Bateria słoneczna to urządzenie przetwarzające energię słoneczną w energię elektryczną. Wysokowydajne panele słoneczne, które można kupić w Radio Shack i innych sklepach, są wykonane ze specjalnie potraktowanego krzemu i wymagają ogromnych fabryk, wysokich temperatur, specjalnego czyszczenia i dużo pieniędzy.
Jeśli chcemy poświęcić wydajność na możliwość tworzenia własnych paneli słonecznych w kuchni z materiałów ze sklepu z narzędziami, możemy zademonstrować działający panel słoneczny w ciągu około godziny.
Nasz panel słoneczny wykonany jest z tlenku miedzi zamiast krzemu. Tlenek miedzi jest jednym z pierwszych materiałów, w których naukowcy odkryli efekt fotoelektryczny, w którym światło powoduje przepływ prądu w materiale.
Myśli o tym, jak wyjaśnić efekt fotoelektryczny, doprowadziły Alberta Einsteina do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki i teorii względności.
Materiały
1. Arkusz miedzi ze sklepu ze sprzętem. Zwykle kosztuje około 150 rubli. na 0,9 metra kwadratowego. Potrzebujemy około 45 cm2.
2. Dwa krokodyle.
3. Czuły mikroamperomierz, który może mierzyć przerwy między 10 a 50 mikroamperów. Radio Shack sprzedaje małe multimetry z monitorami LCD, ale możesz użyć zwykłego.
4. Piekarnik elektryczny. Mój piec kuchenny jest gazowy, więc kupiłem mały piec elektryczny z jedną spiralą za około 750 rubli. Małe 700-watowe palniki prawdopodobnie nie będą działać - potrzebujesz co najmniej 1100 watów, aby palnik zmienił kolor na czerwony.
5. Plastikowa butelka ze ściętą szyjką. Użyłem 2 litrowej butelki wody mineralnej.
6. Sól kuchenna. Potrzebujemy kilku łyżek stołowych.
7. Woda z kranu.
8. Papier ścierny lub wiertło z taką dyszą (materiał ścierny)
9. Blacha.
Produkcja
Oto palnik.
Najpierw musisz odciąć kawałek miedzi, aby był wielkości kuchenki elektrycznej. Umyj ręce, aby uniknąć tłustych lub innych plam. Umyj blachę miedzianą detergentem, aby zmyć tłuszcz lub inne zabrudzenia. Użyj papieru ściernego lub szczotki ściernej, aby całkowicie usunąć blachę miedzianą, aby usunąć siarczek lub inną lekką korozję.
Następnie umieść czystą blachę miedzianą na płytce (elektryczną) i włącz ją maksymalnie.
Miedź zacznie się nagrzewać i utleniać, zobaczysz piękne czerwono-pomarańczowe plamy na jej powierzchni.
Kiedy miedź nagrzeje się jeszcze bardziej, wielokolorowe plamy zostaną zastąpione czarnym tlenkiem miedzi.
Wszystkie kolory znikają, gdy spirala jest już czerwona.
Kiedy palnik się pali, blacha miedziana zostanie pokryta czarnym tlenkiem miedzi. Gotuj przez kolejne pół godziny, aby czarna powłoka była gruba. Jest to ważne, ponieważ gruba powłoka łatwo się odkleja, a cienka powłoka pozostaje przylegająca do miedzi.
Po pół godzinie gotowania wyłącz palnik. Pozostaw gorącą miedź na palniku, aby powoli ostygła. Jeśli ostygniesz zbyt szybko, czarny film tlenkowy przylgnie do miedzi.
W miarę stygnięcia miedzi kurczy się. Kurczy się także czarny tlenek miedzi. Ale są one ściskane przy różnych prędkościach, co powoduje złuszczanie się czarnego tlenku miedzi.
Wkrótce spadną duże kawałki, fajnie jest oglądać))
Gdy miedź ostygnie do temperatury pokojowej (zajmuje to około 20 minut), większość czarnej warstwy tlenku zniknie. Łatwe czyszczenie rękami pod bieżącą wodą usuwa większość małych elementów.NIE PRÓBUJ oderwać uporczywych plam i nie zginać blachy - możesz uszkodzić cienką warstwę tlenku miedzi, ale po prostu jej potrzebujemy
Reszta montażu jest bardzo szybka i łatwa.
Wytnij drugi arkusz miedzi do rozmiaru pierwszego (podgrzanego) Ostrożnie zegnij obie części, aby pasowały do plastikowej butelki, nie dotykając się.
Przymocuj krokodyle do obu płyt. Podłącz drut z czystej miedzi do plusa, a drut z płyty z tlenkiem do minusa.
Teraz wymieszaj kilka łyżek soli w odrobinie gorącej wody z kranu. Mieszaj, aż cała sól się rozpuści. Delikatnie wlej mieszaninę do butelki (tam, gdzie znajdują się talerze), pozostawiając około 2,5 cm od krawędzi płytek.
Na powyższym zdjęciu gotowa bateria słoneczna W CIENIU amperomierz pokazuje około 6 miliamperów. Ale nawet w ciemności bateria da kilka miliamperów))
To zdjęcie pokazuje baterię w świetle, a amperomierz pokazuje 34 miliamperów, czasami bateria może dać 50 miliamperów, a nawet więcej.
Jak to działa
Tlenek miedzi jest półprzewodnikiem. Jest to przewodnik pośredni, w którym elektryczność może swobodnie przepływać, oraz izolator, w którym elektrony są silnie związane z atomami i nie przepływają swobodnie.
W półprzewodniku występuje przerwa zwana przerwą pasmową między elektronami silnie związanymi z atomem a elektronami znajdującymi się dalej od atomu, które mogą się swobodnie poruszać i przewodzić elektryczność.
Elektrony nie mogą pozostać w strefie zabronionej. Elektron może dawać tylko niewielką energię i przemieszczać się z jądra atomu do przerwy pasmowej. Elektron musi otrzymać wystarczającą ilość energii, aby przesunąć się dalej z jądra, poza strefę zabronioną.
Podobnie, elektron poza pasmem pasmowym nie może stracić odrobiny energii i spaść tylko trochę bliżej jądra. Powinno to stracić wystarczającą ilość energii, aby spaść poza zakazaną strefę do regionu, w którym mogą elektrony.
Kiedy światło słoneczne uderza w elektrony w tlenek miedzi, niektóre elektrony otrzymują wystarczającą ilość energii ze światła słonecznego, aby przeskoczyć poza zakazaną strefę i uzyskać swobodę przewodzenia prądu.
Wolne elektrony przemieszczają się do słonej wody, a następnie do czystej miedzianej płytki, do drutu, przez amperomierz i z powrotem do utlenionej płyty.
Gdy elektrony poruszają się przez amperomierz, widzimy pracę (amper). Gdy cień pada na baterię słoneczną, elektrony poruszają się wolniej, a miliamper jest mniejszy.
Uwaga na temat energii.
Akumulator wytwarza 50 miliamperów przy napięciu 0,25 V.
To jest 0,0000125 watów (12,5 mikrowatów).
Nie próbuj zapalać żarówki))) potrzebujesz akumulatorów do oświetlenia domu. Nasz model jest eksperymentalny i może być używany jako czujnik światła.
0,0000125 watów (12,5 mikrowata) dla akumulatora o powierzchni 0,01 metra kwadratowego lub 1,25 miliwata na metr kwadratowy. Aby oświetlić 100-watową żarówkę, potrzeba byłoby 80 000 metrów kwadratowych tlenku miedzi po stronie nasłonecznionej i 80 000 metrów kwadratowych miedzi dla ciemnej elektrody. Aby kontrolować 1000-watowy piec, potrzebowałbyś 800 000 metrów kwadratowych tlenku miedzi i kolejne 800 000 metrów kwadratowych zwykłej miedzi lub 1 600 000 metrów kwadratowych łącznie. Gdyby miał być zamocowany na dachu domu, każdy dom miałby 282 metry długości i 282 metry szerokości, przyjmując wszystko, do czego potrzebowały prądu, byłby jeden piec.
Na 160000 metrów kwadratowych znajduje się 17 222 256,7 stóp kwadratowych. Jeżeli pokrycie miedzią kosztuje 5 USD za stopę kwadratową, sama miedź kosztowałaby 86.110 283,50 USD. W ten sposób jedna dziesiąta grubości może obniżyć ją do 861 1018,35 USD. Ponieważ kupujesz hurtowo, możesz dostać za połowę tego, czyli około 4300000,00 $.
Jeśli użyjesz silikonowych paneli słonecznych, które kosztują 4 USD za wat, możesz uruchomić ten sam piec za 4000 USD. Ale grupy miałyby tylko około 10 metrów kwadratowych.
Lub za około dolara możesz zbudować piec słoneczny z folii aluminiowej i tektury. Za około 20 USD możesz zbudować bardzo ładną polerowaną aluminiową paraboliczną kuchenkę słoneczną.
Płaska bateria słoneczna
Zrobiłem bardziej przenośną wersję panelu słonecznego w płaskiej formie.Użyłem przezroczystego plastikowego pokrowca na okładkę CD jako kleju do okien i silikonu (możesz użyć zwykłego szczeliwa) do połączenia części i odizolowania ich od siebie.
Najpierw wykonujemy tlenek miedzi, tak jak w pierwszej części. Lutujemy izolowany drut miedziany w rogu płytki tlenkowej, będzie to minus (biegun ujemny).
Płyta dodatnia to kawałek czystej miedzi w kształcie litery U nieco większy niż tlenek (dalej na zdjęciach zrozumiesz, jak))) lutujemy drut do jego rogu, tym razem plus.
Najpierw przyklej miedzianą płytkę U do plastikowego okna. Użyj dużo kleju silikonowego, aby słonej wody nie wyciekł. Upewnij się, że połączenie lutowane jest albo całkowicie pokryte klejem, albo poza klejem U, jak pokazano na zdjęciu (lepiej jest całkowicie pokryte klejem).
Zdjęcie poniżej pokazuje tylną stronę panelu słonecznego (stronę, która nie jest skierowana w stronę słońca).
Zdjęcie poniżej pokazuje przód panelu słonecznego (stronę skierowaną w stronę słońca). Należy pamiętać, że klej silikonowy nie pokrywa całkowicie miedzi, ponieważ część miedzi musi ostatecznie mieć kontakt ze słoną wodą.
Przyklejamy płytkę z czystej miedzi za pomocą kleju. Ta warstwa będzie działać jako izolator między płytą z czystej miedzi a płytką tlenkową i powinna być wystarczająco gruba, aby pozostawić małą przestrzeń dla słonej wody. Ponownie, nie cała miedź jest powlekana, więc będzie dużo miedzi w kontakcie z wodą.
Delikatnie przyklej płytkę tlenkową na tę warstwę. Musisz naciskać wystarczająco mocno, aby upewnić się, że klej otacza wszelkie szczeliny, ale nie na tyle, aby stykały się dwie płytki.
Zdjęcie poniżej pokazuje tylną stronę panelu słonecznego (stronę, która nie jest skierowana w stronę słońca).
Zdjęcie poniżej pokazuje przód panelu słonecznego (stronę skierowaną w stronę słońca). Zwróć uwagę, że dodałem dodatkowy klej, aby uformować rurkę na wierzchu, dzięki czemu jest jak nalewanie słonej wody.
Zdjęcie nie pokazuje dodatkowego klejenia na obwodzie, aby woda nie mogła w ogóle wyciekać, ale musisz to zrobić. Pozostaw klej do wyschnięcia przed przejściem do następnego kroku.
Następnie użyj dużego wkraplacza, aby dodać słoną wodę. Napełnij akumulator prawie do góry miedzianej płyty, aby woda prawie się wylała. Następnie uszczelnij otwór kroplą kleju i pozostaw klej do wyschnięcia przez co najmniej pół godziny.
Na powyższym zdjęciu widać płaski panel słoneczny działający w jasnym słońcu. Daje około 36 mikroamperów. Możesz również zobaczyć dodatkowy koralik kleju wokół krawędzi płyt i wypełnienie górnej części rury.
Wreszcie na innym zdjęciu cień autora. Zauważ, że amperomierz wyświetla teraz około 4 mikroamperów, ponieważ nie pada na nie światło słoneczne.
Źródło:
