البطارية الشمسية

Send

البطارية الشمسية هي جهاز لتحويل طاقة الشمس إلى كهرباء. الألواح الشمسية عالية الأداء التي يمكنك شراؤها من راديو شاك والمحلات الأخرى مصنوعة من السيليكون المعالج خصيصًا وتتطلب مصانع ضخمة ودرجات حرارة عالية وتنظيفًا خاصًا وكثير من المال.

إذا كنا نرغب في التضحية بالكفاءة من أجل القدرة على صنع الألواح الشمسية الخاصة بنا في المطبخ من مواد من متجر لاجهزة الكمبيوتر ، فيمكننا إظهار لوحة شمسية تعمل في غضون ساعة تقريبًا.

يتكون لوحنا الشمسي من أكسيد النحاس بدلاً من السيليكون. أكسيد النحاس هو واحد من أول المواد التي اكتشف العلماء فيها التأثير الكهروضوئي ، حيث يؤدي الضوء إلى تدفق الكهرباء في المادة.

الأفكار حول كيفية تفسير التأثير الكهروضوئي هو ما دفع ألبرت أينشتاين إلى الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء ونظرية النسبية.

المواد.

1. ورقة من النحاس من متجر لاجهزة الكمبيوتر. يكلف عادة حوالي 150 روبل. مساحتها 0.9 متر مربع ، نحتاج إلى حوالي 45 سم مربع.

2. اثنين من مقاطع التمساح.

3. مقياس دقيق دقيق ، يمكنه قياس الثغرات بين 10 و 50 ميكرومتر. تبيع Radio Shack عدة أمتار صغيرة باستخدام شاشات LCD ، ولكن يمكنك استخدام جهاز العرض المعتاد.

4. فرن كهربائي. موقد مطبخي عبارة عن غاز ، لذا اشتريت موقدًا كهربائيًا صغيرًا به دوامة واحدة مقابل حوالي 750 روبل ، ومن المحتمل ألا تعمل الشعلات الصغيرة بقدرة 700 واط ، فأنت بحاجة إلى 1100 واط على الأقل حتى يتحول الموقد إلى اللون الأحمر.

5. زجاجة بلاستيكية مع قطع العنق. كنت زجاجة 2 لتر من المياه المعدنية.

6. ملح الطعام. نحن بحاجة إلى بضع ملاعق كبيرة.

7. الماء من الصنبور.

8. الصنفرة أو الحفر باستخدام فوهة (كاشط)

9. الصفائح المعدنية.

التصنيع.

هنا الموقد.

تحتاج أولاً إلى قطع قطعة من النحاس بحيث تكون بحجم موقد كهربائي. اغسل يديك لتجنب البقع الدهنية أو غيرها. كذلك ، اغسل الصفيحة النحاسية بمنظف لغسل الشحوم أو البقع الأخرى.استخدم ورق الصنفرة أو فرشاة الكشط لإزالة الغطاء الواقي النحاسي تمامًا حتى تتم إزالة أي كبريتيد أو أي تآكل خفيف آخر.

ثم ضع ورقة النحاس النظيفة على البلاط (كهربائي) وقم بتشغيله إلى الحد الأقصى.

سيبدأ النحاس في التسخين ويتأكسد ، سترى بقع حمراء برتقالية جميلة على سطحه.

عندما ترتفع درجة حرارة النحاس أكثر ، سيتم استبدال البقع متعددة الألوان بأكسيد النحاس الأسود.

تختفي جميع الألوان عندما يكون اللون الأحمر بالفعل.

عندما يحترق الموقد ، يتم طلاء الصفائح النحاسية بأكسيد النحاس الأسود. اتركه يطهى لمدة نصف ساعة أخرى ، وبالتالي فإن الطبقة السوداء ستكون سميكة. هذا أمر مهم ، حيث أن الطبقة السميكة ستقشر بسهولة ، بينما ستظل الطبقة الرفيعة ملتصقة بالنحاس.

بعد نصف ساعة من الطهي ، أغلق الموقد. اترك النحاس الساخن على الموقد ليبرد ببطء. إذا قمت بتبريده بسرعة كبيرة ، فإن فيلم أكسيد الأسود سوف يلتصق بالنحاس.

عندما يبرد النحاس ، تتقلص. أكسيد النحاس الأسود ينكمش أيضا. لكن يتم ضغطها بسرعات مختلفة ، مما يتسبب في تقشير أكسيد النحاس الأسود.

قريبا القطع الكبيرة ستسقط ، إنها متعة للمشاهدة))

عندما يبرد النحاس إلى درجة حرارة الغرفة (يستغرق هذا حوالي 20 دقيقة) ، فإن معظم فيلم أكسيد الأسود سوف يزول. من السهل التنظيف مع يديك تحت الماء الجاري إزالة معظم القطع الصغيرة. لا تحاول إزالة البقع العنيدة ولا تنحني الصفائح - يمكنك إتلاف طبقة رقيقة من أكسيد النحاس ، لكننا نحتاجها فقط

ما تبقى من الجمعية سريعة جدا وسهلة.

قطع الورقة الثانية من النحاس إلى حجم الأول (ساخنة) ، وثني بعناية كلا الجزأين بحيث تنسجم مع زجاجة بلاستيكية دون لمس بعضها البعض.

نعلق التماسيح على حد سواء لوحات. قم بتوصيل السلك من النحاس النقي إلى علامة الجمع ، والسلك من الصفيحة مع أكسيد إلى الطرح.

الآن خلط زوجين ملاعق كبيرة من الملح في ماء الصنبور الساخن قليلا. يقلب حتى يذوب كل الملح. اسكب المزيج برفق في الزجاجة (حيث تكون الألواح) ، وترك حوالي 2.5 سم من حواف الألواح.

في الصورة أعلاه ، البطارية الشمسية التامة الصنع في الظل ، يعرض مقياس التيار الكهربائي حوالي 6 مللي أمبير. ولكن حتى في الظلام ، فإن هذه البطارية ستوفر عدة مللي أمبير))

تعرض هذه الصورة البطارية في الضوء ، ويظهر مقياس التيار الكهربائي 34 مللي أمبير ، وأحيانًا يمكن أن تعطي البطارية 50 مللي أمبير أو أكثر.

كيف يعمل؟

أكسيد النحاس هو أشباه الموصلات. إنه موصل وسيط ، حيث يمكن أن تتدفق الكهرباء بحرية ، وعازل ، حيث ترتبط الإلكترونات بقوة مع ذراتها ولا تتدفق بحرية.

هناك فجوة في أشباه الموصلات تسمى فجوة الشريط بين الإلكترونات التي ترتبط بقوة بالذرة والإلكترونات البعيدة عن الذرة ، والتي يمكن أن تتحرك بحرية وتوصيل الكهرباء.

لا يمكن أن تبقى الإلكترونات في المنطقة المحرمة. لا يمكن للإلكترون أن يعطي سوى القليل من الطاقة والانتقال من نواة الذرة إلى فجوة الشريط. يجب أن يحصل الإلكترون على طاقة كافية للتحرك بعيدًا عن النواة ، خارج المنطقة المحرمة.

وبالمثل ، فإن الإلكترون الموجود خارج فجوة الشريط لا يمكن أن يفقد قدرًا كبيرًا من الطاقة ويقترب قليلاً من النواة. من المفترض أن يفقد هذا طاقة كافية لتجاوز المنطقة المحرمة في المنطقة التي يمكن للإلكترونات فيها.

عندما يضرب ضوء الشمس الإلكترونات في أكسيد النحاس ، تتلقى بعض الإلكترونات طاقة كافية من ضوء الشمس لتجاوز المنطقة المحرمة وتصبح حرة في توصيل الكهرباء.

تنتقل الإلكترونات الحرة إلى المياه المالحة ، ثم إلى صفيحة النحاس النظيفة ، إلى سلك ، من خلال مقياس التيار الكهربائي ، وتعود إلى اللوحة المؤكسدة.

بينما تتحرك الإلكترونات عبر مقياس التيار الكهربائي ، نرى العمل (أمبير). عندما يسقط الظل على البطارية الشمسية ، تتحرك الإلكترونات بشكل أبطأ والمليامبير أصغر.

مذكرة حول الطاقة.

تنتج البطارية 50 مللي أمبير عند 0.25 فولت.

هذا هو 0.0000125 واط (12.5 ميكروات).

لا تحاول أن تضيء المصباح))) ستحتاج إلى فدان من البطاريات لإضاءة المنزل ، نموذجنا تجريبي ويمكن استخدامه كجهاز استشعار للضوء.

0.0000125 واط (12.5 ميكروواط) لبطارية 0.01 متر مربع ، أو 1.25 مللي واط لكل متر مربع. لإلقاء الضوء على لمبة 100 واط ، سوف يستغرق 80،000 متر مربع من أكسيد النحاس للجانب المضاء بنور الشمس ، و 80،000 متر مربع من النحاس للقطب المظلم. للتحكم في فرن بقوة 1000 واط ، ستحتاج إلى 800000 متر مربع من أكسيد النحاس و 800000 متر مربع من النحاس العادي ، أو 1600000 متر مربع معًا. إذا تم تثبيته على سطح المنزل ، فسيبلغ طول كل منزل 282 مترًا وعرضه 282 مترًا ، ويقبل كل ما يحتاجونه لتوليد الكهرباء ، وكان هناك موقد واحد.

على مساحة 1600000 متر مربع ، يوجد 17،222256.7 قدم مربع. إذا كانت تكلفة النحاس تغطي 5 دولارات للقدم المربع ، فإن النحاس وحده سيكلف 86110283.50 دولار. من خلال القيام بذلك ، يمكن لعشر السماكة خفضه إلى 8،611،028.35 دولار. نظرًا لأنك تشتري بكميات كبيرة ، فقد تحصل عليه لمدة نصف هذا ، أو حوالي 4،300،000.00 دولار.

إذا كنت تستخدم الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون والتي تكلف 4 دولارات لكل واط ، فيمكنك تشغيل نفس الفرن مقابل 4000.00 دولار. لكن المجموعات سيكون فقط حوالي 10 متر مربع.

أو مقابل دولار واحد ، يمكنك بناء فرن شمسي من رقائق الألمنيوم والكرتون. لنحو 20 دولارًا ، يمكنك بناء طباخ شمسي مكافئ من الألومنيوم المصقول.

البطارية الشمسية المسطحة

لقد صنعت نسخة محمولة أكثر من اللوحة الشمسية بشكل مسطح. لقد استخدمت الغطاء البلاستيكي الشفاف لغطاء القرص المضغوط كنافذة وغراء سيليكون (يمكنك استخدام مادة مانعة للتسرب منتظمة) لربط الأجزاء معًا وعزلها عن بعضها البعض.

أولاً ، نصنع أكسيد النحاس ، كما هو الحال في الجزء الأول ، ونقوم بتلحيم سلك نحاس معزول في زاوية صفيحة الأكسيد ، وسيكون هذا ناقصًا (قطب سالب).

اللوحة الإيجابية عبارة عن قطعة من النحاس النقي على شكل حرف U أكبر قليلاً من حجم الأكسيد (ستفهم كيف في الصور أدناه))) نلحم سلكًا في نهايته ، هذه المرة أيضًا.

أولاً ، قم بلصق اللوحة النحاسية U بالنافذة البلاستيكية. استخدم الكثير من غراء السيليكون ، لذلك لن تتسرب المياه المالحة. تأكد من أن مفصل اللحام مغطى بالكامل بالغراء ، أو خارج الغراء U ، كما هو موضح في الصورة (المغلفة بالكامل بالغراء أفضل).

توضح الصورة أدناه الجانب الخلفي للوحة الشمسية (الجانب الذي لا يواجه الشمس).

تُظهر الصورة أدناه واجهة اللوحة الشمسية (الجانب الذي سيواجه الشمس). لاحظ أن غراء السيليكون لا يغطي النحاس تمامًا ، لأن جزءًا من النحاس يجب أن يكون ملامسًا في نهاية المطاف بالماء المالح.

نحن الغراء لوحة من النحاس النقي مع الغراء. تعمل هذه الطبقة كعازل بين صفيحة النحاس النقي ولوحة الأكسيد ، ويجب أن تكون سميكة بما يكفي لترك مساحة صغيرة للمياه المالحة. مرة أخرى ، ليس كل النحاس مطلي ، لذلك سيكون هناك الكثير من النحاس في اتصال مع الماء.

بلطف الغراء لوحة أكسيد على هذه الطبقة. يجب أن تضغط بشدة بما يكفي للتأكد من أن الغراء يحيط بأي فجوات ، ولكن ليس لدرجة أن اللوحين يلمسان.

توضح الصورة أدناه الجانب الخلفي للوحة الشمسية (الجانب الذي لا يواجه الشمس).

تُظهر الصورة أدناه واجهة اللوحة الشمسية (الجانب الذي سيواجه الشمس). لاحظ أنني أضفت غراء إضافي لتشكيل أنبوب في الأعلى بحيث يشبه صب الماء المالح.

لا تظهر الصورة لصقًا إضافيًا حول المحيط حتى لا يتسرب الماء على الإطلاق ، لكن يجب عليك القيام بذلك. دع الغراء يجف قبل الانتقال إلى الخطوة التالية.

ثم ، استخدم قطارة كبيرة لإضافة الماء المالح. املأ البطارية إلى أعلى اللوحة النحاسية تقريبًا حتى يتسرب الماء تقريبًا. ثم أغلق الفتحة بقطرة من الغراء واتركها حتى تجف لمدة نصف ساعة على الأقل.

في الصورة أعلاه ، يمكنك رؤية لوحة شمسية مسطحة تعمل بأشعة الشمس الساطعة. أنه يعطي حوالي 36 ميكروبس. يمكنك أيضًا رؤية حبة إضافية من الغراء حول حواف الألواح ، وملء الجزء العلوي من الأنبوب.