Saules baterija ir ierīce saules enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā. Augstas veiktspējas saules baterijas, ko varat iegādāties Radio Shack un citos veikalos, ir izgatavotas no īpaši apstrādāta silīcija, un tām ir nepieciešamas milzīgas rūpnīcas, augsta temperatūra, īpaša tīrīšana un daudz naudas.
Ja esam gatavi iemainīt efektivitāti pret iespēju pašiem izgatavot virtuves saules paneļus, izmantojot datortehnikas veikala materiālus, mēs varam demonstrēt funkcionējošu saules bateriju paneli aptuveni stundas laikā.
Mūsu saules baterija ir izgatavota no vara oksīda, nevis no silīcija. Vara oksīds ir viens no pirmajiem materiāliem, kurā zinātnieki atklāja fotoelektrisko efektu, kurā gaisma izraisa elektrības plūsmu materiālā.
Domas par to, kā izskaidrot fotoelektrisko efektu, ir tas, kas Albertu Einšteinu noveda pie Nobela prēmijas fizikā un relativitātes teorijas.
Materiāli.
1. Vara loksne no datortehnikas veikala. Parasti tas maksā apmēram 150 rubļu. par 0,9 kv.m.. Vajag aptuveni 45 kv.cm.
2. Divi aligatora klipši.
3.Jutīgs mikroampermetrs, kas var izmērīt intervālus no 10 līdz 50 mikroampēriem. Radio Shack pārdod mazus multimetrus ar LCD monitoru.Bet var izmantot parasto.
4. Elektriskā cepeškrāsns. Mana virtuves plīts ir gāzes plīts, tāpēc nopirku nelielu vienas spoles elektrisko plīti par aptuveni 750 RUB. Mazie 700 vatu degļi, visticamāk, nedarbosies - ir nepieciešami vismaz 1100 vati, lai deglis kļūtu sarkans.
5. Plastmasas pudele ar nogrieztu kaklu. Es izmantoju 2 litru minerālūdens pudeli.
6. Ēdamā sāls. Mums vajadzēs pāris ēdamkarotes.
7. Krāna ūdens.
8. Smilšpapīrs vai urbis ar šādu stiprinājumu (abrazīvs)
9. Metāla loksne.
Ražošana.
Šeit ir deglis.
Vispirms jums ir jānogriež vara gabals, lai tas būtu elektriskās plīts lielumā. Nomazgājiet rokas, lai neatstātu taukainus vai citus traipus. Nomazgājiet arī vara loksni ar mazgāšanas līdzekli, lai noņemtu taukus vai citus traipus. Izmantojiet smilšpapīru vai abrazīvu suku, lai pilnībā noņemtu vara aizsargpārklājumu, lai tiktu noņemta jebkāda sulfīda vai cita viegla korozija.
Pēc tam uz plīts (elektriskā) novietojiet tīru vara loksni un ieslēdziet to maksimāli.
Varš sāks uzkarst un oksidēties, uz tā virsmas redzēsiet skaistus sarkanoranžus plankumus.
Kad varš uzsilst vēl vairāk, daudzkrāsainos plankumus sāks aizstāt ar melnu vara oksīdu.
Visas krāsas pazūd, kad spirāle jau ir sarkana.
Kad deglis spīd, vara loksne tiks pārklāta ar melnu vara oksīdu. Ļaujiet tai pagatavot vēl pusstundu, lai melnais pārklājums būtu biezs. Tas ir svarīgi, jo biezs pārklājums viegli nolobīsies, bet plāns pārklājums paliks pielipis pie vara.
Pēc pusstundas gatavošanas izslēdziet degli. Atstājiet karsto varu uz degļa, lai tas lēnām atdziest. Pārāk ātri atdzesējot, pie vara pielips melna oksīda plēve.
Vara atdziestot, tas saraujas. Arī melnais vara oksīds saraujas. Bet tie saraujas dažādos ātrumos, kas izraisa melnā vara oksīda atslāņošanos.
Drīz sāks birt lieli gabali, ir smieklīgi skatīties))
Kad varš ir atdzisis līdz istabas temperatūrai (tas aizņem apmēram 20 minūtes), lielākā daļa melnās oksīda plēves būs pazudusi. Viegla beršana ar rokām zem tekoša ūdens noņems lielāko daļu mazo gabalu. NEmēģiniet noņemt noturīgus plankumus un nelociet loksni - jūs varat sabojāt plāno vara oksīda slāni, kas ir tieši tas, kas mums ir nepieciešams.
Pārējā montāža ir ļoti ātra un vienkārša.
Izgrieziet otro vara loksni tādā pašā izmērā kā pirmo (karsēto).UZMANĪGI salieciet abas daļas tā, lai tās ietilptu plastmasas pudelē, nepieskaroties viena otrai.
Abām plāksnēm piestipriniet aligatora klipus. Savienojiet vadu no tīra vara ar pozitīvo un vadu no oksīda plāksnes ar negatīvo.
Tagad sajauciet pāris ēdamkarotes sāls nedaudz karsta krāna ūdens. Maisa, līdz visa sāls ir izšķīdusi. Uzmanīgi ielejiet maisījumu pudelē (kur atrodas plāksnes), atstājot apmēram 2,5 cm no šķīvju malām.
Augšējā fotoattēlā gatavā saules baterija ir ĒNĀ, ampērmetrs rāda aptuveni 6 miliamperus. Bet pat tumsā šis akumulators ražos vairākus miliampērus))
Šajā fotoattēlā akumulators ir redzams gaismā, un ampērmetrs rāda 34 miliamperus, dažreiz akumulators var dot 50 miliamperus vai pat vairāk.
Kā tas strādā?
Vara oksīds ir pusvadītājs.Tas ir starpvadītājs, kurā var brīvi plūst elektrība, un izolators, kur elektroni ir cieši saistīti ar saviem atomiem un neplūst brīvi.
Pusvadītājā ir sprauga, ko sauc par joslas spraugu starp elektroniem, kas ir cieši saistīti ar atomu, un elektroniem, kas atrodas tālāk no atoma, kas var brīvi pārvietoties un vadīt elektrību.
Elektroni nevar palikt joslas spraugā. Elektrons var dot tikai nedaudz enerģijas un pārvietoties no atoma kodola joslas spraugā. Elektronam jāiegūst pietiekami daudz enerģijas, lai pārvietotos tālāk no kodola ārpus joslas spraugas.
Tāpat elektrons ārpus joslas spraugas nevar zaudēt nedaudz enerģijas un tikai nedaudz nokrist kodolam. Tam jāzaudē pietiekami daudz enerģijas, lai pāri joslas spraugai nonāktu reģionā, kur var izkļūt elektroni.
Kad saules gaisma ietriecas elektronos vara oksīdā, daži elektroni saņem pietiekami daudz enerģijas no saules gaismas, lai pārietu pāri joslas spraugai un kļūtu brīvi vadīt elektrību.
Brīvie elektroni pārvietojas sālsūdenī, pēc tam tīrā vara plāksnē, stieplē, caur ampērmetru un atpakaļ uz oksidēto plāksni.
Kad elektroni pārvietojas pa ampērmetru, mēs redzam darbu (ampēri). Kad uz saules paneļa krīt ēna, elektroni kustas lēnāk un miliampēri ir zemāki.
Piezīme par enerģiju.
Akumulators ražo 50 miliamperus pie 0,25 voltiem.
Tas ir 0,0000125 vati (12,5 mikrovati).
Nemēģiniet iedegt spuldzi))) lai apgaismotu māju, būtu nepieciešami hektāri bateriju Mūsu modelis ir eksperimentāls un to var izmantot kā gaismas sensoru.
0,0000125 vati (12,5 mikrovati) 0,01 kvadrātmetra akumulatoram vai 1,25 milivati uz kvadrātmetru.Lai apgaismotu 100 vatu spuldzi, saules apspīdētajai pusei būtu nepieciešami 80 000 kvadrātmetru vara oksīda, bet tumšajam elektrodam - 80 000 kvadrātmetru vara. Lai darbinātu 1000 vatu krāsni, jums būtu nepieciešami 800 000 kvadrātmetri vara oksīda un vēl 800 000 kvadrātmetri vienkārša vara jeb 1 600 000 kvadrātmetri kopā. Ja to uzstādītu uz mājas jumta, katra māja būtu 282 metrus gara un 282 metrus plata, ņemot vērā visu, kam vajadzēja elektrību, bija viena plīts.
1 600 000 kvadrātpēdu platībās ir 17 222 256,7 kvadrātpēdas. Ja vara segtu izmaksas būtu USD 5 par kvadrātpēdu, vara vien maksātu USD 86 110 283,50 USD. To darot par vienu desmito daļu no biezuma, to var samazināt līdz USD 8 611 028,35. Tā kā jūs pērkat vairumā, jūs to varētu iegūt par pusi no jeb aptuveni 4 300 000,00 USD.
Ja izmantojāt silīcija saules paneļus, kuru cena ir 4 USD par vatu, jūs varētu darbināt to pašu krāsni par 4000,00 USD. Bet paneļi būtu tikai aptuveni 10 kvadrātmetri.
Vai arī par aptuveni dolāru jūs varat izveidot saules krāsni no alumīnija folijas un kartona. Par aptuveni 20 USD jūs varat izveidot ļoti jauku pulējamu alumīnija parabolisko saules plīti.
Plakana saules baterija
Es izveidoju pārnēsājamāku saules paneļa versiju plakanā dizainā. Es izmantoju caurspīdīgu plastmasas CD vāciņu kā logu un silikona līmi, lai gan turētu gabalus kopā, gan izolētu tos vienu no otra.
Vispirms no vara izgatavojam oksīdu,kā pirmajā daļā.Pie oksīda plāksnes stūra pielodējam izolētu vara stiepli,tas būs mīnuss (negatīvais pols).
Pozitīvā plāksne ir U-veida tīra vara gabals, kura izmērs ir nedaudz lielāks par oksīda (zemāk redzamajos attēlos jūs sapratīsit))) mēs pielodējam vadu pie tā stūra, šoreiz pluss.
Vispirms pielīmējam pie plastmasas loga vara plāksni U. Izmantojiet daudz silikona līmes, lai sālsūdens neizplūstu cauri. Pārliecinieties, vai lodēšanas vieta ir pilnībā pārklāta ar līmi vai ārpus U līmes, kā parādīts fotoattēlā (labāk ir pilnībā pārklāt ar līmi).
Tālāk esošajā fotoattēlā ir redzama saules paneļa aizmugure (puse, kas nav vērsta pret sauli).
Zemāk esošajā fotoattēlā ir redzama saules paneļa priekšējā puse (puse, kas būs vērsta pret sauli). Ņemiet vērā, ka silikona līme pilnībā nenosedz varu, jo daļai vara galu galā ir jāsaskaras ar sālsūdeni.
Uzklājiet līmi uz tīra vara plāksnes. Šis slānis darbosies kā izolators starp tīra vara plāksni un oksīda plāksni, un tam jābūt pietiekami biezam, lai atstātu nelielu vietu sālsūdenim. Atkal, ne viss varš ir pārklāts, tāpēc saskarē ar ūdeni būs daudz vara.
Uzmanīgi pielīmējiet oksīda plāksni uz šī slāņa. Jūs vēlaties nospiest pietiekami stipri, lai pārliecinātos, ka līme aptver visas spraugas, bet ne tik stipri, lai abas plāksnes pieskartos.
Tālāk esošajā fotoattēlā ir redzama saules paneļa aizmugure (puse, kas nav vērsta pret sauli).
Zemāk esošajā fotoattēlā ir redzama saules paneļa priekšējā puse (puse, kas būs vērsta pret sauli).Ņemiet vērā, ka es pievienoju papildu līmi, lai izveidotu cauruli augšpusē, lai tā atgādinātu sālsūdens ieliešanu.
Fotoattēlā nav redzams papildu līmes pārklājums pa perimetru, lai novērstu ūdens noplūdi, bet jums tas ir jādara. Pirms pāriet uz nākamo soli, ļaujiet līmei nožūt.
Pēc tam izmantojiet lielu pilinātāju, lai pievienotu sālsūdeni. Uzpildiet akumulatoru gandrīz līdz vara plāksnes augšdaļai, līdz ūdens gandrīz izplūst. Pēc tam noblīvējiet caurumu ar līmes pilienu un ļaujiet līmei nožūt vismaz pusstundu.
Augšējā fotoattēlā varat redzēt plakano paneļu saules paneli darbībā spilgtā saules gaismā. Tas dod aptuveni 36 mikroampērus. Varat arī redzēt papildu līmes lodītes ap plākšņu malām un caurules augšdaļu.
Visbeidzot citā fotogrāfijā ir autora ēna. Ņemiet vērā, ka ampērmetrs tagad rāda aptuveni 4 mikroampērus, jo saules gaisma uz to nespīd.
