Kako rade solarni paneli? - Ričard Komp (Richard Komp)

Pogledajte celu lekciju na: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

Zemlja dobija mnogo solarne energije: 173 000 teravati. To je 10 000 puta više energije nego što stanovnici na planeti koriste. Dakle, da li je moguće da će se svet jednog dana u potpunosti oslanjati na solarnu energiju? Ričard Komp istražuje kako solarni paneli pretvaraju solarnu u električnu energiju.

Lekcija: Ričard Komp, animacija: Globizco.

Zemlja prima mnogo solarne energije:

173 hiljade teravati.

To je deset hiljada puta više energije
nego što stanovnici Zemlje koriste.

Pa, da li je moguće da će se jednog dana

svet u potpunosti oslanjati
na solarnu energiju?

Da bismo odgovorili na ovo pitanje,

prvo moramo ispitati kako solarni paneli
pretvaraju solarnu u električnu energiju.

Solarni paneli su napravljeni
od manjih jedinica - solarnih ćelija.

Najčešće su solarne ćelije
napravljene od silicijuma,

poluprovodnika koji je drugi najčešći
element u prirodi na Zemlji.

U solarnoj ćeliji,

kristalni silicijum se nalazi u sredini
između provodnih slojeva.

Svaki atom silicijuma je povezan
sa susednim preko četiri čvrste veze

koje drže elektrone na mestu,
tako da energija ne može da protiče.

Ključno je sledeće:

silicijumska solarna ćelija koristi
dva različita sloja silicijuma.

N-tip silicijuma ima višak elektrona,

a p-tip ima višak prostora za elektrone,
koji se nazivaju šupljine.

Na mestu gde se dva tipa
silicijuma spajaju,

elektroni mogu da lutaju
preko p/n veze,

ostavljajući pozitivno naelektrisanje
na jednoj strani,

i stvarajući negativno na drugoj.

Svetlost se može posmatrati
kao protok sitnih čestica zvanih fotoni,

koje šalje Sunce.

Kada jedan od fotona udari
u ćeliju silicijuma

dovoljnom količinom energije,

on može da pomeri elektron iz svoje veze,
ostavljajući prazan prostor.

Negativno naelektrisani elektron
i lokacija pozitivno naelektrisane rupe

tada slobodno mogu da se kreću.

Međutim, zbog električnog polja
u p/n vezi,

oni će se kretati
samo u samo jednom pravcu.

Elektron će otići na n-stranu,

a šupljina će se pomeriti na p-stranu.

Pokretni elektroni okupljaju se na
tankom metalnom kontaktu na vrhu ćelije.

Odatle, oni idu
u izlazno električno strujno kolo,

radeći svoj elektronski posao

kao što je napajanje sijalice,

pre povratka kroz provodni
aluminijumski lim sa zadnje strane.

Svaka silicijumska ćelija
daje energiju od svega pola volta,

ali se one mogu povezati u panele
da bi emitovale više energije.

Dvanaest fotovoltažnih ćelija
je dovoljno da se napuni telefon,

ali je potrebno mnogo više panela
da se cela kuća snadbeva energijom.

Elektroni su jedini pokretni elementi
u solarnoj ćeliji,

i svi se vraćaju nazad na početnu tačku.

Ne postoji ništa što se
može istrošiti ili potrošiti,

pa solarna ćelija može trajati decenijama.

Pa šta nas sprečava da se u potpunosti
oslonimo na solarnu energiju?

Politički faktori su u igri,

da ne spominjemo firme koje lobiraju
da se održava status kvo.

No, za sada, hajde da se skoncentrišemo
na fizičke i logističke izazove,

i najočigledniji od njih

je da je solarna energija
neravnomerno raspoređena po planeti.

Neka područja su više osunčana od drugih.

Takođe je nestalna.

Manje solarne energije je dostupno
oblačnim danima ili tokom noći.

Zato bi potpuno oslanjanje
na solarnu eneriju zahtevalo

efikasne načine dobavljanja elektriciteta
od osunčanih do oblačnih delova,

kao i efikasno skladištenje energije.

Efikasnost same ćelije je takođe izazov.

Ako se sunčeva svetlost odbija
umesto da se upije,

ili ako iseljeni elektroni upadnu
u šupljinu umesto da prolaze kroz kolo,

energija tog fotona je protraćena.

Čak i najefikasnija solarna ćelija za sada

konvertuje svega 46%
dostupne sunčeve svetlosti u elektricitet,

i većina komercijalnih sistema
trenutno je efikasno 15-20%.

Uprkos ovim ograničenjima,

bilo bi ipak moguće

da se ceo svet napaja energijom
uz sadašnju solarnu tehnologiju.

Bila bi nam potrebna finansijska sredstva
za građenje infrastrukture,

ali i podosta prostora.

Prema procenama,
veličina bi varirala od desetina,

do stotina hiljada kvadratnih kilometara,
što zvuči kao mnogo,

ali samo Sahara ima površinu
veću od 7,5 miliona kvadratnih kilometara.

U međuvremenu,
solarne ćelije postaju bolje, jeftinije,

i postaju ozbiljan konkurent
umreženoj električnoj energiji.

Osim toga, inovacije
kao što su plutajuće solarne farme

mogle bi u potpunosti izmeniti krajolik.

Misaone eksperimente na stranu,

činjenica je da više od milijardu ljudi

nema pristup pouzdanoj električnoj mreži,

pogotovo u zemljama u razvoju,

od kojih su mnoge dobro osunčane.

Dakle, na takvim mestima,
solarna energija

već sada je mnogo jeftinija i bezbednija
u odnosu na dostupne alternative,

kao što je kerozin.

Ipak, za Finsku ili Sijetl,

efikasna solarna energija
možda ipak neće biti tako brzo dostupna.