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太阳能电池板是怎样工作的? - Richard Komp

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    地球接收了很多太阳能：
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    173000太瓦。
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    这一数字是地球上人类
    所使用能源总和的一万倍。
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    那么有没有可能有一天
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    我们的世界会完全依赖太阳能？
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    为了回答这一问题，
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    首先我们需要明白太阳能板
    是怎样将太阳能转化为电能的。
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    太阳能板由更小的单位构成，
    称为太阳能电池。
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    最常见的太阳能电池原料是硅。
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    硅是一种半导体，
    也是地球上储量第二的物质。
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    在一个太阳能电池单元里，
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    晶体硅像是三明治夹心一样
    被夹在两个导电层之间。
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    每个硅原子通过四个强键
    和其他硅原子连接，
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    能够固定电子，
    因此不会产生电流。
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    工作原理如下：
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    一个硅太阳能电池
    有着两个不同的硅层。
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    包括一层有着额外电子的n型硅层，
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    和拥有能存储额外电子的空隙的
    p型硅层。
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    在两种硅层交界处
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    电子可以在p-n的连接处移动，
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    在一个硅层上产生正电荷，
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    在另一个硅层上产生负电荷。
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    你可以把光线想象成从太阳发射出的
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    由微小的
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    光子构成的粒子束。
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    当其中一些光子带着足够的能量
    撞击太阳能电池时，
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    它可以将一个电子撞离束缚它的强键，
    形成空隙。
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    带有负电荷的电子
    和带有正电荷的空隙
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    现在可以自由移动了。
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    但是由于p型和n型硅层
    交界处存在电场，
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    它们只会向一个方向移动。
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    电子被吸引至n型硅层处，
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    空隙则跑到p型硅层处。
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    这些自由电子被太阳能电池
    顶部的细小金属导体收集。
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    从那里开始，它们留过一个外部电路，
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    以电流的形式做功，
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    比如点亮一盏电灯，
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    然后从背面的铝制
    导体薄片返回。
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    每个硅太阳能电池只能产生
    半伏特的电压，
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    但你可以将它们组装成模块
    来获得更多的能量。
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    十二个光电太阳能电池
    可以为手机充电，
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    但是为一个房间提供电能
    需要许多太阳能板。
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    电子是太阳能电池中
    唯一的移动单元，
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    而且它们工作后会沿原路返回。
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    没有组件会遭受磨损和损伤，
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    因此太阳能电池可以使用几十年。
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    那么是什么限制了我们
    完全依赖太阳能提供能源呢？
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    这里有着政治因素在起作用，
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    更不要说商人为了维持利润现状
    而四处游说（反对使用太阳能）。
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    但现在，我们只研究物理和
    后勤方面的障碍，
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    其中最主要的原因是
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    太阳能不是均匀地分布在
    这颗星球上的。
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    其中一些地区比其他地区更晴朗。
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    而且阳光也不是持续性的。
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    在多云天气或是晚上
    太阳能供给量就会下降。
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    所以对太阳能的完全依赖
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    需要依赖从晴朗地区将电能转移
    到多云地区的快捷方法，
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    以及有效的能量储蓄技术。
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    太阳能电池本身的效率
    也是一大障碍。
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    如果阳光被反射而不是被吸收，
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    或是失去束缚的电子在进入电路前
    掉进了空隙中，
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    这时光子的能量就损失掉了。
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    迄今为止最高效的太阳能电池
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    也只能将阳光能量的46%
    转化为电能，
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    而目前大多数商业化的太阳能系统
    只有15-20%的转化效率。
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    即使面临着这些障碍，
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    使用现如今的太阳能技术
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    为全世界提供能量依然是可行的。
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    我们只需要制造设施的资金
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    和足够的空间。
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    估计需要几万
    至几十万平方英里的土地，
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    这看起来很多，
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    但光是撒哈拉沙漠
    就有三百万平方英里的土地。
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    与此同时，太阳能电池正
    变得越来越高效，经济，
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    而且正和输电网进行竞争。
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    像水上太阳能农场之类的创新设计
    可能会完全改变当今的（能源）格局。
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    这不是异想天开，
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    事实上超过十亿民众
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    还没有可靠的输电网供给，
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    尤其是在发展中国家，
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    其中许多国家阳光很充足。
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    因此在这些地方，
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    太阳能比起煤油等其它能源来说已经
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    十分经济和安全了。
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    但至于芬兰和西雅图
    （这些阴雨连绵的地方），
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    有效的太阳能应用
    可能还有很长的路要走。
Title:
太阳能电池板是怎样工作的? - Richard Komp
Description:

查看完整课程: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

地球拦截了许多太阳能：173000太瓦。这是全世界人类使用能源的10000倍。那么会不会有一天全世界要完全依赖太阳能呢？Richard Komp解释了太阳能电池板将太阳能转化为电能的工作原理。

本视频由Richard Komp授课，Globizco负责动画制作。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:59

Chinese, Simplified subtitles

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