How do solar panels work? - Richard Komp

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Rawee Ma

The Earth intercepts a lot of solar power:

โลกของเราได้รับพลังงานแสงมากมาย:

173 thousand terawatts.

173,000 เทระวัตต์

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

นั่นมันมากกว่าพลังงานที่ประชากรโลกใช้กัน ถึงหมื่นเท่า

So is it possible that one day

แล้วมันจะเป็นไปได้หรือไม่ที่วันหนึ่ง

the world could be completely reliant on solar energy?

โลกของเราจะพึ่งพาเรื่องพลังงานทั้งหมด ไว้กับพลังงานแสงอาทิตย์

To answer that question,

เพื่อที่จะตอบคำถามนี้

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

เราต้องสำรวจก่อนว่าแผงโซล่าเซลล์ เปลี่ยนพลังงานแสงไฟฟ้าได้อย่างไร

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

แผงโซล่าเซลล์ทำจากส่วนเล็ก ๆ ที่เรียกว่า โซล่าเซลล์

The most common solar cells are made from silicon,

โซล่าเซลล์ส่วนใหญ่ทำจากซิลิคอน

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

ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ ที่เป็นธาตุที่พบได้มากเป็นที่สองของโลก

In a solar cell,

ในโซล่าเซลล์

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

ผลึกซิลิคอนถูกประกบระหว่างชั้นตัวนำ

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

แต่ละอะตอมของซิลิคอนถูกเชื่อมต่อกัน โดยสี่พันธะที่แข็งแรง

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

ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนอยู่กับที่ เพื่อให้กระแสสามารถไหลไปได้

Here's the key:

นี่คือจุดสำคัญ

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

โซล่าเซลล์ซิลิคอน ใช้สองชั้นที่แตกต่างของซิลิคอน

An n-type silicon has extra electrons,

ซิลิคอน ชนิดเอ็น ที่มีอิเล็กตรอนเหลือ

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

และ ซิลิคอน ชนิดพี ที่มีพื้นที่เหลือ สำหรับอิเล็กตรอน ที่เรียกว่า หลุม

Where the two types of silicon meet,

ที่ซึ่งซิลิคอนทั้งสองชนิดเชื่อมกัน

electrons can wander across the p/n junction,

อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนผ่านไปมา ระหว่างส่วนเชื่อม พี/เอ็น

leaving a positive charge on one side

ทำให้มีประจุบวกบนด้านหนึ่ง

and creating negative charge on the other.

และทำให้เกิดประจุลบที่อีกด้านหนึ่ง

You can think of light as the flow of tiny particles

คุณลองนึกถึงแสงที่ส่องผ่านอนุภาคเล็ก ๆ

called photons,

ที่เรียกว่า โฟตอน

shooting out from the Sun.

ที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์

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

เมื่อหนึ่งในโฟตอนเหล่านี้ ปะทะกับซิลิคอนเซลล์ด้วยพลังงานที่มากพอ

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

มันสามารถอัดอิเล็กตรอน ให้หลุดออกจากพันธะของมัน ทำให้เกิดหลุม

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

อิเล็กตรอนที่มีประจุลบ และตำแหน่งของหลุมประจุบวก

are now free to move around.

และตอนนี้ก็มีอิสระในการเคลื่อนที่

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

แต่เพราะว่าสนามอิเล็กตรอน ที่ส่วนเชื่อม พี/เอ็น

they'll only go one way.

พวกมันจะเคลื่อนไปในทางเดียว

The electron is drawn to the n-side,

อิเล็กตรอนถูกดึงจากทางด้านเอ็น

while the hole is drawn to the p-side.

ในขณะที่หลุมถูกดึงไปยังด้านพี

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

อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ถูกเก็บ โดยแท่งโลหะบางที่ส่วนบนของเซลล์

From there, they flow through an external circuit,

จากตรงนั้น พวกมันไหลผ่านวงจรทางด้านนอก

doing electrical work,

ทำหน้าที่ในเชิงไฟฟ้า

like powering a lightbulb,

เช่นให้พลังงานกับหลอดไฟ

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

ก่อนที่จะกลับมายังตัวนำแผ่นอลูมิเนียม ที่อยู่ทางด้านหลัง

Each silicon cell only puts out half a volt,

ซิลิคอนเซลล์ดังกล่าว ให้ความดันเพียงครึ่งโวลต์

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

แต่คุณสามารถต่อพวกมันเข้าด้วยกัน เป็นโมดูลเพื่อให้ได้พลังงานที่มากขึ้น

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

สิบสองโฟโตโวลตาอิกเซลล์ เพียงพอที่จะชาร์ตโทรศัพท์มือถือ

while it takes many modules to power an entire house.

ในขณะที่มันใช้หลายโมดูล ในการให้พลังงานกับทั้งบ้าน

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

อิเล็กตรอนเป็นเพียงส่วนเดียวที่เคลื่อนที่ ในโซล่าเซลล์

and they all go back where they came from.

และพวกมันกลับไปยังที่ที่มันจากมา

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

ไม่มีอะไรที่เสื่อมไปหรือถูกใช้ไป

so solar cells can last for decades.

ฉะนั้นโซล่าเซลล์สามารถใช้งานได้หลายสิบปี

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

แล้วอะไรกันที่หยุดยั้งเรา จากการใช้พลังงานทั้งหมดจากพลังงานแสงอาทิตย์

There are political factors at play,

มันมีปัจจัยทางการเมืองเข้ามาเกี่ยวข้อง

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

อย่าว่าแต่ธุรกิจที่เข้ามาโน้มน้าววิ่งเต้น เพื่อคงไว้ซึ่งแนวทางเดิม

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

แต่สำหรับตอนนี้ หันมาให้ความสนใจกับ ความท้าทายทางกายภาพและโลจิสติกกัน

and the most obvious of those

และที่เห็นได้ชัดที่สุดก็คือ

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

พลังงานแสงอาทิตย์ มีการกระจายตัวไปทั่วโลกอย่างไม่เท่ากัน

Some areas are sunnier than others.

บางบริเวณมีแสงแดดมากกว่าอีกแห่ง

It's also inconsistent.

มันไม่แน่นอน

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

พลังงานแสงอาทิตย์จะน้อยกว่า ในวันที่มีเมฆหรือตอนกลางคืน

So a total reliance would require

ฉะนั้น เพื่อระบบนี้ไว้ใจได้

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

เราต้องการวิธีผลิตไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ จากจุดที่มีแสงแดดในวันที่มีเมฆ

and effective storage of energy.

และการเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพ

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

และประสิทธิภาพของเซลล์เอง ก็เป็นความท้าทายเช่นกัน

If sunlight is reflected instead of absorbed,

ถ้าแสงอาทิตย์ถูกสะท้อนออกไป แทนที่จะถูกดูดซับเอาไว้

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

หรืออิเล็กตรอนที่หลุดออกไปเคลื่อนที่กลับเข้ามา ที่หลุมเดิมก่อนจะผ่านวงจร

that photon's energy is lost.

พลังงานโฟตอนนั้นก็จะหายไป

The most efficient solar cell yet

โซล่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพที่สุดในตอนนี้

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

เปลี่ยนพลังงานแสงที่มีอยู่เป็นพลังงานไฟฟ้า เพียง 46 %

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

และระบบที่ใช้ในเชิงพานิชย์ตอนนี้ ก็มีประสิทธิภาพแค่ 15-20%

In spite of these limitations,

แต่แม้ว่าจะมีข้อจำกัดเหล่านี้

it actually would be possible

มันก็อาจเป็นไปได้

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

ที่จะให้พลังงานกับทั้งโลก โดยใช้เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์

We'd need the funding to build the infrastructure

เราอาจต้องการเงินทุน ที่จะสร้างโครงสร้างพื้นฐาน

and a good deal of space.

และพื้นที่เป็นบริเวณใหญ่ ๆ

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

ประมากสักหมื่นถึงแสนตารางไมล์

which seems like a lot,

ซึ่งดูเหมือนว่าจะมากโข

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

แต่ทะเลทรายซาฮารามีพื้นที่กว่า 3 ล้านตารางไมล์

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

และในขณะเดียวกัน โซล่าเซลล์ ก็มีคุณภาพดีขึ้น และมีราคาถูกลง

and are competing with electricity from the grid.

และกำลังเป็นคู่แข่งของ ไฟฟ้าจากการชลประทาน

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

และนวัตกรรม อย่างฟาร์มแผงโซล่าลอยน้ำ อาจเปลี่ยนรูปแบบพื้นที่ไปอย่างสิ้นเชิง

Thought experiments aside,

ถ้าลองไม่คิดถึงการทดลอง

there's the fact that over a billion people

มันเป็นเรื่องจริงที่มีคนกว่าพันล้าน

don't have access to a reliable electric grid,

ที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าที่แน่นอนไว้ใจได้ จากการชลประทาน

especially in developing countries,

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศกำลังพัฒนา

many of which are sunny.

ซึ่งส่วนใหญ่ก็มีแสงแดดมาก

So in places like that,

ฉะนั้น ในสถานที่แบบนี้

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

พลังงานแสงอาทิตย์มีราคาถูกกว่ามากอยู่แล้ว และปลอดภัยกว่าพลังงานในรูปแบบอื่น

like kerosene.

เช่น น้ำมันก๊าด

For say, Finland or Seattle, though,

แต่สำหรับ ฟินแลนด์ หรือซีแอตเทิล

effective solar energy may still be a little way off.

พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ อาจยังอีกห่างไกล