Solárna batéria je zariadenie na premenu slnečnej energie na elektrickú energiu. Vysokovýkonné solárne články, ktoré si môžete kúpiť v Radio Shack a iných obchodoch, sú vyrobené zo špeciálne spracovaného kremíka a vyžadujú si obrovské továrne, vysoké teploty, špeciálne čistenie a veľa peňazí.
Ak sme ochotní vymeniť efektivitu za schopnosť vyrobiť si vlastné kuchynské solárne panely s použitím materiálov z železiarstva, môžeme predviesť funkčný solárny panel asi za hodinu.
Náš solárny článok je vyrobený z oxidu medi namiesto kremíka. Oxid meďnatý je jedným z prvých materiálov, pri ktorom vedci objavili fotovoltaický efekt, pri ktorom svetlo spôsobuje prúdenie elektriny v materiáli.
Úvahy o tom, ako vysvetliť fotoelektrický jav, viedli Alberta Einsteina k Nobelovej cene za fyziku a k teórii relativity.
Materiály.
1. Medený plech zo železiarstva. Zvyčajne to stojí približne 150 rubľov. na 0,9 m2 Potrebujeme približne 45 cm2.
2. Dve krokosvorky.
3.Citlivý mikroampérmeter, ktorý dokáže merať intervaly medzi 10 a 50 mikroampérmi. Radio Shack predáva malé multimetre s LCD monitorom, ale môžete použiť obyčajný.
4. Elektrická rúra. Môj kuchynský sporák je plynový, tak som si kúpil malý jednocievkový elektrický sporák za približne 750 RUB. Malé 700 wattové horáky pravdepodobne nebudú fungovať - na sfarbenie horáka je potrebných najmenej 1 100 wattov.
5. Plastová fľaša s odrezaným hrdlom. Použil som 2 litrovú fľašu na minerálku.
6. Stolová soľ. Budeme potrebovať pár polievkových lyžíc.
7. Voda z vodovodu.
8. Brúsny papier alebo vŕtačka s takýmto nástavcom (brúsivo)
9. Plech.
Výroba.
Tu je horák.
Najprv musíte odrezať kus medi tak, aby mal veľkosť elektrického sporáka. Umyte si ruky, aby ste nezanechali mastné alebo iné škvrny. Medený plech tiež umyte saponátom, aby ste odstránili mastnotu alebo iné škvrny.Na úplné odstránenie medeného ochranného povlaku použite brúsny papier alebo brúsnu kefu, aby sa odstránil prípadný sulfid alebo iná ľahká korózia.
Potom položte čistý medený plech na sporák (elektrický) a zapnite ho na maximum.
Meď sa začne zahrievať a oxidovať, na jej povrchu uvidíte krásne červeno-oranžové škvrny.
Keď sa meď zahreje ešte viac, viacfarebné škvrny začnú byť nahradené čiernym oxidom medi.
Všetky farby zmiznú, keď je špirála už červená.
Keď horák svieti, medený plech bude pokrytý čiernym oxidom medi. Nechajte variť ďalšiu pol hodinu, aby bol čierny povlak hustý. Je to dôležité, pretože hrubý povlak sa ľahko odlepí, zatiaľ čo tenký povlak zostane prilepený na meď.
Po pol hodine varenia vypnite horák. Nechajte horúcu meď na horáku pomaly vychladnúť. Ak ho ochladíte príliš rýchlo, na meď sa prilepí film čierneho oxidu.
Ako sa meď ochladzuje, sťahuje sa. Čierny oxid medi sa tiež zmenšuje. Ale zmenšujú sa rôznymi rýchlosťami, čo spôsobuje odlupovanie čierneho oxidu medi.
Čoskoro veľké kusy začnú vypadávať, je zábavné to sledovať))
Keď sa meď ochladí na izbovú teplotu (to trvá približne 20 minút), väčšina filmu čierneho oxidu zmizne. Ľahké drhnutie rukami pod tečúcou vodou odstráni väčšinu malých kúskov. NEPOKÚŠAJTE sa odstrániť odolné škvrny a neohýbajte plech - môžete poškodiť tenkú vrstvu oxidu medi, čo je presne to, čo potrebujeme.
Zvyšok montáže je veľmi rýchly a jednoduchý.
Druhý medený plát odrežte na rovnakú veľkosť ako prvý (nahriaty) OPATRNE ohnite obe časti tak, aby zapadli do plastovej fľaše bez toho, aby sa navzájom dotýkali.
Pripevnite krokosvorky na obe platne. Pripojte drôt z čistej medi k plusu a drôt z oxidovej platne k mínusu.
Teraz rozmiešajte pár polievkových lyžíc soli v troche horúcej vody z vodovodu. Miešajte, kým sa všetka soľ nerozpustí. Opatrne nalejte zmes do fľaše (kde sú taniere) a nechajte asi 2,5 cm od okrajov tanierov.
Na fotke vyššie je hotová solárna batéria V TIENI, ampérmeter ukazuje približne 6 miliampérov. Ale aj v tme táto batéria vyrobí niekoľko miliampérov))
Táto fotografia zobrazuje batériu vo svetle a ampérmeter ukazuje 34 miliampérov, niekedy môže batéria poskytnúť 50 miliampérov alebo dokonca viac.
Ako to funguje?
Oxid meďnatý je polovodič.Ide o stredný vodič, kde môže elektrina voľne prúdiť, a izolant, kde sú elektróny pevne viazané na ich atómy a voľne nepretekajú.
V polovodiči existuje medzera nazývaná bandgap medzi elektrónmi, ktoré sú pevne viazané na atóm, a elektrónmi, ktoré sú ďalej od atómu, ktoré sa môžu voľne pohybovať a viesť elektrinu.
Elektróny nemôžu zostať v pásme. Elektrón môže poskytnúť len malú energiu a presunúť sa z jadra atómu do zakázaného pásma. Elektrón musí získať dostatok energie, aby sa posunul ďalej od jadra, mimo zakázaného pásma.
Podobne elektrón mimo bandgap nemôže stratiť trochu energie a spadne len trochu bližšie k jadru. Musí stratiť dostatok energie na to, aby prepadol za zakázaný pás do oblasti, kde môžu elektróny uniknúť.
Keď slnečné svetlo zasiahne elektróny v oxide medi, niektoré z elektrónov dostanú dostatok energie zo slnečného žiarenia na to, aby preskočili zakázaný pás a uvoľnili sa na vedenie elektriny.
Voľné elektróny sa pohybujú do slanej vody, potom do čistej medenej platne, do drôtu, cez ampérmeter a späť na oxidovanú platňu.
Keď sa elektróny pohybujú cez ampérmeter, vidíme prácu (ampéry). Keď na solárny panel dopadne tieň, elektróny sa pohybujú pomalšie a miliampéry sú nižšie.
Poznámka o energii.
Batéria produkuje 50 miliampérov pri 0,25 voltoch.
Toto je 0,0000125 wattov (12,5 mikrowattov).
Nepokúšajte sa zapáliť žiarovku))) na rozsvietenie domu by bolo potrebných hektárov batérií. Náš model je experimentálny a možno ho použiť ako svetelný senzor.
0,0000125 wattov (12,5 mikrowattov) pre batériu s veľkosťou 0,01 metra štvorcového alebo 1,25 miliwattov na meter štvorcový.Na osvetlenie 100-wattovej žiarovky by bolo potrebných 80 000 metrov štvorcových oxidu medi na strane osvetlenej slnkom a 80 000 metrov štvorcových medi na tmavú elektródu. Na prevádzku 1 000-wattovej pece by ste potrebovali 800 000 metrov štvorcových oxidu medi a ďalších 800 000 metrov štvorcových obyčajnej medi alebo 1 600 000 metrov štvorcových spolu. Ak by sa montoval na strechu domu, každý dom by bol 282 metrov dlhý a 282 metrov široký, berúc do úvahy všetko, na čo potrebovali elektrinu, bola tam jedna piecka.
Na 1 600 000 štvorcových stôp je 17 222 256,7 štvorcových stôp. Ak by meď pokrývala náklady vo výške 5 USD za štvorcový meter, samotná meď by stála 86 110 283,50 USD. Ak urobíte túto desatinu hrúbky, môžete to znížiť na 8 611 028,35 USD. Keďže nakupujete vo veľkom, mohli by ste to získať za polovicu, alebo približne 4 300 000,00 USD.
Ak ste použili kremíkové solárne panely v cene 4 doláre za watt, mohli by ste tú istú pec prevádzkovať za 4 000,00 dolárov. Ale panely by mali len asi 10 metrov štvorcových.
Alebo asi za dolár môžete postaviť solárnu rúru z hliníkovej fólie a kartónu. Za približne 20 dolárov si môžete postaviť veľmi pekný leštiteľný hliníkový parabolický solárny varič.
Plochý solárny článok
Vyrobil som prenosnejšiu verziu solárneho panelu v plochom prevedení. Použil som priehľadný plastový obal na CD ako okienko a silikónové lepidlo na držanie kusov pohromade a ich izoláciu od seba.
Najprv si vyrobíme oxid z medi, ako v prvej časti.Do rohu oxidovej platne prispájkujeme izolovaný medený drôt, bude to mínus (záporný pól).
Pozitívna doska je kus čistej medi v tvare U, o niečo väčší ako oxid (pochopíte ako na obrázkoch nižšie))) do jej rohu prispájkujeme drôt, tentoraz plus.
Najprv prilepíme medený plát U na plastové okno. Použite veľa silikónového lepidla, aby slaná voda neprenikla. Uistite sa, že spájkovaný spoj je buď úplne pokrytý lepidlom, alebo mimo lepidla U, ako je znázornené na fotografii (lepšie je úplne pokrytý lepidlom).
Na obrázku nižšie je zadná strana solárneho panelu (strana, ktorá nie je otočená k slnku).
Na fotografii nižšie je znázornená predná strana solárneho panelu (strana, ktorá bude obrátená k slnku). Všimnite si, že silikónové lepidlo úplne nepokryje meď, pretože časť medi musí byť nakoniec v kontakte so slanou vodou.
Naneste lepidlo na čistú medenú platňu. Táto vrstva bude pôsobiť ako izolant medzi čistou medenou doskou a oxidovou doskou a mala by byť dostatočne hrubá, aby ponechala malý priestor pre slanú vodu. Opäť platí, že nie všetka meď je pokrytá, takže v kontakte s vodou bude veľa medi.
Opatrne prilepte oxidovú platňu na túto vrstvu. Chcete stlačiť dostatočne silno, aby ste sa uistili, že lepidlo obklopuje všetky medzery, ale nie tak silno, aby sa dve dosky dotýkali.
Na obrázku nižšie je zadná strana solárneho panelu (strana, ktorá nie je otočená k slnku).
Na fotografii nižšie je znázornená predná strana solárneho panelu (strana, ktorá bude obrátená k slnku).Všimnite si, že som pridal ďalšie lepidlo, aby som vytvoril potrubie na vrchu, aby sa podobalo nalievaniu slanej vody.
Na fotke nie je vidieť dodatočný náter lepidla po obvode, aby sa zabránilo zatekaniu vody, ale musíte to urobiť. Pred prechodom na ďalší krok nechajte lepidlo zaschnúť.
Potom pomocou veľkého kvapkadla pridajte slanú vodu. Naplňte batériu takmer po vrch medenej dosky, kým voda takmer nevytečie. Potom otvor zalepte kvapkou lepidla a nechajte lepidlo aspoň pol hodiny zaschnúť.
Na fotografii vyššie môžete vidieť plochý solárny panel v akcii pri jasnom slnečnom svetle. Poskytuje približne 36 mikroampérov. Môžete tiež vidieť ďalšiu kvapku lepidla okolo okrajov dosiek a vypĺňať hornú časť potrubia.
Nakoniec na ďalšej fotke je tieň autora. Všimnite si, že ampérmeter teraz ukazuje približne 4 mikroampéry, pretože naň nesvieti žiadne slnečné svetlo.
