Země zachycuje velké množství sluneční energie –
173 tisíc terawattů.
To je desettisíckrát víc energie,
než spotřebuje veškerá populace této planety.
Je tedy možné, aby jednou
celý svět spoléhal pouze na sluneční energii?
K zodpovězení této otázky musíme nejdříve prozkoumat,
jak solární panely mění sluneční energii na elektrickou.
Solární panely jsou složeny z menších částí zvaných solární články.
Nejběžnější solární články jsou vyrobeny z křemíku,
polovodiče, který je druhým nejčastějším prvkem na Zemi.
V solárním článku
je křemík uložen mezi dvě vodivé vrstvy.
Každý atom křemíku se váže ke svým sousedům čtyřmi silnými vazbami,
což drží elektrony na místě, a tudíž nedovolí tok elektrického proudu.
Tady je ale řešení –
křemíkový solární článek má dvě různé vrstvy křemíku.
Křemík ve formě polovodiče typu N má elektrony navíc
a ve formě polovodiče typu P má místa pro elektrony – díry.
Když se tyto dva typy dají k sobě,
elektrony mohou putovat přes vzniklý PN přechod tak,
že vznikne pozitivní náboj na jedné straně
a záporný náboj na druhé.
O světlu můžete uvažovat jako o proudu drobných částic
zvaných fotony,
které vystřelují ze Slunce.
Když jeden z těchto fotonů zasáhne křemíkový článek s dostatečnou energií,
může vyrazit elektron z vazby, což zanechá díru.
Záporně nabitý elektron a místo kladně nabité díry
se nyní mohou volně pohybovat.
Nicméně kvůli elektrickému poli na PN přechodu
se mohou pohybovat jen jedním směrem.
Elektron je přitahován k polovodiči typu N,
kdežto díra je přitahována k polovodiči typu P.
Uvolněné elektrony se shromáždí v tenkých kovových vývodech na vrchu článku,
odkud putují skrz vnější obvod,
vykonají elektrickou práci, například rozsvítí žárovku,
a poté se vrátí zpět skrz vodivý hliníkový plát.
Každý křemíkový článek má napětí pouhého půl voltu,
ale je možné jich naskládat několik za sebou a získat větší napětí.
Dvanáct fotovoltaických článků stačí na nabíjení telefonu,
kdežto pro napájení celého domu je potřeba několik takto zapojených článků.
Elektrony jsou jediná pohybující se část v solárním článku
a putují vždy zpět, odkud se vzaly.
Nic se neopotřebovává ani nespotřebovává,
a tak mohou solární články vydržet i několik desetiletí.
Co nám tedy brání spoléhat pouze na solární energii?
Ve hře jsou politické faktory,
nemluvě o společnostech lobujících za zachování stávajícího pořádku věcí.
Soustřeďme se teď ale jen na fyzikální a logistické problémy.
Je zřejmé,
že solární energie není na naší planetě rovnoměrně rozprostřena.
Některá místa jsou slunečnější než jiná.
Slunce též nesvítí stále stejně.
Méně sluneční energie je dostupné, když je zamračeno nebo v noci.
Plně spoléhat na solární energii by tedy vyžadovalo najít efektivní způsoby,
jak dostat elektřinu ze slunečných míst do těch méně slunečných
a jak tuto energii skladovat.
Účinnost těchto článků je sama o sobě problémem.
Pokud se sluneční záření odrazí a neabsorbuje
nebo pokud se vyražený elektron vrátí zpět do díry bez projití obvodem,
energie takového fotonu je ztracena.
Doposud nejúčinnější solární článek
umí převést solární energii na elektřinu pouze ze 46 %
a většina komerčně dostupných systémů má jen 15-20procentní účinnost.
Přes tyto nedostatky by i tak bylo možné
napájet celý svět pomocí současných technologií.
Potřebovali bychom ale zafinancovat infrastrukturu
a mít spoustu prostoru.
Odhady se různí od desítek, přes stovky až po tisíce čtverečních kilometrů,
což se může zdát příliš,
ale jen Saharská poušť pokrývá skoro 8 milionů čtverečních kilometrů.
Přičemž solární články se vylepšují, zlevňují
a konkurují současným elektrickým sítím.
Inovace jako plovoucí solární farmy mohou pak zcela změnit vzhled krajiny.
Když dáme všechny teorie stranou,
je tu fakt, že více než miliarda lidí
nemá spolehlivý přístup k elektřině,
a to obzvlášť v rozvojových zemích,
z nichž mnohé mají dostatek slunce.
Na takovýchto místech
je solární energie už nyní mnohem levnější a bezpečnější než současné alternativy
jako například petrolej.
Musíme ale přiznat, že Finsko nebo Seattle
mají k efektivní solární elektřině ještě daleko.