0:00

4:59

How do solar panels work? - Richard Komp

TED-Ed·4:59·Technology·B2

Chương · 4

Chương 1·The Promise and Structure of Solar Cells

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:00

Music

[Âm nhạc]

0:00

The Earth intercepts a lot of solar power.

Trái đất tiếp nhận một lượng lớn năng lượng mặt trời.

0:04

173,000 terawatts.

173.000 terawatt.

0:06

That's 10,000 times more power than the planet's population uses.

Con số đó gấp 10.000 lần lượng điện năng mà toàn bộ dân số hành tinh sử dụng.

0:11

So, is it possible that one day the world could be completely reliant on solar energy?

Vậy liệu có khả thi khi một ngày nào đó thế giới có thể hoàn toàn phụ thuộc vào năng lượng mặt trời?

0:20

To answer that question, we first need to examine how solar panels convert solar energy to electrical energy.

Để trả lời câu hỏi đó, trước hết chúng ta cần tìm hiểu cách các tấm pin mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.

0:30

Solar panels are made up of smaller units called solar cells.

Các tấm pin mặt trời được cấu tạo từ những đơn vị nhỏ hơn gọi là tế bào quang điện.

0:36

The most common solar cells are made from silicon, a semiconductor that is the second most abundant element on Earth.

Các tế bào quang điện phổ biến nhất được làm từ silicon, một chất bán dẫn và là nguyên tố dồi dào thứ hai trên Trái đất.

0:44

In a solar cell, crystalline silicon is sandwiched between conductive layers.

Trong một tế bào quang điện, silicon tinh thể được kẹp giữa các lớp dẫn điện.

0:49

Each silicon atom is connected to its neighbors by four strong bonds which keep the electrons in place so no current can flow.

Mỗi nguyên tử silicon được liên kết với các nguyên tử lân cận bằng bốn liên kết bền vững giúp giữ các electron tại chỗ để không có dòng điện nào có thể chạy qua.

0:58

Here's the key.

Đây chính là điểm then chốt.

1:00

A silicon solar cell uses two different

Một tế bào quang điện silicon sử dụng hai loại

1:03

layers of silicon.

lớp silicon khác nhau.

1:04

An N-type silicon has extra electrons and P-type silicon has extra spaces for electrons called holes.

Silicon loại N có thừa các electron và silicon loại P có thêm các khoảng trống cho electron gọi là lỗ trống.

1:12

Where the two types of silicon meet, electrons can wander across the PN junction, leaving a positive charge on one side and creating negative charge on the other.

Tại nơi hai loại silicon tiếp xúc, các electron có thể di chuyển qua lớp chuyển tiếp PN, để lại điện tích dương ở một bên và tạo ra điện tích âm ở bên còn lại.

1:23

You can think of light as the flow of tiny particles called photons shooting out from the sun.

Bạn có thể hình dung ánh sáng như dòng chảy của các hạt siêu nhỏ gọi là photon phóng ra từ mặt trời.

1:30

When one of these photons strikes the silicon cell with enough energy, it can knock an electron from its bond, leaving a hole.

Khi một trong những photon này va chạm vào tế bào silicon với đủ năng lượng, nó có thể đánh bật một electron ra khỏi liên kết, để lại một lỗ trống.

1:39

The negatively charged electron and location of the positively charged hole are now free to move around.

Electron mang điện tích âm và vị trí của lỗ trống mang điện tích dương lúc này có thể tự do di chuyển.

1:45

But because of the electric field at the PN junction, they'll only go one way.

Nhưng do ảnh hưởng của điện trường tại lớp chuyển tiếp PN, chúng sẽ chỉ di chuyển theo một chiều duy nhất.

1:50

The electron is drawn to the N side while the hole is drawn to the P side.

Electron bị hút về phía bán dẫn N trong khi lỗ trống bị hút về phía bán dẫn P.

1:56

The mobile electrons are collected by thin metal fingers at the top of the cell.

Các electron chuyển động được thu gom bởi những thanh kim loại mỏng dạng ngón tay ở phía trên cùng của tế bào.

2:02

From there, they flow through an external circuit, doing electrical work like powering a light bulb before returning through the conductive aluminum sheet on the back.

Từ đó, chúng chạy qua một mạch điện bên ngoài, sinh công điện như thắp sáng một bóng đèn trước khi quay trở lại qua tấm nhôm dẫn điện ở mặt sau.

2:11

Each silicon cell only puts out half a volt, but you can string them together in modules to get more power.

Mỗi tế bào silicon chỉ tạo ra điện áp nửa vôn, nhưng bạn có thể ghép nối chúng lại với nhau thành các mô-đun để thu được nhiều năng lượng hơn.

2:18

12 photovoltaic cells are enough to charge a cell phone, while it takes many modules to power an entire

12 tế bào quang điện là đủ để sạc một chiếc điện thoại di động, trong khi cần rất nhiều mô-đun để cấp điện cho cả một

2:25

house.

ngôi nhà.

2:25

Electrons are the only moving parts in a solar cell, and they all go back where they came from.

Electron là những bộ phận chuyển động duy nhất trong tế bào quang điện, và tất cả chúng đều quay trở lại nơi xuất phát.

2:32

There's nothing to get worn out or used up, so solar cells can last for decades.

Không có gì bị hao mòn hay cạn kiệt, vì vậy các tế bào quang điện có thể hoạt động bền bỉ suốt nhiều thập kỷ.

2:38

So, what's stopping us from being completely reliant on solar power?

Vậy điều gì đang ngăn cản chúng ta phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng mặt trời?

2:43

There are political factors at play, not to mention businesses that lobby to maintain the status quo.

Có những yếu tố chính trị tác động, chưa kể đến các doanh nghiệp vận động hành lang nhằm duy trì hiện trạng sẵn có.

2:49

But for now, let's focus on the physical and logistical challenges.

Nhưng hiện tại, hãy tập trung vào các thách thức mang tính vật lý và hậu cần.

2:53

And the most obvious of those is that solar energy is unevenly distributed across the planet.

Và điều rõ ràng nhất trong số đó là năng lượng mặt trời được phân bố không đồng đều trên khắp hành tinh.

2:59

Some areas are sunnier than others.

Một số khu vực có nhiều ánh nắng hơn những nơi khác.

3:01

It's also inconsistent.

Nguồn năng lượng này cũng không ổn định.

3:03

Less solar energy is available on cloudy days or at night.

Lượng năng lượng mặt trời thu được sẽ ít hơn vào những ngày nhiều mây hoặc vào ban đêm.

3:08

So, a total reliance would require efficient ways to get electricity from sunny spots to cloudy ones and effective storage of energy.

Do đó, sự phụ thuộc hoàn toàn sẽ đòi hỏi những phương thức hiệu quả để truyền tải điện từ những nơi nhiều nắng đến những vùng nhiều mây và việc lưu trữ năng lượng hữu hiệu.

3:16

The efficiency of the cell itself is a challenge too.

Hiệu suất của bản thân tế bào quang điện cũng là một thách thức.

3:21

If sunlight is reflected instead of absorbed, or if dislodged electrons fall back into a hole before going through the circuit, that photon's energy is lost.

Nếu ánh sáng mặt trời bị phản xạ thay vì được hấp thụ, hoặc nếu các electron bị đánh bật rơi trở lại vào một lỗ trống trước khi đi qua mạch điện, thì năng lượng của photon đó sẽ bị mất đi.

3:31

The most efficient solar cell yet

Tế bào quang điện hiệu quả nhất hiện nay

3:34

still only converts 46% of the available sunlight to electricity, and most commercial systems are currently 15 to 20% efficient.

vẫn chỉ chuyển đổi được 46% ánh sáng mặt trời sẵn có thành điện năng, và hầu hết các hệ thống thương mại hiện nay đạt hiệu suất từ 15 đến 20%.

3:41

In spite of these limitations, it actually would be possible to power the entire world with today's solar technology.

Bất chấp những hạn chế này, trên thực tế chúng ta hoàn toàn có thể cấp điện cho toàn thế giới bằng công nghệ năng lượng mặt trời ngày nay.

3:49

We'd need the funding to build the infrastructure and a good deal of space.

Chúng ta sẽ cần nguồn kinh phí để xây dựng cơ sở hạ tầng và một diện tích không gian đáng kể.

3:54

Estimates range from tens to hundreds of thousands of

Các ước tính dao động từ hàng chục đến hàng trăm nghìn

3:58

square miles, which seems like a lot, but the Sahara Desert alone is over 3 million square miles in area.

dặm vuông, con số nghe có vẻ rất lớn, nhưng chỉ riêng sa mạc Sahara đã có diện tích hơn 3 triệu dặm vuông.

4:06

Meanwhile, solar cells are getting better, cheaper, and are competing with electricity from the grid.

Trong khi đó, các tế bào quang điện ngày càng tốt hơn, rẻ hơn và đang cạnh tranh trực tiếp với nguồn điện từ lưới điện quốc gia.

4:12

And innovations like floating solar farms may change the landscape entirely.

Và những đổi mới sáng tạo như các trang trại điện mặt trời nổi có thể thay đổi hoàn toàn diện mạo ngành năng lượng.

4:17

Thought experiments aside, there's the fact that over a billion people don't have access to a reliable

Tạm gác lại các thí nghiệm tưởng tượng, có một thực tế là hơn một tỷ người hiện không được tiếp cận với một

4:24

electric grid, especially in developing countries, many of which are sunny.

mạng lưới điện đáng tin cậy, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, nơi phần lớn có nhiều ánh nắng mặt trời.

4:28

So in places like that, solar energy is already much cheaper and safer than available alternatives like kerosene.

Vì vậy, ở những nơi như thế, năng lượng mặt trời đã rẻ hơn và an toàn hơn nhiều so với các giải pháp thay thế sẵn có như dầu hỏa.

4:36

For say Finland or Seattle though, effective solar energy may still be a little way off.

Tuy nhiên, đối với những nơi như Phần Lan hay Seattle, năng lượng mặt trời đạt hiệu quả cao có lẽ vẫn còn là một chặng đường dài phía trước.

4:51

Music

[Âm nhạc]

Transcript

Hiển thị

The Promise and Structure of Solar Cells

Earth intercepts an enormous amount of solar radiation capable of exceeding human energy consumption thousands of times over. Solar panels capture this energy using solar cells made from silicon, an abundant semiconductor. Within each cell, crystalline silicon is organized into conductive layers and divided into N-type and P-type configurations to facilitate charge separation.

Trái đất tiếp nhận một lượng bức xạ mặt trời khổng lồ, vượt xa mức tiêu thụ năng lượng của con người hàng nghìn lần. Các tấm pin mặt trời thu giữ nguồn năng lượng này nhờ các tế bào quang điện làm từ silicon, một chất bán dẫn dồi dào. Bên trong mỗi tế bào, silicon tinh thể được sắp xếp giữa các lớp dẫn điện và phân chia thành cấu trúc loại N và loại P nhằm tạo điều kiện cho sự phân tách điện tích.