كيف تصنع خلية شمسية
الخلية الشمسية هي أداة لتحويل الطاقة الشمسِية إلى كهربائية. الخلايا الشمسية العالية الكفاءة المصنعة من السيلكون تتطلّب
مصانع ضخمة، درجات حرارة عالية والكثير من المالِ.
في هذا المشروع سنسعى لصنع خلية شمسية بإمكانيات جداً بسيطة و متوفرة. خليتنا الشمسية ستصنع من أكسيد النحاسوز
بدلاً من السيلكون. حيث يعد أكسيد النحاسوز من أول المواد التي عُرفت لعرض التأثيرِ الكهروضوئيِ.
لصنع الخلية الشمسية تحتاج المواد التالية:
صفيحة من النحاس أبعادها تقريباً 7سم × 15سم.
أسلاك توصيل (تمساح).
ميكروأميتر يمكن أَن يقرأَ التياراتَ بين( 0 -100 ) ميكروامبير.
سخان كهربائي( hotplate ) .
أي قنينة بلاستيكية واضحة وكبيرة بحيث يمكن قطع قمتها بسهولة. ( مثل تلك الخاصة بالمياه المعدنية سعة 2 لتر)
ملعقتا طعام من ملح المائدة.
ماء حنفية.
ورق صنفرة.
مقص معدني لقطع لوح الصفيحة النحاسية.
طريقة العمل و الملاحظات:
السخان الكهربائي المستخدم له الشكل التالي:
اقطع قطعة نحاسية مناسبة لمساحة السخان الكهربائي,ثم اغسل يديك جيداً للتأكد من عدم وجود أي كريمات أو ما شابهها
و كذلك اغسل الصفيحة النحاسية بالصابون أَو المطهّرِ للتخلص من أي دهن. استعمل ورق الصقل (ورق الصنفرة) لتنظيف
الصفائح النحاسية كليَّاً، وبالتالي تتأكد من إزالة أيّ كبريتيد أَو تآكل خفيف.
الآن، ضع الصفيحة النحاسية المُنَظَّفة والمُجَفَّفة على السخان.
عندما يسخن النحاس ، سترى أنماط الأكسدةِ الجميلةِ تبدأُ بالتَشكيل. (اللون البرتقالي، الأرجواني، والاحمر سيغطّي النحاس).
كلما ازداد التوهج تزداد درجة حرارة النحاس ،و تَختفي الألوان تدريجياً حيث تستبدل الألوان السابقة بطلاء أسود من الأكسيدِ النحاسي.
بعد نِصْف ساعةِ ، أطفئ السخان و اترك النحاسَ الحارَ على السخان ليبرد ببطئ. (تجنب تبريده بسرعة، حتى لاَ يبْقى
الأكسيد الأسود متَمسّكَاً بالنحاسِ).
عندما يبرد النحاس ، (هذا يَأْخذُ حوالي 20 دقيقةَ), ينكمش هو و الأكسيد النحاسيُ الأسود أيضاً و لَكنَّ بنسب مختلفةِ، مما
يؤدي إلى سهولة التخلص من رقاقةَ الأكسيدِ النحاسيةِ السوداءِ ." أي حك خفيف بيديك تحت الماء الجاري سيزيل أغلب القطعِ
الصغيرة". ( لا تستخدم القوة في إزالة كل البقعِ السوداءِ بالحَكّ الصعبِ أَو باستخدام سلك النحاس الناعمِ فقد يؤدي ذلك لأن
تُتلفُ طبقة أكسيد النحاسوز الحمراء الحسّاسة و التي نَحتاجهاُ لعملِ الخليةِ الشمسيِة).
اقطع صفيحة ثانية جديدة (لها نفس مساحة الأولى).
أحنِ كلتا القطعتان بلطف، بحيث يلائمون القنينةِ البلاستيكيةِ بدون لمس أحدهما الآخر. (اجعل وجه طلاء أكسيدِ النحاسوز
الذي كان فوق المشعلِ خارج القنينة).
أربط سلكي التوصيل(التمساح)، واحد إلى الصفيحة النحاسيِة الجديدة، وواحد إلى أكسيدِ النحاسوز. أوصل الصفيحةِ
النحاسيِة النظيفِة بالطرف الموجب للميكرواميترِ, أوصل صفيحة أكسيد النحاسوز بالطرف السالب للميكرواميتر.
ذوب ملعقتان من ملح الطعام في ماء حار. ثمّ صْبُّ الماء المالحَ بعناية إلى القنينة. يجِب أَن لا يغطي الماء المالح الصفائح
بالكامل,( اترك حوالي بوصة من الصفيحة فوق الماء).
النتيجة:
ستكون قراءة التيار في الظل حوالي 20 ميكرواميتر اما تحت الشمس فهي 70 ميكرواميتر.
يمكن اختبار تاثير تركيز المحلول الملحي على التيار الناتج.
أكسيد النحاسوز نوع المواد شبه الموصلة, التي تقع بين المواد العازلة( لا توصل التيار) و المواد الموصلة.
عندما يضرب نور الشمس الالكترونات في أكسيدِ النحاسوز، تكتسب بعضاً مِن الالكترونات الطاقة الكافية من نورِ الشمس
لتصبح حرة الحركة (الكهرباءِ).
تتحرك الالكترونات الحرةُ إلى الماء المالحِ، ثمّ إلى الصفيحة النحاسيِة النظيفِة، إلى السلكِ، خلال الميكرواميترِ، ويعود إلىصفيحة أكسيد النحاسوز, .بينما تتحرك الالكترونات خلال الميكرواميترِ ، تتَحرك الإبرة الموجودة بداخله.
ملاحظة: حول القدرة A note about power
• تنتج الخلية 50 مايكرو أمبير في 0.25 فولت, وهذا 0.0000125 واط أي (12.5مايكرو واط).
• لا تتوقّع إضاءة المصابيح أو شحن البطاريات بهذه الأداة, فهي يمكن أن تستعمل ككاشف أو مقياس ضوء خفيف.
• أن تجهيز احتياجات دار عادي من الطاقة الكهربائية باستخدام هكذا خلية يحتاج إلى هكتارات منها لتجهيز الدار بالطاقة المطلوبة.
• الـ 0.0000125 واط (12.5مايكرو واط) لـ 0.01 متر مربعة خلية أو 1.25 ميلي واط لكلّ متر مربع, لإضاءة مصباح قدرة 100 واط يحتاج إلى 80 متر مربع من أكسيد كيوبروس للجانب المضاء بنور الشمس، و80 متر مربع من النحاس للقطب الكهربائي المظلم, فلتشغيل سخان كهربائي بقدرة 1000 واط سنحتاج إلى 800 متر مربع من أكسيد كيوبروس ومثلها من النحاس أي 1,600 متر مربع سوية.
• 1,600 متر مربع تعني حوالي 17,222 قدم مربع , فإذا كانت كلفة صفيحة النحاس بـ 5$ لكل قدم مربع, فأن كلفة النحاس لوحده ستكون 86,110 $ , وإذا قلل سمك صفيحة النحاس إلى عشر السمك فأن الكلفة ستكون 8,611 $, وإذا افترضنا بأن الشراء سيكون بالجملة وربما سيكون الجملة هو نصف سعر المفرق, فعند ذالك ستكون الكلفة 4,300 $ .
• أما إذا استخدمت ألواح السيليكون الشمسية والتي تكلّف 4$ لكل واط ، فأنه يمكن لتشغيل نفس السخان السابق (1000 واط) فأن الكلفة ستكون 4,000 $, لكن ستكون مساحة اللوحات فقط حوالي 10 أمتار مربعة.
• ولكن بكلفة 1$ يمكن بناء طباخ شمسي من رقائق الألمنيوم اللماعة وورق المقوى, وبكلفة 20$ يمكن بناء طباخ شمسي من الألمنيوم لطيف ومناسب.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق