Солнце ежедневно заливает Землю колоссальным количеством энергии. Если точнее — 173 000 тераватт. Это в 10 000 раз больше, чем мы потребляем сейчас.
Кажется, вот оно — решение всех энергетических проблем человечества. Но реально ли, что однажды мы полностью перейдём на солнечную энергию?
Чтобы ответить на этот вопрос, давай сначала разберёмся, как вообще работают солнечные панели.
Как из света получается электричество?
Основа любой солнечной панели — солнечные элементы. Чаще всего они сделаны из кремния, который отлично проводит электричество при определённых условиях.
Внутри элемента кристаллы кремния расположены между двумя проводящими слоями. В обычном состоянии электроны в этих кристаллах надёжно зафиксированы, и ток через них течь не может. Но здесь вступает в игру хитрость.
В солнечном элементе используют два типа кремния. N-тип содержит лишние электроны, а P-тип, наоборот, их недостаёт. Там, где они соединяются, электроны начинают перемещаться, образуя электрическое поле.
Теперь представь, что солнечный свет — это поток мельчайших частиц, фотонов, которые летят из космоса. Когда один из них сталкивается с кремниевым атомом, он выбивает из него электрон, оставляя после себя пустое место — так называемую "дырку".
Вот тут начинается магия. Освободившийся электрон стремится к N-стороне, а дырка — к P-стороне. Благодаря этому движению создаётся ток. Электроны собираются в металлических контактах, проходят через внешнюю цепь (например, питая лампочку), а затем возвращаются назад.
Каждый солнечный элемент даёт всего полвольта, но их можно соединять в модули, увеличивая мощность. 12 элементов хватит, чтобы зарядить телефон, а вот для дома уже потребуется целая батарея.
И что особенно круто, в солнечной панели нет движущихся частей. Ничего не крутится, не трётся и не изнашивается. Электроны просто гуляют по кругу, а батарея может служить десятилетиями.
Почему до сих пор не перешли на 100% солнечную энергию?
Всё это звучит великолепно. Так почему же мир всё ещё зависит от нефти, газа и угля?
Политика, экономика, влияние корпораций — это, конечно, отдельная история. Но есть и чисто технические препятствия.
Первое — солнце светит не везде одинаково. В одних местах его много, в других — недостаточно. А ещё бывают облака, ночи и зимы, когда солнечные панели бесполезны. Значит, нужна система, которая будет хранить энергию и перераспределять её.
Второе — КПД солнечных панелей далёк от 100%. Если луч просто отразился или электрон вернулся в исходное положение, не пройдя через цепь, энергия теряется. Сегодняшние технологии позволяют преобразовывать максимум 46% солнечного света в электричество, а обычные коммерческие панели работают в диапазоне 15-20%.
Но всё-таки — возможно ли это?
Да, вполне реально, и даже с нынешними технологиями.
Конечно, для этого потребуются финансирование и инфраструктура, но технически мы уже можем это сделать. Чтобы покрыть потребности всей планеты, потребуется несколько сотен тысяч квадратных километров солнечных станций. Это кажется невероятно много, но сравним: одна только Сахара — 3 миллиона квадратных километров.
К тому же солнечные батареи становятся дешевле и эффективнее. Они уже начинают конкурировать с традиционной электроэнергией. А новые решения, вроде плавающих солнечных ферм, могут вообще изменить правила игры.
Но даже если не заглядывать так далеко, солнечная энергия уже спасает миллионы жизней. Более миллиарда людей не имеют доступа к стабильному электричеству, особенно в развивающихся странах, где много солнца и мало инфраструктуры.
Для них солнечная энергия уже не будущее, а настоящее. Дешевле, доступнее, экологичнее.
А вот в Финляндии или Сиэтле, где длинные зимы и редкое солнце, переход на 100% солнечную энергию, возможно, ещё немного задержится.
Оставь себе дорогу к знаниям – подпишись!
Один клик – и самые интересные статьи у тебя под рукой. А если поддержишь нас лайком и комментарием – канал станет еще круче, а публикации еще качественнее!
Материал основан на идеях TED-Ed, но не является их дословным переводом.