زمین در معرض مقدار زیاد انرژی خورشیدی است:
۱۷۳ هزار تراوات.
این مقدرا ۱۰ هزار برابر میزان مصرف انرژی مردم زمین است.
پس آیا ممکن است روزی
جهان تنها وابسته به انرژی خورشیدی باشد؟
برای پاسخ به این سؤال،
لازم است تا ابتدا، فرآیند تبدیل انرژی توسط پنلهای خورشیدی را بدانیم.
پنلهای خورشیدی از اجزای کوچکتری به نام سلولهای خورشیدی ساخته شدهاند.
معمول ترینِ سلولهای خورشیدی از سیلیکون میباشند،
یک شبه رسانا که دومین عنصر فراوان روی کره زمین است.
در یک سلول خورشیدی،
فرم کریستالی سیلیکون بین لایههای رسانا فشرده میشود.
هر اتم سیلیکون به همسایه خود با چهار اتصال قوی وصل است،
که الکترونها را در جای خود نگاه داشته و هیچ جریانی برقرار نمیشود.
کلید ماجرا اینجاست:
سلول سیلیکونی خورشیدی از دو لایه متفاوت سیلیکونی استفاده میکند.
سیلیکون نوع n دارای الکترونهای اضافی است،
و سیلیکون نوع p دارای فضای اضافی برای الکترونهاست که حفره نامیده میشود.
جایی که دو نوع از سیلیکون به هم میرسند،
الکترونها میتوانند در اتصال P به n حرکت کنند،
در یک سمت بار مثبت ایجاد کرده
و سمت دیگر را منفی کنند.
شما میتوانید به نور مانند جریان ذرات ریز نگاه کنید
که فوتون نامیده میشوند،
و از خورشید به دست میآیند.
وقتی یکی از فوتونها به سلول سیلیکونی با انرژی کافی برخورد کند،
میتواند الکترون را از اتصال خود خارج سازد، و حفرهای بجا بگذارد.
الکترون بار منفی و موقعیت حفره بار مثبت
آزادانه میتوانند حرکت کنند.
اما به خاطر میدان الکتریکی در اتصال p به n،
آنها فقط در یک جهت میٰروند،
الکترون به سمت n کشیده میشود،
درحالیکه حفره به سمت p کشیده میشود.
الکترونهای متحرک توسط زبانههای فلزی نازک در بالای سلول جمع میشوند.
از آنجا، از طریق مداری خارجی جریان مییابند،
تا کار الکتریکی انجام دهند،
مثل روشن نمودن لامپ،
قبل از آنکه از طریق ورقهای رسانای آلومینیوم پشتی به جای خود برگردند.
هر سلول سیلیکونی تنها نیم ولت منتقل میکند،
اما میتوان آنها را در یک ماژول باهم سری نمود تا توان بیشتری بدست آید.
۱۲ سلول فتوولتاییک برای شارژ گوشی موبایل کافی است،
در حالی که ماژولهای زیادی برای تأمین کل انرژی خانه لازم است.
الکترونها تنها اجزای متحرک در سلول خورشیدی هستند،
و به جایی باز میگردند که از آن آمدهاند.
چیزی نیست که از بین برود یا مصرف شود،
پس سلولهای خورشیدی میتوانند برای دههها بمانند.
پس چه چیزی مانع این است تا ما کاملاً به انرژی خورشیدی وابسته شویم؟
عوامل سیاسی در اینجا وجود دارد،
به علاوه کسب و کارهایی وجود دارد که برای حفظ وضعیت وجود لابی میکنند.
اما الآن، بگذارید فقط به چالشهای فیزیکی و آمادهسازی بپردازیم،
و واضحترین آنها
این است که توزیع انرژی خورشیدی در سیاره زمین یکنواخت نیست.
برخی نقاط آفتابیتر از نقاط دیگر است.
همچنین منظم و پیوسته نیست.
انرژی خورشیدی کمتری در روزهای ابری و شبها وجود دارد.
بنابراین وابستگی کامل نیازمند
روشهای پربازدهای برای گرفتن الکتریسیته از نقاط آفتابی یا حتی ابری،
و همچنین ذخبره مناسب آن است.
بازده یک سلول نیز خود مسألهای دیگر است.
اگر نور به جای جذب بازتاب شود،
یا اگر الکترونهای جدا شده بدون عبور از مدار به حفره بازگردند،
انرژی آن فوتون از بین میرود.
کاراترین سلول خورشیدی موجود
تنها میتواند ۴۶ درصد از انرژی تابش را به الکتریسیته تبدیل کند،
و سیستمهای معمول تجاری نیز بازدهای بین ۱۵ تا ۲۰ درصد دارند.
با وجود این محدودیتها،
عملاً ممکن است
تا انرژی تمام دنیا را از طریق فناوری امروز خورشیدی تأمین کنیم.
ما نیاز به سرمایهگذاری جهت ایجاد زیرساختها
در فضایی بزرگ داریم.
تخمینهایی از دهها و بلکه صدها هزار کیلومترمربع وجود دارد،
که به نظر میرسد خیلی زیاد است،
اما مساحت بیابان «ساهارا» به تنهایی بیش از ۷ میلیون کیلومتر مربع است.
در عین حال، سلولهای خورشیدی بهتر، ارزانتر شده
و رقیبی برای برق شبکهها میشوند.
و ابداعاتی مثل زمینهای خورشیدی شناور، میتوانند مسأله کمبود فضا را کلاً حل کنند.
گذشته از آزمایشهای نظری،
حقیقتی هست که بیش از یک میلیارد انسان
دسترسی به شبکه برق رسانی مطمئنی ندارند،
به خصوص در کشورهای درحال توسعه،
که بسیاری از آنها آفتابی هستند.
پس در این مکانها،
انرژی خورسیدی گزینه بسیار ارزان و مطمئنی نسبت به سایر موارد،
مثل نفت سفید است.
برای مثال، فنلاند یا سیاتل در آمریکا،
با این وجود، انرژی خورشیدی پربازده اندکی دور از ذهن است.