How do solar panels work? - Richard Komp

Як працюють сонячні батареї? - Річард Комп

Перекладач: Inna Fedorenko Утверджено: Hanna Leliv

The Earth intercepts a lot of solar power:

Земля поглинає чимало сонячної енергії.

173 thousand terawatts.

173 тисячі терават.

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

Це в десять тисяч разів більше енергії, ніж використовує населення нашої планети.

So is it possible that one day

Тож чи можливо, що одного дня

the world could be completely reliant on solar energy?

світ повністю перейде на сонячну енергію?

To answer that question,

Щоб відповісти на це запитання,

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

потрібно дізнатись, як сонячні панелі перетворюють енергію Сонця на електричну.

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

Сонячні панелі зроблено з маленьких частин під назвою фотоелементи.

The most common solar cells are made from silicon,

Більшість фотоелементів зроблено з кремнію,

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

напівпровідника, другого найпоширенішого елемента на Землі.

In a solar cell,

У фотоелементі

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

кристалічний кремній затиснуто між двома провідниками.

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

Кожен атом кремнію зв'язаний із сусідніми чотирма зв'язками,

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

які тримають електрон на місці, щоб не тік струм.

Here's the key:

Ось відповідь:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

кремнієвий сонячний елемент використовує два різних шари кремнію.

An n-type silicon has extra electrons,

Кремній n-типу має додадкові електрони,

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

кремній p-типу має додатковий простір для електронів, певні отвори.

Where the two types of silicon meet,

Коли зустрічаються два типа кремнію,

electrons can wander across the p/n junction,

електрони бродять по вісі p/n,

leaving a positive charge on one side

залишаючи позитивний заряд на одній стороні

and creating negative charge on the other.

і створюючи негативний на іншій.

You can think of light as the flow of tiny particles

Ви можете уявляти світло потоком дрібних частинок,

called photons,

так званих фотонів,

shooting out from the Sun.

які вилітають із Сонця.

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

Коли один із цих фотонів б'є атом кремнію із достатньою силою,

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

то може вибити електрон, де залишиться отвір.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

Негативно заряджений електрон та місце позитивного зарядженого отвору

are now free to move around.

тепер можуть вільно кружляти.

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

Та через електричне поле осі p/n

they'll only go one way.

вони йтимуть лише одним шляхом.

The electron is drawn to the n-side,

Електрон переходить до n-сторони,

while the hole is drawn to the p-side.

тоді як отвір переходить до p-сторони.

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

Мобільні електрони збираються тонкими металевими пальцями угорі клітини.

From there, they flow through an external circuit,

Звідти вони проходять зовнішнє коло,

doing electrical work,

даючи електрику,

like powering a lightbulb,

тобто запалюють лампочку,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

потім повертаються через провідні алюмінієві листи ззаду.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Кожен кремнієвий елемент дає тільки піввольта,

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

та ви можете скласти їх разом у модулі щоб добути більше енергії.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

Дванадцяти фотоелементів буде достатньо, щоб зарядити мобільний телефон,

while it takes many modules to power an entire house.

та потрібно багато модулів для живлення всього будинку.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

Електрони - це лише дві рухомі частинки в сонячному елементі,

and they all go back where they came from.

і вони повертаються туди, звідки вийшли.

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

Там немає нічого, що могло б зноситись,

so solar cells can last for decades.

тож сонячні батареї будуть працювати десятиліттями.

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

Що ж заважає нам повністю зосередитись на сонячній енергії?

There are political factors at play,

У грі присутні політичні фактори,

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

не кажучи про бізнес, який намагається підтримувати статус кво.

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

Та зосередьмося на фізичних та матеріально-технічних проблемах:

and the most obvious of those

найбільш очевидним є те,

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

що сонячна енергія нерівномірно розподілена по нашій планеті.

Some areas are sunnier than others.

У деяких місцевостях більше сонця.

It's also inconsistent.

Крім того, вона непостійна.

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

Сонячної енергії менше дістається в хмарні дні чи вночі.

So a total reliance would require

Таким чином, загальна залежність вимагатиме

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

ефективних способів передачі енергії від сонячних місць до хмарних,

and effective storage of energy.

а також ефективного збереження енергії.

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

Ефективність самого елементу також є проблемою.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Якщо сонячне світло відбивається, а не поглинається,

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

чи вибиті електрони потрапляють назад в отвір перед проходженням кола,

that photon's energy is lost.

то енергія фотона втрачається.

The most efficient solar cell yet

Найефективніші сонячні батареї

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

можуть переробити 46% доступної енергії Сонця на електрику,

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

найкомерційніші системи наразі мають ефективність 15-20%.

In spite of these limitations,

Незважаючи на ці обмеження,

it actually would be possible

цілком можливо

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

забезпечити цілий світ сонячною енергією, яку добувають сьогодні.

We'd need the funding to build the infrastructure

Нам потрібне фінансування для інфраструктури

and a good deal of space.

та чимало простору.

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

За різними підрахунками - від десяти до сотні тисяч квадратних кілометрів,

which seems like a lot,

хоч це і здається багато,

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

та сама пустеля Сахара - це понад 7 мільйонів квадратних кілометрів.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

Водночас, сонячні батареї стають кращими, дешевшими

and are competing with electricity from the grid.

та конкурують із мережевою енергією.

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

Інновації, як-от плавучі сонячні ферми, можуть повністю змінити майбутнє.

Thought experiments aside,

Експерименти показали,

there's the fact that over a billion people

що понад мільярд людей

don't have access to a reliable electric grid,

не має доступу до надійної електричної мережі,

especially in developing countries,

особливо в розвинених країнах,

many of which are sunny.

більшість з яких є сонячними.

So in places like that,

Тож у таких місцях

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

сонячна енергія вже дешевша та безпечніша за доступні альтернативи,

like kerosene.

такі як керосин.

For say, Finland or Seattle, though,

Хоча, скажімо, для Фінляндії чи Сіетлу,

effective solar energy may still be a little way off.

ефективна сонячна енергія може досі бути важко доступна.