Περιεχόμενο
- Θεωρία πίσω από την κυψέλη του χαλκού
- Προετοιμασία της πλάκας χαλκού
- Ένα ηλιακό κύτταρο σε ένα μπουκάλι
- Συρμάτινα κελιά για να αυξήσουν την ισχύ
Ένα ηλιακό πάνελ είναι μια σειρά ηλιακών κυττάρων και ενώ μπορείτε να κατασκευάσετε ένα πάνελ τον εαυτό σας με τα κύτταρα που αγοράζετε στο διαδίκτυο, τον τρόπο ψυχρότερο και πιο διδακτικό για να φτιάξετε τα δικά σας κύτταρα από τα υλικά που βρέθηκαν. Με λίγο περισσότερο από ένα φύλλο χαλκού που αναβοσβήνει και λίγο αλμυρό νερό, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μετρήσιμο ηλεκτρικό ρεύμα από το ηλιακό φως. Από μόνη της, αυτός ο τύπος κυττάρων δεν παράγει πολύ ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά αν χρειαζόταν να κατασκευάσετε πολλά από αυτά και να τα συνδέσετε σε σειρά, θα μπορούσατε να αναπτύξετε αρκετό ρεύμα για να φορτίσετε μια μπαταρία ή να ανάψετε έναν λαμπτήρα.
Θεωρία πίσω από την κυψέλη του χαλκού
Όταν ο Heinrich Hertz ανακάλυψε το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα, δεν είχε πρόσβαση σε μαρμαρυγμένα σπρέι πυριτίου, αλλά είχε μεταλλικές πλάκες. Μία από τις πλάκες μπορεί να ήταν χαλκός που είχε οξειδωθεί με έκθεση στην ατμόσφαιρα επειδή το οξείδιο του χαλκού ήταν ένα από τα πρώτα υλικά που παρατηρήθηκε να εμφανίζει αυτό το φαινόμενο. Είναι αρκετά εύκολο να τοποθετήσετε ένα στρώμα οξειδίου του χαλκού σε ένα φύλλο χαλκού. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να προσθέσετε θερμότητα.
Το οξείδιο του χαλκού είναι ένας ημιαγωγός, και αν βυθίσετε το πιάτο σε αλμυρό νερό και το εκθέσετε στο ηλιακό φως, τα ηλεκτρόνια ρέουν από την πλάκα στο αλμυρό νερό. Τοποθετήστε μια καθαρή πλάκα χαλκού στο νερό για να λειτουργήσει ως μια άνοδος, και τα ηλεκτρόνια ρέουν σε αυτό. Εάν συνδέσετε τις δύο πλάκες με ένα μετρητή, τα ηλεκτρόνια ρέουν πίσω στην αρχική πλάκα μέσω του μετρητή και ο μετρητής καταγράφει το ηλεκτρικό ρεύμα.
Προετοιμασία της πλάκας χαλκού
Θα χρειαστείτε περίπου μισό τετραγωνικό πόδι χαλκού που αναβοσβήνει για αυτό το έργο, το οποίο μπορείτε να βρείτε στα περισσότερα καταστήματα υλικού. Κόψτε το σε δύο ίσα κομμάτια, χρησιμοποιώντας τσιμπιδάκια. Πλύνετε τα κομμάτια χαλκού με σαπούνι και νερό για να αφαιρέσετε το γράσο και στη συνέχεια τοποθετήστε ένα φύλλο στον καυστήρα μιας ηλεκτρικής εστίας. Το κομμάτι πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο για να καλύψει τον καυστήρα.
Ενεργοποιήστε τη θερμότητα στην υψηλότερη ρύθμιση και προσέξτε. Τα χρώματα στο κομμάτι χαλκού εντείνουν και στη συνέχεια αρχίζουν να σκουρύνουν με μια επίστρωση οξείδιο του χαλκού. Περιμένετε να γίνει μαύρος ο χαλκός και στη συνέχεια αφήστε το να μαγειρέψει για άλλα 30 λεπτά. Απενεργοποιήστε τη θερμότητα και αφήστε τον χαλκό να κρυώσει στον καυστήρα.
Καθώς η πλάκα ψύχεται, το οξείδιο του χαλκού και του χαλκού συρρικνώνεται με διαφορετικούς ρυθμούς και η μαύρη επίστρωση αρχίζει να ξεφλουδίζει. Όταν η πλάκα είναι εντελώς δροσερή, αφαιρέστε την πλάκα και βουρτσίστε απαλά όλο το απολεπιστικό υλικό. Κάτω από αυτό είναι ένα κόκκινο στρώμα οξειδίου του χαλκού. Μην τρίβετε αυτό μακριά - αυτό είναι το ημιαγωγό στρώμα που χρειάζεστε.
Ένα ηλιακό κύτταρο σε ένα μπουκάλι
Μια σαφής πλαστική μπουκάλι ενός λίτρου κάνει ένα κατάλληλο δοχείο για το ηλιακό σας κύτταρο. Κόψτε τη φιάλη γύρω από τη μέση και αφαιρέστε την κορυφή για να έχετε ένα ανοιχτό δοχείο. Λυγίστε την πλάκα χαλκού που θερμαίνετε σε ημικύκλιο και τοποθετήστε την μέσα στη φιάλη, ώστε να στηρίζεται στο πλάι. Η πλευρά που ήταν στραμμένη προς τα πάνω στον καυστήρα πρέπει να είναι στραμμένη προς το εξωτερικό της φιάλης. Λυγίστε την πλάκα χαλκού που δεν θερμάνετε σε παρόμοιο σχήμα και τοποθετήστε την στην αντίθετη πλευρά της φιάλης. Οι πλάκες δεν πρέπει να αγγίζουν.
Αναμίξτε δύο κουταλιές αλατιού σε ένα ποτήρι που περιέχει περίπου 2 φλιτζάνια ζεστό νερό και ανακατέψτε μέχρι να διαλυθεί το αλάτι. Ρίξτε το αλμυρό νερό μέσα στο πλαστικό μπουκάλι γεμίζοντας το περίπου 3/4 γεμάτο. Οι κορυφές των μεταλλικών πλακών πρέπει να είναι πάνω από το νερό, ώστε να μπορείτε να προσαρμόσετε κλιπ αλλιγάτορ. Το κελί σας είναι έτοιμο να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Πάρτε το κελί έξω και τοποθετήστε το σε ένα τραπέζι έτσι ώστε η οξειδωμένη πλάκα να βλέπει στον ήλιο. Συνδέστε ένα μετρητή στις πλάκες με κλιπ αλλιγάτορ και ρυθμίστε το μετρητή για να καταχωρίσετε μικροσκοπικά ρεύματα. Όταν το κελί είναι σε πλήρη ηλιοφάνεια, ο μετρητής θα πρέπει να καταχωρεί μεταξύ 33 και 50 μm. Αλλάξτε το μετρητή για να μετρήσετε τα βολτ και θα πρέπει να παρατηρήσετε τάση περίπου 0,25 βολτ. Για να υπολογίσετε τη μέγιστη ισχύ (P) που παρέχει το κελί, πολλαπλασιάστε το μέγιστο ρεύμα (I) με τάση (V) για να πάρετε 0.00005 αμπέρ x .25 volts = 0.0000125 watt ή 12.5 microwatts. Ο τύπος που εκφράζει αυτή τη σχέση είναι P = V x I.
Συρμάτινα κελιά για να αυξήσουν την ισχύ
Ένα ηλιακό πάνελ είναι απλά μια σειρά ηλιακών κυψελών ενσύρματων σε σειρά. Αν και τα κελιά των εμπορικών φύλλων είναι επίπεδα, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί ένας τύπος φύλλου που αποτελείται από φιαλίδιο κυττάρων. Ξεκινήστε με δύο κυψέλες φιαλών. Συνδέστε την άνοδο σε μία από αυτές, η οποία είναι η καθαρή πλάκα χαλκού, στην κάθοδο του άλλου, η οποία είναι η πλάκα με την απόθεση οξειδίου χαλκού, χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο με κλιπ αλλιγάτορα. Συνδέστε το μετρητή στις δύο πλάκες που δεν συνδέονται. Δεδομένου ότι διπλασιάζετε την τάση συνδέοντας δύο κελιά σε σειρά, έχετε διπλασιαστεί η ισχύς της συστοιχίας σας χρησιμοποιώντας τον τύπο P = 2V x I. Μπορείτε να συνδέσετε όσο το δυνατόν περισσότερα από αυτά τα κελιά όπως θέλετε. Κάθε νέα κυψέλη αυξάνει την τάση κατά 0,25 volts.