Το ηλιακό πλαίσιο είναι μια σειρά ηλιακών κυψελών και ενώ μπορείτε να φτιάξετε μόνοι σας έναν πίνακα με κελιά αγοράζετε στο διαδίκτυο, είναι πολύ πιο δροσερό και πιο διδακτικό για να δημιουργήσετε τα δικά σας κελιά υλικά. Με λίγο περισσότερο από ένα φύλλο χαλκού που αναβοσβήνει και λίγο αλμυρό νερό, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μετρήσιμο ηλεκτρικό ρεύμα από το φως του ήλιου. Από μόνο του, αυτός ο τύπος κυψέλης δεν παράγει πολύ ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά εάν επρόκειτο να φτιάξετε πολλά από αυτά και να τα συνδέσετε σε σειρά, θα μπορούσατε να αναπτύξετε αρκετό ρεύμα για να φορτίσετε μια μπαταρία ή να ανάψετε μια λάμπα.
Θεωρία πίσω από το χαλκό κελί
Όταν ο Heinrich Hertz ανακάλυψε το φωτοηλεκτρικό εφέ, δεν είχε πρόσβαση σε νάρθηκα τσιπ σιλικόνης, αλλά είχε μεταλλικές πλάκες. Μία από τις πλάκες μπορεί να ήταν χαλκός που είχε οξειδωθεί λόγω της έκθεσης στην ατμόσφαιρα, επειδή το οξείδιο του χαλκού ήταν ένα από τα πρώτα υλικά που παρατηρήθηκε για την εμφάνιση αυτού του φαινομένου. Είναι αρκετά εύκολο να εναποθέσετε ένα στρώμα οξειδίου του χαλκού σε ένα φύλλο χαλκού. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να προσθέσετε θερμότητα.
Το οξείδιο του χαλκού είναι ημιαγωγός και αν βυθίσετε την πλάκα σε αλμυρό νερό και την εκθέσετε στο φως του ήλιου, τα ηλεκτρόνια ρέουν από την πλάκα στο αλμυρό νερό. Ρυθμίστε μια καθαρή χαλκό πλάκα στο νερό για να λειτουργήσει ως άνοδος και τα ηλεκτρόνια ρέουν σε αυτό. Εάν συνδέσετε τις δύο πλάκες με έναν 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 κομμάτια κασσίτερου. Πλύνετε τα κομμάτια χαλκού με σαπούνι και νερό για να αφαιρέσετε το γράσο και στη συνέχεια τοποθετήστε ένα φύλλο στον καυστήρα μιας ηλεκτρικής κουζίνας. Το κομμάτι πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να καλύπτει τον καυστήρα.
Ενεργοποιήστε τη θερμότητα στην υψηλότερη ρύθμιση και παρακολουθήστε. Τα χρώματα στο κομμάτι χαλκού εντείνονται και στη συνέχεια αρχίζουν να σκουραίνουν με επικάλυψη οξειδίου του χαλκού. Περιμένετε το χαλκό να γίνει μαύρο και στη συνέχεια αφήστε το να μαγειρευτεί για άλλα 30 λεπτά. Απενεργοποιήστε τη φωτιά και αφήστε το χαλκό να κρυώσει στον καυστήρα.
Καθώς η πλάκα κρυώνει, 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 καθαρίστε απαλά όλο το ξεφλουδιστικό υλικό. Κάτω από αυτό είναι ένα κόκκινο στρώμα οξειδίου του χαλκού. Μην το τρίβετε - αυτό είναι το ημι-αγώγιμο στρώμα που χρειάζεστε.
Ένα ηλιακό κελί σε ένα μπουκάλι
Ένα διαφανές πλαστικό μπουκάλι ενός λίτρου κάνει ένα κατάλληλο δοχείο για το ηλιακό σας κελί. Κόψτε τη φιάλη γύρω από τη μέση και αφαιρέστε την κορυφή έτσι ώστε να έχετε ένα ανοιχτό δοχείο. Λυγίστε το χαλκό πλάκα που θερμάνσατε σε ημικύκλιο και τοποθετήστε το μέσα στο μπουκάλι ώστε να ακουμπάει στο πλάι. Η πλευρά που ήταν στραμμένη προς τα πάνω στον καυστήρα πρέπει να βλέπει προς τα έξω του μπουκαλιού. Λυγίστε την πλάκα χαλκού που δεν θερμάνετε σε παρόμοιο σχήμα και τοποθετήστε την στην αντίθετη πλευρά του μπουκαλιού. Οι πλάκες δεν πρέπει να αγγίζουν.
Ανακατέψτε δύο κουταλιές επιτραπέζιο αλάτι σε ένα ποτήρι που περιέχει περίπου 2 φλιτζάνια ζεστό νερό και ανακατέψτε μέχρι να διαλύσει το αλάτι. Ρίξτε το αλμυρό νερό στο πλαστικό μπουκάλι, γεμίζοντας περίπου 3/4 γεμάτο. Οι κορυφές των μεταλλικών πλακών πρέπει να είναι πάνω από το νερό, ώστε να μπορείτε να συνδέσετε αλλιγάτορα κλιπ. Το κελί σας είναι τώρα έτοιμο να παράγει ηλεκτρισμό.
Πάρτε το κελί έξω και τοποθετήστε το σε ένα τραπέζι έτσι ώστε η οξειδωμένη πλάκα να βλέπει στον ήλιο. Συνδέστε έναν μετρητή στις πλάκες με αλλιγάτορα κλιπ και ρυθμίστε το μετρητή να καταγράφει μικροοργανισμούς ρεύματος. Όταν το κελί βρίσκεται σε ηλιακή ακτινοβολία, ο μετρητής πρέπει να καταγράφεται μεταξύ 33 και 50 microamps Αλλάξτε το μετρητή για να μετρήσετε βολτ και θα πρέπει να παρατηρήσετε τάση περίπου 0,25 βολτ. Για τον υπολογισμό της μέγιστης ισχύος (P) που παράγει το κελί, πολλαπλασιάστε το μέγιστο ρεύμα (I) με τάση (V) για να λάβετε 0,00005 αμπέρ x 0,25 βολτ = 0,0000125 watt ή 12,5 μικροβατ. Ο τύπος που εκφράζει αυτήν τη σχέση είναι P = V x I.
Συγκεντρώστε τα κύτταρα μαζί για να αυξήσετε την ισχύ
Ένα ηλιακό πάνελ είναι απλά μια σειρά ηλιακών κυψελίδων ενσύρματο σε σειρά. Αν και τα κελιά στα εμπορικά πάνελ είναι επίπεδα, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας τύπος πλαισίου που αποτελείται από κελιά σε φιάλη. Ξεκινήστε με δύο κελιά φιάλης. Συνδέστε την άνοδο σε ένα από αυτά, το οποίο είναι η καθαρή χαλκό πλάκα, με την κάθοδο του άλλου, που είναι η πλάκα με την εναπόθεση οξειδίου του χαλκού, χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο με κλιπ αλιγάτορα. Συνδέστε το μετρητή στις δύο πλάκες που δεν είναι συνδεδεμένες. Δεδομένου ότι διπλασιάζετε την τάση καλωδιώνοντας δύο κελιά σε σειρά, έχετε διπλασιάσει την ισχύ της συστοιχίας σας χρησιμοποιώντας τον τύπο P = 2V x I. Μπορείτε να συνδέσετε όσα από αυτά τα κελιά σε σειρά θέλετε. Κάθε νέο στοιχείο αυξάνει την τάση κατά 0,25 βολτ.