How do solar panels work? - Richard Komp

Translator: Anh Vi Le Reviewer: TRAN HOANG

The Earth intercepts a lot of solar power:

Trái Đất nhận rất nhiều năng lượng mặt trời:

173 thousand terawatts.

173 nghìn terawatt

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

Gấp 10.000 lần năng lượng dân số toàn cầu sử dụng.

So is it possible that one day

Vậy liệu có hay không một ngày

the world could be completely reliant on solar energy?

thế giới này hoàn toàn sử dụng năng lượng mặt trời?

To answer that question,

Để trả lời câu hỏi này,

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

trước ta chúng ta cần tìm hiểu nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.

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

Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn gọi là Tế bào quang điện(TBQĐ)

The most common solar cells are made from silicon,

Loại TBQĐ thông dụng nhất được làm từ Silic,

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

là một chất bán dẫn và là nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái Đất.

In a solar cell,

Trong một TBQĐ,

crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

tinh thể Silic bị kẹp giữa hai lớp dẫn điện.

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

Mỗi nguyên tử Silic được kết nối với láng giềng bằng 4 liên kết mạnh,

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

giữ cho chúng cố định nên lúc này không có dòng điện

Here's the key:

Đây là điểm mấu chốt:

a silicon solar cell uses two different layers of silicon.

một TBQĐ sử dụng hai lớp Silic loại khác nhau

An n-type silicon has extra electrons,

Silic loại N có các electron dư thừa,

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

và loại P có các khoảng trống cho các electron dư thừa, gọi là lỗ trống

Where the two types of silicon meet,

Tại nơi tiếp xúc giữa hai loại Silic

electrons can wander across the p/n junction,

electron có thể di chuyển qua tiếp diện P/N

leaving a positive charge on one side

để lại tích điện dương ở một mặt

and creating negative charge on the other.

và tạo ra tích điện âm ở mặt còn lại.

You can think of light as the flow of tiny particles

Bạn có thể xem ánh sáng là một dòng các hạt nhỏ li ti

called photons,

gọi là các hạt photon

shooting out from the Sun.

bắn ra từ mặt trời.

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

Khi một trong các hạt này va đập vào TBQĐ với đủ năng lượng,

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

nó có thể đánh bật mọt electron khỏi liên kết để lại lỗ trống.

The negatively charged electron and location of the positively charged hole

Electron mang điện tích âm và lỗ trống mang điện tích dương

are now free to move around.

nay có thể tự do di chuyển.

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

Nhưng bởi vì trường điện từ tại tiếp diện P/N,

they'll only go one way.

chúng chỉ có thể đi theo 1 hướng.

The electron is drawn to the n-side,

Electron bị hút về mặt N,

while the hole is drawn to the p-side.

và lỗ trống bị hút về mặt P.

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

Các electron đi động được thu thập tại lá kim loại tại đỉnh TBQĐ.

From there, they flow through an external circuit,

Từ đây, chúng đi vào mạch tiêu thụ,

doing electrical work,

thực hiện chức năng điện,

like powering a lightbulb,

như là thắp sáng bóng đèn,

before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

trước khi quay trở về lá nhôm ở mặt sau.

Each silicon cell only puts out half a volt,

Mỗi TBQĐ chỉ có thể tạo ra một nửa Vôn,

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

nhưng bạn có thể mắc nối tiếp chúng để tạo ra hiệu điện thế cao hơn.

Twelve photovoltaic cells are enough to charge a cellphone,

12 TBQĐ là đủ để sạc 1 chiếc điện thoại,

while it takes many modules to power an entire house.

trong khi đó cần rất nhiều cái để cấp điện cho một căn nhà.

Electrons are the only moving parts in a solar cell,

Electron là thứ di chuyển duy nhất trong TBQĐ,

and they all go back where they came from.

và chúng đều quay về nơi xuất phát.

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

Chẳng có thứ gì hao mòn hay cạn kiệt,

so solar cells can last for decades.

nên TBQĐ có tuổi thọ tới hàng chục năm.

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

Vậy cái gì ngăn cản chúng ta đến với năng lượng mặt trời hóa toàn cầu?

There are political factors at play,

Có những nhân tố chính trị góp phần,

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

chưa đề cập đến các tập đoàn vận động hành lang duy trì hạn ngạch.

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

Nhưng bây giờ, hãy tập trung vào phân tích những thách thức về mặt vật lý và logic,

and the most obvious of those

và điều rõ ràng nhất trong số đó

is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

là quang năng phân bố không đồng đều trên bề mặt trái đất.

Some areas are sunnier than others.

Một số khu vực nắng hơn những khu vực khác.

It's also inconsistent.

Nó còn không ổn định.

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

Ít hoặc không có quang năng vào những ngày âm u hoặc ban đêm.

So a total reliance would require

Nên việc quang năng hóa đòi hỏi

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

một phương thức hiệu quả truyền tải điện năng từ nơi sáng tới nơi âm u,

and effective storage of energy.

và một sự lưu trữ điện hiệu quả.

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

Riêng hiệu năng của TBQĐ vốn đã là một thử thách.

If sunlight is reflected instead of absorbed,

Nếu như ánh sáng bị phản xạ thay vì hấp thụ,

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

hoặc các electron rơi trở lại vào lỗ trống trước khi đi vào mạch tiêu thụ,

that photon's energy is lost.

thì năng lượng photon bị mất mát.

The most efficient solar cell yet

TBQĐ hiệu năng cao nhất hiện nay

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

chỉ có thể chuyển đổi 46% quang năng thành điện năng,

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

và hầu hết thiết bị trên thị trường hiện nay hiệu năng chỉ có 15-20%.

In spite of these limitations,

Mặc cho những hạn chế đó,

it actually would be possible

thực tế hoàn toàn có thể

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

cấp năng lượng cho cả thế giới với công nghệ quang năng hiện nay.

We'd need the funding to build the infrastructure

Chúng ta cần ngân sách đê xây dựng cơ sở hạ tầng

and a good deal of space.

và một khoảng không gian lớn.

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

Ước tính cần khoảng hàng chục tới hàng trăm nghìn dặm vuông,

which seems like a lot,

nghe có vẻ rất nhiều,

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

nhưng riêng sa mạc Sahara có diện tích tới 3 triệu dặm vuông.

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper,

Trong khi đó, TBQĐ đang ngày càng tốt hơn, rẻ hơn,

and are competing with electricity from the grid.

và đang cạnh tranh với nguồn điện lưới.

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

Một phát kiến mới, như trang trại mặt trời, có thể thay đổi quang cảnh mặt đất.

Thought experiments aside,

Gác lại những thử nghiệm,

there's the fact that over a billion people

có một sự thật đó là hơn 1 tỷ người

don't have access to a reliable electric grid,

hiện chưa được sử dụng một nguồn điện lưới hiệu quả,

especially in developing countries,

đặc biệt là ở những nước đang phát triển,

many of which are sunny.

nhiều nước trong đó nắng nóng.

So in places like that,

Vậy nên tại những nơi như vậy,

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

năng lượng mặt trời vốn đã rẻ hơn và an toàn hơn nhiều so với các nguồn khác,

like kerosene.

như dầu mỏ.

For say, Finland or Seattle, though,

Dẫu rằng, với Phần Lan hoặc Seatle,

effective solar energy may still be a little way off.

năng lượng mặt trời hiệu quả xem ra còn khá xa vời.