La batteria solare è un dispositivo per convertire l'energia del sole in elettricità. I pannelli solari ad alte prestazioni che puoi acquistare presso Radio Shack e in altri negozi sono realizzati in silicio appositamente trattato e richiedono enormi fabbriche, alte temperature, pulizie speciali e un sacco di soldi.
Se desideriamo sacrificare l'efficienza per la capacità di realizzare i nostri pannelli solari in cucina da materiali di un negozio di ferramenta, possiamo dimostrare un pannello solare funzionante in circa un'ora.
Il nostro pannello solare è realizzato in ossido di rame anziché in silicio. L'ossido di rame è uno dei primi materiali in cui gli scienziati hanno scoperto l'effetto fotoelettrico, in cui la luce fa fluire l'elettricità nel materiale.
I pensieri su come spiegare l'effetto fotoelettrico sono ciò che ha portato Albert Einstein al Premio Nobel per la fisica e alla teoria della relatività.
Materiali.
1. Un foglio di rame da un negozio di ferramenta. Di solito costa circa 150 rubli. per 0,9 metri quadrati. Abbiamo bisogno di circa 45 cm quadrati.
2. Due clip a coccodrillo.
3. Un microammetro sensibile, che può misurare gli spazi tra 10 e 50 microampere. Radio Shack vende piccoli multimetri con monitor LCD, ma puoi usare il solito.
4. Forno elettrico. La mia stufa della cucina è a gas, quindi ho comprato una piccola stufa elettrica con una spirale per circa 750 rubli, probabilmente i piccoli bruciatori da 700 watt non funzioneranno - sono necessari almeno 1100 watt affinché il bruciatore diventi rosso.
5. Bottiglia di plastica con collo tagliato. Ho usato una bottiglia da 2 litri di acqua minerale.
6. Sale da tavola. Avremo bisogno di un paio di cucchiai.
7. Acqua del rubinetto.
8. Carta vetrata o trapano con un ugello (abrasivo)
9. Lamiera.
Manufacturing.
Ecco il bruciatore.
Per prima cosa devi tagliare un pezzo di rame in modo che abbia le dimensioni di una stufa elettrica. Lavarsi le mani per evitare macchie di grasso o altre macchie. Inoltre, lavare il foglio di rame con il detergente per eliminare grasso o altre macchie. Utilizzare carta vetrata o una spazzola abrasiva per rimuovere completamente il rivestimento protettivo in rame in modo da eliminare eventuali solfuri o altra corrosione leggera.
Quindi metti un foglio di rame pulito sulla piastrella (elettrica) e accendilo al massimo.
Il rame inizierà a riscaldarsi e ossidarsi, vedrai belle macchie rosso-arancio sulla sua superficie.
Quando il rame si riscalda ancora di più, i punti multicolori saranno sostituiti da ossido di rame nero.
Tutti i colori scompaiono quando la spirale è già rossa.
Quando il bruciatore brucia, il foglio di rame sarà rivestito con ossido di rame nero. Lascia cuocere per un'altra mezz'ora, quindi il rivestimento nero sarà spesso. Questo è importante, poiché un rivestimento spesso si staccherà facilmente, mentre un rivestimento sottile rimarrà aderito al rame.
Dopo mezz'ora di cottura, spegnere il bruciatore. Lasciare raffreddare lentamente il rame caldo sul bruciatore. Se lo raffreddi troppo rapidamente, il film di ossido nero si attaccherà al rame.
Man mano che il rame si raffredda, si contrae. Anche l'ossido di rame nero si restringe. Ma sono compressi a velocità diverse, il che provoca l'esfoliazione dell'ossido di rame nero.
Presto cadranno pezzi di grandi dimensioni, è divertente da guardare))
Quando il rame si è raffreddato a temperatura ambiente (ciò richiede circa 20 minuti), la maggior parte del film di ossido nero scompare. Una facile pulizia con le mani sotto l'acqua corrente rimuoverà la maggior parte dei piccoli pezzi.NON TENTARE di staccare le macchie ostinate e non piegare il foglio: potresti danneggiare un sottile strato di ossido di rame, ma ne abbiamo solo bisogno
Il resto dell'assemblaggio è molto semplice e veloce.
Taglia il secondo foglio di rame alla dimensione del primo (riscaldato) e piega con cura entrambe le parti in modo che si inseriscano nella bottiglia di plastica senza toccarsi.
Attacca i coccodrilli su entrambi i piatti. Collegare il filo di rame puro al plus e il filo dalla piastra con ossido al meno.
Ora mescola un paio di cucchiai di sale in un po 'di acqua calda del rubinetto. Mescolare fino a quando tutto il sale non si è sciolto. Versare delicatamente il composto nella bottiglia (dove si trovano i piatti), lasciando circa 2,5 cm dai bordi dei piatti.
Nella foto sopra, la batteria solare finita IN OMBRA, l'amperometro mostra circa 6 milliampere. Ma anche al buio, questa batteria fornirà diversi milliampere))
Questa foto mostra la batteria alla luce e l'amperometro mostra 34 milliampere, a volte la batteria può fornire 50 milliampere o anche di più.
Come funziona
L'ossido di rame è un semiconduttore. È un conduttore intermedio, in cui l'elettricità può fluire liberamente, e un isolante, in cui gli elettroni sono fortemente legati ai loro atomi e non fluiscono liberamente.
C'è un gap nel semiconduttore chiamato gap di banda tra gli elettroni che sono fortemente legati all'atomo e gli elettroni che sono più lontani dall'atomo, che possono muoversi liberamente e condurre l'elettricità.
Gli elettroni non possono rimanere nella zona proibita. Un elettrone può dare solo una piccola energia e spostarsi dal nucleo dell'atomo al gap di banda. L'elettrone deve ricevere abbastanza energia per spostarsi più lontano dal nucleo, al di fuori della zona proibita.
Allo stesso modo, un elettrone al di fuori del gap di banda non può perdere un po 'di energia e cadere solo un po' più vicino al nucleo. Questo dovrebbe perdere abbastanza energia per cadere oltre la zona proibita nella regione in cui gli elettroni possono farlo.
Quando la luce solare colpisce elettroni nell'ossido di rame, alcuni degli elettroni ricevono abbastanza energia dalla luce solare per saltare oltre la zona proibita e diventare liberi di condurre l'elettricità.
Gli elettroni liberi si spostano in acqua salata, quindi in una piastra di rame pulita, in un filo, attraverso un amperometro, e di nuovo nella piastra ossidata.
Mentre gli elettroni si muovono attraverso l'amperometro, vediamo il lavoro (ampere). Quando l'ombra cade sulla batteria solare, gli elettroni si muovono più lentamente e il milliampere è più piccolo.
Una nota sull'energia.
La batteria produce 50 milliampere a 0,25 volt.
Questo è 0,0000125 watt (12,5 microwatt).
Non cercare di accendere la lampadina))) per illuminare la casa ti serviranno acri di batterie. Il nostro modello è sperimentale e può essere utilizzato come sensore di luce.
0,0000125 watt (12,5 microwatt) per una batteria da 0,01 metri quadrati o 1,25 milliwatt per metro quadrato. Per illuminare una lampadina da 100 watt, occorrerebbero 80.000 metri quadrati di ossido di rame per il lato illuminato dal sole e 80.000 metri quadrati di rame per l'elettrodo scuro. Per controllare un forno da 1.000 watt, occorrerebbero 800.000 metri quadrati di ossido di rame e altri 800.000 metri quadrati di rame semplice, o 1.600.000 metri quadrati tutti insieme. Se fosse riparato sul tetto della casa, ogni casa sarebbe lunga 282 metri e larga 282 metri, accettando tutto ciò di cui avevano bisogno di elettricità, c'era una stufa.
A 1.600.000 metri quadrati ci sono 17.222.256,7 piedi quadrati. Se la copertura in rame costa $ 5 per piede quadrato, il rame da solo costerebbe $ 86.110.283,50. In questo modo un decimo dello spessore può abbassarlo a $ 8.611.028,35. Poiché acquisti in blocco, potresti ottenerlo per metà di questo, o circa $ 4.300.000,00.
Se hai utilizzato pannelli solari al silicio che costano $ 4 per watt, potresti utilizzare lo stesso forno per $ 4.000,00. Ma i gruppi sarebbero solo circa 10 metri quadrati.
O per circa un dollaro, puoi costruire una fornace solare con fogli di alluminio e cartone. Per circa $ 20 puoi costruire un fornello solare parabolico in alluminio lucidato molto bello.
Batteria solare scarica
Ho realizzato una versione più portatile del pannello solare in una forma piatta.Ho usato il coperchio di plastica trasparente del coperchio del CD come finestra e colla siliconica (puoi usare un normale sigillante) per fissare insieme le parti e isolarle l'una dall'altra.
In primo luogo, produciamo l'ossido di rame, come nella prima parte: saldiamo un filo di rame isolato all'angolo della piastra di ossido, questo sarà un segno negativo (polo negativo).
La piastra positiva è un pezzo di rame puro a forma di U leggermente più grande delle dimensioni dell'ossido (più avanti nelle immagini capirai come))) abbiamo saldato un filo al suo angolo, questa volta in più.
Innanzitutto, incollare la piastra di rame U sulla finestra di plastica. Usa molta colla al silicone, quindi l'acqua salata non colerà. Assicurati che il giunto saldato sia completamente coperto di colla o al di fuori della colla a U, come mostrato nella foto (è meglio rivestire completamente la colla).
La foto sotto mostra il lato posteriore del pannello solare (il lato che non è rivolto verso il sole).
La foto sotto mostra la parte anteriore del pannello solare (il lato che affronterà il sole). Si noti che la colla al silicone non copre completamente il rame, poiché una parte del rame deve in definitiva essere a contatto con l'acqua salata.
Incolliamo un piatto di rame puro con colla. Questo strato fungerà da isolante tra la piastra di rame puro e la piastra di ossido e dovrebbe essere abbastanza spesso da lasciare un piccolo spazio per l'acqua salata. Ancora una volta, non tutto il rame è rivestito, quindi ci sarà molto rame a contatto con l'acqua.
Incolla delicatamente la piastra di ossido su questo strato. Devi premere abbastanza forte per assicurarti che la colla circondi eventuali spazi vuoti, ma non così tanto che le due piastre si tocchino.
La foto sotto mostra il lato posteriore del pannello solare (il lato che non è rivolto verso il sole).
La foto sotto mostra la parte anteriore del pannello solare (il lato che affronterà il sole). Nota che ho aggiunto della colla extra per formare un tubo in cima in modo che sia come versare acqua salata.
La foto non mostra ulteriori incollaggi attorno al perimetro, in modo che l'acqua non possa fuoriuscire affatto, ma è necessario farlo. Lascia asciugare la colla prima di procedere al passaggio successivo.
Quindi, utilizzare un grande contagocce per aggiungere acqua salata. Riempi la batteria quasi fino alla sommità della piastra di rame in modo che l'acqua fuoriesca quasi completamente. Quindi sigillare il foro con una goccia di colla e lasciare asciugare la colla per almeno mezz'ora.
Nella foto sopra puoi vedere un pannello solare piatto in azione sotto il sole splendente. Fornisce circa 36 microampere. Puoi anche vedere un altro pezzo di colla attorno ai bordi delle piastre e il riempimento della parte superiore del tubo.
Infine, in un'altra foto, l'ombra dell'autore. Si noti che l'amperometro ora visualizza circa 4 microampere, poiché la luce del sole non cade su di esso.
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