Cum funcționează panourile solare? - Richard Komp

Vezi întreaga lecție: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

Pământul primește foarte multă energie solară: 173.000 de terawați. Asta însemnă de 10.000 de ori mai multă energie decât folosește întreaga planetă. E posibil, deci, ca într-o zi lumea să folosească numai energie solară? Richard Komp explică cum panourile solare transformă energia solară în energie electrică.

Lecție de Richard Komp, animație de Globizco.

Pământul captează foarte multă
energie solară:

173 de mii de terawați.

Asta înseamnă de 10 mii de ori mai multă
decât folosește populația Pământului.

Așadar, e posibil ca într-o zi

lumea să folosească numai energie solară?

Pentru a răspunde,

trebuie să vedem cum produc panourile
solare energie electrică.

Panourile solare sunt făcute
din unități mici numite celule solare.

Cele mai întâlnite celule solare
sunt făcute din silicon,

un semiconductor care e al doilea
cel mai răspândit element de pe Pământ.

Într-o celulă solară,

siliconul cristalin e pus
între două straturi conductive.

Fiecare atom de silicon e conectat
la vecinii săi cu patru legături puternice

care țin electronii pe loc astfel încât
să nu poată trece niciun curent electric.

Iată cum funcționează:

o celulă solară de silicon folosește
două straturi diferite de silicon.

Un silicon tip N are electroni în plus,

și un silicon tip P are spații
pentru electroni, numite găuri.

În locul în care cele două tipuri
de silicon se întâlnesc,

electronii pot trece prin joncțiunea P/N,

lăsând o încărcare pozitivă pe o parte

și creând o încărcare negativă
în cealaltă.

Te poți gândi la lumină
ca la niște mici particule zburătoare

numite fotoni,

propulsate din Soare.

Când unul din acești fotoni lovește
o celulă silicon cu destulă energie,

poate să scoată un electron
de la locul lui, lăsând un loc liber.

Electronul încărcat negativ și spațiul
electronului ce e încărcat pozitiv

sunt liberi să se miște.

Dar din cauza câmpului electric
al joncțiunii P/N,

vor merge într-un singur sens.

Electronul e atras spre partea N,

în timp ce spațiul liber spre partea P.

Electronii mobili sunt adunați
de un metal subțire din vârful celulei.

De acolo, merg într-un circuit exterior,

făcând muncă electrică,

ca de exemplu, alimentând un bec,

înainte de a se întoarce
printr-o folie de aluminiu prin spate.

Fiecare celulă de silicon
are capacitatea de jumătate de volt,

dar le poți cupla în module
pentru mai multă energie.

12 celule fotovoltaice sunt suficiente
pentru a alimenta un telefon mobil,

pe când e nevoie de mai multe module
pentru a alimenta o casă.

Electronii sunt singurul element
care se mișcă într-o celulă solară

și toți se întorc în locul
din care au plecat.

Nu e nimic care se uzează sau se pierde,

deci panourile solare
pot funcționa timp de decenii.

Dar ce ne oprește să ne bazăm
doar pe energia solară?

Sunt factori politici în joc,

ca să nu vorbim de afaceri care fac lobby
pentru a menține acest status quo.

Dar deocamdată să ne concentrăm
pe provocările fizice și logistice,

iar cel mai evident e faptul

că energia solară nu e distribuită
uniform pe întreaga planetă.

Unele zone sunt mai însorite decât altele.

E de asemenea inconstantă.

În zilele înnorate sau noaptea
e disponibilă mai puțină energie solară.

Un sistem solid are nevoie de un mod

eficient de a transporta electricitatea
din locurile însorite la cele înnorate

și de un mod eficient
de stocare a energiei.

Eficacitatea celulelor
e o provocare, de asemeni.

Dacă lumina e reflectată
în loc să fie absorbită,

sau dacă electronul dislocat cade înapoi
în gaură înainte să meargă prin circuit,

acea energie e pierdută.

Cele mai eficiente celule solare
în prezent

transformă doar 46% din energia solară
disponibilă în electricitate

și majoritatea sistemelor comerciale
au o eficiență de 15-20%.

În ciuda acestor limitări,

ar putea fi posibil

să alimentezi întreaga planetă
folosind tehnologia actuală.

Avem nevoie de fonduri
pentru a construi infrastructura

și de foarte mult spațiu.

Estimările aproximează între zeci
și sute de mii de km pătrați,

ceea ce pare destul de mult,

dar deșertul Sahara
are peste 4 milioane de km pătrați.

Între timp, panourile solare
devin mai bune și mai ieftine

și sunt competitive
cu electricitatea de la rețea.

Iar inovațiile precum fermele solare
plutitoare ar putea schimba peisajul.

Lăsând imaginația deoparte,

există peste un miliard de oameni

ce nu au acces la o rețea
electrică sigură,

în special în țările
în curs de dezvoltare,

dintre care majoritatea sunt însorite.

Deci în locurile acelea,

energia solară e deja mai ieftină
și mai sigură decât alternativele,

precum kerosenul.

Pe când pentru Finlanda sau Seattle,

energia solară nu e încă
destul de eficientă.