Saulės baterija yra prietaisas, skirtas saulės energiją paversti elektros energija. Didelio našumo saulės elementai, kuriuos galite įsigyti „Radio Shack“ ir kitose parduotuvėse, yra pagaminti iš specialiai apdoroto silicio ir reikalauja didžiulių gamyklų, aukštos temperatūros, specialaus valymo ir daug pinigų.
Jei norime efektyvumą iškeisti į galimybę gaminti savo virtuvės saulės baterijas naudojant techninės įrangos parduotuvės medžiagas, veikiančią saulės bateriją galime pademonstruoti maždaug per valandą.
Mūsų saulės elementas pagamintas iš vario oksido, o ne iš silicio. Vario oksidas yra viena iš pirmųjų medžiagų, kurioje mokslininkai atrado fotovoltinį efektą, kai šviesa medžiagoje sukelia elektros tekėjimą.
Mintys, kaip paaiškinti fotoelektrinį efektą, paskatino Albertą Einšteiną gauti Nobelio fizikos premiją ir reliatyvumo teoriją.
Medžiagos.
1. Vario lapas iš ūkinės įrangos parduotuvės. Paprastai tai kainuoja apie 150 rublių. už 0,9 kv.m. Mums reikia maždaug 45 kv.cm.
2. Du aligatoriaus segtukai.
3.Jautrus mikroampermetras, galintis matuoti intervalus nuo 10 iki 50 mikroamperų. „Radio Shack“ parduoda mažus multimetrus su LCD monitoriumi, bet galite naudoti ir įprastą.
4. Elektrinė orkaitė. Mano virtuvinė viryklė yra dujinė, todėl nusipirkau nedidelę vienos gyvatuko elektrinę viryklę už maždaug 750 RUB. Maži 700 vatų degikliai tikriausiai neveiks – reikia mažiausiai 1100 vatų, kad degiklis parausta.
5. Plastikinis butelis su nupjautu kaklu. Naudojau 2 litrų mineralinio vandens buteliuką.
6. Valgomoji druska. Mums reikės poros šaukštų.
7. Vanduo iš čiaupo.
8. Švitrinis popierius arba grąžtas su tokiu priedu (abrazyvinis)
9. Lakštinis metalas.
Gamyba.
Štai degiklis.
Pirmiausia reikia nupjauti vario gabalėlį, kad jis būtų elektrinės viryklės dydžio. Nusiplaukite rankas, kad nepaliktų riebių ar kitų dėmių. Taip pat nuplaukite vario lakštą plovikliu, kad pašalintumėte riebalus ar kitas dėmes. Naudokite švitrinį popierių arba abrazyvinį šepetėlį, kad visiškai pašalintumėte varinę apsauginę dangą, kad būtų pašalinta bet kokia sulfidinė ar kita lengva korozija.
Tada ant viryklės (elektrinės) uždėkite švarų vario lakštą ir įjunkite maksimaliai.
Varis pradės kaisti ir oksiduotis, jo paviršiuje pamatysite gražias raudonai oranžines dėmes.
Kai varis dar labiau įkaista, įvairiaspalves dėmes ims keisti juodas vario oksidas.
Visos spalvos išnyksta, kai spiralė jau būna raudona.
Kai degiklis šviečia, vario lakštas bus padengtas juodu vario oksidu. Leiskite virti dar pusvalandį, kad juoda danga būtų stora. Tai svarbu, nes stora danga lengvai nusilups, o plona liks prilipusi prie vario.
Po pusvalandžio kepimo išjunkite degiklį. Palikite karštą varį ant degiklio lėtai atvėsti. Jei atvėsinsite per greitai, prie vario prilips juoda oksido plėvelė.
Varis vėsdamas susitraukia. Juodasis vario oksidas taip pat susitraukia. Tačiau jie traukiasi skirtingu greičiu, todėl juodasis vario oksidas atsisluoksniuoja.
Netrukus pradės kristi dideli gabalai, juokinga žiūrėti))
Kai varis atvės iki kambario temperatūros (tai užtrunka maždaug 20 minučių), didžioji dalis juodojo oksido plėvelės išnyks. Lengvas šveitimas rankomis po tekančiu vandeniu pašalins daugumą smulkių gabalėlių. NEbandykite pašalinti įsisenėjusių dėmių ir nelankstykite lakšto – galite pažeisti ploną vario oksido sluoksnį, kurio mums reikia.
Likusi surinkimo dalis yra labai greita ir paprasta.
Antrąjį vario lakštą išpjaukite tokio pat dydžio kaip ir pirmąjį (šildomą) ATSARGIAI sulenkite abi dalis, kad jos tilptų į plastikinį butelį, neliesdamos viena kitos.
Prie abiejų plokščių pritvirtinkite aligatoriaus spaustukus. Prijunkite laidą nuo gryno vario prie teigiamo, o laidą nuo oksido plokštės prie neigiamo.
Dabar šiek tiek karšto vandens iš čiaupo įmaišykite porą šaukštų druskos. Maišykite, kol ištirps visa druska. Atsargiai supilkite mišinį į butelį (kur yra plokštelės), palikdami apie 2,5 cm nuo lėkštelių kraštų.
Aukščiau esančioje nuotraukoje gatava saulės baterija yra ŠEŠĖLĖJE, ampermetras rodo maždaug 6 miliamperus. Bet net ir tamsoje ši baterija gamins kelis miliamperus))
Šioje nuotraukoje akumuliatorius rodomas šviesoje, o ampermetras rodo 34 miliamperus, kartais baterija gali duoti 50 miliamperų ar net daugiau.
Kaip tai veikia?
Vario oksidas yra puslaidininkis.Tai tarpinis laidininkas, kuriame gali laisvai tekėti elektra, ir izoliatorius, kuriame elektronai yra tvirtai surišti su savo atomais ir neteka laisvai.
Puslaidininkyje yra tarpas, vadinamas juostos tarpa tarp elektronų, kurie yra glaudžiai surišti su atomu, ir elektronų, kurie yra toliau nuo atomo, kurie gali laisvai judėti ir laiduoti elektrą.
Elektronai negali likti juostos tarpelyje. Elektronas gali suteikti tik šiek tiek energijos ir pereiti iš atomo branduolio į juostos tarpą. Elektronas turi įgyti pakankamai energijos, kad galėtų judėti toliau nuo branduolio, už juostos tarpo ribų.
Taip pat elektronas, esantis už juostos tarpo ribų, negali prarasti šiek tiek energijos ir tik šiek tiek nukristi arčiau branduolio. Jis turi prarasti pakankamai energijos, kad nukristų už juostos tarpo į sritį, iš kurios gali pabėgti elektronai.
Kai saulės šviesa atsitrenkia į vario oksido elektronus, kai kurie elektronai iš saulės šviesos gauna pakankamai energijos, kad galėtų peršokti juostos tarpą ir laisvai laiduoti elektrą.
Laisvieji elektronai juda į sūrų vandenį, tada į švarią vario plokštę, į laidą, per ampermetrą ir atgal į oksiduotą plokštę.
Kai elektronai juda per ampermetrą, matome darbą (amperus). Kai ant saulės skydelio krenta šešėlis, elektronai juda lėčiau, o miliamperai yra mažesni.
Pastaba apie energiją.
Akumuliatorius sukuria 50 miliamperų esant 0,25 volto įtampai.
Tai yra 0,0000125 vatai (12,5 mikrovatai).
Nemėginkite uždegti lemputės))) Namui apšviesti prireiktų akrų baterijų.Mūsų modelis yra eksperimentinis ir gali būti naudojamas kaip šviesos jutiklis.
0,0000125 vatai (12,5 mikrovatai) 0,01 kvadratinio metro baterijai arba 1,25 milivatai vienam kvadratiniam metrui.Norint apšviesti 100 vatų lemputę, saulės apšviestai pusei reikėtų 80 000 kvadratinių metrų vario oksido, tamsiam elektrodui – 80 000 kvadratinių metrų vario. Norint paleisti 1 000 vatų krosnį, jums reikės 800 000 kvadratinių metrų vario oksido ir dar 800 000 kvadratinių metrų paprasto vario arba 1 600 000 kvadratinių metrų kartu. Jei jis būtų montuojamas ant namo stogo, kiekvienas namas būtų 282 metrų ilgio ir 282 metrų pločio, atsižvelgiant į viską, kam reikia elektros, buvo viena krosnelė.
1 600 000 kvadratinių pėdų yra 17 222 256,7 kvadratinių pėdų. Jei vario padengimas kainuoja 5 USD už kvadratinę pėdą, vien varis kainuotų 86 110 283,50 USD. Tai padarius dešimtadaliu storio, tai gali sumažėti iki 8 611 028,35 USD. Kadangi perkate urmu, galite jį įsigyti už pusę mažesnės arba maždaug 4 300 000,00 USD.
Jei naudojote silicio saulės baterijas, kainuojančias 4 USD už vatą, tą pačią krosnį galėtumėte paleisti už 4 000,00 USD. Bet plokštės būtų tik apie 10 kvadratinių metrų.
Arba maždaug už dolerį galite sukurti saulės krosnį iš aliuminio folijos ir kartono. Už maždaug 20 USD galite sukurti labai gražią poliruojamą aliuminio parabolinę saulės viryklę.
Plokščias saulės elementas
Sukūriau nešiojamesnę plokščio dizaino saulės baterijos versiją. Naudojau skaidrų plastikinį kompaktinio disko dangtelį kaip langą ir silikoninius klijus, kad laikytų gabalus kartu ir izoliuotų vienas nuo kito.
Pirmiausia iš vario gaminame oksidą,kaip ir pirmoje dalyje.Iki oksido plokštės kampo prilituojame izoliuotą varinę vielą,tai bus minusas (neigiamas polius).
Teigiama plokštė yra U formos gryno vario gabalėlis, šiek tiek didesnis nei oksido (suprasite, kaip toliau pateiktose nuotraukose))) prie jos kampo prilituojame laidą, šį kartą pliusas.
Pirmiausia prie plastikinio lango priklijuojame varinę plokštę U. Naudokite daug silikoninių klijų, kad sūrus vanduo neprasiskverbtų. Įsitikinkite, kad litavimo jungtis yra visiškai padengta klijais arba U klijų išorėje, kaip parodyta nuotraukoje (geriau visiškai padengti klijais).
Žemiau esančioje nuotraukoje parodyta užpakalinė saulės baterijos pusė (pusė, kuri nėra nukreipta į saulę).
Žemiau esančioje nuotraukoje parodyta priekinė saulės baterijos pusė (pusė, kuri bus nukreipta į saulę). Atminkite, kad silikoniniai klijai nevisiškai padengia varį, nes dalis vario galiausiai turi liestis su sūriu vandeniu.
Užtepkite klijus ant gryno vario plokštės. Šis sluoksnis veiks kaip izoliatorius tarp gryno vario plokštės ir oksido plokštės ir turi būti pakankamai storas, kad liktų nedidelė erdvė sūriam vandeniui. Vėlgi, ne visas varis yra padengtas, todėl su vandeniu bus daug vario.
Ant šio sluoksnio atsargiai priklijuokite oksido plokštę. Norite paspausti pakankamai stipriai, kad įsitikintumėte, jog klijai apgaubia visus tarpus, bet ne taip stipriai, kad dvi plokštės susiliestų.
Žemiau esančioje nuotraukoje parodyta užpakalinė saulės baterijos pusė (pusė, kuri nėra nukreipta į saulę).
Žemiau esančioje nuotraukoje parodyta priekinė saulės baterijos pusė (pusė, kuri bus nukreipta į saulę).Atkreipkite dėmesį, kad aš pridėjau papildomų klijų, kad vamzdis viršuje būtų panašus į sūraus vandens pylimą.
Nuotraukoje nepavaizduotas papildomas klijų padengimas aplink perimetrą, kad vanduo nepratekėtų, bet jūs turite tai padaryti. Prieš pereidami prie kito žingsnio, leiskite klijams išdžiūti.
Tada dideliu lašintuvu įpilkite druskos vandens. Pripildykite akumuliatorių beveik iki varinės plokštės viršaus, kol vanduo beveik ištekės. Tada užsandarinkite skylę lašeliu klijų ir leiskite klijams išdžiūti bent pusvalandį.
Aukščiau esančioje nuotraukoje matote plokščią saulės bateriją, veikiančią ryškioje saulės šviesoje. Jis suteikia maždaug 36 mikroamperus. Taip pat galite pamatyti papildomą klijų rutuliuką aplink plokščių kraštus ir užpildantį vamzdžio viršų.
Galiausiai kitoje nuotraukoje – autoriaus šešėlis. Atkreipkite dėmesį, kad dabar ampermetras rodo maždaug 4 mikroamperus, nes į jį nešviečia jokia saulės šviesa.
