Ein Solarpanel ist eine Anordnung von Solarzellen, und während Sie selbst ein Panel mit Zellen bauen können Wenn Sie online kaufen, ist es viel cooler und lehrreicher, Ihre eigenen Zellen aus gefundenen Materialien zu bauen Materialien. Mit wenig mehr als einer Kupferplatte und etwas Salzwasser können Sie aus Sonnenlicht einen messbaren elektrischen Strom erzeugen. An sich erzeugt diese Art von Zelle nicht viel Strom, aber wenn Sie viele davon bauen und in Reihe schalten, könnten Sie genug Strom entwickeln, um eine Batterie aufzuladen oder eine Glühbirne zu zünden.
Theorie hinter der Kupferzelle
Als Heinrich Hertz den photoelektrischen Effekt entdeckte, hatte er keinen Zugang zu dotierten Siliziumchips, dafür aber Metallplatten. Eine der Platten könnte Kupfer gewesen sein, das durch die Einwirkung der Atmosphäre oxidiert wurde, da Kupferoxid eines der ersten Materialien war, bei dem dieses Phänomen beobachtet wurde. Es ist ziemlich einfach, eine Kupferoxidschicht auf einem Kupferblech abzuscheiden. Alles, was Sie tun müssen, ist Hitze hinzuzufügen.
Kupferoxid ist ein Halbleiter, und wenn Sie die Platte in Salzwasser eintauchen und dem Sonnenlicht aussetzen, fließen Elektronen von der Platte in das Salzwasser. Stellen Sie eine saubere Kupferplatte ins Wasser, die als Anode dient, und die Elektronen fließen dorthin. Wenn Sie die beiden Platten mit einem Messgerät verbinden, fließen die Elektronen durch das Messgerät zurück zur ursprünglichen Platte und das Messgerät registriert den elektrischen Strom.
Vorbereiten der Kupferplatte
Für dieses Projekt benötigen Sie etwa einen halben Quadratfuß Kupferblech, das Sie in den meisten Baumärkten finden können. Mit einer Blechschere in zwei gleich große Stücke schneiden. Waschen Sie die Kupferstücke mit Seife und Wasser, um Fett zu entfernen, und legen Sie dann ein Blatt auf den Brenner eines Elektroherds. Das Stück sollte groß genug sein, um den Brenner zu bedecken.
Schalten Sie die Hitze auf die höchste Stufe ein und beobachten Sie. Die Farben auf dem Kupferstück intensivieren sich und beginnen sich dann mit einer Kupferoxidschicht zu verdunkeln. Warten Sie, bis das Kupfer schwarz wird, und lassen Sie es dann weitere 30 Minuten kochen. Schalten Sie die Hitze aus und lassen Sie das Kupfer auf dem Brenner abkühlen.
Beim Abkühlen der Platte schrumpfen Kupfer- und Kupferoxid unterschiedlich schnell und die schwarze Beschichtung beginnt abzublättern. Wenn die Platte vollständig abgekühlt ist, entfernen Sie die Platte und bürsten Sie das abblätternde Material vorsichtig ab. Darunter befindet sich eine rote Kupferoxidschicht. Reiben Sie das nicht ab – das ist die halbleitende Schicht, die Sie brauchen.
Eine Solarzelle in einer Flasche
Eine durchsichtige 1-Liter-Kunststoffflasche ist ein geeigneter Behälter für Ihre Solarzelle. Schneiden Sie die Flasche in der Mitte durch und entfernen Sie den Deckel, damit Sie einen offenen Behälter haben. Biegen Sie die erhitzte Kupferplatte zu einem Halbkreis und setzen Sie sie so in die Flasche, dass sie an der Seite anliegt. Die nach oben zeigende Seite des Brenners sollte zur Außenseite der Flasche zeigen. Biegen Sie die Kupferplatte, die Sie nicht erhitzt haben, in eine ähnliche Form und legen Sie sie in die gegenüberliegende Seite der Flasche. Die Teller dürfen sich nicht berühren.
Mischen Sie zwei Esslöffel Kochsalz in ein Glas mit etwa 2 Tassen warmem Wasser und rühren Sie, bis sich das Salz auflöst. Gießen Sie das salzige Wasser in die Plastikflasche und füllen Sie sie zu etwa 3/4. Die Oberseiten der Metallplatten sollten über Wasser sein, damit Sie Krokodilklemmen anbringen können. Ihre Zelle ist nun bereit, Strom zu erzeugen.
Nehmen Sie die Zelle nach draußen und stellen Sie sie so auf einen Tisch, dass die oxidierte Platte der Sonne zugewandt ist. Schließen Sie ein Messgerät mit Krokodilklemmen an die Platten an und stellen Sie das Messgerät so ein, dass es Mikroamperestrom registriert. Wenn die Zelle in voller Sonne steht, sollte das Messgerät zwischen 33 und 50 Mikroampere anzeigen. Schalten Sie das Messgerät um, um Volt zu messen, und Sie sollten eine Spannung von etwa 0,25 Volt bemerken. Um die maximale Leistung (P) der Zelle zu berechnen, multiplizieren Sie den maximalen Strom (I) mit der Spannung (V), um 0,00005 Ampere x 0,25 Volt = 0,0000125 Watt oder 12,5 Mikrowatt zu erhalten. Die Formel, die diese Beziehung ausdrückt, lautet P = V x I.
Verdrahten Sie Zellen zusammen, um die Leistung zu erhöhen
Ein Solarpanel ist einfach eine Reihe von Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind. Obwohl die Zellen auf handelsüblichen Paneelen flach sind, ist es möglich, einen Paneeltyp zu erstellen, der aus Zellen in einer Flasche besteht. Beginnen Sie mit zwei Flaschenzellen. Verbinden Sie die Anode auf einer von ihnen, die die saubere Kupferplatte ist, mit der Kathode der anderen, der Platte mit der Kupferoxid-Ablagerung, mit einem Draht mit Krokodilklemmen. Verbinden Sie das Messgerät mit den beiden Platten, die nicht verbunden sind. Da Sie die Spannung verdoppeln, indem Sie zwei Zellen in Reihe schalten, haben Sie die Leistung Ihres Arrays mit der Formel P = 2 V x I verdoppelt. Sie können beliebig viele dieser Zellen in Reihe schalten. Jede neue Zelle erhöht die Spannung um 0,25 Volt.
