Una batería solar es un dispositivo para convertir la energía solar en electricidad. Las células solares de alto rendimiento que puedes comprar en Radio Shack y otras tiendas están hechas de silicio especialmente procesado y requieren fábricas enormes, altas temperaturas, limpieza especial y mucho dinero.
Si estamos dispuestos a cambiar la eficiencia por la capacidad de fabricar nuestros propios paneles solares para la cocina utilizando materiales de ferretería, podemos demostrar un panel solar que funciona en aproximadamente una hora.
Nuestra célula solar está hecha de óxido de cobre en lugar de silicio. El óxido de cobre es uno de los primeros materiales en los que los científicos descubrieron el efecto fotovoltaico, en el que la luz hace que la electricidad fluya en el material.
Las ideas sobre cómo explicar el efecto fotoeléctrico es lo que llevó a Albert Einstein al Premio Nobel de Física y a la teoría de la relatividad.
Materiales.
1. Una lámina de cobre de una ferretería. Suele costar unos 150 rublos. Para 0,9 metros cuadrados, necesitamos aproximadamente 45 cm cuadrados.
2. Dos pinzas de cocodrilo.
3.Microamperímetro sensible que puede medir intervalos entre 10 y 50 microamperios. Radio Shack vende multímetros pequeños con monitor LCD, pero puedes usar uno normal.
4. Horno eléctrico. La estufa de mi cocina es de gas, así que compré una pequeña estufa eléctrica de una sola bobina por aproximadamente 750 rublos. Los quemadores pequeños de 700 vatios probablemente no funcionarán; se necesitan al menos 1100 vatios para que el quemador se ponga rojo.
5. Botella de plástico con el cuello cortado. Yo usé una botella de agua mineral de 2 litros.
6. Sal de mesa. Necesitaremos un par de cucharadas.
7. Agua del grifo.
8. Papel de lija o taladro con dicho accesorio (abrasivo)
9. Chapa.
Fabricación.
Aquí está el quemador.
Primero debes cortar un trozo de cobre para que tenga el tamaño de una estufa eléctrica. Lávese las manos para no dejar manchas de grasa o de otro tipo. También lave la lámina de cobre con detergente para eliminar la grasa u otras manchas. Utilice papel de lija o un cepillo abrasivo para eliminar completamente la capa protectora de cobre para eliminar cualquier sulfuro u otra corrosión leve.
Luego coloca una lámina de cobre limpia sobre la estufa (eléctrica) y enciéndela al máximo.
El cobre comenzará a calentarse y oxidarse, verás hermosas manchas de color rojo anaranjado en su superficie.
Cuando el cobre se calienta aún más, las manchas multicolores comenzarán a ser reemplazadas por óxido de cobre negro.
Todos los colores desaparecen cuando la espiral ya es roja.
Cuando el quemador se enciende, la lámina de cobre se recubrirá con óxido de cobre negro. Déjalo cocinar durante media hora más para que la capa negra quede espesa. Esto es importante porque una capa gruesa se desprenderá fácilmente, mientras que una capa delgada permanecerá pegada al cobre.
Después de media hora de cocción, apaga el fuego. Deje que el cobre caliente en el quemador se enfríe lentamente. Si lo enfrías demasiado rápido, se adherirá una película de óxido negro al cobre.
A medida que el cobre se enfría, se contrae. El óxido de cobre negro también se contrae. Pero se encogen a ritmos diferentes, lo que hace que el óxido de cobre negro se desprenda.
Pronto comenzarán a caer trozos grandes, es divertido verlo))
Una vez que el cobre se haya enfriado a temperatura ambiente (esto demora aproximadamente 20 minutos), la mayor parte de la película de óxido negro desaparecerá. Un ligero lavado con las manos bajo el chorro de agua eliminará la mayoría de los trozos pequeños. NO intente eliminar las manchas rebeldes ni doble la lámina; puede dañar la fina capa de óxido de cobre, que es exactamente lo que necesitamos.
El resto del montaje es muy rápido y sencillo.
Corta la segunda lámina de cobre del mismo tamaño que la primera (calentada) y dobla CUIDADOSAMENTE ambas partes para que encajen en la botella de plástico sin tocarse.
Coloque pinzas de cocodrilo en ambas placas. Conecte el cable de cobre puro al positivo y el cable de la placa de óxido al negativo.
Ahora mezcla un par de cucharadas de sal en un poco de agua caliente del grifo. Remueve hasta que toda la sal se haya disuelto. Vierte con cuidado la mezcla en la botella (donde están los platos), dejando unos 2,5 cm de los bordes de los platos.
En la foto de arriba, la batería solar terminada está EN LA SOMBRA, el amperímetro marca aproximadamente 6 miliamperios, pero incluso en la oscuridad, esta batería producirá varios miliamperios))
Esta foto muestra la batería a la luz y el amperímetro marca 34 miliamperios, a veces la batería puede dar 50 miliamperios o incluso más.
¿Cómo funciona?
El óxido de cobre es un semiconductor.Es un conductor intermedio, donde la electricidad puede fluir libremente, y un aislante, donde los electrones están estrechamente unidos a sus átomos y no fluyen libremente.
En un semiconductor, existe un espacio llamado banda prohibida entre los electrones que están estrechamente unidos al átomo y los electrones que están más alejados del átomo, que pueden moverse libremente y conducir electricidad.
Los electrones no pueden permanecer en la banda prohibida. Un electrón solo puede dar una pequeña cantidad de energía y pasar del núcleo de un átomo a la banda prohibida. El electrón debe ganar suficiente energía para alejarse más del núcleo, fuera de la banda prohibida.
Del mismo modo, un electrón fuera de la banda prohibida no puede perder un poco de energía y solo caer un poco más cerca del núcleo. Debe perder suficiente energía para pasar la banda prohibida hacia la región donde los electrones pueden escapar.
Cuando la luz solar incide sobre los electrones del óxido de cobre, algunos de los electrones reciben suficiente energía de la luz solar para saltar más allá de la banda prohibida y quedar libres para conducir electricidad.
Los electrones libres pasan al agua salada, luego a la placa de cobre limpia, al cable, a través del amperímetro y de regreso a la placa oxidada.
A medida que los electrones se mueven a través del amperímetro, vemos trabajo (amperios). Cuando una sombra cae sobre un panel solar, los electrones se mueven más lento y los miliamperios son menores.
Una nota sobre la energía.
La batería produce 50 miliamperios a 0,25 voltios.
Esto es 0,0000125 vatios (12,5 microvatios).
No intentes encender una bombilla))) se necesitarían acres de baterías para iluminar una casa. Nuestro modelo es experimental y puede usarse como sensor de luz.
0,0000125 vatios (12,5 microvatios) para una batería de 0,01 metros cuadrados, o 1,25 milivatios por metro cuadrado.Para iluminar una bombilla de 100 vatios, se necesitarían 80.000 metros cuadrados de óxido de cobre para el lado iluminado por el sol y 80.000 metros cuadrados de cobre para el electrodo oscuro. Para hacer funcionar un horno de 1.000 vatios, se necesitarían 800.000 metros cuadrados de óxido de cobre y otros 800.000 metros cuadrados de cobre simple, o 1.600.000 metros cuadrados en total. Si se montara en el techo de una casa, cada casa tendría 282 metros de largo y 282 metros de ancho, teniendo en cuenta todo para lo que necesitaban electricidad, había una estufa.
Hay 17.222.256,7 pies cuadrados en 1.600.000 pies cuadrados. Si el cobre cubriera los costos a $5 por pie cuadrado, el cobre por sí solo costaría $86,110,283.50 USD. Hacer esto una décima parte del grosor puede reducirlo a $ 8.611.028,35. Dado que está comprando al por mayor, podría obtenerlo por la mitad, o alrededor de $4,300,000.00.
Si usara paneles solares de silicio que costaran $4 por vatio, podría hacer funcionar el mismo horno por $4000,00. Pero los paneles sólo tendrían unos 10 metros cuadrados.
O por alrededor de un dólar puedes construir un horno solar con papel de aluminio y cartón. Por unos 20 dólares puedes construir una muy bonita cocina solar parabólica de aluminio pulible.
Célula solar plana
Hice una versión más portátil del panel solar con un diseño plano. Utilicé una cubierta de CD de plástico transparente como ventana y pegamento de silicona para mantener las piezas juntas y aislarlas entre sí.
Primero hacemos un óxido de cobre, como en la primera parte, soldamos un alambre de cobre aislado a la esquina de la placa de óxido, este será un polo negativo (menos).
La placa positiva es una pieza de cobre puro en forma de U, un poco más grande que la de óxido (comprenderás cómo en las imágenes a continuación))) soldamos un cable en su esquina, esta vez un plus.
Primero pegamos la placa de cobre U a la ventana de plástico. Utilice abundante pegamento de silicona para que el agua salada no se filtre. Asegúrese de que la unión de soldadura esté completamente cubierta con pegamento o fuera del pegamento en U como se muestra en la foto (es mejor que esté completamente cubierta con pegamento).
La foto de abajo muestra la parte posterior del panel solar (el lado que no mira al sol).
La foto de abajo muestra la parte frontal del panel solar (el lado que mirará al sol). Tenga en cuenta que el pegamento de silicona no cubre completamente el cobre, ya que parte del cobre finalmente debe estar en contacto con agua salada.
Aplique pegamento a una placa de cobre puro. Esta capa actuará como aislante entre la placa de cobre puro y la placa de óxido y debe ser lo suficientemente gruesa como para dejar un pequeño espacio para el agua salada. Nuevamente, no todo el cobre está recubierto, por lo que habrá mucho cobre en contacto con el agua.
Pegue con cuidado la placa de óxido sobre esta capa. Debes presionar lo suficientemente fuerte para asegurarte de que el pegamento rodee los espacios, pero no tan fuerte como para que las dos placas se toquen.
La foto de abajo muestra la parte posterior del panel solar (el lado que no mira al sol).
La foto de abajo muestra la parte frontal del panel solar (el lado que mirará al sol).Tenga en cuenta que agregué pegamento adicional para formar la tubería en la parte superior para que parezca agua salada.
La foto no muestra la capa adicional de pegamento alrededor del perímetro para evitar que se filtre agua, pero hay que hacerlo. Deja que el pegamento se seque antes de continuar con el siguiente paso.
Luego, use un gotero grande para agregar agua salada. Llene la batería casi hasta la parte superior de la placa de cobre hasta que casi salga el agua. Luego sella el agujero con una gota de pegamento y deja secar el pegamento durante al menos media hora.
En la foto de arriba se puede ver el panel solar plano en acción a la luz del sol. Da aproximadamente 36 microamperios. También puede ver una gota adicional de pegamento alrededor de los bordes de las placas y llenando la parte superior de la tubería.
Finalmente, en otra foto hay una sombra del autor. Tenga en cuenta que el amperímetro ahora lee aproximadamente 4 microamperios ya que no le da luz solar.
