Bateria solară este un dispozitiv pentru transformarea energiei soarelui în energie electrică. Panourile solare de înaltă performanță pe care le puteți cumpăra de la Radio Shack și din alte magazine sunt fabricate din siliciu tratat special și necesită fabrici uriașe, temperaturi ridicate, curățare specială și mulți bani.
Dacă dorim să sacrificăm eficiența pentru capacitatea de a realiza propriile panouri solare în bucătărie din materiale dintr-un magazin de hardware, putem demonstra un panou solar funcțional în aproximativ o oră.
Panoul nostru solar este fabricat din oxid de cupru în loc de siliciu. Oxidul de cupru este unul dintre primele materiale în care oamenii de știință au descoperit efectul fotoelectric, în care lumina face să curgă electricitate în material.
Gândurile despre cum se explică efectul fotoelectric este ceea ce l-a determinat pe Albert Einstein la Premiul Nobel pentru fizică și la teoria relativității.
Materiale.
1. O foaie de cupru dintr-un magazin de hardware. De obicei costă aproximativ 150 de ruble. pentru 0,9 mp, avem nevoie de aproximativ 45 cm.
2. Două agrafe de crocodil.
3. Un microametru sensibil, care poate măsura golurile cuprinse între 10 și 50 de microampe. Radio Shack vinde multimetri mici cu monitoare LCD, dar îl puteți folosi pe cel obișnuit.
4. Cuptor electric. Soba mea de bucătărie este cu gaz, așa că am cumpărat o sobă electrică mică, cu o spirală, pentru aproximativ 750 de ruble. Arzătoarele mici de 700 de wați probabil nu vor funcționa - ai nevoie de cel puțin 1100 de wați pentru ca arzătorul să se înroșească.
5. Sticla de plastic cu gâtul tăiat. Am folosit o sticlă de 2 litri de apă minerală.
6. Sare de masă. Vom avea nevoie de câteva linguri.
7. Apa de la robinet.
8. Șmirghel sau burghiu cu o astfel de duză (abrazivă)
9. tablă.
Producție.
Iată arzătorul.
Mai întâi trebuie să tăiați o bucată de cupru, astfel încât să aibă dimensiunea unei sobe electrice. Spălați-vă mâinile pentru a evita petele grase sau alte. De asemenea, spălați folia de cupru cu detergentul pentru a spăla grăsimea sau alte pete. Folosiți șmirghel sau o perie abrazivă pentru a îndepărta complet acoperirea de protecție a cuprului, astfel încât orice sulfură sau altă coroziune ușoară să fie îndepărtată.
Apoi puneți o foaie de cupru curată pe țiglă (electric) și porniți-o la maxim.
Cuprul va începe să se încălzească și să se oxideze, veți vedea pe suprafața sa pete frumoase roșu-portocaliu.
Când cuprul se încălzește și mai mult, petele multicolore vor fi înlocuite cu oxid negru de cupru.
Toate culorile dispar atunci când spirala este deja roșie.
Când arzătorul arde, foaia de cupru va fi acoperită cu oxid de cupru negru. Lăsați-l să gătesc încă o jumătate de oră, astfel încât acoperirea neagră să fie groasă. Acest lucru este important, deoarece o acoperire groasă se va coji cu ușurință, în timp ce o acoperire subțire va rămâne aderentă cuprului.
După o jumătate de oră de gătit, opriți arzătorul. Lăsați cupru fierbinte pe arzător să se răcească încet. Dacă îl răciți prea repede, filmul cu oxid negru se va lipi de cupru.
Pe măsură ce cuprul se răcește, se contractă. Oxidul negru de cupru se micșorează și el. Dar sunt comprimate la viteze diferite, ceea ce face ca oxidul de cupru negru să se exfolieze.
În curând vor cădea piese mari, este distractiv să urmărești))
Când cupru s-a răcit la temperatura camerei (aceasta durează aproximativ 20 de minute), cea mai mare parte a filmului cu oxid negru va dispărea. Curățarea ușoară cu mâinile sub apă curgătoare va îndepărta majoritatea bucăților mici.NU ATENTIȚI să îndepărtați petele încăpățânate și să nu îndoiți foaia - puteți deteriora un strat subțire de oxid de cupru, dar trebuie doar
Restul ansamblului este foarte rapid și ușor.
Tăiați a doua foaie de cupru la dimensiunea primei (încălzită). Îndoiți cu atenție ambele părți, astfel încât să se încadreze în sticla de plastic, fără a se atinge între ele.
Atașați crocodilii pe ambele farfurii. Conectați firul din cupru pur la plus, iar firul de pe placă cu oxid la minus.
Acum amestecă câteva linguri de sare într-un pic de apă caldă de la robinet. Amestecați până când toată sarea s-a dizolvat. Turnați ușor amestecul în sticlă (unde sunt plăcile), lăsând aproximativ 2,5 cm de marginile plăcilor.
În fotografia de mai sus, bateria solară finalizată ÎN SHADOW, amperiul arată aproximativ 6 miliamperi. Dar chiar și în întuneric, această baterie va oferi câteva miliamperi))
Această fotografie arată bateria în lumină, iar ampermetrul arată 34 de milimetri, uneori bateria poate oferi 50 de milițimi sau chiar mai mult.
Cum funcționează?
Oxidul de cupru este un semiconductor. Este un conductor intermediar, unde electricitatea poate curge liber și un izolator, unde electronii sunt puternic legați de atomii lor și nu curg liber.
Există un decalaj în semiconductor numit intervalul de bandă dintre electronii care sunt legați puternic de atom și electronii care sunt mai departe de atom, care se pot deplasa liber și conduce electricitate.
Electronii nu pot rămâne în zona interzisă. Un electron poate da doar puțină energie și trece de la nucleul atomului la golul de bandă. Electronul trebuie să primească suficientă energie pentru a se deplasa mai departe de nucleu, în afara zonei interzise.
În mod similar, un electron din afara benzii nu poate pierde un pic de energie și să cadă doar puțin mai aproape de nucleu. Aceasta ar trebui să piardă suficientă energie pentru a trece peste zona interzisă în regiunea în care electronii pot.
Când lumina soarelui lovește electroni în oxidul de cupru, unii dintre electroni primesc suficientă energie din lumina soarelui pentru a trece peste zona interzisă și a deveni liber să conducă electricitate.
Electronii liberi se deplasează în apă sărată, apoi într-o placă de cupru curată, într-un fir, printr-un ampermetru și înapoi la placa oxidată.
Pe măsură ce electronii se deplasează prin amperi, vedem lucrarea (amperii). Când umbra cade pe bateria solară, electronii se mișcă mai lent, iar miliamperele sunt mai mici.
O notă despre energie.
Bateria produce 50 de milimetri la 0,25 volți.
Aceasta este 0,0000125 wați (12,5 microwati).
Nu încercați să aprindeți becul)))) ați avea nevoie de acri de baterii pentru a lumina casa. Modelul nostru este experimental și poate fi utilizat ca senzor de lumină.
0,0000125 wați (12,5 microwati) pentru o baterie de 0,01 metri pătrați sau 1,25 milliwatt pe metru pătrat. Pentru a lumina un bec de 100 de wați, ar trebui să necesite 80.000 de metri pătrați de oxid de cupru pentru partea luminată de soare și 80.000 de metri pătrați de cupru pentru electrodul întunecat. Pentru a controla un cuptor de 1.000 de wați, ai avea nevoie de 800.000 de metri pătrați de oxid de cupru și alți 800.000 de metri pătrați de cupru simplu, sau 1.600.000 de metri pătrați împreună. Dacă ar fi fixat pe acoperișul casei, fiecare casă ar avea o lungime de 282 de metri și o lățime de 282 de metri, acceptând tot ceea ce avea nevoie de energie electrică, exista o sobă.
La 1.600.000 de metri pătrați sunt 17.222.256,7 metri pătrați. Dacă acoperirea cu cupru ar costa 5 dolari pe pătrat, cupru singur ar costa 86.110.283,50 USD. Prin aceasta, o zecime din grosime o poate scădea la 8.611.028,35 USD. Din moment ce cumpărați în vrac, puteți obține pentru jumătate din aceasta, sau aproximativ 4.300.000,00 USD.
Dacă utilizați panouri solare din siliciu care costă 4 dolari pe watt, puteți rula același cuptor pentru 4.000,00 USD. Dar grupurile ar avea doar aproximativ 10 metri pătrați.
Sau pentru aproximativ un dolar, puteți construi un cuptor solar din folie de aluminiu și carton. Pentru aproximativ 20 de dolari puteți construi un aragaz solar parabolic din aluminiu lustruit foarte frumos.
Baterie solară plană
Am făcut o versiune mai portabilă a panoului solar într-o formă plană.Am folosit capacul de plastic transparent al capacului CD ca fereastră și lipici siliconic (puteți folosi sigilant obișnuit) pentru a atașa piesele împreună și a le izola unele de altele.
În primul rând, facem oxidul de cupru, ca în prima parte. Am sudat un fir de cupru izolat în colțul plăcii de oxid, acesta va fi un minus (pol negativ).
Placa pozitivă este o bucată tăiată în formă de U din cupru pur puțin mai mare decât dimensiunea oxidului (mai departe în imagini veți înțelege cum))) am lipit un fir la colțul său, de data aceasta plus.
În primul rând, lipici placa de cupru U pe fereastra de plastic. Folosiți mult lipici siliconic, astfel încât apa sărată nu se va scurge. Asigurați-vă că articulația de lipit este fie complet acoperită cu lipici, fie în afara lipiciului U, așa cum se arată în fotografie (este mai bine acoperit cu lipici).
Fotografia de mai jos arată partea din spate a panoului solar (partea care nu este orientată spre soare).
Fotografia de mai jos arată partea din față a panoului solar (partea care va fi orientată spre soare). Rețineți că lipiciul din silicon nu acoperă complet cuprul, deoarece o parte din cupru trebuie să fie în cele din urmă în contact cu apa sărată.
Lipim o placă de cupru pur cu lipici. Acest strat va acționa ca un izolator între placa de cupru pur și placa de oxid și ar trebui să fie suficient de gros pentru a lăsa un spațiu mic pentru apa sărată. Din nou, nu tot cuprul este acoperit, astfel încât va exista o mulțime de cupru în contact cu apa.
Lipiți ușor placa de oxid pe acest strat. Trebuie să apăsați destul de tare pentru a vă asigura că lipiciul înconjoară orice goluri, dar nu atât încât ating cele două plăci.
Fotografia de mai jos arată partea din spate a panoului solar (partea care nu este orientată spre soare).
Fotografia de mai jos arată partea din față a panoului solar (partea care va fi orientată spre soare). Rețineți că am adăugat adeziv suplimentar pentru a forma o țeavă deasupra, astfel încât să fie ca și cum ai turna apă cu sare.
Fotografia nu prezintă adeziv suplimentar în jurul perimetrului, astfel încât apa nu s-ar putea scurge deloc, dar trebuie să o faceți. Lăsați lipiciul să se usuce înainte de a trece la pasul următor.
Apoi, folosiți un picător mare pentru a adăuga apă sărată. Umpleți bateria aproape în partea de sus a plăcii de cupru, astfel încât apa să se scurgă aproape. Apoi sigilați gaura cu o picătură de lipici și lăsați lipiciul să se usuce cel puțin o jumătate de oră.
În fotografia de mai sus puteți vedea un panou solar plat în acțiune sub soare luminos. Dă aproximativ 36 de microampi. Puteți vedea, de asemenea, o margine suplimentară de lipici în jurul marginilor plăcilor, precum și umplerea vârfului conductei.
În cele din urmă, într-o altă fotografie, umbra autorului. Rețineți că amperometrul afișează acum aproximativ 4 microampi, întrucât nu există lumina soarelui.
Sursa:
