Fascynujące przemiany energii: Nietypowa fotowoltaika (1)

Poniższy artykuł także jest częścią nietypowej instrukcji obsługi do zestawu Fascynujące przemiany energii, dostępnego w sklepie Botland, służącego do przeprowadzenia mnóstwa interesujących eksperymentów. Zaczynamy badać przemiany energii świetlnej na elektryczną (i na odwrót).

Ten artykuł jest rozszerzeniem i uzupełnieniem mojego filmu B103, dotyczącego przemian energii świetlnej. Ściśle biorąc, energia świetlna to energia fal elektromagnetycznych, czyli okresowych zmian, drgań specyficznie połączonych pól elektrycznego i magnetycznego (czymkolwiek te pola są).

W zasadzie dla elektroników najbardziej istotne jest promieniowanie elektromagnetyczne (EM) radiowe i mikrofalowe, czyli fale elektromagnetyczne o częstotliwościach rzędu megaherców, najwyżej gigaherców. Jednak na razie będziemy się zajmować promieniowaniem świetlnym – głównie światłem widzialnym, a to są fale elektromagnetyczne (EM) o częstotliwościach rzędu setek teraherców, czyli setek tysięcy gigaherców. Pomijamy różne groźne rodzaje promieniowania jak promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma, które też są falami EM, tylko o jeszcze większych częstotliwościach. W prezentowanych przeze mnie eksperymentach wykorzystuję światło widzialne, ale „leciutko zahaczam” o ultrafiolet oraz o podczerwień, lecz na razie nie o mikrofale ani o fale radiowe. Badamy różne przemiany energii i najłatwiej je badać na przykładzie widzialnego promieniowania świetlnego.

Wracamy do prostych konkretów: światło słoneczne niesie duże ilości energii, czego doświadczamy latem na plaży i nie tylko tam. Zdecydowana większość energii światła słonecznego zamienia się na ciepło, ale potrafimy część tej energii zamienić na energię elektryczną za pomocą paneli fotowoltaicznych.

Jesteśmy przyzwyczajeni, że wokół nas są montowane instalacje zawierające charakterystyczne, duże panele fotowoltaiczne, takie jak widać na fotografii 1. Mają one specyficzne właściwości i dla większości z nas okazują się elementami tajemniczymi. W następnych filmach i artykułach zajmiemy się klasycznymi panelami fotowoltaicznymi, może nie aż tak dużymi, ale na razie poznajmy bardzo interesujące podstawy.

Niewątpliwie panel fotoelektryczny, fotowoltaiczny, w skrócie często oznaczany PV (photovoltaic) zamienia energię światła słonecznego na energię elektryczną w jakimś tempie (z jakąś mocą), określonym przez napięcie i prąd. Zwykle nie zastanawiamy się nad szczegółami jego pracy, bo to nie dziwi!

Natomiast dla wielu osób zaskoczeniem jest fakt, że funkcję niedoskonałych paneli, a raczej ogniw fotowoltaicznych, mogą pełnić diody prostownicze, a także tranzystory. W filmie pokazałem, że silnie oświetlona, najpopularniejsza na świecie mała krzemowa dioda prostownicza 1N4148 (fotografia 2) wytwarza napięcie rzędu kilkudziesięciu miliwoltów. Trudno byłoby zmierzyć znikomo mały prąd i moc, ale faktem jest, że jest to też panel fotowoltaiczny, co prawda śmiesznie słaby, ale jednak zamieniający energię światła na energię elektryczną.

Z taką przemianą energii lepiej radzą sobie inne elementy. Nieprzypadkowo poświęciłem sporo czasu i wysiłku, żeby „rozpruć” obudowy kilku tranzystorów. Na fotografii 3 widać kilka krajowych starych tranzystorów w metalowych obudowach.

Wnętrze jednego z nich pokazuje dokładniej fotografia 4. Tutaj światło dociera do krzemowej struktury dużo lepiej, niż w przypadku diody 1N4148, dlatego taki tranzystor, a właściwie jedno z jego złączy, czyli jedna dioda, okazuje się lepszym ogniwem – panelem PV.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w kwietniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 4/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.