Оксид алюминия для солнечных батарей

Солнечная батарея из оксида меди

Шаг первый. Добываем оксид меди
Чтобы получить оксид меди, ее нужно окислить, а для этих целей нужно тепло и воздействие кислорода. В первую очередь нужно подготовить медный лист. Необходимо отрезать кусок такой длины, чтобы он был по размерам как спираль электрической плиты. Далее его нужно хорошо вымыть с мылом, как и руки. Если на металле будет присутствовать жир, он попросту не будет окисляться и ничего не получится. Чтобы убрать сульфид и остальные элементы мелкой коррозии, лист меди нужно обработать наждачной бумагой. Теперь его нужно положить на электрическую плиту и включить ее на всю мощность.

После этого плитку можно будет выключить и дать остыть. Важно, чтобы при остывании лист находился на плите и остывал медленно, в противном случае оксид меди прилипнет к листу и все придется делать сначала.

Так как медь и окись меди при остывании сжимаются с разной скоростью, то в процессе оксид меди будет откалываться от листа, за этим явлением довольно интересно наблюдать.

Шаг второй. Собираем батарею
После того как медь остынет, лист нужно осторожно промыть под проточной водой. Не нужно его при этом гнуть, так как оксид меди может очень легко отстать от листа, а это самый важный элемент устройства.

Теперь нужно подготовить второй контакт, он изготавливается также из листа меди, но без окиси. Нужно вырезать еще один лист из меди точно такого размера как первый. Далее листы осторожно сгибаются по форме бутылки и вставляются в нее. При этом они не должны прикасаться друг к другу. Крепятся листы с помощью «крокодильчиков» или прищепок. При этом провод от чистой медной пластины будет плюсом, а от меди с оксидом минусом.

После этого батарея будет готова и можно проводить эксперименты. Даже в тени устройство выдает порядка 6-ти миллиампер. По словам автора, батарея выдает некоторое напряжение даже в полной темноте. В светлое время суток амперметр показывает ток в 34 мА, а порой оно может подниматься до 50, а то и более.

Конечно, от такой батареи не зажечь лампочку, для этого ее размеры должны быть гораздо больше. Это всего лишь пример, как можно изготовить такого рода устройство из подручных материалов. Кстати, такую батарею можно без проблем использовать как датчик света.

Шаг третий. Как сделать плоскую солнечную батарею
Автор пошел дальше и решил сделать плоский вариант солнечной панели. В качестве корпуса используется корпус от CD-диска. Для склеивания используется силиконовый клей или герметик. Сперва изготавливается лист с оксидом меди и к нему припаивается изолированный медный провод. Это будет минус.

Что касается плюса, то он изготавливается из куска чистой меди, нужно вырезать форму в виде буквы U. К нему также припаивается провод, это будет плюс. Сперва к корпусу нужно приклеить именно эту пластину, необходимо хорошенько промазать клеем места пайки, иначе соленая вода быстро разрушит это соединение.

Ну а после этого можно приклеивать второй лист меди, то есть лист с окисью меди.

Источник

Применение алюминиевого профиля в солнечной энергетике

В настоящее время солнечная энергетика широко используется в самых разнообразных отраслях промышленности, широко применяется в строительстве, особенно в коммерческой недвижимости. Как следствие быстрого развития технологий солнечной энергетики, ожидается, что к 2050 году солнечные системы будут обеспечивать от 12% до 25% мировой электроэнергии.Растущий спрос на электроэнергию в развитых и развивающихся странах вызывает быстрое развитие систем производства солнечной энергии.

Применение материалов, которые используются в солнечных системах, определяют технологическую эффективность каждой солнечной системы.В различных системах солнечной энергии используются различные материалы, такие как стекло, серебро, сталь, нержавеющая сталь и алюминий.Среди всех упомянутых материалов алюминий обладает особыми свойствами, которые делают его незаменимым в сфере солнечной энергетики.

Такие качества как легкий вес, высокая прочность, отличные антикоррозионные свойства, высокая отражательная способность поверхности, отличная электрическая и теплопроводность, а также особые оптические свойства анодного покрытия, делают алюминиевый профиль исключительно интересным для производства фотоэлектрических панелей.

Чтобы понять роль алюминия и его сплавов в солнечных энергетических системах, необходимо рассмотреть различные типы солнечных электростанций, их свойства, требования и области применения. Как правило, солнечные энергетические системы делятся на три широко используемые категории: технология концентрирования солнечной энергии (CSP — Concentrated Solar Power), солнечные тепловые поглотители (или по-другому «коллекторы») и фотоэлектрические солнечные элементы (PV).

Алюминиевые сплавы стали важной и неотъемлемой частью каждой из упомянутых групп солнечных энергетических систем, в основном благодаря особым свойствам алюминия и его сплавов. Кратко рассмотрим свойства и применение каждого из упомянутых видов солнечных энергетических систем, а также роль алюминиевых сплавов в каждой из них.

1. Системы CSP состоят из отражателей, которые концентрируют тепловую энергию солнца в точке или линии для выработки пара в котле, привода паровой турбины и генератора электроэнергии.

Однако производство электроэнергии как таковой — не единственное применение системы CSP. Система успешно используется в таких областях как производство металлических пен, синтез наноматериалов (таких как углеродные нанотрубки и керамические наночастицы), быстрый нагрев керамических материалов, разрушение оксидов металлов до их металлических аналогов, обработка различных поверхностей и т.д.Стоимость производства энергии с помощью CSP намного ниже, чем у систем PV, что в основном связано с более высокой средней энергоэффективностью CSP (42% по сравнению с 15% для PV) и требует меньшего размера солнечных батарей для производства определенного количества энергии.CSP также не является ни шумной, ни токсичной.

Технология концентрирования солнечной энергии

Следовательно, эту систему можно использовать в городах без каких-либо проблем с безопасностью.Отражатели CSP должны обладать определенными свойствами, например, высокой отражательной способностью. Алюминий и серебро — вот наиболее распространенные отражатели для систем CSP из-за их высокой эффективности отражения солнечного света.Кроме того, что алюминий гораздо дешевле серебра, он обладает особыми свойствами, которые делают его полезным при производстве элементов солнечных батарей, лазеров и астрономических инструментов. Например, алюминий можно легко деформировать, чтобы он имел лучшую форму отражателей и помогал достигать максимальной эффективности при концентрировании тепловой энергии. В отличие от стеклянных зеркал, алюминиевые отражатели не ломаются, что является необходимым условием для проведения различных наружных работ.

2. Солнечный тепловой коллектор — это своего рода солнечная энергетическая система, которая преобразует солнечную энергию из солнечных лучей в тепловую энергию. Эта солнечная система широко используется для производства горячей воды, отопление дома и производство электроэнергии. Алюминий, медь и сталь — это основные материалы, которые используются для производства коллекторов. Рамы обычно изготавливаются из алюминия, реже стали. В основном, используется алюминий из-за меньшего веса этого сплава по сравнению со сталью. Кроме того, растет использование алюминия в качестве поглотителей. Особые оптические свойства анодного слоя алюминия и некоторых алюминиевых сплавов делают алюминий незаменимым материалом для поглощения солнечного света.

3. Фотоэлектрические элементы — PV (они же солнечные батареи) напрямую преобразуют солнечную энергию в электрическую с помощью полупроводниковых материалов.Полупроводники могут генерировать свободные электроны, используя энергию солнечного света. Фотоэлектрические свойства материалов были открыты Беккерелем в 1830 году, когда он обнаружил этот эффект в селене. Фотоэлектрические солнечные элементы сегодня используются повсеместно: домашние солнечные системы, солнечные автомобили и самолеты, спутники и космические аппараты и т.д.

Такое разнообразие областей применения — основная причина увеличения спроса на солнечные батареи.Здесь преимущества алюминиевых сплавов перед сталью, другими сплавами и композитными материалами делают его основным материалом при строительстве крупномасштабных конструкций генерации электричества с помощью солнечных батарей. Значительная часть стоимости солнечной системы генерации связана с поддерживающими материалами и каркасами.

Некоторые алюминиевые сплавы обладают теми же полезными свойствами, что и сталь, но их вес составляет одну треть от стали.Хотя алюминиевые сплавы дороже стали, вместо стали все равно чаще используется алюминий или его сплавы. Расчет полного цикла производства, транспортировки, установки и обслуживания конструкций из алюминиевого сплава доказывает, что алюминий экономически более целесообразен.

Источник

Энергоэффективный дом

Селективное покрытие своими руками для солнечного коллектора

Самодельный солнечный коллектор это едва-ли не самая интересная тема в контексте энергоэффективного дома. Для изготовления солнечного коллектора не требуется высокотехнологичного производства и если разобраться в теории и не бояться практики — можно обеспечить семью горячей водой, подогретой солнцем.

Изготовление коллектора проходит в несколько этапов, один из которых — выбор и нанесение селективного покрытия на поглощающие панели (абсорберы). Отмечу, что затраты на селективное покрытие незначительно увеличивают общую стоимость проекта, но играют важную роль.

Абсорберу (поглощающей панели) нужно покрытие, которое будет эффективным теплоприемником, прозрачно для инфракрасного излучения.

На какие характеристики селективных покрытий нужно ориентироваться?

Мерилом эффективности селективного покрытия является:

• Коэффициент поглощения солнечной энергии(α)
• Относительная излучающая способность (ε)
• Отношение способности поглощения к излучению

Начнем с самого простого и доступного селективного покрытия: краски.

Селективная краска

Обычные черные краски не годятся, так как являются теплоизоляторами и не обладают термостойкостью. Матовая автокраска не обладает необходимой термостойкостью, хотя светопоглощение у них хорошее (в испытаниях дают 65-70°С при 70-80°С у коллектора с покрытием тонером по лаку).

Лаки, посыпанные тонером для лазерных принтеров, дают правильное покрытие с точки зрения матовой поверхности, но так же плохо проводят тепло. Смешивать лак и тех. углерод — идея еще хуже, так как получается очень толстый слой покрытия с глянцем. Нам нужно добиться толщины селективного покрытия в несколько микрон.

Подходят аэрозольные и баночные термостойкие матовые краски для мангалов, печей, каминов черного цвета. Под некоторые краски требуется нанесение специального антикоррозийного грунта, кислотного грунта.

Есть подходящие краски не в форме аэрозоля, но которые можно наносить краскопультом. Напоминаю, толщина слоя очень важна для эффективности селективного покрытия.

Нашел в продаже специализированные краски для солнечных коллекторов с заявленными 99% поглощения.

Готовая селективная пленка или металлическая лента

Селективными пленками пользуются мелкие производители коллекторов. Это термопленки для наклеивания на абсорбер или рулонная медь/алюминий с готовым селективным покрытием, нанесенным в условиях вакуума. Достать такой материал в розницу сложно.

Селективное покрытие на алюминий

Идеального тонкого покрытия графитового цвета на алюминии добиваются тем же методом, что и с оцинковкой — чернение купоросом/хлоридом натрия. Это спорный вариант самодельного селективного слоя, так как истончает металл.

Промышленные доступные абсорберы в основном алюминиевые, толщиной 0,2 мм, крашеные матовой термокраской. Учитывая это, мудрить с чернением алюминия всяким хлорным железом и анодированием не имеет смысла в масштабах самодельного солнечного коллектора. Наиболее быстро окупаемым в самоделках является именно крашеный алюминий, который уступает в теплоотдаче и только черненой меди. Но у алюминиевого абсорбера есть свои недостатки.

Селективное покрытие на медный абсорбер

Перед оксидированием медную поверхность нужно тщательно очистить кислотой (горячий уксус, лимонная кислота, сульфаминовая кислота). Шкурить перед чернением щетками по металлу или какими-либо абразивами не дает никаких преимуществ в абсорбции энергии в дальнейшем.

Очистить медь можно солью/содой по чайной ложке на 100 г. воды.

Прочную оксидную пленку можно получить температурой красного каления — 1200°С с последующим охлаждением. Делать такое оксидирование нужно до момента спайки. В домашних «каминных» условиях такое не провернуть, нужно нести медь к кузнецу.

Оксидирование меди серной мазью дает рыхлое неустойчивое селективное покрытие.
Естественная окись меди имеет поглощающую способность в четыре раза большую, чем у термостойкой краски: 75% поглощения, 33% эмиссии, что дает 42% эффективности.

Чернение меди делают также электролитическим способом, рецепты и технологический процесс есть в сети.

Жидкости для воронения (чернения) хорошо работают, но дорогие. Протравки можно делать самостоятельно, рецепты есть по этой ссылке. Хочу отдельно остановиться на паре способов. В способе с серной печенью — оксид меди в составе полученного покрытия может быть в меньшей концентрации, чем сульфид меди, а это может влиять на селективную способность покрытия, но я не химик и не уверен.

Промышленный метод оксидирования меди с помощью едкого натра опасен для здоровья, не применяйте его в гаражных условиях. Вместо NaOH+NaClO2 пользуются содой, которая в промышленных масштабах неудобна и дорога для чернения меди.

Хотя образцы, черненные NaOH показывают лучший результат (подробнее о тестах самодельных селективных покрытий на меди и алюминии здесь) чернение содой — процесс медленный, на глубокий черный цвет уходит около 2-х суток в растворе без подогрева. Концентрация раствора: 2 чайные ложки на 100 грамм воды.

Формирование оксида проходит медленно, поэтому нужный оттенок и равномерность получить гораздо проще таким методом. Раствор нужно периодически помешивать а детали переворачивать.

Солнечный свет ускоряет процесс оксидирования меди. Толщина покрытия в несколько микрон, что нам и нужно. Очень стабильное, не смывается и не сцарапывается.

Встречал советы с парами аммиака (нашатырного спирта), якобы приводят к быстрому потемнению меди в закрытой емкости. Однако это скорее патинирование, придающее меди синеву, нестойкое покрытие.

Прожиг меди газовой горелкой дает на 10-12°С меньше селективности, чем оксидирование химическими способами.

Для коллектора лучше выбрать медь. Простая пайка, долговечность работы даже при утрате селективного покрытия (с алюминием все в разы сложнее), хотя медь и получится раза в 4 дороже алюминия.

Термокраска на медь тоже наносится, но раз уж вы теперь знаете, как ее оксидировать, то браться за покраску точно не стоит.

Селективное покрытие на оцинковку

Химическое меднение (и последующее оксидирование) оцинковки можно провести в гаражных условиях с помощью пентагидрата сульфата меди (медного купороса).

Химическое чернение раствором медного купороса и натриевой соли соляной кислоты (хлорид натрия) получается не стойким. Чернить оцинковку лучше готовым промышленным чернителем, с которым можно работать без гальваники холодным способом, он создает на поверхности прочную оксидную хроматную пленку. Оксидный слой поглощает максимум излучения в пасмурный день.

Вариант нанесения на оцинковку порошковой краски для лазерных принтеров (технического углерода) не менее популярен. Пластины оцинковки прогреваются строительным феном и посыпаются тонером. Слой краски получается тонким, матовым, прочным — порошок приплавляется к металлу сам. Если пластина слишком горячая и порошок оплавился — обрабатывают мелкозернистой наждачной бумагой. В солнечную погоду такое селективное покрытие более чем эффективно.

Другие технологии селективных покрытий:

• Гофрированная селективная поверхность
• Углеродный войлок
• Селективное бархатное (флок) покрытие, нанесенное плазмой

Несколько обобщающих моментов о селективных поглощающих покрытиях:

1. Коллекторы для сезонного пользования прекрасно греют воду с любым самодельным селективным покрытием.
2. Абсорбер с матовым черным покрытием и двумя стеклами поверх имеет примерно те же температуры, что и теплоприемник с селективной краской и одним стеклом.
3. Чернение меди гораздо долговечнее красок, а стоимость оксидирования не дороже покрытия термостойкой краской. Красить медь не стоит.
4. Быстрее всех окупается крашеный алюминиевый абсорбер.

Книги по солнечным коллекторам:

Дмитрий Тенешев «Сделай сам солнечный коллектор из полимеров»
Н. В. Харченко «Индивидуальные солнечные установки»

Целый архив документации по технологии производства селективных покрытий скачивайте тут (ссылка на яндекс.диск)

Источник