Η ηλιακή μπαταρία είναι μια συσκευή για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Τα ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης που μπορείτε να αγοράσετε στο Radio Shack και σε άλλα καταστήματα είναι κατασκευασμένα από ειδικά επεξεργασμένο πυρίτιο και απαιτούν τεράστια εργοστάσια, υψηλές θερμοκρασίες, ειδικό καθαρισμό και πολλά χρήματα.
Εάν είμαστε πρόθυμοι να ανταλλάξουμε την αποδοτικότητα με την ικανότητα να φτιάχνουμε τα δικά μας ηλιακά πάνελ κουζίνας χρησιμοποιώντας υλικά αποθήκευσης υλικού, μπορούμε να επιδείξουμε ένα ηλιακό πάνελ που λειτουργεί σε περίπου μία ώρα.
Το ηλιακό μας κύτταρο είναι κατασκευασμένο από οξείδιο του χαλκού αντί για πυρίτιο. Το οξείδιο του χαλκού είναι ένα από τα πρώτα υλικά στα οποία οι επιστήμονες ανακάλυψαν το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, στο οποίο το φως προκαλεί τη ροή ηλεκτρισμού στο υλικό.
Οι σκέψεις για το πώς να εξηγηθεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι αυτό που οδήγησε τον Άλμπερτ Αϊνστάιν στο Νόμπελ Φυσικής και στη θεωρία της σχετικότητας.
Υλικά.
1. Ένα φύλλο χαλκού από κατάστημα σιδηρικών. Συνήθως κοστίζει περίπου 150 ρούβλια. για 0,9 τ.μ. Χρειαζόμαστε περίπου 45 τ. εκ.
2. Δύο κλιπ αλιγάτορα.
3.Ευαίσθητο μικροαμπερόμετρο που μπορεί να μετρήσει διαστήματα μεταξύ 10 και 50 μικροαμπέρ. Το Radio Shack πουλάει μικρά πολύμετρα με οθόνη LCD, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα κανονικό.
4. Ηλεκτρικός φούρνος. Η κουζίνα μου είναι σόμπα υγραερίου, γι' αυτό αγόρασα μια μικρή ηλεκτρική κουζίνα με ένα πηνίο για περίπου 750 RUB. Οι μικροί καυστήρες 700 watt πιθανότατα δεν θα λειτουργήσουν - χρειάζονται τουλάχιστον 1100 watt για να κοκκινίσει ο καυστήρας.
5. Πλαστικό μπουκάλι με κομμένο το λαιμό. Χρησιμοποίησα ένα μπουκάλι μεταλλικό νερό 2 λίτρων.
6. Επιτραπέζιο αλάτι. Θα χρειαστούμε μερικές κουταλιές της σούπας.
7. Νερό βρύσης.
8. Γυαλόχαρτο ή τρυπάνι με τέτοιο εξάρτημα (λειαντικό)
9. Λαμαρίνα.
Βιομηχανοποίηση.
Εδώ είναι ο καυστήρας.
Πρώτα πρέπει να κόψετε ένα κομμάτι χαλκού ώστε να έχει το μέγεθος μιας ηλεκτρικής κουζίνας. Πλύνετε τα χέρια σας για να μην αφήσετε λιπαρούς ή άλλους λεκέδες. Πλύνετε επίσης το φύλλο χαλκού με απορρυπαντικό για να αφαιρέσετε τυχόν λίπη ή άλλους λεκέδες Χρησιμοποιήστε γυαλόχαρτο ή λειαντική βούρτσα για να αφαιρέσετε εντελώς την προστατευτική επίστρωση χαλκού, ώστε να αφαιρεθεί τυχόν θειούχα ή άλλη ελαφριά διάβρωση.
Στη συνέχεια, τοποθετήστε ένα καθαρό φύλλο χαλκού στη σόμπα (ηλεκτρική) και ανάψτε το στο μέγιστο.
Ο χαλκός θα αρχίσει να θερμαίνεται και να οξειδώνεται, θα δείτε όμορφες κοκκινοπορτοκαλί κηλίδες στην επιφάνειά του.
Όταν ο χαλκός ζεσταθεί ακόμα περισσότερο, οι πολύχρωμες κηλίδες θα αρχίσουν να αντικαθίστανται από μαύρο οξείδιο του χαλκού.
Όλα τα χρώματα εξαφανίζονται όταν η σπείρα είναι ήδη κόκκινη.
Όταν ο καυστήρας ανάψει, το φύλλο χαλκού θα επικαλυφθεί με μαύρο οξείδιο του χαλκού. Αφήστε το να ψηθεί για άλλη μισή ώρα, ώστε η μαύρη επικάλυψη να είναι πηχτή. Αυτό είναι σημαντικό γιατί μια παχιά επίστρωση θα ξεκολλήσει εύκολα, ενώ μια λεπτή επίστρωση θα παραμείνει κολλημένη στον χαλκό.
Μετά από μισή ώρα μαγειρέματος, σβήνετε τον καυστήρα. Αφήνουμε τον καυτό χαλκό στον καυστήρα να κρυώσει σιγά σιγά. Εάν το κρυώσετε πολύ γρήγορα, μια μαύρη μεμβράνη οξειδίου θα κολλήσει στον χαλκό.
Καθώς ο χαλκός ψύχεται, συστέλλεται. Το μαύρο οξείδιο του χαλκού επίσης συρρικνώνεται. Αλλά συρρικνώνονται με διαφορετικούς ρυθμούς, γεγονός που προκαλεί την απολέπιση του μαύρου οξειδίου του χαλκού.
Σύντομα μεγάλα κομμάτια θα αρχίσουν να πέφτουν, είναι αστείο να το βλέπεις))
Μόλις ο χαλκός κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου (αυτό διαρκεί περίπου 20 λεπτά), το μεγαλύτερο μέρος της μεμβράνης μαύρου οξειδίου θα εξαφανιστεί. Ένα ελαφρύ τρίψιμο με τα χέρια σας κάτω από τρεχούμενο νερό θα αφαιρέσει τα περισσότερα από τα μικρά κομμάτια. ΜΗΝ προσπαθήσετε να αφαιρέσετε επίμονα σημεία και μην λυγίζετε το φύλλο - μπορεί να καταστρέψετε το λεπτό στρώμα οξειδίου του χαλκού, το οποίο είναι ακριβώς αυτό που χρειαζόμαστε.
Η υπόλοιπη συναρμολόγηση είναι πολύ γρήγορη και εύκολη.
Κόψτε το δεύτερο φύλλο χαλκού στο ίδιο μέγεθος με το πρώτο (θερμασμένο) Λυγίστε ΠΡΟΣΕΚΤΙΚΑ και τα δύο μέρη ώστε να χωρέσουν στο πλαστικό μπουκάλι χωρίς να ακουμπούν το ένα το άλλο.
Προσαρμόστε κλιπ αλιγάτορα και στις δύο πλάκες. Συνδέστε το καλώδιο από καθαρό χαλκό στο θετικό και το καλώδιο από την πλάκα οξειδίου στο αρνητικό.
Τώρα ανακατέψτε μερικές κουταλιές της σούπας αλάτι σε λίγο ζεστό νερό βρύσης. Ανακατεύουμε μέχρι να διαλυθεί όλο το αλάτι. Ρίξτε προσεκτικά το μείγμα στο μπουκάλι (εκεί που είναι τα πιάτα), αφήνοντας περίπου 2,5 εκ. από τις άκρες των πιάτων.
Στην παραπάνω φωτογραφία, η τελική ηλιακή μπαταρία βρίσκεται ΣΤΗ ΣΚΙΑ, το αμπερόμετρο δείχνει περίπου 6 milliamps. Αλλά ακόμα και στο σκοτάδι, αυτή η μπαταρία θα παράγει αρκετά milliamp))
Αυτή η φωτογραφία δείχνει την μπαταρία στο φως και το αμπερόμετρο δείχνει 34 milliamps, μερικές φορές η μπαταρία μπορεί να δώσει 50 milliamps, ή και περισσότερο.
Πως δουλεύει?
Το οξείδιο του χαλκού είναι ημιαγωγός.Είναι ένας ενδιάμεσος αγωγός, όπου ο ηλεκτρισμός μπορεί να ρέει ελεύθερα, και ένας μονωτής, όπου τα ηλεκτρόνια είναι στενά συνδεδεμένα με τα άτομά τους και δεν ρέουν ελεύθερα.
Σε έναν ημιαγωγό, υπάρχει ένα κενό που ονομάζεται διάκενο ζώνης μεταξύ των ηλεκτρονίων που είναι συνδεδεμένα στενά με το άτομο και των ηλεκτρονίων που βρίσκονται πιο μακριά από το άτομο, τα οποία μπορούν να κινούνται ελεύθερα και να μεταφέρουν ηλεκτρισμό.
Τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να παραμείνουν στο διάκενο ζώνης. Ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να δώσει μόνο λίγη ενέργεια και να μετακινηθεί από τον πυρήνα ενός ατόμου στο διάκενο ζώνης. Το ηλεκτρόνιο πρέπει να αποκτήσει αρκετή ενέργεια για να μετακινηθεί πιο μακριά από τον πυρήνα, έξω από το διάκενο ζώνης.
Ομοίως, ένα ηλεκτρόνιο έξω από το διάκενο ζώνης δεν μπορεί να χάσει λίγη ενέργεια και μόνο να πέσει λίγο πιο κοντά στον πυρήνα. Πρέπει να χάσει αρκετή ενέργεια για να πέσει πέρα από το διάκενο ζώνης στην περιοχή όπου τα ηλεκτρόνια μπορούν να διαφύγουν.
Όταν το ηλιακό φως χτυπά ηλεκτρόνια στο οξείδιο του χαλκού, μερικά από τα ηλεκτρόνια λαμβάνουν αρκετή ενέργεια από το ηλιακό φως για να πηδήξουν πέρα από το διάκενο της ζώνης και να γίνουν ελεύθερα να αγώγουν ηλεκτρισμό.
Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται στο αλμυρό νερό, μετά στην καθαρή χάλκινη πλάκα, στο σύρμα, μέσω του αμπερόμετρου και πίσω στην οξειδωμένη πλάκα.
Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα από το αμπερόμετρο, βλέπουμε έργο (αμπέρ). Όταν μια σκιά πέφτει σε ένα ηλιακό πάνελ, τα ηλεκτρόνια κινούνται πιο αργά και τα milliamp είναι χαμηλότερα.
Μια σημείωση για την ενέργεια.
Η μπαταρία παράγει 50 milliamps στα 0,25 volt.
Αυτό είναι 0,0000125 watt (12,5 μικροβάτ).
Μην προσπαθήσετε να ανάψετε μια λάμπα))) θα χρειάζονταν στρέμματα μπαταριών για να φωτίσετε ένα σπίτι. Το μοντέλο μας είναι πειραματικό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρας φωτός.
0,0000125 watt (12,5 microwatt) για μπαταρία 0,01 τετραγωνικών μέτρων ή 1,25 milliwatt ανά τετραγωνικό μέτρο.Για να φωτιστεί ένας λαμπτήρας 100 watt, θα χρειαζόταν 80.000 τετραγωνικά μέτρα οξειδίου του χαλκού για την ηλιόλουστη πλευρά και 80.000 τετραγωνικά μέτρα χαλκού για το σκοτεινό ηλεκτρόδιο. Για να λειτουργήσει ένας φούρνος 1.000 watt, θα χρειαστείτε 800.000 τετραγωνικά μέτρα οξειδίου του χαλκού και άλλα 800.000 τετραγωνικά μέτρα απλού χαλκού, ή 1.600.000 τετραγωνικά μέτρα όλα μαζί. Εάν επρόκειτο να τοποθετηθεί στη στέγη ενός σπιτιού, κάθε σπίτι θα είχε μήκος 282 μέτρα και πλάτος 282 μέτρα, λαμβάνοντας υπόψη όλα όσα χρειάζονταν ρεύμα, υπήρχε μία σόμπα.
Υπάρχουν 17.222.256,7 τετραγωνικά πόδια σε 1.600.000 τετραγωνικά πόδια. Εάν ο χαλκός κάλυπτε το κόστος στα 5 $ ανά τετραγωνικό πόδι, ο χαλκός μόνο θα κόστιζε 86.110.283,50 $ USD. Κάνοντας αυτό το ένα δέκατο του πάχους μπορεί να μειώσει αυτό στα 8.611.028,35 $. Εφόσον αγοράζετε χύμα, θα μπορούσατε να το πάρετε για το μισό ή περίπου 4.300.000,00 $.
Εάν χρησιμοποιούσατε ηλιακούς συλλέκτες πυριτίου με κόστος 4 $ ανά watt, θα μπορούσατε να λειτουργήσετε τον ίδιο φούρνο για 4.000,00 $. Αλλά τα πάνελ θα ήταν μόνο περίπου 10 τετραγωνικά μέτρα.
Ή για περίπου ένα δολάριο μπορείτε να φτιάξετε έναν ηλιακό φούρνο από αλουμινόχαρτο και χαρτόνι. Για περίπου 20 δολάρια μπορείτε να φτιάξετε μια πολύ ωραία παραβολική ηλιακή κουζίνα αλουμινίου που γυαλίζεται.
Επίπεδη ηλιακή κυψέλη
Έκανα μια πιο φορητή έκδοση του ηλιακού πάνελ σε επίπεδο σχέδιο. Χρησιμοποίησα ένα διαφανές πλαστικό κάλυμμα CD ως παράθυρο και κόλλα σιλικόνης για να συγκρατώ τα κομμάτια μαζί και να τα απομονώνω το ένα από το άλλο.
Αρχικά, φτιάχνουμε ένα οξείδιο από χαλκό, όπως στο πρώτο μέρος.Συγκολλάμε ένα μονωμένο χάλκινο σύρμα στη γωνία της πλάκας οξειδίου, αυτό θα είναι ένα μείον (αρνητικός πόλος).
Η θετική πλάκα είναι ένα κομμάτι καθαρού χαλκού σε σχήμα U, λίγο μεγαλύτερο σε μέγεθος από το οξείδιο (θα καταλάβετε πώς στις παρακάτω εικόνες))) κολλάμε ένα σύρμα στη γωνία του, αυτή τη φορά ένα συν.
Αρχικά κολλάμε τη χάλκινη πλάκα U στο πλαστικό παράθυρο. Χρησιμοποιήστε άφθονη κόλλα σιλικόνης για να μην διαρρεύσει το αλμυρό νερό. Βεβαιωθείτε ότι η ένωση συγκόλλησης είναι είτε πλήρως καλυμμένη με κόλλα, είτε έξω από την κόλλα U όπως φαίνεται στη φωτογραφία (καλύτερα καλυμμένη πλήρως με κόλλα).
Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει την πίσω πλευρά του ηλιακού πάνελ (η πλευρά που δεν βλέπει στον ήλιο).
Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει την μπροστινή πλευρά του ηλιακού πάνελ (την πλευρά που θα βλέπει τον ήλιο). Σημειώστε ότι η κόλλα σιλικόνης δεν καλύπτει πλήρως τον χαλκό, καθώς μέρος του χαλκού πρέπει τελικά να έρθει σε επαφή με αλμυρό νερό.
Εφαρμόστε κόλλα σε μια πλάκα από καθαρό χαλκό. Αυτό το στρώμα θα λειτουργήσει ως μονωτικό μεταξύ της πλάκας καθαρού χαλκού και της πλάκας οξειδίου και θα πρέπει να είναι αρκετά παχύ ώστε να αφήνει ένα μικρό χώρο για αλμυρό νερό. Και πάλι, δεν είναι όλος ο χαλκός επικαλυμμένος, επομένως θα υπάρχει πολύς χαλκός σε επαφή με το νερό.
Κολλήστε προσεκτικά την πλάκα οξειδίου σε αυτό το στρώμα. Θέλετε να πιέσετε αρκετά δυνατά για να βεβαιωθείτε ότι η κόλλα περιβάλλει τυχόν κενά, αλλά όχι τόσο δυνατά ώστε οι δύο πλάκες να εφάπτονται.
Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει την πίσω πλευρά του ηλιακού πάνελ (η πλευρά που δεν βλέπει στον ήλιο).
Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει την μπροστινή πλευρά του ηλιακού πάνελ (την πλευρά που θα βλέπει τον ήλιο).Σημειώστε ότι πρόσθεσα επιπλέον κόλλα για να σχηματίσω το σωλήνα από πάνω ώστε να θυμίζει αλατόνερο που ρίχνει.
Η φωτογραφία δεν δείχνει την πρόσθετη επίστρωση της κόλλας περιμετρικά για την αποφυγή διαρροής νερού, αλλά πρέπει να το κάνετε. Αφήστε την κόλλα να στεγνώσει πριν προχωρήσετε στο επόμενο βήμα.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε ένα μεγάλο σταγονόμετρο για να προσθέσετε αλατόνερο. Γεμίστε την μπαταρία σχεδόν μέχρι το πάνω μέρος της χάλκινης πλάκας μέχρι να ρέει σχεδόν το νερό. Στη συνέχεια σφραγίστε την τρύπα με μια σταγόνα κόλλας και αφήστε την κόλλα να στεγνώσει για τουλάχιστον μισή ώρα.
Στην παραπάνω φωτογραφία μπορείτε να δείτε το επίπεδο ηλιακό πάνελ σε δράση στο έντονο ηλιακό φως. Δίνει περίπου 36 μικροαμπέρ. Μπορείτε επίσης να δείτε μια επιπλέον κόλλα γύρω από τις άκρες των πλακών και να γεμίζει το πάνω μέρος του σωλήνα.
Τέλος, σε άλλη φωτογραφία υπάρχει μια σκιά του συγγραφέα. Σημειώστε ότι το αμπερόμετρο τώρα δείχνει περίπου 4 μικροαμπέρ αφού δεν λάμπει πάνω του το ηλιακό φως.
