Uma bateria solar é um dispositivo para converter energia solar em eletricidade. As células solares de alto desempenho que você pode comprar na Radio Shack e em outras lojas são feitas de silício especialmente processado e exigem fábricas enormes, altas temperaturas, limpeza especial e muito dinheiro.
Se estivermos dispostos a trocar eficiência pela capacidade de fabricar nossos próprios painéis solares de cozinha usando materiais de lojas de ferragens, podemos demonstrar um painel solar funcional em cerca de uma hora.
Nossa célula solar é feita de óxido de cobre em vez de silício. O óxido de cobre é um dos primeiros materiais em que os cientistas descobriram o efeito fotovoltaico, no qual a luz faz com que a eletricidade flua no material.
A reflexão sobre como explicar o efeito fotoelétrico foi o que levou Albert Einstein ao Prêmio Nobel de Física e à teoria da relatividade.
Materiais.
1. Uma folha de cobre de uma loja de ferragens. Geralmente custa cerca de 150 rublos. para 0,9 metros quadrados, precisamos de aproximadamente 45 cm2.
2. Duas pinças jacaré.
3.Microamperímetro sensível que pode medir intervalos entre 10 e 50 microamperes. A Radio Shack vende multímetros pequenos com monitor LCD, mas você pode usar um normal.
4. Forno elétrico. Meu fogão de cozinha é a gás, então comprei um pequeno fogão elétrico de bobina única por cerca de RUB 750. Queimadores pequenos de 700 watts provavelmente não funcionarão - são necessários pelo menos 1100 watts para que o queimador fique vermelho.
5. Garrafa de plástico com gargalo cortado. Usei uma garrafa de água mineral de 2 litros.
6. Sal de cozinha. Precisaremos de algumas colheres de sopa.
7. Água da torneira.
8. Lixa ou furadeira com tal acessório (abrasivo)
9. Chapa metálica.
Fabricação.
Aqui está o queimador.
Primeiro você precisa cortar um pedaço de cobre para que fique do tamanho de um fogão elétrico. Lave as mãos para não deixar manchas de gordura ou outras. Lave também a folha de cobre com detergente para remover qualquer graxa ou outras manchas. Use uma lixa ou uma escova abrasiva para remover completamente a camada protetora de cobre, de modo que qualquer sulfeto ou outra corrosão leve seja removida.
Em seguida, coloque uma folha de cobre limpa no fogão (elétrico) e ligue-o no máximo.
O cobre começará a aquecer e oxidar, você verá lindas manchas vermelho-alaranjadas em sua superfície.
Quando o cobre esquentar ainda mais, as manchas multicoloridas começarão a ser substituídas por óxido de cobre preto.
Todas as cores desaparecem quando a espiral já está vermelha.
Quando o queimador acender, a folha de cobre será revestida com óxido de cobre preto. Deixe cozinhar por mais meia hora para que a camada preta fique espessa. Isto é importante porque uma camada espessa se soltará facilmente, enquanto uma camada fina permanecerá grudada no cobre.
Após meia hora de cozimento, desligue o fogo. Deixe o cobre quente no queimador esfriar lentamente. Se você esfriar muito rapidamente, uma película preta de óxido grudará no cobre.
À medida que o cobre esfria, ele se contrai. O óxido de cobre preto também encolhe. Mas eles encolhem em taxas diferentes, o que faz com que o óxido de cobre preto se descasque.
Em breve pedaços grandes começarão a cair, é engraçado assistir))
Depois que o cobre esfriar até a temperatura ambiente (isso leva aproximadamente 20 minutos), a maior parte do filme de óxido preto desaparecerá. Uma leve esfregada com as mãos em água corrente removerá a maior parte dos pequenos pedaços. NÃO tente remover manchas difíceis e não dobre a folha - você pode danificar a fina camada de óxido de cobre, que é exatamente o que precisamos.
O resto da montagem é muito rápido e fácil.
Corte a segunda folha de cobre do mesmo tamanho da primeira (aquecida) e dobre CUIDADOSAMENTE ambas as partes para que caibam na garrafa plástica sem se tocarem.
Prenda clipes jacaré em ambas as placas. Conecte o fio de cobre puro ao positivo e o fio da placa de óxido ao negativo.
Agora misture algumas colheres de sal em um pouco de água quente da torneira. Mexa até que todo o sal se dissolva. Despeje com cuidado a mistura na garrafa (onde estão os pratos), deixando cerca de 2,5cm das bordas dos pratos.
Na foto acima, a bateria solar acabada está NA SOMBRA, o amperímetro mostra aproximadamente 6 miliamperes, mas mesmo no escuro esta bateria produzirá vários miliamperes))
Esta foto mostra a bateria à luz, e o amperímetro mostra 34 miliamperes, às vezes a bateria pode dar 50 miliamperes, ou até mais.
Como funciona?
O óxido de cobre é um semicondutor.É um condutor intermediário, onde a eletricidade pode fluir livremente, e um isolante, onde os elétrons estão fortemente ligados aos seus átomos e não fluem livremente.
Em um semicondutor, existe uma lacuna chamada bandgap entre os elétrons que estão firmemente ligados ao átomo e os elétrons que estão mais distantes do átomo, que podem se mover livremente e conduzir eletricidade.
Os elétrons não podem permanecer no band gap. Um elétron só pode fornecer um pouco de energia e passar do núcleo de um átomo para o band gap. O elétron deve ganhar energia suficiente para se afastar do núcleo, fora do band gap.
Da mesma forma, um elétron fora do bandgap não pode perder um pouco de energia e apenas cair um pouco mais perto do núcleo. Ele deve perder energia suficiente para ultrapassar o intervalo de bandas e chegar à região onde os elétrons podem escapar.
Quando a luz solar atinge os elétrons no óxido de cobre, alguns dos elétrons recebem energia suficiente da luz solar para ultrapassar a banda proibida e ficarem livres para conduzir eletricidade.
Os elétrons livres movem-se para a água salgada, depois para a placa de cobre limpa, para o fio, através do amperímetro e de volta para a placa oxidada.
À medida que os elétrons se movem através do amperímetro, vemos trabalho (amperes). Quando uma sombra cai sobre um painel solar, os elétrons se movem mais lentamente e os miliamperes são mais baixos.
Uma nota sobre energia.
A bateria produz 50 miliamperes a 0,25 volts.
Isso é 0,0000125 watts (12,5 microwatts).
Não tente acender uma lâmpada))) seriam necessários hectares de baterias para iluminar uma casa. Nosso modelo é experimental e pode ser usado como um sensor de luz.
0,0000125 watts (12,5 microwatts) para uma bateria de 0,01 metro quadrado ou 1,25 miliwatts por metro quadrado.Para iluminar uma lâmpada de 100 watts, seriam necessários 80 mil metros quadrados de óxido de cobre para o lado iluminado pelo sol e 80 mil metros quadrados de cobre para o eletrodo escuro. Para operar um forno de 1.000 watts, seriam necessários 800.000 metros quadrados de óxido de cobre e outros 800.000 metros quadrados de cobre puro, ou 1.600.000 metros quadrados no total. Se fosse montado no telhado de uma casa, cada casa teria 282 metros de comprimento e 282 metros de largura, levando em conta tudo o que precisavam de energia elétrica, havia um fogão.
Existem 17.222.256,7 pés quadrados em 1.600.000 pés quadrados. Se o cobre cobrisse os custos de US$ 5 por pé quadrado, só o cobre custaria US$ 86.110.283,50. Fazer isso com um décimo da espessura pode reduzir para US$ 8.611.028,35. Como você está comprando a granel, você pode conseguir pela metade disso, ou cerca de US$ 4.300.000,00.
Se você usasse painéis solares de silício custando US$ 4 por watt, poderia operar o mesmo forno por US$ 4.000,00. Mas os painéis teriam apenas cerca de 10 metros quadrados.
Ou por cerca de um dólar você pode construir um forno solar com papel alumínio e papelão. Por cerca de US $ 20 você pode construir um fogão solar parabólico de alumínio polido muito bonito.
Célula solar plana
Fiz uma versão mais portátil do painel solar em design plano. Usei uma capa de plástico transparente para CD como janela e cola de silicone para manter as peças unidas e isolá-las umas das outras.
Primeiro fazemos um óxido de cobre, como na primeira parte, soldamos um fio de cobre isolado no canto da placa de óxido, este será um sinal negativo (pólo negativo).
A placa positiva é um pedaço de cobre puro em forma de U, um pouco maior que a de óxido (você entenderá como nas fotos abaixo))) soldamos um fio em seu canto, desta vez um plus.
Primeiro colamos a placa de cobre U na janela de plástico. Use bastante cola de silicone para que a água salgada não escorra. Certifique-se de que a junta de solda esteja completamente coberta com cola ou fora da cola U, como mostrado na foto (totalmente coberta com cola é melhor).
A foto abaixo mostra a parte traseira do painel solar (o lado não voltado para o sol).
A foto abaixo mostra a parte frontal do painel solar (o lado que ficará voltado para o sol). Observe que a cola de silicone não cobre completamente o cobre, pois parte do cobre deve estar em contato com água salgada.
Aplique cola em uma placa de cobre puro. Esta camada atuará como isolante entre a placa de cobre puro e a placa de óxido e deve ser espessa o suficiente para deixar um pequeno espaço para a água salgada. Novamente, nem todo o cobre é revestido, portanto haverá muito cobre em contato com a água.
Cole cuidadosamente a placa de óxido nesta camada. Você deseja pressionar com força suficiente para garantir que a cola envolva todas as lacunas, mas não com tanta força a ponto de as duas placas se tocarem.
A foto abaixo mostra a parte traseira do painel solar (o lado não voltado para o sol).
A foto abaixo mostra a parte frontal do painel solar (o lado que ficará voltado para o sol).Observe que adicionei cola extra para formar o tubo na parte superior, parecendo derramar água salgada.
A foto não mostra a camada adicional de cola em todo o perímetro para evitar vazamento de água, mas é preciso fazer isso. Deixe a cola secar antes de passar para a próxima etapa.
Em seguida, use um conta-gotas grande para adicionar água salgada. Encha a bateria quase até o topo da placa de cobre até que a água quase escorra. Em seguida, sele o buraco com uma gota de cola e deixe secar por pelo menos meia hora.
Na foto acima você pode ver o painel solar plano em ação sob luz solar intensa. Fornece aproximadamente 36 microamperes. Você também pode ver uma gota extra de cola nas bordas das placas e preenchendo a parte superior do tubo.
Por fim, em outra foto há uma sombra do autor. Observe que o amperímetro agora lê aproximadamente 4 microamperes, já que não há luz solar incidindo sobre ele.
