How do solar panels work? - Richard Komp

Übersetzung: Johannes Duschner Lektorat: Angelika Lueckert Leon

Die Erde fängt viel Sonnenenergie auf:

The Earth intercepts a lot of solar power:

173 thousand terawatts.

173 Tausend Terawatt.

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

Das ist zehntausend Mal mehr Energie als die Erdbevölkerung verbraucht.

So is it possible that one day

Könnte sich die Welt eines Tages

the world could be completely reliant on solar energy?

vollständig auf Sonnenenergie verlassen?

To answer that question,

Um die Frage zu beantworten,

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

muss man untersuchen, wie Solarmodule Sonnenenergie in elektrische umwandeln.

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

Solarmodule bestehen aus kleineren Einheiten, den Solarzellen.

The most common solar cells are made from silicon,

Die gebräuchlichsten Solarzellen sind aus Silizium hergestellt,

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

einem Halbleiter, der das zweithäufigste Element auf der Erde ist.

In a solar cell,

In einer Solarzelle

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

ist kristallines Silizium zwischen zwei leitfähigen Schichten eingeschlossen.

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

Jedes Siliziumatom ist mit seinen Nachbarn durch vier starke Bindungen verknüpft,

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

die Elektronen an Ort und Stelle halten, so dass kein Strom fließt.

Hier ist die Lösung:

Here's the key:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

Für Solarzellen werden zwei verschiedene Schichten aus Silizium verwendet.

An n-type silicon has extra electrons,

Das Silizium vom N-Typ hat zusätzliche Elektronen

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

und Silizium vom P-Typ hat Zusatzraum für Elektronen, sogenannte Löcher.

Where the two types of silicon meet,

Wo sich beide Silizium-Typen berühren,

electrons can wander across the p/n junction,

wandern Elektronen über den p-n-Übergang,

leaving a positive charge on one side

hinterlassen auf einer Seite eine positive Ladung

and creating negative charge on the other.

und erzeugen eine negative Ladung auf der anderen Seite.

You can think of light as the flow of tiny particles

Man kann sich Licht als Strom winziger Teilchen vorstellen,

called photons,

Photonen genannt,

shooting out from the Sun.

die aus der Sonne herausschießen.

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

Wenn ein Photon mit genug Energie auf die Solarzelle auftrifft,

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

kann es ein Elektron aus seiner Bindung herausschlagen und ein Loch zurücklassen.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

Das negativ geladene Elektron und die Stelle des positiv geladenen Lochs

are now free to move around.

sind jetzt frei beweglich.

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

Aber wegen des elektrischen Feldes am p-n-Übergang

they'll only go one way.

bewegen sie sich nur in eine Richtung.

The electron is drawn to the n-side,

Das Elektron wird zur n-Seite gezogen,

while the hole is drawn to the p-side.

während das Loch zur p-Seite gezogen wird.

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

Die beweglichen Elektronen werden an der Oberseite der Zelle gesammelt.

From there, they flow through an external circuit,

Von dort fließen sie durch einen äußeren Stromkreis

doing electrical work,

und verrichten elektrische Arbeit,

like powering a lightbulb,

wie eine Glühbirne zum Leuchten bringen,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

bevor sie über das rückseitige, leitfähige Aluminiumblech zurückkehren.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Jede Siliziumzelle produziert nur ein halbes Volt,

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

aber man kann sie in Modulen aufreihen, um mehr Strom zu erhalten.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

Zwölf Solarzellen sind ausreichend, um ein Mobiltelefon zu laden,

while it takes many modules to power an entire house.

wohingegen man viele Module braucht, um ein Haus zu versorgen.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

Elektronen sind die einzigen beweglichen Teile in einer Solarzelle

and they all go back where they came from.

und sie gehen dahin zurück, wo sie herkamen.

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

Es gibt nichts, was sich abnutzt oder aufgebraucht wird,

so solar cells can last for decades.

so dass Solarzellen Jahrzehnte halten können.

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

Was hält uns davon ab, uns vollständig auf Sonnenenergie zu verlassen?

There are political factors at play,

Es sind politische Faktoren im Spiel,

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

ganz zu schweigen von Unternehmen, die versuchen, den Status quo zu erhalten.

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

Aber im Moment konzentrieren wir uns

auf die physikalischen und logistischen Herausforderungen:

and the most obvious of those

Die ersichtlichste ist, dass Solarenergie auf der Erde ungleich verteilt ist.

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

Some areas are sunnier than others.

Manche Gebiete sind sonniger als andere.

It's also inconsistent.

Sie ist auch unbeständig.

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

An bewölkten Tagen oder nachts ist weniger Sonnenenergie verfügbar.

So a total reliance would require

Die vollständige Abhängigkeit würde effiziente Wege erfordern,

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

um Elektrizität von sonnigen Flecken zu bewölkten zu bekommen

and effective storage of energy.

und die wirksame Speicherung von Energie.

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

Der Wirkungsgrad der Zellen ist auch eine Herausforderung.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Wenn Sonnenlicht reflektiert, anstatt absorbiert wird

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

oder herausgelöste Elektronen in ein Loch zurückfallen,

bevor sie durch den Stromkreis fließen,

that photon's energy is lost.

ist die Photonenenergie verloren.

The most efficient solar cell yet

Die Solarzellen mit dem derzeit höchsten Wirkungsgrad

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

verwandeln nur 46 % des verfügbaren Sonnenlichts in Elektrizität

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

und die meisten kommerziellen Systeme haben einen Wirkungsgrad von 15–20 %.

In spite of these limitations,

Trotz dieser Begrenzungen

it actually would be possible

wäre es tatsächlich möglich,

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

die ganze Welt mit der heutigen Solartechnologie mit Strom zu versorgen.

We'd need the funding to build the infrastructure

Man bräuchte die Finanzierung, um die Infrastruktur aufzubauen

and a good deal of space.

und ziemlich viel Platz.

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

Schätzungen reichen von 25 000 bis 250 000 Quadratkilometer,

which seems like a lot,

was viel erscheint,

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

aber die Wüste Sahara umfasst alleine 8 Millionen Quadratkilometer Fläche.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

Inzwischen werden Solarzellen besser und billiger

and are competing with electricity from the grid.

und treten in Wettbewerb mit der Elektrizität aus dem Netz.

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

Neuerungen wie schwimmende Solarparks können die Landschaft völlig verändern.

Thought experiments aside,

Die Gedankenspiele beiseite,

there's the fact that over a billion people

über eine Milliarde Menschen

don't have access to a reliable electric grid,

haben insbesondere in Entwicklungsländern, von denen viele sonnig sind,

especially in developing countries,

keinen Zugang zu einem verlässlichen Stromnetz.

many of which are sunny.

So in places like that,

An diesen Orten

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

ist Sonnenenergie bereits viel billiger und sicherer als verfügbare Alternativen

like kerosene.

wie Petroleum.

For say, Finland or Seattle, though,

Für Finnland oder Seattle etwa

effective solar energy may still be a little way off.

kann es allerdings noch ein weiter Weg zu effektiver Sonnenenergie sein.