En solpanel är en rad solceller, och medan du själv kan konstruera en panel med celler du köper online, det är mycket coolare och mer lärorikt att bygga dina egna celler ur hittade material. Med lite mer än ett kopparark som blinkar och lite saltvatten kan du generera en mätbar elektrisk ström från solljus. I sig själv genererar denna typ av cell inte mycket elektricitet, men om du skulle bygga många av dem och koppla ihop dem i serie kan du utveckla tillräckligt med ström för att ladda ett batteri eller tända en lampa.
Teori bakom kopparcellen
När Heinrich Hertz upptäckte den fotoelektriska effekten hade han inte tillgång till dopade kiselchips, men han hade metallplattor. En av plattorna kan ha varit koppar som hade oxiderats genom exponering för atmosfären eftersom kopparoxid var ett av de första materialen som observerades för att visa detta fenomen. Det är ganska enkelt att deponera ett lager kopparoxid på ett kopparark. Allt du behöver göra är att tillsätta värme.
Kopparoxid är en halvledare, och om du sänker plattan i saltvatten och utsätter den för solljus strömmar elektroner från plattan in i saltvattnet. Sätt en ren kopparplatta i vattnet för att fungera som en anod, och elektronerna flyter till det. Om du ansluter de två plattorna till en mätare strömmar elektronerna tillbaka till originalplattan genom mätaren och mätaren registrerar den elektriska strömmen.
Förbereda kopparplattan
Du behöver ungefär en halv kvadratmeter koppar blinkar för detta projekt, som du hittar i de flesta hårdvaruaffärer. Skär den i två lika stora bitar med tennklipp. Tvätta kopparbitarna med tvål och vatten för att avlägsna fett och lägg sedan ett ark på brännaren på en elektrisk spis. Stycket ska vara tillräckligt stort för att täcka brännaren.
Sätt på värmen till dess högsta inställning och titta. Färgerna på kopparstycket intensifieras och börjar sedan mörkna med en beläggning av kopparoxid. Vänta tills kopparen blir svart och låt den koka ytterligare 30 minuter. Stäng av värmen och låt kopparen svalna på brännaren.
När plattan svalnar krymper koppar och kopparoxid i olika hastigheter och den svarta beläggningen börjar flaga av. När plattan är helt sval tar du bort plattan och borstar försiktigt bort allt flingande material. Under det finns ett rött lager av kopparoxid. Gnugga inte av det här - det här är det halvledande skiktet du behöver.
En solcell i en flaska
En genomskinlig enlitersflaska av plast gör en lämplig behållare för din solcell. Klipp flaskan runt mitten och ta bort toppen så att du har en öppen behållare. Böj kopparplattan du värmde upp i en halvcirkel och placera den i flaskan så att den vilar mot sidan. Sidan som vänd uppåt på brännaren ska vara vänd mot flaskans utsida. Böj kopparplattan som du inte värmde upp i en liknande form och sätt den på motsatt sida av flaskan. Plattorna borde inte röra vid.
Blanda två matskedar bordssalt i ett glas som innehåller cirka 2 koppar varmt vatten och rör om tills saltet löses upp. Häll det salta vattnet i plastflaskan och fyll det cirka 3/4. Toppen på metallplattorna ska vara över vatten så att du kan fästa krokodilklämmor. Din cell är nu redo att generera el.
Ta cellen ut och placera den på ett bord så att den oxiderade plattan är vänd mot solen. Anslut en mätare till plattorna med krokodilklämmor och ställ in mätaren för att registrera mikroampor av ström. När cellen är i full sol bör mätaren registrera mellan 33 och 50 mikroampor. Byt mätaren för att mäta volt och du bör märka en spänning på cirka 0,25 volt. För att beräkna den maximala effekten (P) som cellen levererar multiplicerar du den maximala strömmen (I) med spänning (V) för att få 0,00005 ampere x, 25 volt = 0,0000125 watt, eller 12,5 microwatt. Formeln som uttrycker detta förhållande är P = V x I.
Trådceller tillsammans för att öka kraften
En solpanel är helt enkelt en serie solceller kopplade i serie. Även om cellerna på kommersiella paneler är platta är det möjligt att skapa en typ av panel som består av celler-i-en-flaska. Börja med två flaskceller. Anslut anoden på en av dem, som är den rena kopparplattan, till katoden på den andra, som är plattan med kopparoxidavlagringen, med en tråd med alligatorklämmor. Anslut mätaren till de två plattorna som inte är anslutna. Eftersom du fördubblar spänningen genom att koppla två celler i serie har du fördubblat kraften i din matris med formeln P = 2V x I. Du kan ansluta så många av dessa celler i serie som du vill. Varje ny cell ökar spänningen med 0,25 volt.