Jak fungují solární panely? - Richard Komp

Podívejte se na celou přednášku: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

Země zachycuje velké množství sluneční energie – 173 tisíc terawattů. To je desettisíckrát víc energie, než co veškerá populace této planety spotřebuje. Je tedy možné, aby jednou celý svět spoléhal pouze na sluneční energii? Richard Komp zkoumá, jak solární panely přeměňují sluneční energii na elektrickou.

Lekce Richard Komp, animace od Globizco.

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.