négyzetméter sima rézre van szükség, vagy összesen 1 600 000 négyzetméterre. Ha egy ház tetejére szerelnék, akkor minden ház 282 méter hosszú és 282 méter széles lenne, figyelembe véve mindazt, amihez áramra van szükség, egy kályha volt.
1 600 000 négyzetméteren 17 222 256,7 négyzetméter található. Ha a rézzel fedezett költségek 5 dollár/négyzetláb, akkor a réz önmagában 86 110 283,50 dollárba kerülne. A vastagság egytizedével ez 8 611 028,35 dollárra csökkenhet. Mivel ömlesztve vásárol, feleannyiért, azaz körülbelül 4 300 000,00 dollárért is megkaphatja.
Ha szilícium napelemeket használt, amelyek wattonként 4 dollárba kerülnek, ugyanazt a kemencét 4000,00 dollárért üzemeltetheti. De a panelek csak körülbelül 10 négyzetméteresek lennének.
Vagy körülbelül egy dollárért alufóliából és kartonból lehet napelemes sütőt építeni. Körülbelül 20 dollárért nagyon szép, polírozható alumínium parabolikus napelemes tűzhelyet készíthet.
Lapos napelem
A napelemnek egy hordozhatóbb változatát készítettem lapos kivitelben. Átlátszó műanyag CD-borítót használtam ablakként és szilikon ragasztót, hogy összetartsam a darabokat és elszigetelje őket egymástól.
Először is rézből oxidot készítünk, mint az első részben.Az oxidlap sarkához egy szigetelt rézhuzalt forrasztunk, ez mínusz (negatív pólus) lesz.
A pozitív lemez egy U-alakú tiszta réz darab, mérete valamivel nagyobb, mint az oxid (az alábbi képeken meg fogod érteni))) a sarkához egy vezetéket forrasztunk, ezúttal plusz.
Először az U rézlemezt ragasztjuk a műanyag ablakra. Használjon sok szilikon ragasztót, hogy a sós víz ne szivárogjon át. Győződjön meg arról, hogy a forrasztási kötés vagy teljesen be van fedve ragasztóval, vagy az U-ragasztón kívül, a képen látható módon (jobb, ha teljesen le van ragasztva).
Az alábbi képen a napelem panel hátsó oldala látható (a nap felé nem néző oldal).
Az alábbi képen a napelem panel elülső oldala látható (az az oldal, amely a nap felé néz). Vegye figyelembe, hogy a szilikon ragasztó nem fedi be teljesen a rezet, mivel a réz egy részének végül sós vízzel kell érintkeznie.
Vigyen fel ragasztót egy tiszta rézlemezre. Ez a réteg szigetelőként fog működni a tiszta rézlemez és az oxidlemez között, és elég vastagnak kell lennie ahhoz, hogy kis helyet hagyjon a sós víz számára. Ismétlem, nem minden réz van bevonva, így sok réz érintkezik a vízzel.
Óvatosan ragassza rá az oxidlemezt erre a rétegre. Elég erősen kell megnyomni ahhoz, hogy a ragasztó körülveszi a réseket, de nem annyira, hogy a két lemez összeérjen.
Az alábbi képen a napelem panel hátsó oldala látható (a nap felé nem néző oldal).
Az alábbi képen a napelem panel elülső oldala látható (az az oldal, amely a nap felé néz).Ne feledje, hogy plusz ragasztót adtam hozzá, hogy a cső tetejét úgy alakítsa ki, hogy a sós víz kiöntésére hasonlítson.
A képen nem látható a kerület körüli kiegészítő ragasztóbevonat, amely megakadályozza a víz beszivárgását, de meg kell tennie. Hagyja megszáradni a ragasztót, mielőtt a következő lépésre lépne.
Ezután egy nagy cseppentővel adjunk hozzá sós vizet. Töltse fel az akkumulátort majdnem a rézlemez tetejéig, amíg a víz majdnem ki nem folyik. Ezután zárja le a lyukat egy csepp ragasztóval, és hagyja száradni a ragasztót legalább fél órán keresztül.
A fenti képen látható a lapos panel napelem működés közben erős napfényben. Körülbelül 36 mikroampert ad. Egy extra ragasztógyöngy is látható a lemezek szélein és a cső tetején.
Végül egy másik fotón a szerző árnyéka látható. Vegye figyelembe, hogy az ampermérő körülbelül 4 mikroampert mutat, mivel nem süt rá a napfény.
