How do solar panels work? - Richard Komp

المترجم: ahmed turk المدقّق: Abd Al-Rahman Al-Azhurry

The Earth intercepts a lot of solar power:

الأرض تعترض الكثير من الطاقة الشمسية

173 thousand terawatts.

137 ألف تيرا وات

That's ten thousand times more power than the planet's population uses.

ما يعادل عشرة أضعاف ما يستخدمه سكان الأرض

So is it possible that one day

اذاً، هل من المحتمل أنه يومًا ما

the world could be completely reliant on solar energy?

سيعتمد العالم كليًا على الطاقة الشمسية ؟

To answer that question,

للإجابة على ذلك السؤال

we first need to examine how solar panels convert solar energy to electrical energy.

نحتاج أولاً لدراسة كيف تقوم الألواح الشمسية

بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

Solar panels are made up of smaller units called solar cells.

الألواح الشمسية مصنوعة من وحدات أصغر تدعى الخلايا الشمسية.

The most common solar cells are made from silicon,

وأكثر الخلايا الشمسية شيوعًا تصنع من السيليكون

a semiconductor that is the second most abundant element on Earth.

وهو شبه موصل ويأتي في المرتبة الثانية من حيث الوفرة في الأرض.

In a solar cell,

في الخلية الشمسية،

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

يتم حشو السيليكون البلوري بين طبقات موصلة.

Each silicon atom is connected to its neighbors by four strong bonds,

كل ذرة سيليكون متصلة بالذرات المجاورة عن طريق 4 روابط قوية

which keep the electrons in place so no current can flow.

مما يحفظ الإلكترونات في مكانها فيمنع التيار من السريان.

Here's the key:

وهنا يكمن المفتاح:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

تستخدم خلية السيليكون الشمسية طبقتين مختلفتين من السيليكون

An n-type silicon has extra electrons,

نوع-n والذي يحتوي على إلكترونات إضافية

and p-type silicon has extra spaces for electrons, called holes.

ونوع-p والذي يحتوي على فراغات إضافية للإلكترونات تدعي الفجوات.

Where the two types of silicon meet,

وفي نقطة التقاء نوعي السيلكون،

electrons can wander across the p/n junction,

تستطيع الإلكترونات التجول عبر نقطة الالتقاء (p\n)

leaving a positive charge on one side

تاركة شحنة موجبة في أحد الجوانب

and creating negative charge on the other.

ومنشأةً لشحنة سالبة في الجانب الآخر.

You can think of light as the flow of tiny particles

تستطيع النظر إلى الضوء على أنه تدفق من الجسيمات المتناهية في الصغر

called photons,

تدعى الفوتونات

shooting out from the Sun.

بعد إطلاقها من الشمس.

When one of these photons strikes the silicon cell with enough energy,

عندما تضرب إحدى هذه الفوتونات خلية السيليكون بطاقة كافية

it can knock an electron from its bond, leaving a hole.

تستطيع تحرير إلكترون من رابطته مخلفةً فجوة

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

الإلكترون ذو الشحنة السالبة وموقع الفجوة ذات الشحنة الموجبة

are now free to move around.

اصبحا الآن طليقان ليتحركا بحرية.

But because of the electric field at the p/n junction,

ولكن بسبب المجال الكهربائي عند نقطة الالتقاء (p\n)

they'll only go one way.

بإمكانهما الذهاب باتجاه واحد فقط.

The electron is drawn to the n-side,

الإلكترون يتم سحبه إلى اتجاه الـ n

while the hole is drawn to the p-side.

بينما الفجوة يتم سحبها إلى اتجاه الـ p.

The mobile electrons are collected by thin metal fingers at the top of the cell.

الإلكترونات المتحركة يتم جمعها بواسطة أصابع معدنية رقيقة عند قمة الخلية.

From there, they flow through an external circuit,

ومن هناك، تسير خلال دائرة خارجية

doing electrical work,

لتقوم بعمل شغل كهربائي

like powering a lightbulb,

كتشغيل مصباح كهربائي

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

وذلك قبل العودة من خلال صفيحة الألمينيوم الموصلة في الخلف.

Each silicon cell only puts out half a volt,

تضع كل خلية سيليكون نصف جهد كهربائي

but you can string them together in modules to get more power.

ولكن بالإمكان نظمهم في وحدات للحصول على طاقة أكبر.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

12 خلية ضوئية تكفي لشحن هاتف خلوي

while it takes many modules to power an entire house.

في حين يستلزم عدة وحدات لتشغيل بيت بأكمله.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

الإلكترونات هي الأجزاء الوحيدة المتحركة في الخلية الشمسية

and they all go back where they came from.

وجميعها ترجع إلى المكان الذي أتت منه.

There's nothing to get worn out or used up,

ليس هنالك ما يتم نفاذه أو استهلاكه

so solar cells can last for decades.

لذلك تستطيع الخلايا الشمسية أن تدوم لعقود من الزمن.

So what's stopping us from being completely reliant on solar power?

وبالتالي، ما الذي يمنعنا من أن نصبح معتمدين كلياً على الطاقة الشمسية؟

There are political factors at play,

هنالك عوامل سياسية مؤثرة

not to mention businesses that lobby to maintain the status quo.

ناهيك عن المصالح التجارية التي تضغط لاستمرار الوضع الراهن.

But for now, let's focus on the physical and logistical challenges,

لكن دعنا نركز الآن على التحديات المادية والسوقية

and the most obvious of those

وأكثر هذه التحديات وضوحاً

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

هو أن الطاقة الشمسية لا تتوزع بصورة متساوية عبر الكوكب.

Some areas are sunnier than others.

بعض المناطق مشمسة أكثر من غيرها.

It's also inconsistent.

بالإضافة لكونها متقلبة.

Less solar energy is available on cloudy days or at night.

فقط القليل من الطاقة الشمسية يتوفر في الأيام الغائمة أوأثناء الليل.

So a total reliance would require

لذلك الاعتماد الكلي سوف يتطلب طرق فعالة

efficient ways to get electricity from sunny spots to cloudy ones,

للحصول على الكهرباء من المناطق المشمسة إلى الغائمة،

and effective storage of energy.

وتخزين فعال للطاقة.

The efficiency of the cell itself is a challenge, too.

كذلك فإن كفاءة الخلية في حد ذاتها تشكل تحدٍّ أيضاً.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

إذا تم انعكاس ضوء الشمس بدلاً من امتصاصه

or if dislodged electrons fall back into a hole before going through the circuit,

أو إذا تم وقوع الإلكترونات المطرودة داخل فجوة قبل عبورها خلال الدائرة

that photon's energy is lost.

فإن طاقة هذا الفوتون تضيع.

The most efficient solar cell yet

الخلية الشمسية الأكثر كفاءة حتى الآن

still only converts 46% of the available sunlight to electricity,

تحول فقط 46% من ضوء الشمس المتوفر إلى كهرباء

and most commercial systems are currently 15-20% efficient.

ومعظم الأنطمة التجارية الحالية تتراوح كفاءتها بين 15-20%.

In spite of these limitations,

على الرغم من هذه القيود

it actually would be possible

في الحقيقة، سيكون بالإمكان

to power the entire world with today's solar technology.

إمداد العالم كله بالطاقة بواسطة تكنولوجيا الخلايا الشمسية الحالية.

We'd need the funding to build the infrastructure

سنحتاج للتمويل لبناء البنية التحتية

and a good deal of space.

ومساحة كبيرة.

Estimates range from tens to hundreds of thousands of square miles,

التقديرات تحددها بعشرات إلى مئات الآلاف من الأميال المربعة،

which seems like a lot,

والتي تبدو كمساحة كبيرة جداً،

but the Sahara Desert alone is over 3 million square miles in area.

ولكن الصحراء الكبرى فقط مساحتها أكثر من 3 مليون ميل مربع.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

وفي هذه الأثناء، فإن الخلايا الشمسية تتحسن وتقل في التكلفة

and are competing with electricity from the grid.

وتنافس الكهرباء من الشبكات التقليدية.

And innovations, like floating solar farms, may change the landscape entirely.

وبعض الابتكارات مثل مزارع الخلايا الشمسية الطافية

يمكنها تغيير المشهد بالكامل.

Thought experiments aside,

بوضع التجارب الفكرية جانبًا،

there's the fact that over a billion people

هناك حقيقة أنه يوجد أكثر من مليار شخص

don't have access to a reliable electric grid,

لا يتوفر لهم مصدر معتمد للطاقة الكهربائية،

especially in developing countries,

خصوصاً في الدول النامية،

many of which are sunny.

والتي يتوافر في العديد منها جو مشمس.

So in places like that,

ولذلك فإنه في تلك الأماكن،

solar energy is already much cheaper and safer than available alternatives,

الطاقة الشمسية أرخص بكثير وأكثر أماناً من البدائل المتوفرة،

like kerosene.

مثل الكيروسين.

For say, Finland or Seattle, though,

على الجانب الآخر، فإنه لفنلندا أو لسياتل

effective solar energy may still be a little way off.

فإن الطاقة الشمسية تعتبر بعيدة المنال قليلاً حتى الآن.