How do solar panels work? - Richard Komp

پنل های خورشیدی چگونه کار می کنند؟ - ریچارد کومپ

Translator: Ali Hosseini Reviewer: Hajar Almasi

The Earth intercepts a lot of solar power:

زمین در معرض مقدار زیاد انرژی خورشیدی است:

173 thousand terawatts.

۱۷۳ هزار تراوات.

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

این مقدرا ۱۰ هزار برابر میزان مصرف انرژی مردم زمین است.

So is it possible that one day

پس آیا ممکن است روزی

the world could be completely reliant on solar energy?

جهان تنها وابسته به انرژی خورشیدی باشد؟

To answer that question,

برای پاسخ به این سؤال،

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

لازم است تا ابتدا، فرآیند تبدیل انرژی توسط پنل‌های خورشیدی را بدانیم.

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

پنل‌های خورشیدی از اجزای کوچکتری به نام سلول‌های خورشیدی ساخته شده‌اند.

The most common solar cells are made from silicon,

معمول ترینِ سلول‌های خورشیدی از سیلیکون می‌باشند،

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

یک شبه رسانا که دومین عنصر فراوان روی کره زمین است.

In a solar cell,

در یک سلول خورشیدی،

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

فرم کریستالی سیلیکون بین لایه‌های رسانا فشرده می‌شود.

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

هر اتم سیلیکون به همسایه خود با چهار اتصال قوی وصل است،

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

که الکترون‌ها را در جای خود نگاه داشته و هیچ جریانی برقرار نمی‌شود.

Here's the key:

کلید ماجرا اینجاست:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

سلول سیلیکونی خورشیدی از دو لایه متفاوت سیلیکونی استفاده می‌کند.

An n-type silicon has extra electrons,

سیلیکون نوع n دارای الکترون‌های اضافی است،

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

و سیلیکون نوع p دارای فضای اضافی برای الکترون‌هاست که حفره نامیده می‌شود.

Where the two types of silicon meet,

جایی که دو نوع از سیلیکون به هم می‌رسند،

electrons can wander across the p/n junction,

الکترون‌ها می‌توانند در اتصال P به n حرکت کنند،

leaving a positive charge on one side

در یک سمت بار مثبت ایجاد کرده

and creating negative charge on the other.

و سمت دیگر را منفی کنند.

You can think of light as the flow of tiny particles

شما می‌توانید به نور مانند جریان ذرات ریز نگاه کنید

called photons,

که فوتون نامیده می‌شوند،

shooting out from the Sun.

و از خورشید به دست می‌آیند.

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

وقتی یکی از فوتون‌ها به سلول سیلیکونی با انرژی کافی برخورد کند،

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

می‌تواند الکترون را از اتصال خود خارج سازد، و حفره‌ای بجا بگذارد.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

الکترون بار منفی و موقعیت حفره بار مثبت

are now free to move around.

آزادانه می‌توانند حرکت کنند.

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

اما به خاطر میدان الکتریکی در اتصال p به n،

they'll only go one way.

آن‌ها فقط در یک جهت میٰ‌روند،

The electron is drawn to the n-side,

الکترون به سمت n کشیده می‌شود،

while the hole is drawn to the p-side.

درحالی‌که حفره به سمت p کشیده می‌شود.

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

الکترون‌های متحرک توسط زبانه‌های فلزی نازک در بالای سلول جمع می‌شوند.

From there, they flow through an external circuit,

از آنجا، از طریق مداری خارجی جریان می‌یابند،

doing electrical work,

تا کار الکتریکی انجام دهند،

like powering a lightbulb,

مثل روشن نمودن لامپ،

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

قبل از آنکه از طریق ورق‌های رسانای آلومینیوم پشتی به جای خود برگردند.

Each silicon cell only puts out half a volt,

هر سلول سیلیکونی تنها نیم ولت منتقل می‌کند،

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

اما می‌توان آنها را در یک ماژول باهم سری نمود تا توان بیشتری بدست آید.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

۱۲ سلول فتوولتاییک برای شارژ گوشی موبایل کافی است،

while it takes many modules to power an entire house.

در حالی که ماژول‌های زیادی برای تأمین کل انرژی خانه لازم است.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

الکترون‌ها تنها اجزای متحرک در سلول خورشیدی هستند،

and they all go back where they came from.

و به جایی باز می‌گردند که از آن آمده‌اند.

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

چیزی نیست که از بین برود یا مصرف شود،

so solar cells can last for decades.

پس سلول‌های خورشیدی می‌توانند برای دهه‌ها بمانند.

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

پس چه چیزی مانع این است تا ما کاملاً به انرژی خورشیدی وابسته شویم؟

There are political factors at play,

عوامل سیاسی در اینجا وجود دارد،

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

به علاوه کسب و کارهایی وجود دارد که برای حفظ وضعیت وجود لابی می‌کنند.

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

اما الآن، بگذارید فقط به چالش‌های فیزیکی و آماده‌سازی بپردازیم،

and the most obvious of those

و واضح‌ترین آنها

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

این است که توزیع انرژی خورشیدی در سیاره زمین یکنواخت نیست.

Some areas are sunnier than others.

برخی نقاط آفتابی‌تر از نقاط دیگر است.

It's also inconsistent.

همچنین منظم و پیوسته نیست.

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

انرژی خورشیدی کمتری در روزهای ابری و شب‌ها وجود دارد.

So a total reliance would require

بنابراین وابستگی کامل نیازمند

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

روش‌های پربازده‌ای برای گرفتن الکتریسیته از نقاط آفتابی یا حتی ابری،

and effective storage of energy.

و همچنین ذخبره مناسب آن است.

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

بازده یک سلول نیز خود مسأله‌ای دیگر است.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

اگر نور به جای جذب بازتاب شود،

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

یا اگر الکترون‌های جدا شده بدون عبور از مدار به حفره بازگردند،

that photon's energy is lost.

انرژی آن فوتون از بین می‌رود.

The most efficient solar cell yet

کاراترین سلول خورشیدی موجود

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

تنها می‌تواند ۴۶ درصد از انرژی تابش را به الکتریسیته تبدیل کند،

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

و سیستم‌های معمول تجاری نیز بازده‌ای بین ۱۵ تا ۲۰ درصد دارند.

In spite of these limitations,

با وجود این محدودیت‌ها،

it actually would be possible

عملاً ممکن است

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

تا انرژی تمام دنیا را از طریق فناوری امروز خورشیدی تأمین کنیم.

We'd need the funding to build the infrastructure

ما نیاز به سرمایه‌گذاری جهت ایجاد زیرساخت‌ها

and a good deal of space.

در فضایی بزرگ داریم.

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

تخمین‌هایی از ده‌ها و بلکه صدها هزار کیلومترمربع وجود دارد،

which seems like a lot,

که به نظر می‌رسد خیلی زیاد است،

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

اما مساحت بیابان «ساهارا» به تنهایی بیش از ۷ میلیون کیلومتر مربع است.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

در عین حال، سلول‌های خورشیدی بهتر، ارزانتر شده

and are competing with electricity from the grid.

و رقیبی برای برق شبکه‌ها می‌شوند.

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

و ابداعاتی مثل زمین‌های خورشیدی شناور، می‌توانند مسأله کمبود فضا را کلاً حل کنند.

Thought experiments aside,

گذشته از آزمایش‌های نظری،

there's the fact that over a billion people

حقیقتی هست که بیش از یک میلیارد انسان

don't have access to a reliable electric grid,

دسترسی به شبکه برق رسانی مطمئنی ندارند،

especially in developing countries,

به خصوص در کشورهای درحال توسعه،

many of which are sunny.

که بسیاری از آنها آفتابی هستند.

So in places like that,

پس در این مکان‌ها،

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

انرژی خورسیدی گزینه بسیار ارزان و مطمئنی نسبت به سایر موارد،

like kerosene.

مثل نفت سفید است.

For say, Finland or Seattle, though,

برای مثال، فنلاند یا سیاتل در آمریکا،

effective solar energy may still be a little way off.

با این وجود، انرژی خورشیدی پربازده اندکی دور از ذهن است.