Solární baterie je zařízení pro přeměnu sluneční energie na elektřinu. Vysoce výkonné solární články, které si můžete koupit v Radio Shack a dalších obchodech, jsou vyrobeny ze speciálně zpracovaného křemíku a vyžadují obrovské továrny, vysoké teploty, speciální čištění a spoustu peněz.
Pokud jsme ochotni vyměnit efektivitu za schopnost vyrobit si vlastní kuchyňské solární panely pomocí materiálů z železářství, můžeme předvést funkční solární panel asi za hodinu.
Náš solární článek je vyroben z oxidu mědi namísto křemíku. Oxid měďnatý je jedním z prvních materiálů, u kterých vědci objevili fotovoltaický efekt, při kterém světlo způsobuje proudění elektřiny v materiálu.
Úvahy o tom, jak vysvětlit fotoelektrický jev, přivedly Alberta Einsteina k Nobelově ceně za fyziku a k teorii relativity.
Materiály.
1. Plech mědi z železářství. Obvykle to stojí přibližně 150 rublů. na 0,9 m2 Potřebujeme přibližně 45 cm2.
2. Dvě krokosvorky.
3.Citlivý mikroampérmetr, který dokáže měřit intervaly mezi 10 a 50 mikroampéry. Radio Shack prodává malé multimetry s LCD monitorem, ale můžete použít běžný.
4. Elektrická trouba. Můj kuchyňský sporák je plynový, tak jsem si koupil malý jednokotoučový elektrický sporák za cca 750 RUB. Malé 700 wattové hořáky pravděpodobně nebudou fungovat – potřebuje minimálně 1100 wattů, než hořák zčervená.
5. Plastová láhev s odříznutým hrdlem. Použil jsem 2 litrovou láhev na minerální vodu.
6. Kuchyňská sůl. Budeme potřebovat pár polévkových lžic.
7. Voda z kohoutku.
8. Brusný papír nebo vrták s takovým nástavcem (brusný)
9. Plech.
Výrobní.
Tady je hořák.
Nejprve je třeba odříznout kus mědi tak, aby měl velikost elektrického sporáku. Umyjte si ruce, abyste nezanechali mastné nebo jiné skvrny. Měděný plech také omyjte saponátem, abyste odstranili mastnotu nebo jiné skvrny.K úplnému odstranění měděného ochranného povlaku použijte brusný papír nebo brusný kartáč, abyste odstranili případnou sulfidovou nebo jinou lehkou korozi.
Poté na sporák (elektrický) položte čistý měděný plech a zapněte ho na maximum.
Měď se začne zahřívat a oxidovat, na jejím povrchu uvidíte krásné červenooranžové skvrny.
Když se měď zahřeje ještě více, začnou být vícebarevné skvrny nahrazovány černým oxidem mědi.
Všechny barvy zmizí, když je spirála již červená.
Když hořák žhne, měděný plech bude potažen černým oxidem mědi. Necháme ještě půl hodiny vařit, aby byl černý povlak hustý. To je důležité, protože silný povlak se snadno odloupne, zatímco tenký povlak zůstane přilepený na mědi.
Po půl hodině vaření vypněte hořák. Nechte horkou měď na hořáku pomalu vychladnout. Pokud jej ochladíte příliš rychle, na mědi se přilepí černý oxidový film.
Jak se měď ochlazuje, smršťuje se. Černý oxid mědi se také smršťuje. Ale zmenšují se různou rychlostí, což způsobuje odlupování černého oxidu mědi.
Brzy začnou odpadávat velké kusy, je zábavné to sledovat))
Jakmile měď vychladne na pokojovou teplotu (to trvá přibližně 20 minut), většina filmu černého oxidu zmizí. Většinu malých kousků odstraníte lehkým drhnutím rukou pod tekoucí vodou. NEPOKOUŠEJTE se odstranit odolná místa a neohýbejte plech - můžete poškodit tenkou vrstvu oxidu mědi, což je přesně to, co potřebujeme.
Zbytek montáže je velmi rychlý a snadný.
Druhý plát mědi ustřihněte na stejnou velikost jako první (nahřátý) OPATRNĚ ohněte oba díly tak, aby se vešly do plastové láhve, aniž by se navzájem dotýkaly.
Na obě desky připevněte krokosvorky. Připojte vodič z čisté mědi ke kladnému pólu a vodič z oxidové desky k zápornému pólu.
Nyní rozmíchejte pár lžic soli v troše horké vody z vodovodu. Míchejte, dokud se všechna sůl nerozpustí. Opatrně nalijte směs do láhve (kde jsou talíře), ponechte asi 2,5 cm od okrajů talířů.
Na fotografii výše je hotová solární baterie VE STÍNU, ampérmetr ukazuje přibližně 6 miliampérů. Ale i ve tmě tato baterie vydá několik miliampérů))
Tato fotografie ukazuje baterii ve světle a ampérmetr ukazuje 34 miliampérů, někdy může baterie poskytnout 50 miliampérů nebo dokonce více.
Jak to funguje?
Oxid měďnatý je polovodič.Jde o mezivodič, kde může volně proudit elektřina, a izolant, kde jsou elektrony pevně vázány na jejich atomy a volně neproudí.
V polovodiči existuje mezera zvaná bandgap mezi elektrony, které jsou pevně vázány k atomu, a elektrony, které jsou dále od atomu, které se mohou volně pohybovat a vést elektřinu.
Elektrony nemohou zůstat v zakázaném pásmu. Elektron může dát jen malou energii a přesunout se z jádra atomu do zakázaného pásu. Elektron musí získat dostatek energie, aby se mohl pohybovat dále od jádra, mimo pásmovou mezeru.
Stejně tak elektron mimo bandgap nemůže ztratit trochu energie a spadne jen o něco blíže k jádru. Musí ztratit dostatek energie, aby propadl za pásmovou mezeru do oblasti, kde mohou elektrony uniknout.
Když sluneční světlo dopadá na elektrony v oxidu mědi, některé elektrony přijímají ze slunečního světla dostatek energie, aby přeskočily pásmovou mezeru a uvolnily se pro vedení elektřiny.
Volné elektrony se pohybují do slané vody, pak do čisté měděné desky, do drátu, přes ampérmetr a zpět na oxidovanou desku.
Jak se elektrony pohybují ampérmetrem, vidíme práci (ampéry). Když na solární panel dopadne stín, elektrony se pohybují pomaleji a miliampéry jsou nižší.
Poznámka k energii.
Baterie produkuje 50 miliampérů při 0,25 voltu.
To je 0,0000125 wattů (12,5 mikrowattů).
Nepokoušejte se rozsvítit žárovku))) na rozsvícení domu by bylo potřeba hektarů baterií Náš model je experimentální a lze jej použít jako světelný senzor.
0,0000125 wattů (12,5 mikrowattů) pro baterii o velikosti 0,01 metru čtvereční nebo 1,25 miliwattů na metr čtvereční.K osvětlení 100wattové žárovky by bylo potřeba 80 000 metrů čtverečních oxidu mědi pro osluněnou stranu a 80 000 metrů čtverečních mědi pro tmavou elektrodu. Pro provoz 1000wattové pece byste potřebovali 800 000 metrů čtverečních oxidu mědi a dalších 800 000 metrů čtverečních obyčejné mědi, neboli 1 600 000 metrů čtverečních dohromady. Pokud by se montoval na střechu domu, každý dům by byl 282 metrů dlouhý a 282 metrů široký, při započtení všeho, na co potřebovali elektřinu, byla jedna kamna.
V 1 600 000 čtverečních stopách je 17 222 256,7 čtverečních stop. Pokud by měď pokrývala náklady ve výši 5 USD za čtvereční stopu, samotná měď by stála 86 110 283,50 USD. Pokud to uděláte o jednu desetinu tloušťky, můžete to snížit na 8 611 028,35 $. Vzhledem k tomu, že nakupujete ve velkém, můžete to získat za polovinu, nebo asi 4 300 000,00 $.
Pokud jste použili křemíkové solární panely v ceně 4 $ za watt, mohli byste provozovat stejnou pec za 4 000,00 $. Ale panely by měly jen asi 10 metrů čtverečních.
Nebo asi za dolar můžete postavit solární troubu z hliníkové fólie a lepenky. Za zhruba 20 dolarů si můžete postavit velmi pěkný leštitelný hliníkový parabolický solární vařič.
Plochý solární článek
Vyrobil jsem přenosnější verzi solárního panelu v plochém provedení. Použil jsem průhledný plastový obal na CD jako okénko a silikonové lepidlo, aby obě části držely pohromadě a izolovaly je od sebe.
Nejprve si z mědi vyrobíme kysličník, jako v prvním díle.K rohu oxidové destičky připájeme izolovaný měděný drát, bude to mínus (záporný pól).
Kladná deska je kus čisté mědi ve tvaru U, o něco větší než oxid (pochopíte jak na obrázcích níže))) do jejího rohu připájeme drát, tentokrát plus.
Nejprve přilepíme měděný plát U na plastové okno. Použijte dostatek silikonového lepidla, aby slaná voda neprosákla. Ujistěte se, že pájený spoj je buď zcela pokryt lepidlem, nebo mimo lepidlo U, jak je znázorněno na fotografii (lepší je plně pokrytý lepidlem).
Níže uvedená fotografie ukazuje zadní stranu solárního panelu (stranu, která není obrácena ke slunci).
Na obrázku níže je přední strana solárního panelu (strana, která bude směřovat ke slunci). Všimněte si, že silikonové lepidlo zcela nepokryje měď, protože část mědi musí být nakonec v kontaktu se slanou vodou.
Naneste lepidlo na čistou měděnou desku. Tato vrstva bude fungovat jako izolant mezi deskou z čisté mědi a oxidovou deskou a měla by být dostatečně silná, aby ponechala malý prostor pro slanou vodu. Opět platí, že ne všechna měď je potažena, takže v kontaktu s vodou bude hodně mědi.
Na tuto vrstvu opatrně nalepte oxidovou desku. Chcete zatlačit dostatečně silně, abyste se ujistili, že lepidlo obklopuje všechny mezery, ale ne tak silně, aby se obě desky dotýkaly.
Níže uvedená fotografie ukazuje zadní stranu solárního panelu (stranu, která není obrácena ke slunci).
Na obrázku níže je přední strana solárního panelu (strana, která bude směřovat ke slunci).Všimněte si, že jsem přidal další lepidlo, aby se vytvořila trubka nahoře, aby připomínala nalévání slané vody.
Na fotce není vidět dodatečné natírání lepidlem po obvodu proti zatékání vody, ale musíte to udělat. Než přejdete k dalšímu kroku, nechte lepidlo zaschnout.
Poté pomocí velkého kapátka přidejte slanou vodu. Naplňte baterii téměř po horní část měděné desky, dokud voda téměř nevytéká. Poté otvor zalepte kapkou lepidla a nechte lepidlo alespoň půl hodiny zaschnout.
Na fotografii výše můžete vidět plochý solární panel v akci na jasném slunci. Poskytuje přibližně 36 mikroampérů. Můžete také vidět další kapku lepidla kolem okrajů desek a vyplňující horní část trubky.
Konečně na další fotce je stín autora. Všimněte si, že ampérmetr nyní ukazuje přibližně 4 mikroampéry, protože na něj nesvítí žádné sluneční světlo.
