How do solar panels work? - Richard Komp

翻訳: Takuma Miyake 校正: Tomoyuki Suzuki

The Earth intercepts a lot of solar power:

地球は173,000テラワットもの

173 thousand terawatts.

太陽エネルギーを受けています

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

これは世界で使われている エネルギーの１万倍です

So is it possible that one day

それならば

the world could be completely reliant on solar energy?

全てのエネルギーを太陽エネルギーに 依存する日は来るのでしょうか

To answer that question,

その前に まずは

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

どのように太陽エネルギーが 電気エネルギーに変換されるかを学びましょう

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

太陽光パネルは 小さなソーラーセルの集まりです

The most common solar cells are made from silicon,

代表的なソーラーセルは半導体である

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

シリコン(ケイ素)でできており これは地球上で２番目に豊富な元素です

In a solar cell,

ソーラーセルは

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

シリコン結晶が導体により挟まれた構造をしています

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

各シリコン原子は 隣接する４つのシリコン原子と 強く結合しているため

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

各電子はその場所に束縛され このままでは電流は流れません

Here's the key:

ちょっとした仕組みがあります

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

ソーラーセルは２つの異なる シリコン層から構成されます

An n-type silicon has extra electrons,

N型シリコンは過剰な電子を持ち

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

P型シリコンにはホールとよばれる 電子が入りうるスペースがあります

Where the two types of silicon meet,

２つの層が接する場所では

electrons can wander across the p/n junction,

電子はPN接合面を超えて移動できます

leaving a positive charge on one side

その際 一方にプラスの電荷を残し

and creating negative charge on the other.

他方にマイナスの電荷を 生じさせます

You can think of light as the flow of tiny particles

光を 太陽から発せられた光子と呼ばれる 微小な粒子の流れとして考えてみましょう

called photons,

光を 太陽から発せられた光子と呼ばれる 微小な粒子の流れとして考えてみましょう

shooting out from the Sun.

光を 太陽から発せられた光子と呼ばれる 微小な粒子の流れとして考えてみましょう

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

十分なエネルギーを持った１個の光子が シリコンセルに衝突した場合

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

電子は束縛から外れ ホールを残します

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

マイナスの電荷をもった電子と プラスの電荷をもったホールは

are now free to move around.

自由に周辺へと移動できます

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

しかし PN接合面の電界のため

they'll only go one way.

これらは一方向へのみ移動します

The electron is drawn to the n-side,

電子はN極側へ

while the hole is drawn to the p-side.

ホールはP極側へ移動します

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

移動可能となった電子は セル上部の薄い金属片に集まります

From there, they flow through an external circuit,

そこから外部の回路を通り

doing electrical work,

導電性アルミニウム層に戻るまでに

導電性アルミニウム層に戻るまでに

like powering a lightbulb,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

バルブを点灯させるなどの 電気的な働きをします

Each silicon cell only puts out half a volt,

各セルの出力は0.5ボルト程ですが

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

連結することで 多くの電力を供給できます

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

12個の光起電性セルで 携帯電話は充電できますが

while it takes many modules to power an entire house.

家庭全体に電力を供給するには 多くのセルが必要です

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

ソーラーセルの中で動くものは 電子だけであり

and they all go back where they came from.

電子は元の場所に戻ります

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

摩耗したり消費するものがないため

so solar cells can last for decades.

セルは何十年も使用できます

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

ではなぜ私たちは全てを太陽エネルギーに 依存できないのでしょうか

There are political factors at play,

政治的な背景があります

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

いうまでもなく 既存の事業を維持しようと ロビー活動を行う企業のことです

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

しかしここでは物理的、論理的な観点から 見てみましょう

and the most obvious of those

もっとも明らかなことは

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

太陽エネルギーの量は 地域により異なるということです

Some areas are sunnier than others.

ある地域は他の地域よりも 晴れの日が多くあります

It's also inconsistent.

また 安定的ではありません

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

曇りの日や夜は 太陽エネルギーが少なくなります

So a total reliance would require

全てを太陽エネルギーに依存するには

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

晴れている所から曇っている所へ 効率的に配電するシステムや

and effective storage of energy.

効率的な電気の貯蔵方法が必要です

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

セル自体の効率も解決すべき問題です

If sunlight is reflected instead of absorbed,

太陽光が吸収されずに反射されたり

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

飛び出た電子が 電気回路に入る前にホールへ戻ると

that photon's energy is lost.

光子のエネルギーは無駄となります

The most efficient solar cell yet

現在のソーラーセルは

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

最も効率的なものでも 光から電気への変換効率は わずか46%であり

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

商用システムの多くは 15～20%程の効率しかありません

In spite of these limitations,

このような制約があるものの

it actually would be possible

現在の技術でも

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

全世界の電力需要を賄うことができます

We'd need the funding to build the infrastructure

それにはインフラを整える資金や

and a good deal of space.

広大な土地が必要です

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

数万から数十万平方キロ程度の土地が 必要と見積もられます

which seems like a lot,

膨大に見えますが

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

サハラ砂漠だけでも 700万平方キロ以上あります

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

またセル性能の向上や価格低下により

and are competing with electricity from the grid.

従来の送電網との競争が行われています

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

水面に浮かぶソーラーファームなどは 町の景色を一変させます

Thought experiments aside,

想像の話は別として

there's the fact that over a billion people

現実には10億人以上の人々が

don't have access to a reliable electric grid,

安定した送電網による 電力供給を受けられずにいます

especially in developing countries,

特に晴れの日が多いと言われる 発展途上国に多く見られます

many of which are sunny.

特に晴れの日が多いと言われる 発展途上国に多く見られます

So in places like that,

これらの地域では

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

太陽エネルギーは 灯油などの既存の選択肢に比べ

like kerosene.

安く安全に利用できます

For say, Finland or Seattle, though,

しかし フィンランドやシアトルなどの地域では

effective solar energy may still be a little way off.

太陽エネルギーの有効利用には まだ時間がかかるでしょう