Et solbatteri er en enhed til at omdanne solenergi til elektricitet. De højtydende solceller, du kan købe hos Radio Shack og andre butikker, er lavet af specialforarbejdet silicium og kræver enorme fabrikker, høje temperaturer, specialrengøring og mange penge.
Hvis vi er villige til at bytte effektivitet med evnen til at lave vores egne køkkensolpaneler ved hjælp af byggematerialer, kan vi demonstrere et fungerende solpanel på cirka en time.
Vores solcelle er lavet af kobberoxid i stedet for silicium. Kobberoxid er et af de første materialer, hvori forskere opdagede den fotovoltaiske effekt, hvor lys får elektricitet til at flyde i materialet.
Tanker om, hvordan man kan forklare den fotoelektriske effekt, er det, der førte Albert Einstein til Nobelprisen i fysik og til relativitetsteorien.
Materialer.
1. Et ark kobber fra en byggemarked. Det koster normalt omkring 150 rubler. til 0,9 kvm. Vi skal bruge cirka 45 kvm.
2. To krokodilleclips.
3.Følsomt mikroamperemeter, der kan måle intervaller mellem 10 og 50 mikroampere. Radio Shack sælger små multimetre med LCD-skærm, men du kan bruge en almindelig.
4. El-ovn. Mit køkkenkomfur er et gaskomfur, så jeg købte et lille el-komfur med én spiral til omkring 750 RUB. Små 700 watt brændere virker nok ikke - det kræver mindst 1100 watt at få brænderen til at blive rød.
5. Plastflaske med halsen skåret af. Jeg brugte en 2 liters mineralvandsflaske.
6. Bordsalt. Vi skal bruge et par spiseskefulde.
7. Postevand.
8. Sandpapir eller bor med en sådan vedhæftning (slibemiddel)
9. Metalplade.
Fremstilling.
Her er brænderen.
Først skal du skære et stykke kobber af, så det er på størrelse med et elektrisk komfur. Vask dine hænder for ikke at efterlade fedtede eller andre pletter. Vask også kobberpladen med rengøringsmiddel for at fjerne fedt eller andre pletter. Brug sandpapir eller en slibende børste til helt at fjerne kobberbeskyttende belægning, så eventuel sulfid eller anden let korrosion fjernes.
Læg derefter en ren kobberplade på ovnen (elektrisk) og tænd den til maksimum.
Kobberet vil begynde at varme op og oxidere, du vil se smukke rød-orange pletter på overfladen.
Når kobberet opvarmes endnu mere, vil de flerfarvede pletter begynde at blive erstattet af sort kobberoxid.
Alle farver forsvinder, når spiralen allerede er rød.
Når brænderen lyser, vil kobberpladen være belagt med sort kobberoxid. Lad det koge i endnu en halv time, så den sorte belægning bliver tyk. Dette er vigtigt, fordi en tyk belægning let vil skalle af, mens en tynd belægning forbliver fast på kobberet.
Sluk for brænderen efter en halv times kogning. Lad det varme kobber stå på brænderen og køle langsomt af. Hvis du afkøler det for hurtigt, vil en sort oxidfilm klæbe til kobberet.
Når kobber afkøles, trækker det sig sammen. Sort kobberoxid krymper også. Men de krymper med forskellig hastighed, hvilket får den sorte kobberoxid til at flage af.
Snart vil store stykker begynde at falde af, det er sjovt at se))
Når kobberet er afkølet til stuetemperatur (dette tager cirka 20 minutter), vil det meste af den sorte oxidfilm være væk. En let skrubning med hænderne under rindende vand vil fjerne de fleste små stykker. Forsøg IKKE at fjerne genstridige pletter og bøj ikke arket - du kan beskadige det tynde lag kobberoxid, som er præcis, hvad vi har brug for.
Resten af monteringen er meget hurtig og nem.
Klip det andet kobberark til i samme størrelse som det første (opvarmede) Bøj forsigtigt begge dele, så de passer ind i plastikflasken uden at røre hinanden.
Fastgør krokodilleklemmer til begge plader. Forbind ledningen fra rent kobber til den positive, og ledningen fra oxidpladen til den negative.
Bland nu et par spiseskefulde salt i lidt varmt postevand. Rør til alt saltet er opløst. Hæld forsigtigt blandingen i flasken (hvor pladerne er), efterlad ca. 2,5 cm fra kanterne af pladerne.
På billedet ovenfor er det færdige solbatteri I SKYGGEN, amperemeteret viser cirka 6 milliampere. Men selv i mørke vil dette batteri producere flere milliampere))
Dette billede viser batteriet i lyset, og amperemeteret viser 34 milliampere, nogle gange kan batteriet give 50 milliampere, eller endda mere.
Hvordan det virker?
Kobberoxid er en halvleder.Det er en mellemleder, hvor elektricitet kan flyde frit, og en isolator, hvor elektroner er tæt bundet til deres atomer og ikke flyder frit.
I en halvleder er der et mellemrum kaldet båndgabet mellem elektroner, der er tæt bundet til atomet, og elektroner, der er længere væk fra atomet, som kan bevæge sig frit og lede elektricitet.
Elektroner kan ikke forblive i båndgabet. En elektron kan kun give lidt energi og bevæge sig fra et atoms kerne ind i båndgabet. Elektronen skal få nok energi til at bevæge sig længere fra kernen uden for båndgabet.
Ligeledes kan en elektron uden for båndgabet ikke miste lidt energi og kun falde lidt tættere på kernen. Det skal miste nok energi til at falde forbi båndgabet ind i det område, hvor elektroner kan undslippe.
Når sollys rammer elektroner i kobberoxid, modtager nogle af elektronerne nok energi fra sollys til at hoppe forbi båndgabet og blive fri til at lede elektricitet.
De frie elektroner bevæger sig ind i saltvandet, derefter ind i den rene kobberplade, ind i ledningen, gennem amperemeteret og tilbage til den oxiderede plade.
Når elektroner bevæger sig gennem amperemeteret, ser vi arbejde (ampere). Når en skygge falder på et solpanel, bevæger elektronerne sig langsommere, og milliamperne er lavere.
En note om energi.
Batteriet producerer 50 milliampere ved 0,25 volt.
Dette er 0,0000125 watt (12,5 mikrowatt).
Forsøg ikke at tænde en pære))) det ville tage acres af batterier at lyse et hus op. Vores model er eksperimentel og kan bruges som en lyssensor.
0,0000125 watt (12,5 mikrowatt) for et 0,01 kvadratmeter batteri eller 1,25 milliwatt per kvadratmeter.For at oplyse en 100-watt pære ville det kræve 80.000 kvadratmeter kobberoxid til den solbelyste side og 80.000 kvadratmeter kobber til den mørke elektrode. For at drive en 1.000-watt ovn skal du bruge 800.000 kvadratmeter kobberoxid og yderligere 800.000 kvadratmeter almindeligt kobber eller 1.600.000 kvadratmeter tilsammen. Hvis det skulle monteres på taget af et hus, ville hvert hus være 282 meter langt og 282 meter bredt, taget i betragtning alt hvad de skulle bruge strøm til, var der ét komfur.
Der er 17.222.256,7 kvadratfod i 1.600.000 kvadratfod. Hvis kobber dækket koster $5 per kvadratfod, ville kobberet alene koste $86.110.283,50 USD. Ved at gøre denne en tiendedel af tykkelsen kan dette reduceres til $8.611.028,35. Da du køber i løs vægt, kan du få det for det halve, eller omkring $4.300.000,00.
Hvis du brugte siliciumsolpaneler, der koster $4 pr. watt, kunne du køre den samme ovn for $4.000,00. Men panelerne ville kun være omkring 10 kvadratmeter.
Eller for omkring en dollar kan du bygge en solovn af aluminiumsfolie og pap. For omkring $20 kan du bygge en meget flot polerbar aluminium parabolisk solkomfur.
Flad solcelle
Jeg lavede en mere bærbar version af solpanelet i et fladt design. Jeg brugte et klart plastik-cd-cover som vindue og silikonelim til både at holde stykkerne sammen og isolere dem fra hinanden.
Først laver vi et oxid af kobber, som i første del. Vi lodder en isoleret kobbertråd til hjørnet af oxidpladen, dette vil være en minus (negativ pol).
Den positive plade er et U-formet stykke rent kobber, lidt større i størrelse end den oxiderede (du vil forstå hvordan på billederne nedenfor))) vi lodder en ledning til hjørnet, denne gang et plus.
Først limer vi kobberpladen U til plastvinduet. Brug rigeligt med silikonelim, så saltvandet ikke trænger igennem. Sørg for, at loddeforbindelsen enten er helt dækket med lim eller uden for U-limen som vist på billedet (helt dækket med lim er bedre).
Billedet nedenfor viser bagsiden af solpanelet (den side, der ikke vender mod solen).
Billedet nedenfor viser forsiden af solpanelet (den side, der vender mod solen). Bemærk at silikonelimen ikke dækker kobberet helt, da noget af kobberet i sidste ende skal være i kontakt med saltvand.
Påfør lim på en ren kobberplade. Dette lag vil fungere som en isolator mellem den rene kobberplade og oxidpladen og skal være tyk nok til at efterlade en lille plads til saltvand. Igen er ikke alt kobber belagt, så der vil være meget kobber i kontakt med vandet.
Lim forsigtigt oxidpladen på dette lag. Du vil presse hårdt nok til at sikre, at limen omgiver eventuelle mellemrum, men ikke så hårdt, at de to plader rører ved hinanden.
Billedet nedenfor viser bagsiden af solpanelet (den side, der ikke vender mod solen).
Billedet nedenfor viser forsiden af solpanelet (den side, der vender mod solen).Bemærk, at jeg tilføjede ekstra lim for at danne røret på toppen, så det ligner at hælde saltvand.
Billedet viser ikke den ekstra belægning af lim rundt om perimeteren for at forhindre vand i at lække ind, men du skal gøre det. Lad limen tørre, før du går videre til næste trin.
Brug derefter en stor dråbe til at tilføje saltvand. Fyld batteriet næsten til toppen af kobberpladen, indtil vandet næsten løber ud. Luk derefter hullet med en dråbe lim og lad limen tørre i mindst en halv time.
På billedet ovenfor kan du se fladpanelets solpanel i aktion i stærkt sollys. Den giver cirka 36 mikroampere. Du kan også se en ekstra limperle rundt om pladernes kanter og fylde toppen af røret.
Endelig er der på et andet billede en skygge af forfatteren. Bemærk, at amperemeteret nu viser cirka 4 mikroampere, da der ikke skinner sollys på det.
