Een zonnebatterij is een apparaat dat zonne-energie omzet in elektriciteit. De krachtige zonnecellen die je bij Radio Shack en andere winkels kunt kopen, zijn gemaakt van speciaal verwerkt silicium en vereisen enorme fabrieken, hoge temperaturen, speciale reiniging en veel geld.
Als we bereid zijn efficiëntie in te ruilen voor de mogelijkheid om onze eigen zonnepanelen in de keuken te maken met materialen uit de bouwmarkt, kunnen we binnen ongeveer een uur een werkend zonnepaneel demonstreren.
Onze zonnecel is gemaakt van koperoxide in plaats van silicium. Koperoxide is een van de eerste materialen waarin wetenschappers het fotovoltaïsche effect ontdekten, waarbij licht ervoor zorgt dat elektriciteit in het materiaal stroomt.
Gedachten over hoe het foto-elektrische effect te verklaren is wat Albert Einstein naar de Nobelprijs voor de natuurkunde en de relativiteitstheorie leidde.
Materialen.
1. Een kopervel uit een ijzerhandel. Het kost meestal ongeveer 150 roebel. voor 0,9 vierkante meter, we hebben ongeveer 45 vierkante meter nodig.
2. Twee krokodillenklemmen.
3.Gevoelige microampèremeter die intervallen tussen 10 en 50 microampère kan meten. Radio Shack verkoopt kleine multimeters met een LCD-monitor, maar je kunt ook een gewone multimeter gebruiken.
4. Elektrische oven. Mijn keukenfornuis is een gasfornuis, dus kocht ik een klein elektrisch fornuis met één spoel voor ongeveer RUB 750. Kleine branders van 700 watt zullen waarschijnlijk niet werken - het kost minstens 1100 watt om de brander rood te laten worden.
5. Plastic fles waarvan de hals is afgesneden. Ik gebruikte een fles mineraalwater van 2 liter.
6. Tafelzout. We hebben een paar eetlepels nodig.
7. Kraanwater.
8. Schuurpapier of boor met een dergelijk opzetstuk (schuurmiddel)
9. Plaatwerk.
Productie.
Hier is de brander.
Eerst moet je een stuk koper afsnijden zodat het de grootte heeft van een elektrisch fornuis. Was uw handen zodat u geen vettige of andere vlekken achterlaat. Was de koperen plaat ook met schoonmaakmiddel om vet of andere vlekken te verwijderen. Gebruik schuurpapier of een schuurborstel om de koperen beschermlaag volledig te verwijderen, zodat eventuele sulfide of andere lichte corrosie wordt verwijderd.
Leg vervolgens een schone koperen plaat op het fornuis (elektrisch) en zet deze op maximaal.
Het koper begint op te warmen en te oxideren, je ziet prachtige roodoranje vlekken op het oppervlak.
Wanneer het koper nog meer opwarmt, zullen de veelkleurige vlekken vervangen worden door zwart koperoxide.
Alle kleuren verdwijnen als de spiraal al rood is.
Wanneer de brander gloeit, wordt de koperplaat bedekt met zwart koperoxide. Laat het nog een half uur koken, zodat de zwarte coating dik wordt. Dit is belangrijk omdat een dikke laag gemakkelijk loslaat, terwijl een dunne laag aan het koper blijft kleven.
Zet na een half uur koken de brander uit. Laat het hete koper op de brander langzaam afkoelen. Als je het te snel afkoelt, blijft er een zwarte oxidefilm aan het koper plakken.
Terwijl koper afkoelt, trekt het samen. Zwart koperoxide krimpt ook. Maar ze krimpen met verschillende snelheden, waardoor het zwarte koperoxide afbladdert.
Binnenkort zullen grote stukken eraf vallen, het is grappig om te zien))
Zodra het koper is afgekoeld tot kamertemperatuur (dit duurt ongeveer 20 minuten), zal het grootste deel van de zwarte oxidefilm verdwenen zijn. Door licht te schrobben met uw handen onder stromend water, worden de meeste kleine stukjes verwijderd. Probeer NIET hardnekkige vlekken te verwijderen en buig de plaat niet - u kunt de dunne laag koperoxide beschadigen, wat precies is wat we nodig hebben.
De rest van de montage is zeer snel en eenvoudig.
Knip het tweede vel koper op dezelfde maat als het eerste (verwarmde vel) Buig beide delen VOORZICHTIG zodat ze in de plastic fles passen zonder elkaar te raken.
Bevestig krokodillenklemmen aan beide platen. Verbind de draad van puur koper met de positieve draad, en de draad van de oxideplaat met de negatieve.
Meng nu een paar eetlepels zout in een beetje heet kraanwater. Roer totdat al het zout is opgelost. Giet het mengsel voorzichtig in de fles (waar de borden staan), en laat ongeveer 2,5 cm van de randen van de borden vrij.
Op de foto hierboven staat de voltooide zonnebatterij IN DE SCHADUW, de ampèremeter geeft ongeveer 6 milliampère aan. Maar zelfs in het donker produceert deze batterij verschillende milliampère))
Op deze foto staat de batterij in het licht, en de ampèremeter geeft 34 milliampère aan, soms kan de batterij 50 milliampère geven, of zelfs meer.
Hoe het werkt?
Koperoxide is een halfgeleider.Het is een tussengeleider, waar elektriciteit vrij kan stromen, en een isolator, waar elektronen stevig aan hun atomen zijn gebonden en niet vrij kunnen stromen.
In een halfgeleider is er een opening die de bandgap wordt genoemd tussen elektronen die stevig aan het atoom zijn gebonden en elektronen die zich verder van het atoom bevinden, die zich vrij kunnen bewegen en elektriciteit kunnen geleiden.
Elektronen kunnen niet in de bandafstand blijven. Een elektron kan slechts een klein beetje energie afgeven en zich vanuit de kern van een atoom in de bandafstand verplaatsen. Het elektron moet voldoende energie krijgen om verder van de kern te kunnen bewegen, buiten de bandafstand.
Op dezelfde manier kan een elektron buiten de bandafstand geen beetje energie verliezen en alleen een beetje dichter bij de kern vallen. Het moet voldoende energie verliezen om voorbij de bandafstand te vallen in het gebied waar elektronen kunnen ontsnappen.
Wanneer zonlicht elektronen in koperoxide treft, ontvangen sommige elektronen voldoende energie van het zonlicht om voorbij de bandafstand te springen en vrij te worden om elektriciteit te geleiden.
De vrije elektronen bewegen zich in het zoute water, vervolgens in de schone koperen plaat, in de draad, door de ampèremeter en terug naar de geoxideerde plaat.
Terwijl elektronen door de ampèremeter bewegen, zien we werk (ampère). Wanneer er een schaduw op een zonnepaneel valt, bewegen de elektronen langzamer en zijn de milliampère lager.
Een opmerking over energie.
De batterij produceert 50 milliampère bij 0,25 volt.
Dit is 0,0000125 watt (12,5 microwatt).
Probeer geen gloeilamp aan te steken))) Er zijn hectares batterijen nodig om een huis te verlichten. Ons model is experimenteel en kan als lichtsensor worden gebruikt.
0,0000125 watt (12,5 microwatt) voor een batterij van 0,01 vierkante meter, of 1,25 milliwatt per vierkante meter.Om een gloeilamp van 100 watt te verlichten, zou er 80.000 vierkante meter koperoxide nodig zijn voor de zonverlichte kant, en 80.000 vierkante meter koper voor de donkere elektrode. Om een oven van 1.000 watt te laten draaien, heb je 800.000 vierkante meter koperoxide nodig, en nog eens 800.000 vierkante meter gewoon koper, oftewel 1.600.000 vierkante meter bij elkaar. Als het op het dak van een huis zou worden gemonteerd, zou elk huis 282 meter lang en 282 meter breed zijn, rekening houdend met alles waar ze elektriciteit voor nodig hadden, er was één kachel.
Er zijn 17.222.256,7 vierkante voet in 1.600.000 vierkante voet. Als koper de kosten van $ 5 per vierkante voet zou dekken, zou het koper alleen al $ 86.110.283,50 USD kosten. Als u dit met een tiende van de dikte doet, kunt u dit terugbrengen tot $ 8.611.028,35. Omdat u grote hoeveelheden koopt, kunt u het voor de helft krijgen, oftewel ongeveer $ 4.300.000,00.
Als u siliciumzonnepanelen zou gebruiken die $ 4 per watt kosten, zou u dezelfde oven kunnen gebruiken voor $ 4.000,00. Maar de panelen zouden slechts ongeveer 10 vierkante meter groot zijn.
Of voor ongeveer een dollar kun je een zonne-oven bouwen van aluminiumfolie en karton. Voor ongeveer $ 20 kun je een heel mooie polijstbare aluminium parabolische zonnekoker bouwen.
Platte zonnecel
Ik heb een meer draagbare versie van het zonnepaneel gemaakt in een plat ontwerp. Ik gebruikte een doorzichtig plastic cd-hoesje als venster en siliconenlijm om de stukken bij elkaar te houden en van elkaar te isoleren.
Eerst maken we een oxide van koper, zoals in het eerste deel. We solderen een geïsoleerde koperdraad aan de hoek van de oxideplaat, dit wordt een min (negatieve pool).
De positieve plaat is een U-vormig stuk puur koper, iets groter van formaat dan de oxideplaat (je begrijpt hoe op de onderstaande afbeeldingen))) we solderen een draad aan de hoek, dit keer een pluspunt.
Eerst lijmen we de koperen plaat U op het kunststof raam. Gebruik voldoende siliconenlijm zodat het zoute water er niet doorheen sijpelt. Zorg ervoor dat de soldeerverbinding volledig bedekt is met lijm, of buiten de U-lijm ligt, zoals weergegeven op de foto (volledig bedekt met lijm is beter).
Op onderstaande foto is de achterkant van het zonnepaneel te zien (de kant die niet naar de zon gericht is).
Op de onderstaande foto is de voorzijde van het zonnepaneel te zien (de kant die naar de zon gericht is). Houd er rekening mee dat de siliconenlijm het koper niet volledig bedekt, omdat een deel van het koper uiteindelijk in contact moet komen met zout water.
Breng lijm aan op een puur koperen plaat. Deze laag fungeert als isolator tussen de puur koperen plaat en de oxideplaat en moet dik genoeg zijn om een kleine ruimte over te laten voor zout water. Nogmaals, niet al het koper is gecoat, dus er zal veel koper in contact komen met het water.
Lijm de oxideplaat voorzichtig op deze laag. Je wilt hard genoeg drukken om ervoor te zorgen dat de lijm eventuele gaten omringt, maar niet zo hard dat de twee platen elkaar raken.
Op onderstaande foto is de achterkant van het zonnepaneel te zien (de kant die niet naar de zon gericht is).
Op de onderstaande foto is de voorzijde van het zonnepaneel te zien (de kant die naar de zon gericht is).Merk op dat ik extra lijm heb toegevoegd om de pijp er bovenop te vormen, zodat deze lijkt op het gieten van zout water.
De foto toont niet de extra lijmlaag rond de omtrek om te voorkomen dat er water naar binnen lekt, maar je moet het wel doen. Laat de lijm drogen voordat je doorgaat naar de volgende stap.
Gebruik vervolgens een grote druppelaar om zout water toe te voegen. Vul de batterij bijna tot aan de bovenkant van de koperen plaat totdat het water er bijna uit stroomt. Sluit het gat vervolgens af met een druppel lijm en laat de lijm minimaal een half uur drogen.
Op de foto hierboven ziet u het flatpanel-zonnepaneel in actie in fel zonlicht. Het geeft ongeveer 36 microampère. Je ziet ook een extra lijmrups rond de randen van de platen en vult de bovenkant van de buis.
Ten slotte is er op een andere foto een schaduw van de auteur. Merk op dat de ampèremeter nu ongeveer 4 microampère aangeeft, omdat er geen zonlicht op schijnt.
