Ett solbatteri är en anordning för att omvandla solenergi till elektricitet. De högpresterande solcellerna du kan köpa hos Radio Shack och andra butiker är gjorda av specialbearbetat kisel och kräver enorma fabriker, höga temperaturer, specialstädning och mycket pengar.
Om vi är villiga att byta effektivitet mot möjligheten att tillverka våra egna kökssolpaneler med hjälp av järnaffärsmaterial, kan vi demonstrera en fungerande solpanel på ungefär en timme.
Vår solcell är gjord av kopparoxid istället för kisel. Kopparoxid är ett av de första materialen där forskare upptäckte solcellseffekten, där ljus får elektricitet att flöda i materialet.
Tankar på hur man förklarar den fotoelektriska effekten är det som ledde Albert Einstein till Nobelpriset i fysik och till relativitetsteorin.
Material.
1. Ett kopparark från en järnaffär. Det kostar vanligtvis cirka 150 rubel. för 0,9 kvm Vi behöver ca 45 kvm.
2. Två krokodilklämmor.
3.Känslig mikroamperemeter som kan mäta intervall mellan 10 och 50 mikroampere. Radio Shack säljer små multimetrar med LCD-skärm, men du kan använda en vanlig.
4. Elektrisk ugn. Min köksspis är en gasspis, så jag köpte en liten enspolad elspis för ca RUB 750. Små 700 watts brännare fungerar nog inte - det krävs minst 1100 watt för att få brännaren att bli röd.
5. Plastflaska med halsen avskuren. Jag använde en 2 liters mineralvattenflaska.
6. Bordssalt. Vi kommer att behöva ett par matskedar.
7. Kranvatten.
8. Sandpapper eller borr med sådant fäste (slipmedel)
9. Plåt.
Tillverkning.
Här är brännaren.
Först måste du skära av en kopparbit så att den är lika stor som en elektrisk spis. Tvätta händerna för att inte lämna feta eller andra fläckar. Tvätta även koppararket med tvättmedel för att ta bort eventuellt fett eller andra fläckar Använd sandpapper eller en slipande borste för att helt ta bort kopparskyddet så att eventuell sulfid eller annan lätt korrosion avlägsnas.
Lägg sedan en ren kopparplåt på spisen (elektrisk) och sätt på den till max.
Kopparn kommer att börja värmas upp och oxidera, du kommer att se vackra rödorange fläckar på dess yta.
När kopparn värms upp ännu mer kommer de flerfärgade fläckarna att börja ersättas av svart kopparoxid.
Alla färger försvinner när spiralen redan är röd.
När brännaren lyser kommer kopparplåten att beläggas med svart kopparoxid. Låt koka i ytterligare en halvtimme så blir den svarta beläggningen tjock. Detta är viktigt eftersom en tjock beläggning lätt lossnar, medan en tunn beläggning förblir fast på kopparn.
Efter en halvtimmes tillagning, stäng av brännaren. Låt den varma kopparn stå på brännaren för att svalna långsamt. Om du kyler det för snabbt fastnar en svart oxidfilm på kopparn.
När koppar svalnar drar den ihop sig. Svart kopparoxid krymper också. Men de krymper i olika takt, vilket gör att den svarta kopparoxiden flagnar av.
Snart kommer stora bitar att börja falla av, det är roligt att se))
När kopparn har svalnat till rumstemperatur (detta tar cirka 20 minuter), kommer det mesta av den svarta oxidfilmen att vara borta. En lätt skrubbning med händerna under rinnande vatten tar bort de flesta av de små bitarna. Försök INTE att ta bort envisa fläckar och böj inte arket - du kan skada det tunna lagret av kopparoxid, vilket är precis vad vi behöver.
Resten av monteringen är mycket snabb och enkel.
Skär det andra koppararket till samma storlek som det första (uppvärmda) Böj försiktigt båda delarna så att de passar in i plastflaskan utan att röra varandra.
Fäst krokodilklämmor på båda plattorna. Anslut tråden från ren koppar till den positiva, och tråden från oxidplattan till den negativa.
Blanda nu ett par matskedar salt i lite varmt kranvatten. Rör om tills allt salt har löst sig. Häll försiktigt blandningen i flaskan (där plattorna är), lämna cirka 2,5 cm från tallrikarnas kanter.
På bilden ovan är det färdiga solbatteriet I SKUGGEN, amperemetern visar ungefär 6 milliampere. Men även i mörker kommer detta batteri att producera flera milliampere))
Det här fotot visar batteriet i ljuset, och amperemetern visar 34 milliampere, ibland kan batteriet ge 50 milliampere, eller till och med mer.
Hur det fungerar?
Kopparoxid är en halvledare.Det är en mellanledare, där elektricitet kan flöda fritt, och en isolator, där elektroner är tätt bundna till sina atomer och inte flyter fritt.
I en halvledare finns det ett gap som kallas bandgapet mellan elektroner som är tätt bundna till atomen och elektroner som är längre bort från atomen, som kan röra sig fritt och leda elektricitet.
Elektroner kan inte stanna kvar i bandgapet. En elektron kan bara ge lite energi och förflytta sig från en atoms kärna in i bandgapet. Elektronen måste få tillräckligt med energi för att röra sig längre från kärnan, utanför bandgapet.
Likaså kan en elektron utanför bandgapet inte förlora lite energi och bara falla lite närmare kärnan. Den måste förlora tillräckligt med energi för att falla förbi bandgapet in i området där elektroner kan fly.
När solljus träffar elektroner i kopparoxid får en del av elektronerna tillräckligt med energi från solljuset för att hoppa förbi bandgapet och bli fria att leda elektricitet.
De fria elektronerna rör sig in i saltvattnet, sedan in i den rena kopparplattan, in i tråden, genom amperemetern och tillbaka till den oxiderade plattan.
När elektroner rör sig genom amperemetern ser vi arbete (ampere). När en skugga faller på en solpanel rör sig elektronerna långsammare och milliamperna är lägre.
En anteckning om energi.
Batteriet producerar 50 milliampere vid 0,25 volt.
Detta är 0,0000125 watt (12,5 mikrowatt).
Försök inte tända en glödlampa))) det skulle ta tunnland batterier för att lysa upp ett hus. Vår modell är experimentell och kan användas som en ljussensor.
0,0000125 watt (12,5 mikrowatt) för ett 0,01 kvadratmeter batteri, eller 1,25 milliwatt per kvadratmeter.För att lysa upp en 100-watts glödlampa skulle det krävas 80 000 kvadratmeter kopparoxid för den solbelysta sidan och 80 000 kvadratmeter koppar för den mörka elektroden. För att driva en ugn på 1 000 watt skulle du behöva 800 000 kvadratmeter kopparoxid och ytterligare 800 000 kvadratmeter vanlig koppar, eller 1 600 000 kvadratmeter tillsammans. Om det skulle monteras på ett hustak skulle varje hus vara 282 meter långt och 282 meter brett, med hänsyn till allt de behövde el till, det fanns en kamin.
Det finns 17 222 256,7 kvadratmeter i 1 600 000 kvadratmeter. Om koppar täckt kostar $5 per kvadratfot, skulle bara kopparn kosta $86,110,283,50 USD. Om du gör detta en tiondel av tjockleken kan detta minska till $8 611 028,35. Eftersom du köper i bulk kan du få det för hälften av det, eller ungefär $4 300 000,00.
Om du använde kiselsolpaneler som kostar $4 per watt, kan du köra samma ugn för $4 000,00. Men panelerna skulle bara vara cirka 10 kvadratmeter.
Eller för ungefär en dollar kan du bygga en solugn av aluminiumfolie och kartong. För cirka $20 kan du bygga en mycket fin polerbar aluminiumparabolisk solspis.
Platt solcell
Jag gjorde en mer portabel version av solpanelen i platt design. Jag använde ett genomskinligt cd-omslag i plast som fönster och silikonlim för att både hålla ihop bitarna och isolera dem från varandra.
Först gör vi en oxid av koppar, som i den första delen.Vi löder en isolerad koppartråd till hörnet av oxidplattan, detta blir en minus (negativ pol).
Den positiva plattan är en U-formad bit av ren koppar, något större i storlek än den oxiderade (du kommer att förstå hur på bilderna nedan))) vi löder en tråd i hörnet, denna gång ett plus.
Först limmar vi kopparplattan U på plastfönstret. Använd mycket silikonlim så att saltvattnet inte sipprar igenom. Se till att lödfogen antingen är helt täckt med lim eller utanför U-limmet som visas på bilden (helt täckt med lim är bättre).
Bilden nedan visar baksidan av solpanelen (den sida som inte är vänd mot solen).
Bilden nedan visar framsidan av solpanelen (den sida som kommer att vara vänd mot solen). Observera att silikonlimmet inte täcker kopparn helt, eftersom en del av kopparn i slutändan måste komma i kontakt med saltvatten.
Applicera lim på en ren kopparplatta. Detta lager kommer att fungera som en isolator mellan den rena kopparplattan och oxidplattan och bör vara tillräckligt tjock för att lämna ett litet utrymme för saltvatten. Återigen, inte all koppar är belagd, så det kommer att vara mycket koppar i kontakt med vattnet.
Limma försiktigt fast oxidplattan på detta lager. Du vill trycka tillräckligt hårt för att se till att limmet omger eventuella luckor, men inte så hårt att de två plattorna berörs.
Bilden nedan visar baksidan av solpanelen (den sida som inte är vänd mot solen).
Bilden nedan visar framsidan av solpanelen (den sida som kommer att vara vänd mot solen).Observera att jag tillsatte extra lim för att röret ovanpå skulle likna att hälla saltvatten.
Bilden visar inte den extra beläggningen av lim runt omkretsen för att förhindra att vatten läcker in, men du måste göra det. Låt limmet torka innan du går vidare till nästa steg.
Använd sedan en stor dropper för att tillsätta saltvatten. Fyll batteriet nästan till toppen av kopparplattan tills vattnet nästan rinner ut. Förslut sedan hålet med en droppe lim och låt limet torka i minst en halvtimme.
På bilden ovan kan du se den platta solpanelen i aktion i starkt solljus. Den ger ungefär 36 mikroampere. Du kan också se en extra limsträng runt kanterna på plattorna och fylla toppen av röret.
Slutligen, på ett annat foto finns en skugga av författaren. Observera att amperemetern nu visar cirka 4 mikroampere eftersom inget solljus skiner på den.
