How do solar panels work? - Richard Komp

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Roni Ravia

The Earth intercepts a lot of solar power:

כדור הארץ מקבל הרבה אנרגיה סולרית:

173 thousand terawatts.

ביחידות של הספק: 173 אלף טרה-ואט.

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

זה פי עשרת אלפים יותר ממה שצורכת אוכלוסית הפלנטה.

So is it possible that one day

אז האם זה אפשרי שיום אחד

the world could be completely reliant on solar energy?

העולם יסתמך אך ורק על אנרגיה סולרית?

To answer that question,

כדי לענות על השאלה,

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

ראשית אנו צריכים לבחון איך לוחות סולריים ממירים אנרגיה סולרית לאנרגיה חשמלית.

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

לוחות סולריים עשויים מיחידות קטנות הנקראות תאים סולריים.

The most common solar cells are made from silicon,

התאים הסולריים הנפוצים ביותר עשויים מסיליקון,

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

מוליך למחצה שהוא היסוד השני הכי נפוץ על פני כדור הארץ.

In a solar cell,

בתא סולרי,

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

סיליקון גבישי נמצא בין שתי שכבות מוליכות.

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

כל אטום סיליקון מחובר לשכניו על ידי ארבעה קשרים חזקים,

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

ששומרים על האלקטרונים במקומם ולא מאפשרים קיום זרם חשמלי.

Here's the key:

הנה המפתח:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

תא סיליקון סולרי משתמש בשתי שכבות שונות של סיליקון.

An n-type silicon has extra electrons,

סיליקון מסוג ״N״ שיש לו אלקטרונים נוספים,

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

וסיליקון מסוג ״P״ שיש לו מקומות לאלקטרונים נוספים, הנקראים חורים.

Where the two types of silicon meet,

במקום בו שני סוגי הסיליקון נפגשים,

electrons can wander across the p/n junction,

אלקטרונים יכולים לנדוד מסוג אחד לשני,

leaving a positive charge on one side

מה שישרה מטען חיובי בצד אחד של הצומת

and creating negative charge on the other.

ומטען שלילי באחר.

You can think of light as the flow of tiny particles

אתם יכולים לחשוב על אור כזרם של חלקיקים זעירים

called photons,

שנקראים פוטונים,

shooting out from the Sun.

הנורים מהשמש.

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

כשאחד הפוטונים האלה פוגע בתא הסיליקון עם מספיק אנרגיה,

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

הוא יכול לנתק אלקטרון מהקשר שלו, ולהשאיר חור.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

האלקטרון הטעון במטען שלילי והחור הטעון במטען חיובי

are now free to move around.

חופשיים כעת לנוע.

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

אבל בגלל השדה החשמלי בצומת ה-P/N,

they'll only go one way.

הם ינועו רק לכיוון אחד.

The electron is drawn to the n-side,

האלקטרון ימשך לצד ה-N,

while the hole is drawn to the p-side.

ואילו החור ימשך לצד ה-P.

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

האלקטרונים הניידים נאספים על ידי אצבעות מתכת דקות בראש התא.

From there, they flow through an external circuit,

משם, הם זורמים דרך מעגל חיצוני,

doing electrical work,

ומבצעים עבודה חשמלית,

like powering a lightbulb,

כמו הדלקת נורה,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

לפני שהם חוזרים דרך לוח האלומיניום המוליך שבגב התא.

Each silicon cell only puts out half a volt,

כל תא סיליקון מנפיק רק חצי וולט,

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

אך ניתן לחבר כמה תאים יחד במודולים כדי לקבל יותר אנרגיה.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

שנים עשר תאים פוטו וולטאים מספיקים כדי לטעון טלפון סלולרי,

while it takes many modules to power an entire house.

בעוד שנדרשים מודולים רבים כדי לספק אנרגיה לבית שלם.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

אלקטרונים הם החלקים הנעים היחידים בתא הסולרי,

and they all go back where they came from.

וכולם חוזרים למקום ממנו באו.

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

אין שום דבר שמתבלה או מתכלה,

so solar cells can last for decades.

כך שתאים סולריים יכולים להחזיק מעמד במשך עשורים.

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

אז מה עוצר אותנו מלהסתמך אך ורק על אנרגיה סולרית?

There are political factors at play,

ובכן, ישנם גורמים פוליטיים,

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

שלא לדבר על עסקים, שדוחפים לשמור על הסטטוס קוו.

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

אבל בינתיים, בואו נתמקד על האתגרים הפיזיים והלוגיסטיים,

and the most obvious of those

והבולט מבינהם

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

הוא שאנרגיה סולרית לא מחולקת באחידות על פני הפלנטה.

Some areas are sunnier than others.

אזורים מסויימים מקבלים יותר קרני שמש מאחרים.

It's also inconsistent.

היא גם לא עקבית.

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

אנרגיה סולרית הינה פחות זמינה בימים מעוננים או במשך הלילה.

So a total reliance would require

אז הסתמכות אך ורק על אנרגיה סולרית

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

תדרוש דרכים יעילות להעביר חשמל מאזורים שמשיים לאזורים מעוננים,

and effective storage of energy.

וכן אחסון יעיל של אנרגיה.

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

היעילות של התא עצמו גם היא מהווה אתגר.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

אם אור שמש מוחזר במקום נספג,

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

או אם אלקטרונים שהתנתקו נופלים חזרה לתוך החור לפני שהם עוברים דרך המעגל,

that photon's energy is lost.

האנרגיה של הפוטון הזה אובדת.

The most efficient solar cell yet

התא הסולרי הכי יעיל שקיים כיום

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

ממיר 46% בלבד מאנרגיית השמש הזמינה לחשמל,

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

ורוב התאים הסולריים המסחריים הם בעלי יעילות של 15-20% בלבד.

In spite of these limitations,

למרות המגבלות האלו,

it actually would be possible

ניתן יהיה למעשה

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

לספק אנרגיה לעולם כולו עם הטכנולוגיה הסולרית של היום.

We'd need the funding to build the infrastructure

נצטרך את המימון לבנות את התשתית

and a good deal of space.

והרבה מקום.

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

שטח מוערך של עשרות עד מאות אלפי קילומטרים רבועים,

which seems like a lot,

שנראה כמו הרבה,

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

אבל מדבר סהרה לבדו הוא בגודל של יותר מ 7.8 מליון קילומטרים רבועים.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

בינתיים, תאים סולריים נעשים טובים יותר, זולים יותר,

and are competing with electricity from the grid.

ומתחרים בחשמל מהרשת.

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

וחידושים, כמו חוות סולריות צפות, אולי ישנו את הנוף לחלוטין.

Thought experiments aside,

אם נשים בצד את הניסוי המחשבתי,

there's the fact that over a billion people

יש את העובדה שיש יותר ממיליארד אנשים

don't have access to a reliable electric grid,

שאין להם גישה לרשת חשמל אמינה,

especially in developing countries,

בעיקר במדינות מתפתחות,

many of which are sunny.

שהרבה מהן שמשיות.

So in places like that,

אז במקומות כאלה,

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

אנרגיה סולרית הינה זולה יותר ובטוחה יותר מהפתרונות הזמינים האחרים,

like kerosene.

כמו נפט למשל.

For say, Finland or Seattle, though,

עבור פינלנד או סיאטל, לעומת זאת,

effective solar energy may still be a little way off.

אנרגיה סולרית אפקטיבית עדיין רחוקה מלהוות פתרון.