Pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Pin mặt trời hiệu suất cao mà bạn có thể mua tại Radio Shack và các cửa hàng khác được làm từ silicon được xử lý đặc biệt và yêu cầu các nhà máy lớn, nhiệt độ cao, vệ sinh đặc biệt và rất nhiều tiền.
Nếu chúng ta sẵn sàng đánh đổi hiệu quả để có khả năng tự chế tạo các tấm pin mặt trời trong nhà bếp bằng vật liệu của cửa hàng phần cứng, chúng ta có thể chứng minh một tấm pin mặt trời hoạt động được trong khoảng một giờ.
Pin mặt trời của chúng tôi được làm bằng oxit đồng thay vì silicon. Ôxít đồng là một trong những vật liệu đầu tiên mà các nhà khoa học phát hiện ra hiệu ứng quang điện, trong đó ánh sáng làm cho dòng điện chạy trong vật liệu.
Những suy nghĩ về cách giải thích hiệu ứng quang điện đã đưa Albert Einstein đến với giải Nobel Vật lý và thuyết tương đối.
Nguyên vật liệu.
1. Một tấm đồng mua ở cửa hàng kim khí. Nó thường có giá khoảng 150 rúp. cho 0,9 mét vuông. Chúng ta cần khoảng 45 cm vuông.
2. Hai chiếc kẹp cá sấu.
3.Vi ampe kế nhạy cảm có thể đo khoảng cách từ 10 đến 50 microamp. Radio Shack bán đồng hồ vạn năng loại nhỏ có màn hình LCD, nhưng bạn có thể sử dụng loại thông thường.
4. Lò nướng điện. Bếp bếp của tôi là bếp gas nên tôi đã mua một bếp điện nhỏ một cuộn với giá khoảng 750 RUB. Đầu đốt nhỏ 700 watt có thể sẽ không hoạt động - phải mất ít nhất 1100 watt để đầu đốt chuyển sang màu đỏ.
5. Chai nhựa đã cắt cổ. Tôi đã sử dụng chai nước khoáng 2 lít.
6. Muối ăn. Chúng ta sẽ cần một vài muỗng canh.
7. Nước máy.
8. Giấy nhám hoặc máy khoan có phụ kiện như vậy (mài mòn)
9. Tấm kim loại.
Chế tạo.
Đây là lò đốt.
Đầu tiên bạn cần cắt một miếng đồng sao cho có kích thước bằng một chiếc bếp điện. Rửa tay để không để lại dầu mỡ hoặc các vết bẩn khác. Đồng thời, rửa tấm đồng bằng chất tẩy rửa để loại bỏ dầu mỡ hoặc các vết bẩn khác. Dùng giấy nhám hoặc bàn chải mài mòn để loại bỏ hoàn toàn lớp phủ bảo vệ đồng để loại bỏ sunfua hoặc các chất ăn mòn nhẹ khác.
Sau đó đặt một tấm đồng sạch lên bếp (điện) và bật ở mức tối đa.
Đồng sẽ bắt đầu nóng lên và oxy hóa, bạn sẽ thấy những đốm màu đỏ cam tuyệt đẹp trên bề mặt của nó.
Khi đồng nóng lên nhiều hơn, các đốm nhiều màu sẽ bắt đầu được thay thế bằng oxit đồng đen.
Tất cả các màu biến mất khi hình xoắn ốc đã có màu đỏ.
Khi đầu đốt phát sáng, tấm đồng sẽ được phủ một lớp oxit đồng màu đen. Để nó nấu thêm nửa giờ nữa để lớp phủ màu đen sẽ dày. Điều này rất quan trọng vì lớp phủ dày sẽ dễ dàng bong ra, trong khi lớp phủ mỏng sẽ vẫn dính vào đồng.
Sau nửa giờ nấu, tắt bếp. Để đồng nóng trên đầu đốt nguội từ từ. Nếu bạn làm nguội quá nhanh, một màng oxit đen sẽ dính vào đồng.
Khi đồng nguội đi, nó co lại. Oxit đồng đen cũng co lại. Nhưng chúng co lại với tốc độ khác nhau, khiến cho oxit đồng đen bong ra.
Những mảnh lớn sẽ sớm rơi ra, xem thật buồn cười))
Khi đồng nguội đến nhiệt độ phòng (quá trình này mất khoảng 20 phút), phần lớn màng oxit đen sẽ biến mất. Dùng tay chà nhẹ dưới vòi nước chảy sẽ loại bỏ hầu hết các mảnh vụn nhỏ. KHÔNG cố gắng loại bỏ các vết cứng đầu và không uốn cong tấm - bạn có thể làm hỏng lớp oxit đồng mỏng, đó chính xác là những gì chúng ta cần.
Phần còn lại của việc lắp ráp rất nhanh chóng và dễ dàng.
Cắt tấm đồng thứ hai có cùng kích thước với tấm đồng thứ nhất (tấm đã được làm nóng), CẨN THẬN uốn cong cả hai phần sao cho vừa khít với chai nhựa mà không chạm vào nhau.
Gắn kẹp cá sấu vào cả hai tấm. Nối dây từ đồng nguyên chất với cực dương và dây từ tấm oxit với cực âm.
Bây giờ trộn một vài thìa muối vào một ít nước nóng. Khuấy đều cho đến khi muối tan hết. Cẩn thận đổ hỗn hợp vào chai (nơi đặt đĩa), để cách mép đĩa khoảng 2,5cm.
Trong ảnh trên, pin năng lượng mặt trời thành phẩm ĐANG Ở TRONG BÓNG, ampe kế hiển thị khoảng 6 milliamp. Nhưng ngay cả trong bóng tối, pin này cũng sẽ tạo ra vài milliamp))
Bức ảnh này hiển thị pin dưới ánh sáng và ampe kế hiển thị 34 mA, đôi khi pin có thể cho 50 mA hoặc thậm chí nhiều hơn.
Làm thế nào nó hoạt động?
Ôxít đồng là chất bán dẫn.Nó là chất dẫn trung gian, nơi dòng điện có thể chạy tự do và là chất cách điện, nơi các electron liên kết chặt chẽ với nguyên tử của chúng và không chảy tự do.
Trong chất bán dẫn, có một khoảng trống gọi là vùng cấm giữa các electron liên kết chặt chẽ với nguyên tử và các electron ở xa nguyên tử hơn, có thể di chuyển tự do và dẫn điện.
Các electron không thể ở lại trong vùng cấm. Một electron chỉ có thể cung cấp một ít năng lượng và di chuyển từ hạt nhân nguyên tử vào vùng cấm. Electron phải thu đủ năng lượng để di chuyển xa hơn khỏi hạt nhân, ra ngoài vùng cấm.
Tương tự như vậy, một electron ở ngoài vùng cấm không thể mất một chút năng lượng và chỉ rơi gần hạt nhân hơn một chút. Nó phải mất đủ năng lượng để vượt qua vùng cấm vào vùng mà các electron có thể thoát ra.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các electron trong oxit đồng, một số electron nhận đủ năng lượng từ ánh sáng mặt trời để nhảy qua vùng cấm và trở nên tự do dẫn điện.
Các electron tự do di chuyển vào nước muối, sau đó vào tấm đồng sạch, vào dây dẫn, qua ampe kế và quay trở lại tấm oxy hóa.
Khi các electron di chuyển qua ampe kế, chúng ta thấy công (ampe). Khi bóng đổ lên tấm pin mặt trời, các electron sẽ di chuyển chậm hơn và cường độ ampe thấp hơn.
Một lưu ý về năng lượng.
Pin tạo ra 50 milliamp ở điện áp 0,25 volt.
Đây là 0,0000125 watt (12,5 microwatt).
Đừng cố thắp sáng một bóng đèn))) sẽ cần rất nhiều pin để thắp sáng một ngôi nhà. Mô hình của chúng tôi là thử nghiệm và có thể được sử dụng làm cảm biến ánh sáng.
0,0000125 watt (12,5 microwatt) cho pin 0,01 mét vuông, hoặc 1,25 miliwatt mỗi mét vuông.Để chiếu sáng một bóng đèn 100 watt, cần 80.000 mét vuông oxit đồng cho phía có ánh nắng mặt trời và 80.000 mét vuông đồng cho điện cực tối. Để vận hành một lò nung 1.000 watt, bạn sẽ cần 800.000 mét vuông oxit đồng và 800.000 mét vuông đồng trơn khác, hoặc 1.600.000 mét vuông cộng lại. Nếu nó được gắn trên nóc một ngôi nhà, mỗi ngôi nhà sẽ dài 282 mét và rộng 282 mét, tính đến mọi thứ họ cần điện thì sẽ có một cái bếp.
Có 17.222.256,7 feet vuông trong 1.600.000 feet vuông. Nếu đồng được phủ có giá 5 USD/foot vuông thì riêng đồng sẽ có giá 86.110.283,50 USD. Thực hiện điều này bằng một phần mười độ dày có thể giảm con số này xuống còn 8.611.028,35 USD. Vì bạn mua với số lượng lớn nên bạn có thể mua được với giá chỉ bằng một nửa, tương đương khoảng 4.300.000 USD.
Nếu bạn sử dụng các tấm pin mặt trời silicon có giá 4 USD mỗi watt, bạn có thể vận hành cùng một lò với giá 4.000 USD. Nhưng các tấm sẽ chỉ có diện tích khoảng 10 mét vuông.
Hoặc với khoảng một đô la, bạn có thể chế tạo một lò năng lượng mặt trời từ lá nhôm và bìa cứng. Với khoảng 20 đô la, bạn có thể chế tạo một bếp năng lượng mặt trời hình parabol bằng nhôm có thể đánh bóng rất đẹp.
Pin mặt trời phẳng
Tôi đã tạo một phiên bản di động hơn của tấm pin mặt trời ở dạng phẳng. Tôi sử dụng bìa đĩa CD bằng nhựa trong làm cửa sổ và keo silicon để giữ các mảnh lại với nhau và cách ly chúng với nhau.
Đầu tiên, chúng ta tạo ra một oxit từ đồng, như trong phần đầu tiên, chúng ta hàn một sợi dây đồng cách điện vào góc của tấm oxit, đây sẽ là một điểm trừ (cực âm).
Tấm dương là một miếng đồng nguyên chất hình chữ U, có kích thước lớn hơn một chút so với tấm oxit (bạn sẽ hiểu trong các hình ảnh bên dưới))) chúng tôi hàn một sợi dây vào góc của nó, lần này là một điểm cộng.
Đầu tiên chúng ta dán tấm đồng U vào cửa sổ nhựa. Dùng nhiều keo silicon để nước muối không thấm qua. Đảm bảo mối hàn được phủ hoàn toàn bằng keo hoặc bên ngoài lớp keo chữ U như trong ảnh (được phủ hoàn toàn bằng keo thì tốt hơn).
Bức ảnh dưới đây cho thấy mặt sau của tấm pin mặt trời (mặt không hướng về phía mặt trời).
Bức ảnh dưới đây cho thấy mặt trước của tấm pin mặt trời (mặt sẽ hướng về phía mặt trời). Lưu ý rằng keo silicon không bao phủ hoàn toàn đồng vì cuối cùng một số đồng phải tiếp xúc với nước muối.
Bôi keo lên tấm đồng nguyên chất. Lớp này sẽ đóng vai trò như chất cách điện giữa tấm đồng nguyên chất và tấm oxit, đồng thời phải đủ dày để chừa một khoảng trống nhỏ cho nước muối. Một lần nữa, không phải tất cả đồng đều được phủ nên sẽ có rất nhiều đồng tiếp xúc với nước.
Cẩn thận dán tấm oxit lên lớp này. Bạn muốn ấn đủ mạnh để đảm bảo keo bao quanh mọi khoảng trống, nhưng không quá mạnh đến mức hai tấm chạm vào nhau.
Bức ảnh dưới đây cho thấy mặt sau của tấm pin mặt trời (mặt không hướng về phía mặt trời).
Bức ảnh dưới đây cho thấy mặt trước của tấm pin mặt trời (mặt sẽ hướng về phía mặt trời).Lưu ý rằng tôi đã thêm keo bổ sung để tạo thành đường ống phía trên giống như đổ nước muối.
Bức ảnh không hiển thị lớp keo bổ sung xung quanh chu vi để ngăn nước rò rỉ vào, nhưng bạn phải làm điều đó. Để keo khô trước khi chuyển sang bước tiếp theo.
Tiếp theo, sử dụng ống nhỏ giọt lớn để thêm nước muối. Đổ đầy pin gần hết tấm đồng cho đến khi nước gần chảy hết. Sau đó bịt kín lỗ bằng một giọt keo và để keo khô trong ít nhất nửa giờ.
Trong ảnh trên, bạn có thể thấy tấm pin mặt trời phẳng đang hoạt động dưới ánh sáng mặt trời. Nó cung cấp khoảng 36 microamp. Bạn cũng có thể thấy thêm một hạt keo xung quanh các cạnh của tấm và lấp đầy phần trên của ống.
Cuối cùng, trong một bức ảnh khác có bóng của tác giả. Lưu ý rằng ampe kế hiện chỉ số xấp xỉ 4 microamp vì không có ánh sáng mặt trời chiếu vào nó.
