Et solcellebatteri er en enhet for å konvertere solenergi til elektrisitet. De høyytelsessolcellene du kan kjøpe hos Radio Shack og andre butikker er laget av spesialbehandlet silisium og krever enorme fabrikker, høye temperaturer, spesialrengjøring og mye penger.
Hvis vi er villige til å bytte effektivitet mot muligheten til å lage våre egne kjøkkensolpaneler ved bruk av jernvarebutikkmaterialer, kan vi demonstrere et fungerende solcellepanel på omtrent en time.
Solcellen vår er laget av kobberoksid i stedet for silisium. Kobberoksid er et av de første materialene der forskerne oppdaget den fotovoltaiske effekten, der lys får elektrisitet til å strømme i materialet.
Tanker om hvordan man kan forklare den fotoelektriske effekten er det som førte Albert Einstein til Nobelprisen i fysikk og til relativitetsteorien.
Materialer.
1. Et ark med kobber fra en jernvarehandel. Det koster vanligvis omtrent 150 rubler. for 0,9 kvm Vi trenger ca 45 kvm.
2. To krokodilleklemmer.
3.Følsomt mikroamperemeter som kan måle intervaller mellom 10 og 50 mikroampere. Radio Shack selger små multimetre med LCD-skjerm, men du kan bruke en vanlig.
4. Elektrisk ovn. Kjøkkenkomfyren min er en gasskomfyr, så jeg kjøpte en liten enspolet elektrisk komfyr for ca RUB 750. Små 700 watt brennere vil nok ikke fungere - det tar minst 1100 watt for å få brenneren til å bli rød.
5. Plastflaske med halsen avskåret. Jeg brukte en 2 liters flaske med mineralvann.
6. Bordsalt. Vi trenger et par spiseskjeer.
7. Vann fra springen.
8. Sandpapir eller bor med et slikt feste (slipemiddel)
9. Platemetall.
Produksjon.
Her er brenneren.
Først må du kutte av et stykke kobber slik at det er på størrelse med en elektrisk komfyr. Vask hendene for ikke å etterlate fett eller andre flekker. Vask også kobberarket med vaskemiddel for å fjerne fett eller andre flekker. Bruk sandpapir eller en slipende børste for å fjerne kobberbeskyttende belegg fullstendig slik at eventuell sulfid eller annen lett korrosjon fjernes.
Legg deretter en ren kobberplate på komfyren (elektrisk) og slå den på til maksimum.
Kobberet vil begynne å varme opp og oksidere, du vil se vakre rød-oransje flekker på overflaten.
Når kobberet varmes opp enda mer, vil de flerfargede flekkene begynne å bli erstattet av svart kobberoksid.
Alle farger forsvinner når spiralen allerede er rød.
Når brenneren lyser, vil kobberplaten være belagt med svart kobberoksid. La det koke i en halvtime til så det svarte belegget blir tykt. Dette er viktig fordi et tykt belegg vil flasse av lett, mens et tynt belegg vil forbli fast på kobberet.
Etter en halvtimes tilberedning slår du av brenneren. La det varme kobberet stå på brenneren for å avkjøles sakte. Hvis du avkjøler den for raskt, vil en svart oksidfilm feste seg til kobberet.
Når kobber avkjøles, trekker det seg sammen. Svart kobberoksid krymper også. Men de krymper i ulik hastighet, noe som får det svarte kobberoksidet til å flasse av.
Snart begynner store biter å falle av, det er morsomt å se på))
Når kobberet er avkjølt til romtemperatur (dette tar omtrent 20 minutter), vil det meste av den svarte oksidfilmen være borte. En lett skrubbing med hendene under rennende vann vil fjerne de fleste småbitene. IKKE prøv å fjerne gjenstridige flekker og ikke bøy arket - du kan skade det tynne laget av kobberoksid, som er akkurat det vi trenger.
Resten av monteringen er veldig rask og enkel.
Kutt det andre kobberarket til samme størrelse som det første (oppvarmet) Bøy forsiktig begge delene slik at de passer inn i plastflasken uten å berøre hverandre.
Fest krokodilleklemmer til begge platene. Koble ledningen fra rent kobber til den positive, og ledningen fra oksidplaten til den negative.
Bland nå et par spiseskjeer salt i litt varmt vann fra springen. Rør til alt saltet er oppløst. Hell blandingen forsiktig i flasken (der platene er), og la det være ca 2,5 cm fra kantene på platene.
På bildet over er det ferdige solbatteriet I SKYGGEN, amperemeteret viser omtrent 6 milliampere. Men selv i mørket vil dette batteriet produsere flere milliampere))
Dette bildet viser batteriet i lyset, og amperemeteret viser 34 milliampere, noen ganger kan batteriet gi 50 milliampere, eller enda mer.
Hvordan det fungerer?
Kobberoksid er en halvleder.Det er en mellomleder, hvor elektrisitet kan strømme fritt, og en isolator, hvor elektroner er tett bundet til atomene og ikke flyter fritt.
I en halvleder er det et gap som kalles båndgapet mellom elektroner som er tett bundet til atomet og elektroner som er lenger unna atomet, som kan bevege seg fritt og lede elektrisitet.
Elektroner kan ikke forbli i båndgapet. Et elektron kan bare gi litt energi og bevege seg fra kjernen til et atom inn i båndgapet. Elektronet må få nok energi til å bevege seg lenger fra kjernen, utenfor båndgapet.
Likeledes kan ikke et elektron utenfor båndgapet miste litt energi og bare falle litt nærmere kjernen. Den må miste nok energi til å falle forbi båndgapet inn i området der elektroner kan unnslippe.
Når sollys treffer elektroner i kobberoksid, mottar noen av elektronene nok energi fra sollys til å hoppe forbi båndgapet og bli fri til å lede elektrisitet.
De frie elektronene beveger seg inn i saltvannet, deretter inn i den rene kobberplaten, inn i ledningen, gjennom amperemeteret og tilbake til den oksiderte platen.
Når elektroner beveger seg gjennom amperemeteret, ser vi arbeid (ampere). Når en skygge faller på et solcellepanel, beveger elektronene seg langsommere og milliamperne er lavere.
Et notat om energi.
Batteriet produserer 50 milliampere ved 0,25 volt.
Dette er 0,0000125 watt (12,5 mikrowatt).
Ikke prøv å tenne en lyspære))) det vil ta hektar med batterier for å lyse opp et hus. Modellen vår er eksperimentell og kan brukes som en lyssensor.
0,0000125 watt (12,5 mikrowatt) for et batteri på 0,01 kvadratmeter, eller 1,25 milliwatt per kvadratmeter.For å lyse opp en 100-watts lyspære, ville det kreve 80 000 kvadratmeter kobberoksid for den solbelyste siden, og 80 000 kvadratmeter kobber for den mørke elektroden. For å drive en 1000-watts ovn trenger du 800.000 kvadratmeter kobberoksid, og ytterligere 800.000 kvadratmeter vanlig kobber, eller 1.600.000 kvadratmeter til sammen. Hvis det skulle monteres på taket av et hus, ville hvert hus vært 282 meter langt og 282 meter bredt, tatt i betraktning alt de trengte strøm til, det var én komfyr.
Det er 17 222 256,7 kvadratmeter i 1 600 000 kvadratmeter. Hvis kobber dekket koster $ 5 per kvadratfot, ville kobberet alene koste $ 86 110 283,50 USD. Ved å gjøre dette en tidel av tykkelsen kan dette reduseres til $8 611 028,35. Siden du kjøper i bulk, kan du få det for halvparten av det, eller rundt $4 300 000,00.
Hvis du brukte solcellepaneler av silisium som kostet $4 per watt, kunne du kjøre den samme ovnen for $4000,00. Men panelene ville bare være på rundt 10 kvadratmeter.
Eller for omtrent en dollar kan du bygge en solovn av aluminiumsfolie og papp. For omtrent $20 kan du bygge en veldig fin polerbar aluminiumparabolsk solkomfyr.
Flat solcelle
Jeg har laget en mer bærbar versjon av solcellepanelet i flat design. Jeg brukte et CD-deksel i gjennomsiktig plast som et vindu og silikonlim for å holde delene sammen og isolere dem fra hverandre.
Først lager vi et oksid av kobber, som i første del.Vi lodder en isolert kobbertråd til hjørnet av oksidplaten, dette vil være en minus (negativ pol).
Den positive platen er et U-formet stykke rent kobber, litt større i størrelse enn oksidet (du vil forstå hvordan på bildene nedenfor))) vi lodder en ledning til hjørnet, denne gangen et pluss.
Først limer vi kobberplaten U til plastvinduet. Bruk rikelig med silikonlim slik at saltvannet ikke vil sive gjennom. Pass på at loddeforbindelsen enten er helt dekket med lim, eller utenfor U-limet som vist på bildet (helt dekket med lim er bedre).
Bildet nedenfor viser baksiden av solcellepanelet (siden som ikke vender mot solen).
Bildet nedenfor viser forsiden av solcellepanelet (siden som skal vende mot solen). Merk at silikonlimet ikke dekker kobberet helt, siden noe av kobberet til slutt må være i kontakt med saltvann.
Påfør lim på en ren kobberplate. Dette laget vil fungere som en isolator mellom den rene kobberplaten og oksidplaten, og bør være tykk nok til å gi en liten plass til saltvann. Igjen, ikke alt kobber er belagt, så det vil være mye kobber i kontakt med vannet.
Lim forsiktig oksidplaten på dette laget. Du vil trykke hardt nok til å sørge for at limet omgir eventuelle hull, men ikke så hardt at de to platene berører hverandre.
Bildet nedenfor viser baksiden av solcellepanelet (siden som ikke vender mot solen).
Bildet nedenfor viser forsiden av solcellepanelet (siden som skal vende mot solen).Legg merke til at jeg tilsatte ekstra lim for å danne røret på toppen for å ligne å helle saltvann.
Bildet viser ikke det ekstra belegget med lim rundt omkretsen for å hindre vann i å lekke inn, men du må gjøre det. La limet tørke før du går videre til neste trinn.
Deretter bruker du en stor dropper for å tilsette saltvann. Fyll batteriet nesten til toppen av kobberplaten til vannet nesten renner ut. Forsegl deretter hullet med en dråpe lim og la limet tørke i minst en halvtime.
På bildet over kan du se flatpanelets solcellepanel i aksjon i sterkt sollys. Den gir omtrent 36 mikroampere. Du kan også se en ekstra limperle rundt kantene på platene, og fylle toppen av røret.
Til slutt, på et annet bilde er det en skygge av forfatteren. Merk at amperemeteret nå viser omtrent 4 mikroampere siden det ikke skinner sollys på det.
