Понемногу о разном. Набор разных статей или мысли по поводу и без.

 

  Изготовление солнечной батареи в домашних условиях.

Не готово!!! Это страница "заготовка". 

  Солнечная батарея на основе  Cu - Cu2O . Часть 2.     (Home made solar battery, copper oxide, part 2).

  На предыдущей странице мы узнали, что солнечная батарея на основе пары медь – оксид меди (один) – имеет место быть и вырабатывает около 0, 017 мВт. Это не моного, но и площадь пластин была маленькой, около 2 см.кв. Теперь настало время копнуть глубже.
  Придется иметь дело с медью и ее оксидами, которые Вы можете видеть на следующем фото.

  Это не те деньги, которые Вы сэкономите на электричестве. Так выглядит медь и ее оксиды, которые легко получить нагреванием, в домашних условиях. Первая и последняя монеты покрыты оксидом меди (один) или Cu2O. На второй – натуральный цвет меди. Третья – после нагрева, покрыта слоем оксида меди (два), CuO. После очистки выглядит как четвертая монета.
  Возьмем немного информации в Википедии и вокруг. Итак.
  Из русской и английской википедии, кроме химических свойств и методов получения, мы узнаем, что оба оксида меди – токсичны и оба обладают свойствами полупроводника.

  С первым подходом к теории покончено. К ней мы еще вернемся. А пока сделаем еще один преобразователь свет – электричество. Только адаптируем к нашим условиям.

  Примус – незаменимая вещь в любом хозяйстве. Работает на всем, что горит. Пламя достигает температуры 1200 гр.Цельсия (медь, с Тпл=1060 гр.Цельсия, плавит без проблем). Стальная пластина способствует равномерному нагреву и не позволяет  пламени контактировать с медью.  Открытое пламя быстро восстанавливает оксид меди и превращает его обратно в медь. Это же делает и нашатырный спирт (аммоний) с той лишь разницей, что пламя восстанавливает оба оксида меди (один и два), а нашатырным спиртом можно снять только оксид меди один (это может пригодиться в будущем).
  Проведя несколько экспериментов на маленьких пластинках, переходим на большой лист меди (125х110 мм). Нагреваем, смотрим как «прикольно» меняется цвет, ждем пока он покроется слоем черного оксида, охлаждаем и смываем верхний слой оксида водой.

  Получилось симпатично, и почти как на предыдущих веб сайтах. Для изготовления второго электрода понадобилось донышко от одноразовой упаковки и метр провода с медными жилами.

  Конечно, это не самое хорошее решение, но простое и быстрое. Провод оказался с семью медными жилами, которые с помощью расчески и клеящего пистолета, разместились на поверхности пластмассовой рамки. Все это заняло не больше 10 минут, а получилось как в профессиональном кремниевом элементе. За одно, это сняло проблему контакта электрода, так как провод является продолжением сетки. Хотелось, еще сделать профессиональный корпус, где оба электрода были бы размещены между двумя стеклянными пластинками ... Но это не сейчас.

  Поверхность медной проволоки оказалась не самой чистой. Поэтому химическая очистка была очень кстати. На фотографии Вы можете посмотреть результат (можно увеличить).

  Электролит был сделан на основе поваренной соли, максимально возможной концентрации. Как обычно, при растворении соли в горячей дождевой воде, появились нерастворимые белые хлопья, которые пришлось отфильтровать. В остальном проблем не возникло.

  Медь – хороший проводник, а ее оксиды – нет. Постоянно теряется контакт. Поэтому пришлось применить два контактных зажима. Это не совсем хорошо, так как возникает контактная разность потенциалов между медью и стальными зажимами. Кроме коррозии стали, это рождает некоторую ошибку в напряжении на элементе (в сторону увеличения).  Ошибку в токе это практически не делает.

  Складываем все на дне пластиковой кюветы, заливаем крепким раствором поваренной соли и подключаем приборы.

  Для всех измерений условия освещенности приблизительно одинаковые. Это от 600 до 800 Ватт на квадратный метр. Угол солнца около 60 град, полдень. Небо в дымке, небольшая облачность. Фотоаппарат отрабатывает выдержку 1\125 до 1\160 сек, диафрагму 5,6 до 8,5, при чувствительности пленки 65 Ед. Гост.

  При этом надо учесть несколько моментов. В напряжении без нагрузки, около 20 mV добавляются от гальванической пары медь железо, из которого сделаны зажимы. Ток, который Вы видите в правой части фотографии – это ток через тестер, сопротивление которого в режиме измерения малых токов – 100 Ом. Мощность на этой нагрузке (И квадрат Эр) равна 0,064 mW.

  При пересчете, максимальная мощность  - Pmax= 0,078 mW (Imax= 3,06 mA), что в 4,6 раза больше, чем в предыдущем элементе солнечной батареи (Pmax= 0,0017 mW).

Дальше была серия экспериментов. Результаты разные. Прежде всего оксид меди (один) бывает разных модификаций и с разными свойствами. Возможно это зависит от строения кристаллической решетки или еще чего то. Все их можно получить нагреванием меди, только до разной температуры. К примеру, оксид меди плавно переходит от красного цвета к желтому, если нагревать его медленно и равномерно.

   Красный оксид, который по всем данным – «самое оно», у меня работать отказался. То есть он почти полностью игнорировал солнечный свет. Хорошо, что нагрев заготовку снова, только до большей температуры, удалось его изменить до желтого. Последний показал средние результаты и хорошо реагировал на свет (ток до 6 мА ( 2 Ом)). Максимум тока, вызванного светом, который удалось достичь - 12 мА ( 2 Ом).
  Один из неплохих показателей на картинке ниже.

  Мощность, которую сейчас производит ячейка, 0,11 mW (0,00011W). Максимальная мощность Pmax= 0.129 mW (расчетный ток короткого замыкания – 3,1 mA). Это неплохие показатели, которые удалось получить устойчиво (повторяемо). Кстати, рабочая площадь элемента – 75 кв.см. (ограничена белой рамкой 115х65 мм).

  Все это описание было бы не полным, если бы мы не испытали эту же ячейку в полной темноте. Как выяснилось «это» реагирует даже на слабый, рассеянный свет. Единственным местом с нулевой освещенностью оказался погреб. Следующие фото сделаны в темноте, со вспышкой.

  Мощность, которую ячейка вырабатывает без света (интересно почему), - 0,003 mW. Возможно это вызвано применением стального зажима, которыми снимается ток с нижней пластины. А может ... В любом случае темновая мощность почти на два порядка ниже световой.
  Из последнего эксперимента вытекает один неприятный результат. Если есть темновой ток, то элемент работает как гальванический. В этом случае будет расход чего–нибудь, что не позволит элементу работать вечно. Это может быть электролит, который потеряет свои свойства или один из электродов, который медленно растворяется и будет нуждаться в замене (или наращивании слоя оксида меди, снова).

  Практический результат следующий. Что бы получить 1 ватт мощности придется покрыть такими батареями площадь в 60 метров квадратных. КПД преобразования, в данном случае, составляет сотые доли процента. Возможно моя модель оказалась не очень удачной, и с оксидами меди можно «поработать».
  К примеру замечено, что если покачивать ванночку с батареей, то ток увеличивается в два раза. При наклонной установке батареи тепловое движение жидкости будет перемешивать электролит и повышать эффективность преобразования.
  Ток освещенной батареи сильно зависит от качества оксида меди и его площади. Открытые участки не оксидированной меди вызывают короткое замыкание, и сильно уменьшают ток.
  Ток зависит от площади медного оксида, а не от площади пластины. Обработка меди, перед оксидированием, крупной наждачной бумагой, увеличивает площадь медного оксида при постоянной площади пластины.
  Более изощренный способ увеличить площадь – протравить медь в хлорном железе или нарастить слой меди гальваническим способом, в растворе медного купороса.
  Электролит, на основе поваренной соли, так же не идеален. Лучший результат можно достичь, если использовать морскую воду с добавлением поваренной соли.

  И на этом, список возможных усовершенствований, далеко не заканчивается...

  В заключение страницы.

  Подобная ячейка, преобразующая свет в электричество, описана в статье Вустерского Политехнического Института "Альтернативные солнечные батареи и их практическое значение". Найдено на сайте wpi.edu. Это профессиональный эксперимент с цифрами, графиками и картинками. Материал в .PDF и на английском языке. Это стоит прочитать. Если Вы немного владеете английским, то разберетесь без проблем. Помните, что незнание половины слов в английском предложении совершенно не портят его смысл. Если с иностранным совсем плохо, то воспользуйтесь любым переводчиком.
  На сайте reslib.com находится книжка К.Чопра, С.Дас «Тонкопленочные солнечные элементы», которая уже переведена на русский язык. В ней много всего интересного, но информация по медно оксидным элементам находится на странице 359.

  А  тем временем, я продолжу эксперименты с медно оксидной солнечной батареей. О неожиданном результате, который мне удалось получить я расскажу на следующей странице.




Сорри, в процессе окончания : )



07.08.2011  SKootS

_

 
Make a Free Website with Yola.