Una demostración didáctica del funcionamiento de una celda solar involucra algunos dispositivos en los que ocurren transformaciones visibles de energía. En un aula, es interesante mostrar la transformación de la energía solar en electricidad. Pero la electricidad en sino puede verse. Así, damos a continuación varios efectos de la electricidad generada por una celda solar que puede verse, oírse o sentirse, y que enriquecen su demostración en una clase, exposición o feria de ciencias.
Los 1,8 Volt máximos bajo corriente de hasta 500 mA que provee una celda solar común sirven para alimentar muchos dispositivos simples, pero veremos efectos interesantes a partir del punto de vista didáctico. A continuación describiremos algunos pequeños dispositivos que se pueden alimentar con nuestra celda y, en algunos casos, partir de fuentes menos potentes como la luz ambiente, una lámpara común a cierta distancia, etc.
Todo el material usado para estos dispositivos, en la medida posible, puede obtenerse de aparatos electrónicos viejos o fuera de uso, lo que los hace atrayentes para los profesores de cursos secundarios y para las escuelas técnicas que desean enriquecer sus actividades prácticas.
1 - Comprobación de la generación de energía por galvanómetro
Esta primera experiencia puede hacerse con la ayuda de un simple multímetro en su escala de corriente, que permita leer hasta 500 mA o bien, un VU-metro (microamperímetro) de 0-200uA o cerca de esto.
Las conexiones para los dos casos son las que aparecen en la figura 1.
En el caso del miliamperímetro del multímetro medimos la corriente de cortocircuito que llega para la celda sugerida a 500 mA con sol directo.
Para el caso de VU medimos la tensión que se mantiene más o menos constante alrededor de 1,8V para una buena banda de intensidades de iluminación.
Cubriendo y descubriendo la celda, el profesor puede mostrar a los alumnos o personas interesadas el movimiento de la aguja del instrumento que indica la producción de energía eléctrica. La polaridad del instrumento debe ser invertida si hubiera tendencia a deflexión para valores menores que cero, tanto de corriente (multímetro) como de tensión (VU metro).
2- Alimentación de un motor pequeño
Tenemos aquí una doble conversión de energía: la luz es convertida en energía eléctrica que, a su vez, es convertida en energía mecánica en un pequeño motor de corriente continua.
En la figura 2 tenemos el modo de hacer la conexión de este pequeño motor.
Debemos usar preferiblemente un motor pequeño para juguetes de como máximo dos pilas, del tipo "blando", ya que los de eje y rotor más rígidos pueden que el motor no arranque con la iluminación plena, inclusive, en la celda, y hasta exigir una pequeña ayuda. La iluminación para este caso debe ser directa del sol o de una lámpara de 60 a 100 W colocada a una distancia de 20 a 40 cm. de la celda, para una demostración en ambiente cerrado.
Una pequeña hélice permite la construcción de un "ventilador solar" y la colocación de un disco con sectores coloridos con los colores del arcoíris permite la realización simultánea de la experiencia del disco de Newton" para la composición de colores (figura 3).
3 - Electroimán y/o galvanómetro
Un electroimán experimental puede ser alimentado por la celda y con él mismo, cerca de una brújula, podemos construir un galvanómetro experimental para detección de la corriente, demostrando así, la producción de energía eléctrica.
El electroimán se obtiene enrollando de 100 a 500 vueltas de un alambre esmaltado tino (30 ó 32) en un clavo de 3 a 5 cm. de largo o un tornillo pequeño, como muestra la figura 4.
Las puntas del alambre deben ser raspadas en el punto de conexión a la celda.
Iluminando la celda con una luz de 60 a 100 W o exponiéndola al sol, el electroimán atraerá objetos de metal ferroso como clavitos, alfileres, virutas, hojas de afeitar, etc.
Para tener el galvanómetro podemos usar la configuración mostrada en la figura 5 en que usamos una cajita de cartón con una brújula común en su interior.
La bobina está formada por 40 a 100 vueltas de hilo de cobre fino.
Iluminando o haciendo sombra en la celda veremos el movimiento de la aguja atestiguando la producción de corriente por la celda, la cual es responsable por el campo de bobina. Coloque la brújula de modo que el movimiento sea mayor. La iluminación para esta experiencia puede ser débil. Hasta incluso la luz del techo de una sala producirá los efectos deseados.
4 - Electrólisis solar
Tenemos aquí una experiencia de doble conversión de energía: la luz es convertida en energía eléctrica que, a su vez, provoca una reacción química de descomposición del agua (energía química).
Todo lo que necesitamos es un recipiente de vidrio en que metemos dos tubos de ensayo, como muestra la figura 6.
La solución es agua + ácido sulfúrico en la proporción de 20 partes de agua en 1 parte de ácido, y en el polo positivo tendremos la aparición de burbujas de oxigeno, mientras que en el negativo se desprende hidrógeno. Es importante destacar que primero debe verterse el ácido y luego el agua.
Se podrá ver, que con la iluminación más intensa, 1a producción de burbujas aumenta.
5 - Barco solar
En la figura 6 damos la sugerencia de barco solar" movido por la luz del sol, que puede ser usado en pequeños tanques o piscinas. El pequeño motor de 1,5V mueve una hélice que impulsa el barco, pues arroja aire hacia atrás (como los barcos a hélice de avión que se usan en los pantanos). El conjunto debe ser liviano, hecho de madera balsa.
Conclusión
Con la asociación de dos celdas obtenemos una tensión del orden de 3,6V que es suficiente para alimentar muchos dispositivos electrónicos y eléctricos que pueden ser usados en demostraciones.
La imaginación del profesor o del alumno es muy importante en la creación de experiencias que puedan usarse para demostrar el principio de funcionamiento de celdas solares.