Une batterie solaire est un dispositif permettant de convertir l'énergie solaire en électricité. Les cellules solaires hautes performances que vous pouvez acheter chez Radio Shack et dans d'autres magasins sont fabriquées à partir de silicium spécialement traité et nécessitent d'immenses usines, des températures élevées, un nettoyage spécial et beaucoup d'argent.
Si nous sommes prêts à échanger l’efficacité contre la possibilité de fabriquer nos propres panneaux solaires de cuisine à l’aide de matériaux de quincaillerie, nous pouvons démontrer un panneau solaire fonctionnel en une heure environ.
Notre cellule solaire est composée d'oxyde de cuivre au lieu de silicium. L'oxyde de cuivre est l'un des premiers matériaux dans lequel les scientifiques ont découvert l'effet photovoltaïque, dans lequel la lumière fait circuler l'électricité dans le matériau.
Les réflexions sur la manière d’expliquer l’effet photoélectrique ont conduit Albert Einstein au prix Nobel de physique et à la théorie de la relativité.
Matériaux.
1. Une feuille de cuivre provenant d'une quincaillerie. Cela coûte généralement environ 150 roubles. pour 0,9 mètre carré, nous avons besoin d'environ 45 cm².
2. Deux pinces crocodiles.
3.Microampèremètre sensible pouvant mesurer des intervalles compris entre 10 et 50 microampères. Radio Shack vend de petits multimètres avec un écran LCD, mais vous pouvez en utiliser un classique.
4. Four électrique. Ma cuisinière est une cuisinière à gaz, j'ai donc acheté une petite cuisinière électrique à simple serpentin pour environ 750 RUB. Les petits brûleurs de 700 watts ne fonctionneront probablement pas - il faut au moins 1 100 watts pour que le brûleur devienne rouge.
5. Bouteille en plastique dont le col est coupé. J'ai utilisé une bouteille d'eau minérale de 2 litres.
6. Sel de table. Nous aurons besoin de quelques cuillères à soupe.
7. Eau du robinet.
8. Papier de verre ou perceuse avec un tel accessoire (abrasif)
9. Tôle.
Fabrication.
Voici le brûleur.
Vous devez d’abord couper un morceau de cuivre pour qu’il ait la taille d’une cuisinière électrique. Lavez-vous les mains afin de ne pas laisser de taches grasses ou autres. Lavez également la feuille de cuivre avec un détergent pour éliminer toute graisse ou autre tache. Utilisez du papier de verre ou une brosse abrasive pour éliminer complètement le revêtement protecteur de cuivre afin d'éliminer tout sulfure ou autre corrosion légère.
Placez ensuite une feuille de cuivre propre sur la cuisinière (électrique) et allumez-la au maximum.
Le cuivre va commencer à chauffer et à s'oxyder, vous verrez de belles taches rouge-orange à sa surface.
Lorsque le cuivre chauffe encore plus, les taches multicolores commencent à être remplacées par de l'oxyde de cuivre noir.
Toutes les couleurs disparaissent lorsque la spirale est déjà rouge.
Lorsque le brûleur brille, la feuille de cuivre sera recouverte d'oxyde de cuivre noir. Laissez cuire encore une demi-heure pour que la couche noire soit épaisse. Ceci est important car une couche épaisse se décollera facilement, tandis qu’une fine couche restera collée au cuivre.
Après une demi-heure de cuisson, éteignez le feu. Laissez le cuivre chaud sur le brûleur refroidir lentement. Si vous le refroidissez trop rapidement, une pellicule d'oxyde noir va se coller au cuivre.
À mesure que le cuivre refroidit, il se contracte. L'oxyde de cuivre noir rétrécit également. Mais ils rétrécissent à des rythmes différents, ce qui provoque l'écaillage de l'oxyde de cuivre noir.
Bientôt de gros morceaux vont commencer à tomber, c'est drôle à regarder))
Une fois le cuivre refroidi à température ambiante (cela prend environ 20 minutes), la majeure partie du film d’oxyde noir aura disparu. Un léger frottement avec les mains sous l’eau courante enlèvera la plupart des petits morceaux. N'essayez PAS d'éliminer les taches tenaces et ne pliez pas la feuille - vous pourriez endommager la fine couche d'oxyde de cuivre, ce qui est exactement ce dont nous avons besoin.
Le reste du montage est très simple et rapide.
Coupez la deuxième feuille de cuivre aux mêmes dimensions que la première (celle chauffée) et pliez SOIGNEUSEMENT les deux parties pour qu'elles s'insèrent dans la bouteille en plastique sans se toucher.
Fixez des pinces crocodiles aux deux plaques. Connectez le fil de cuivre pur au positif et le fil de la plaque d'oxyde au négatif.
Mélangez maintenant quelques cuillères à soupe de sel dans un peu d’eau chaude du robinet. Remuer jusqu'à ce que tout le sel soit dissous. Versez délicatement le mélange dans la bouteille (là où se trouvent les assiettes), en laissant environ 2,5 cm des bords des assiettes.
Sur la photo ci-dessus, la batterie solaire finie est DANS L'OMBRE, l'ampèremètre indique environ 6 milliampères. Mais même dans l'obscurité, cette batterie produira plusieurs milliampères))
Cette photo montre la batterie à la lumière, et l'ampèremètre indique 34 milliampères, parfois la batterie peut donner 50 milliampères, voire plus.
Comment ça fonctionne?
L'oxyde de cuivre est un semi-conducteur.C'est un conducteur intermédiaire, où l'électricité peut circuler librement, et un isolant, où les électrons sont étroitement liés à leurs atomes et ne circulent pas librement.
Dans un semi-conducteur, il existe un espace appelé bande interdite entre les électrons étroitement liés à l’atome et les électrons plus éloignés de l’atome, qui peuvent se déplacer librement et conduire l’électricité.
Les électrons ne peuvent pas rester dans la bande interdite. Un électron ne peut donner qu’un peu d’énergie et se déplacer du noyau d’un atome vers la bande interdite. L’électron doit gagner suffisamment d’énergie pour s’éloigner du noyau, en dehors de la bande interdite.
De même, un électron en dehors de la bande interdite ne peut pas perdre un peu d’énergie et se rapprocher seulement un peu plus du noyau. Il doit perdre suffisamment d’énergie pour franchir la bande interdite et atteindre la région où les électrons peuvent s’échapper.
Lorsque la lumière du soleil frappe des électrons dans l'oxyde de cuivre, certains d'entre eux reçoivent suffisamment d'énergie de la lumière du soleil pour franchir la bande interdite et devenir libres de conduire l'électricité.
Les électrons libres se déplacent dans l’eau salée, puis dans la plaque de cuivre propre, dans le fil, à travers l’ampèremètre et retournent dans la plaque oxydée.
Lorsque les électrons se déplacent dans l’ampèremètre, nous voyons du travail (ampères). Lorsqu’une ombre tombe sur un panneau solaire, les électrons se déplacent plus lentement et les milliampères sont plus faibles.
Une note sur l'énergie.
La batterie produit 50 milliampères à 0,25 volts.
Cela correspond à 0,0000125 watts (12,5 microwatts).
N'essayez pas d'allumer une ampoule))) il faudrait des hectares de piles pour éclairer une maison. Notre modèle est expérimental et peut être utilisé comme capteur de lumière.
0,0000125 watts (12,5 microwatts) pour une batterie de 0,01 mètre carré, ou 1,25 milliwatts par mètre carré.Pour éclairer une ampoule de 100 watts, il faudrait 80 000 mètres carrés d’oxyde de cuivre pour le côté ensoleillé et 80 000 mètres carrés de cuivre pour l’électrode sombre. Pour faire fonctionner un four de 1 000 watts, vous auriez besoin de 800 000 mètres carrés d’oxyde de cuivre et de 800 000 mètres carrés supplémentaires de cuivre ordinaire, soit 1 600 000 mètres carrés au total. S'il devait être monté sur le toit d'une maison, chaque maison mesurerait 282 mètres de long et 282 mètres de large, en tenant compte de tout ce pour quoi elle avait besoin d'électricité, il y avait un poêle.
Il y a 17 222 256,7 pieds carrés sur 1 600 000 pieds carrés. Si le cuivre couvrait les coûts à 5 $ le pied carré, le cuivre à lui seul coûterait 86 110 283,50 USD. En effectuant cette opération avec un dixième de l'épaisseur, cela pourrait réduire ce montant à 8 611 028,35 $. Puisque vous achetez en gros, vous pourriez l’obtenir pour la moitié, soit environ 4 300 000,00 $.
Si vous utilisiez des panneaux solaires en silicium coûtant 4 $ par watt, vous pourriez faire fonctionner le même four pour 4 000,00 $. Mais les panneaux ne feraient qu’environ 10 mètres carrés.
Ou, pour environ un dollar, vous pouvez construire un four solaire avec du papier d'aluminium et du carton. Pour environ 20 $, vous pouvez construire un très joli cuiseur solaire parabolique en aluminium polissable.
Cellule solaire plate
J'ai réalisé une version plus portable du panneau solaire dans un design plat. J'ai utilisé une pochette de CD en plastique transparent comme fenêtre et de la colle silicone pour maintenir les morceaux ensemble et les isoler les uns des autres.
Tout d'abord, nous fabriquons un oxyde de cuivre, comme dans la première partie. Nous soudons un fil de cuivre isolé au coin de la plaque d'oxyde, ce sera un moins (pôle négatif).
La plaque positive est un morceau de cuivre pur en forme de U, légèrement plus grand que celui en oxyde (vous comprendrez comment dans les images ci-dessous))) on soude un fil à son coin, cette fois un plus.
Nous collons d’abord la plaque de cuivre U sur la fenêtre en plastique. Utilisez beaucoup de colle silicone pour que l'eau salée ne s'infiltre pas. Assurez-vous que le joint de soudure est soit complètement recouvert de colle, soit à l'extérieur de la colle U comme indiqué sur la photo (il est préférable qu'il soit entièrement recouvert de colle).
La photo ci-dessous montre la face arrière du panneau solaire (la face non orientée vers le soleil).
La photo ci-dessous montre la face avant du panneau solaire (la face qui fera face au soleil). A noter que la colle silicone ne recouvre pas entièrement le cuivre, puisqu'une partie du cuivre doit finalement être en contact avec de l'eau salée.
Appliquez de la colle sur une plaque de cuivre pur. Cette couche agira comme un isolant entre la plaque de cuivre pur et la plaque d’oxyde et devra être suffisamment épaisse pour laisser un petit espace à l’eau salée. Encore une fois, tout le cuivre n’est pas recouvert, il y aura donc beaucoup de cuivre en contact avec l’eau.
Collez soigneusement la plaque d'oxyde sur cette couche. Vous voulez appuyer suffisamment fort pour vous assurer que la colle entoure les espaces, mais pas si fort que les deux plaques se touchent.
La photo ci-dessous montre la face arrière du panneau solaire (la face non orientée vers le soleil).
La photo ci-dessous montre la face avant du panneau solaire (la face qui fera face au soleil).Notez que j'ai ajouté de la colle supplémentaire pour former le tuyau sur le dessus afin de ressembler à de l'eau salée.
La photo ne montre pas la couche supplémentaire de colle sur le pourtour pour empêcher l'eau de s'infiltrer, mais il faut le faire. Laissez sécher la colle avant de passer à l'étape suivante.
Ensuite, utilisez un gros compte-gouttes pour ajouter de l’eau salée. Remplissez la batterie presque jusqu'au sommet de la plaque de cuivre jusqu'à ce que l'eau s'écoule presque. Scellez ensuite le trou avec une goutte de colle et laissez sécher la colle pendant au moins une demi-heure.
Sur la photo ci-dessus, vous pouvez voir le panneau solaire plat en action en plein soleil. Cela donne environ 36 microampères. Vous pouvez également voir un cordon de colle supplémentaire sur les bords des plaques et remplissant le haut du tuyau.
Enfin, sur une autre photo il y a une ombre de l'auteur. Notez que l’ampèremètre indique désormais environ 4 microampères puisqu’aucune lumière du soleil ne l’éclaire.
