Солнечная батарея - устройство для преобразования энергии солнца в электричество. Высокая производительность солнечных батарей, которые Вы можете купить в Radio Shack и других магазинах, сделаны из специально обработанного кремния и требуют огромных фабрик, высоких температур, особой чистки и большого количества денег.
Если мы желаем пожертвовать эффективностью за способность сделать наши собственные солнечные батареи в кухне из материалов из хозяйственного магазина, мы можем продемонстрировать рабочую солнечную батарею приблизительно через час.
Наша солнечная батарея сделана из оксида меди вместо кремния. Окись меди - один из первых материалов, в котором учёные открыли фотоэлектрический эффект, в котором свет заставляет электричество течь в материале.
Мысли о том, как объяснить фотоэлектрический эффект состоит в том, что привело Альберта Эйнштейна к Нобелевской премии по физике и к теории относительности.
Материалы.
1. Лист меди из хозяйственного магазина. Он обычно стоит приблизительно 150 руб. за 0.9 квадратного метра.Нам нужно примерно 45кв.см.
2. Два зажима "крокодильчика".
3. Чувствительный микроамперметр, который может измерить промежутки между 10 и 50 микроамперами. Radio Shack продает маленькие мультиметры с ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМ МОНИТОРОМ.Но можно использовать и обычный.
4. Электрическая печь. Моя кухонная печь - газовая, поэтому я купил маленькую электрическую плитку с одной спиралью приблизительно за 750 руб.Небольшие горелки на 700 ватт вероятно не будут работать - нужно не меньше 1100 ватт, чтобы горелка становилась красной.
5. Пластиковая бутылка с отрезанным горлышком. Я использовал 2-литровую бутылку от минералки.
6. Столовая соль. Нам понадобится пара столовых ложек.
7. Вода из-под крана.
8. Наждачная бумага или дрель с такой насадкой(абразивной)
9. Листовой металл.
Изготовление.
Вот горелка.
Сначала нужно отрезать часть меди,чтобы она была размером с электрическую плиту. Помойте руки,чтобы не оставлять жирных или др. пятен. Также вымойте медный лист с моющим средством,чтобы смыть с него жир или другие пятна.Используйте наждачную бумагу или абразивную щетку, чтобы полностью убрать медное защитное покрытие так, чтобы любой сульфид или другая легкая коррозия были удалены.
Затем положите чистый медный лист на плитку(электрическую) и включите её на максимум.
Медь начнёт нагреваться и окисляться,вы увидите красивые красно-оранжевые пятна на её поверхности.
Когда медь нагреется ещё больше,разноцветные пятна станут заменяться чёрным цветом-оксидом меди.
Все цвета исчезают,когда спираль уже красная.
Когда горелка будет пылать, лист меди будет покрыт черным медным оксидом. Позвольте ей пожариться ещё полчаса, таким образом черное покрытие будет толстым. Это важно, так как толстое покрытие отслоится легко, в то время как тонкое останется, прилипнув к меди.
После получаса кулинарии выключите горелку. Оставьте горячую медь на горелке, чтобы медленно охлаждаться. Если Вы охладите её слишком быстро, то черная оксидная пленка прилипнет к меди.
Поскольку медь охлаждается, она сжимается. Черная медная окись также сжимается. Но они сжимаются с разной скоростью, что заставляет черную медную окись отслоиться.
Скоро станут отваливаться большие куски,это забавно наблюдать))
Когда медь охладилась до комнатной температуры (это занимает приблизительно 20 минут), большая часть черной оксидной пленки уйдет. Легкое очищение Вашими руками под проточной водой удалит большинство маленьких кусочков. НЕ ПЫТАЙТЕСЬ отдирать неподдающиеся пятнышки и не сгибайте лист - можете повредить тонкий слой медной окиси,а как раз он нам и нужен
Остальная часть сборки очень быстрая и простая.
Обрежьте второй лист меди под размер с первым(нагретым).АККУРАТНО согните обе части,таким образом они войдут в пластмассовую бутылку, не касаясь друг друга.
Прицепите "крокодильчики" к обеим пластинам. Соедините провод от чистой меди к плюсу,а провод от пластины с оксидом - к минусу.
Теперь смешайте пару столовых ложек соли в небольшом количестве горячей воды из под крана. Размешивайте, пока вся соль не растворится. Аккуратно вылейте смесь в бутылку(где пластины), оставив примерно 2.5см от краёв пластин.
На фотографии выше готовая солнечная батарея В ТЕНИ,амперметр показывает приблизительно 6 милиампер.Но даже в темноте эта батарея будет давать несколько милиампер))
Эта фотография показывает батарею на свету, а амперметр показывает 34 милиампера,иногда батарея может дать и 50 милиампер,или даже больше.
Как это работает?
Оксид меди - полупроводник. Он является промежуточным проводником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами и не текут свободно.
В полупроводнике есть промежуток, названный запрещенной зоной между электронами, которые связаны сильно с атомом, и электронами, которые более далеки от атома, который может переместиться свободно и провести электричество.
Электроны не могут остаться в запрещенной зоне. Электрон может дать только немного энергии и переехать от ядра атома в запрещенную зону. Электрон должен получить достаточно энергии переместиться дальше от ядра, за пределами запрещенной зоны.
Точно так же электрон вне запрещенной зоны не может проиграть немного энергии и упасть только немного ближе к ядру. Это должно потерять достаточно энергии упасть мимо запрещенной зоны в область, где можно электронам.
Когда солнечный свет поражает электроны в оксиде меди, некоторые из электронов получают достаточно энергии от солнечного света, чтобы подскочить мимо запрещенной зоны и стать свободными провести электричество.
Свободные электроны перемещаются в солёную воду, затем в чистую медную пластину, в провод, через амперметр, и назад к окисленной пластине.
Поскольку электроны перемещаются через амперметр, мы видим работу(ампер). Когда тень падает на солнечную батарею, электроны движутся медленнее и милиампер меньше.
Примечание об энергии.
батарея производит 50 милиампер в 0.25 вольт.
Это 0.0000125 ватта (12.5 микроватт).
Не пытайтесь зажечь лампочку)))понадобились бы акры батарей,чтобы осветить дом.Наша модель - экспериментальная и может использоваться как датчик света.
0.0000125 ватта (12.5 микроватт) для батареи на 0.01 квадратных метра, или 1.25 милливатт за квадратный метр. Чтобы осветить лампочку на 100 ватт, потребовалось бы 80 000 квадратных метров оксида меди для освещенной солнцем стороны, и 80 000 квадратных метров меди для темного электрода. Чтобы управлять печью на 1 000 ватт, вам нужно было бы бы в 800 000 квадратных метров оксида меди, и другого 800 000 квадратных метров простой меди, или 1 600 000 квадратных метров все вместе. Если бы это должно былокрепиться на крыше дома, каждый дом был бы 282 метра длиной и 282 метра шириной, принимая все, для чего они нуждались в электричестве, была одна печь.
В 1 600 000 квадратных метров есть 17 222 256.7 квадратных футов. Если бы медь, покрывающая затраты 5$ за квадратный фут, одна только медь, стоила бы USD за 86 110 283,50$. Делая это одна десятая толщина может снизить это к 8 611 028,35$. Так как Вы покупаете оптом, Вы могли бы получить это для половины этого, или приблизительно 4 300 000,00$.
Если бы Вы использовали кремниевые солнечные группы, стоящие 4$ за ватт, то Вы могли бы управлять той же самой печью за 4 000,00$. Но группы только составили бы приблизительно 10 квадратных метров.
Или за приблизительно доллар Вы можете построить солнечную печь из алюминиевой фольги и картона. Приблизительно за 20$ Вы можете построить очень хорошую полируемую алюминиевую параболическую солнечную плиту.
Плоская солнечная батарея
Я сделал более портативную версию солнечной батареи в плоской форме. Я использовал прозрачную пластмассовую крышку обложки CD-диска как окно и силиконовый клей(можно обычный герметик)чтобы и приложить части вместе и изолировать их друг от друга.
Сначала делаем из меди оксид,как в первой части.Припаиваем к углу оксидной пластины изолированный медный провод,это будет минус(отрицательный полюс).
Положительная пластина - U образно вырезанный кусок чистой меди по размеру чуть больше оксидной(далее на картинках поймётё как)))к её углу припаиваем провод,на этот раз плюс.
Сначала приклеиваем медную пластину U к пластмассовому окну. Используйте много силиконового клея, таким образом солёная вода не будет просачиваться. Удостоверьтесь, что паяное соединение или полностью покрыто клеем, или за пределами клея U, как показано в фотографии (полностью покрытый клеем лучше).
Фотография ниже показывает заднюю сторону солнечной батареи (сторона, не оказывающаяся перед солнцем).
Фотография ниже показывает переднюю сторону солнечной батареи (сторона, которая будет стоять перед солнцем). Заметьте, что силиконовый клей полностью не покрывает меди, так как часть меди должна в конечном счете быть в контакте с солёной водой.
Мажем клеем пластину чистой меди. Этот слой будет действовать как изолятор между чистой медной пластиной и оксидной пластиной, и должен быть достаточно толстым, чтобы оставить небольшое пространство для солёной воды. Снова, не вся медь покрыта, таким образом будет много меди в контакте с водой.
Аккуратно приклейте оксидную пластину на этот слой. Вы должны нажать достаточно сильно, чтобы удостовериться, что клей окружает любые промежутки, но не настолько сильно, что эти две пластины соприкоснутся.
Фотография ниже показывает заднюю сторону солнечной батареи (сторона, не оказывающаяся перед солнцем).
Фотография ниже показывает переднюю сторону солнечной батареи (сторона, которая будет стоять перед солнцем). Отметьте, что я добавил дополнительный клей, чтобы сформировать трубу сверху, чтобы было как заливать солёную воду.
На фотографии не показана дополнительная обмазка клеем по периметру,чтобы вода никак не могла просочиться,но вы должны её сделать. Дайте клею высохнуть прежде чемм приступать к следущему шагу.
Затем, используйте большую пипетку, чтобы добавить солёную воду. Заполните батарею почти до вершины медной пластины, чтобы вода почти выливалась. Затем запечатайте отверстие каплей клея и позвольте клею ввысыхать по крайней мере полчаса.
На фотографии выше вы можете видеть плоскую солнечную батарею в действии на ярком солнце. Она даёт примерно 36 микроампер. Вы можете также видеть дополнительную бусинку клея вокруг краев пластин, и заполнение вершины трубы.
Наконец, на другой фотке тень автора. Отметьте, что амперметр теперь показывает приблизительно 4 микроампера, так как никакой солнечный свет не падает на него.
Источник: samodelka.ucoz.ru
