How do solar panels work? - Richard Komp

Переводчик: Alexander Chepurnoy Редактор: Anna Kotova

The Earth intercepts a lot of solar power:

Земля поглощает огромный объём солнечной энергии:

173 thousand terawatts.

173 тысячи тераватт.

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

Это в десять тысяч раз больше энергии, чем использует население планеты.

So is it possible that one day

Возможно ли, что однажды

the world could be completely reliant on solar energy?

мир сможет полностью перейти на солнечную энергию?

To answer that question,

Для ответа на этот вопрос

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

узнаем, как солнечные батареи превращают солнечную энергию в электрическую.

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

Солнечные батареи состоят из ячеек меньшего размера — фотоэлементов.

The most common solar cells are made from silicon,

Чаще всего фотоэлементы сделаны из кремния,

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

полупроводника, занимающего второе место по распространённости на Земле.

In a solar cell,

В фотоэлементах батарей

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

кристаллический кремний расположен между двумя проводящими слоями.

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

Каждый атом кремния соединён с соседними четырьмя сильными связями,

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

которые удерживают электроны на месте, поэтому ток течь не может.

Here's the key:

И вот решение:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

кремниевый фотоэлемент использует два различных слоя кремния.

An n-type silicon has extra electrons,

Кремний n-типа имеет избыток электронов,

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

а кремний p-типа — дополнительные места для электронов, которые называют дырками.

Where the two types of silicon meet,

Там, где соединяются два типа кремния,

electrons can wander across the p/n junction,

электроны могут перемещаться через p–n-переход,

leaving a positive charge on one side

оставляя положительный заряд на одной стороне

and creating negative charge on the other.

и создавая отрицательный на другой.

You can think of light as the flow of tiny particles

Вы можете думать о свете как о потоке крошечных частиц,

called photons,

называемых фотонами,

shooting out from the Sun.

которые выбрасываются Солнцем.

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

Когда один из этих фотонов ударяется о кремниевую ячейку с достаточной силой,

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

он выбивает электрон из его связи, оставляя дырку.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

Отрицательно заряженный электрон и место положительно заряженной дырки

are now free to move around.

теперь могут свободно перемещаться.

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

Но из-за электрического поля на p–n-переходе

they'll only go one way.

они будут двигаться только в одном направлении.

The electron is drawn to the n-side,

Электрон перемещается в сторону n-типа,

while the hole is drawn to the p-side.

в то время как дырка — в сторону p-типа.

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

Подвижные электроны собираются тонкими металлическими штырями вверху ячейки.

From there, they flow through an external circuit,

Оттуда они протекают по внешней цепи,

doing electrical work,

выполняя электрическую работу,

like powering a lightbulb,

такую, как питание электролампы,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

перед тем как вернуться через проводящий алюминиевый слой на обратной стороне.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Каждая кремниевая ячейка выдаёт только полвольта,

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

но вы можете объединить их в модуль, чтобы получить бóльшую мощность.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

Двенадцати фотоэлементов достаточно для зарядки сотового телефона,

while it takes many modules to power an entire house.

но при этом для питания дома требуется много модулей.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

Электроны — это единственные движущиеся части в фотоэлементах,

and they all go back where they came from.

и все они возвращаются туда, откуда появились.

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

Здесь нечему изнашиваться или расходоваться,

so solar cells can last for decades.

поэтому солнечные батареи могут служить десятки лет.

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

Что же мешает нам полностью перейти на солнечную энергию?

There are political factors at play,

Здесь замешаны политические факторы,

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

не говоря уже о бизнесах, лоббирующих сохранение статус-кво.

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

Но сейчас давайте сосредоточимся на физических и логистических проблемах,

and the most obvious of those

и самя очевидная из них —

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

неравномерное распределение солнечной энергии по поверхности планеты.

Some areas are sunnier than others.

Одни области более солнечные, чем другие.

It's also inconsistent.

И это тоже непостоянно.

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

В пасмурные дни или ночью доступно меньше солнечной энергии.

So a total reliance would require

И чтобы полностью рассчитывать на солнечную энергию,

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

необходимы эффективные способы получения электричества для всех областей

and effective storage of energy.

и эффективное хранение энергии.

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

Эффективность самих фотоэлементов также является проблемой.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Если солнечный свет отражается вместо того, чтобы поглощаться,

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

или переместившиеся электроны попадают обратно в дырки до прохождения цепи,

that photon's energy is lost.

энергия фотонов теряется.

The most efficient solar cell yet

До сих пор самая эффективная солнечная батарея

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

преобразует в электричество только 46% доступной солнечной энергии,

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

а большинство коммерческих систем в настоящее время эффективны на 15–20%.

In spite of these limitations,

Несмотря на эти ограничения,

it actually would be possible

было бы, на самом деле, возможно

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

снабжать весь мир энергией на текущем уровне солнечной технологии.

We'd need the funding to build the infrastructure

Нам потребуется финансирование на создание инфраструктуры

and a good deal of space.

и немало пространства.

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

Оценки лежат в диапазоне от десятков до сотен тысяч квадратных километров,

which seems like a lot,

что кажется большой цифрой,

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

но только площадь пустыни Сахара — почти 8 миллионов квадратных километров.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

Между тем солнечные батареи становятся лучше, дешевле

и конкурируют с электроэнергией из обычной сети.

and are competing with electricity from the grid.

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

А инновации типа плавучих солнечных ферм могут полностью изменить ландшафт.

Thought experiments aside,

Оставив мысленные эксперименты,

there's the fact that over a billion people

нужно признать факт, что более миллиарда человек

don't have access to a reliable electric grid,

не имеют доступа к надёжной электрической сети,

especially in developing countries,

особенно в развивающихся странах,

many of which are sunny.

во многих из которых — солнце в изобилии.

So in places like that,

Так что в этих местах

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

солнечная энергия уже намного дешевле и безопаснее, чем доступные альтернативы,

like kerosene.

такие как керосин.

For say, Finland or Seattle, though,

Хотя, скажем, Финляндии или Сиэтлу

effective solar energy may still be a little way off.

для использования эффективной солнечной энергии пока кое-чего не хватает.