How do solar panels work? - Richard Komp

Fordító: Péter Pallós Lektor: Edit Dr. Kósa

The Earth intercepts a lot of solar power:

A Föld elképesztő mennyiségű napenergiát nyel el,

173 thousand terawatts.

173 ezer terawattnyit.

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

Ez tízezerszer több, mint amennyit a bolygó népessége fölhasznál.

So is it possible that one day

Lehetséges, hogy egykor

the world could be completely reliant on solar energy?

teljesen áttérünk a napenergiára?

To answer that question,

A válaszhoz előbb nézzük,

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

hogyan alakítja át a napelem a napenergiát elektromossá.

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

A napelempanel kis méretű, ún. napcellákból áll.

The most common solar cells are made from silicon,

Ezek leggyakrabban szilíciumból készülnek,

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

amely egy félvezető, a második legelterjedtebb elem a Földön.

In a solar cell,

A napcellában

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

a kristályos szilíciumot vezetőrétegek közé helyezik.

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

A szilíciumatomokat 4 vegyértékű erős kötés kapcsolja össze,

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

amelyek megtartják az elektronokat, s ezért nem folyhat áram.

Here's the key:

A megoldás:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

a szilícium fotovillamos elem 2 szilíciumréteget használ föl.

An n-type silicon has extra electrons,

Az n-típusú szilíciumon túlsúlyban vannak az elektronok,

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

a p-típusún lyukak vannak az elektronok számára.

Where the two types of silicon meet,

Ahol a két típusú szilícium érintkezik,

electrons can wander across the p/n junction,

az elektronok áthaladhatnak a p‒n átmeneten,

leaving a positive charge on one side

eközben a pozitív töltések az egyik oldalon,

and creating negative charge on the other.

a negatívok pedig a másikon halmozódnak föl.

You can think of light as the flow of tiny particles

A fényt elképzelhetjük fotonnak nevezett

called photons,

piciny részecskék áramaként;

shooting out from the Sun.

ezeket a Nap sugározza ki.

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

Amikor egy foton elegendő energiával beleütközik a szilíciumcellába,

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

kiüti az elektront a kötésből, s így lyuk keletkezik.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

A negatív töltésű elektron és a pozitív töltésű lyuk

are now free to move around.

most szabadon elmozdulhat.

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

De a p‒n átmenet elektromos tere miatt

they'll only go one way.

csak egy irányban mozoghatnak.

The electron is drawn to the n-side,

Az elektron az n-oldal felé,

while the hole is drawn to the p-side.

a lyuk viszont a p-oldal felé mozdul el.

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

A mozgó elektronokat a cella tetején lévő fémpeckek gyűjtik össze.

From there, they flow through an external circuit,

Innen folynak át a külső elektromos áramkörön keresztül,

doing electrical work,

és közben munkát végeznek,

like powering a lightbulb,

pl. energiával látják el az izzólámpát,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

mielőtt a vezető alumíniumlemezen át visszatérnek.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Egy szilíciumcella 0,5 V-ot termel,

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

de hogy több energiához jussunk, összekapcsolhatjuk őket.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

12 fotovillamos cella elég a mobiltelefon feltöltéséhez,

while it takes many modules to power an entire house.

de egy egész ház energiaellátásához sok modulra van szükség.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

A napcellák egyetlen mozgó része az elektron.

and they all go back where they came from.

Minden elektron visszatér kiindulási helyére.

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

Nincs, ami elkopjon vagy elhasználódjon,

so solar cells can last for decades.

ezért a napcellák évtizedekig eltartanak.

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

Mi az akadálya, hogy teljesen a napenergiára térjünk át?

There are political factors at play,

Ebben politikai tényezők játszanak szerepet,

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

és a status quo fenntartásáért lobbizó üzleti érdekeltségek.

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

De nézzük inkább a fizikai és logisztikai jellegű feladatokat.

and the most obvious of those

Közülük a leglényegesebb,

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

hogy a napenergia egyenlőtlenül oszlik el bolygónkon.

Some areas are sunnier than others.

Egyes övezetek naposabbak, mint mások.

It's also inconsistent.

Sőt, a napsugárzás egyenlőtlen.

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

Kevesebb energia érkezik felhős időben vagy éjszaka.

So a total reliance would require

A teljes áttéréshez hatékony módszer kell,

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

hogy a villamos áramot a napos helyekről a felhősekre juttassuk,

and effective storage of energy.

s megoldandó a hatékony energiatárolás is.

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

A cella hatásfoka is fogas kérdés.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Ha a sugárzás elnyelés helyett visszaverődik,

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

vagy az elmozdult elektronok az áramkör helyett a lyukba hullanak,

that photon's energy is lost.

a foton energiája kárba vész.

The most efficient solar cell yet

A legnagyobb hatásfokú napcella

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

a napfénynek csupán 46%-át alakítja villamos árammá,

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

a beszerezhető rendszerek hatásfoka jelenleg 15‒20%.

In spite of these limitations,

Az említett korlátok dacára

it actually would be possible

lehetséges lesz energiával ellátni

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

a jelenlegi napelemes technológiával az egész világot.

We'd need the funding to build the infrastructure

Elterjedéséhez az infrastruktúra finanszírozására

and a good deal of space.

és jó sok helyre lenne szükség.

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

Kb. 26–260 ezer km² hely kellene,

which seems like a lot,

ami elég soknak látszik,

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

de egyedül a Szahara területe több mint 8 millió km².

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

A napcellák javulnak, áruk csökken,

and are competing with electricity from the grid.

és a hálózati árammal versenyképesek.

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

Az újítások, pl. az úszó napcellatelepek teljesen megváltoztathatják a tájat.

Thought experiments aside,

De tegyük félre a kísérleteket;

there's the fact that over a billion people

több mint egymilliárd ember

don't have access to a reliable electric grid,

nélkülözi a rendszeres villamos áramot.

especially in developing countries,

Ez főleg a fejlődő országokra igaz,

many of which are sunny.

bár közülük sok a napos.

So in places like that,

Azokon a helyeken

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

a napenergia már ma is sokkal olcsóbb és biztonságosabb az alternatíváknál,

like kerosene.

pl. a petróleumnál.

For say, Finland or Seattle, though,

Bár mondjuk, Finnországnak vagy Seattle-nek

effective solar energy may still be a little way off.

a hatékony napenergia egyelőre egy kissé messze van.