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  • MAREN: Back in December of 2015,

    [フランス パリ]

  • parties to the United Nations

    2015年12月 国連の 気候変動枠組条約締約国会議が

  • Framework Convention on Climate Change

    ある同意にこぎ着けた

  • reached a landmark agreement.

    ほぼすべての国と言える195ヵ国が―

  • One hundred and ninety-five nations,

    公式に気候危機と闘うことを宣言

  • practically every country in the world,

    これが“パリ協定”よ

  • were going to officially fight against the climate crisis.

    この協定の目的は 地球の気温上昇をセ氏2度以内に抑えること

  • This is now known as the Paris Agreement.

    地球を気温上昇から救うには―

  • And the main goal of that treaty

    毎年 数十億トンの二酸化炭素の除去が必要よ

  • is to limit global temperature rise

    [番組ホスト マレン・ハンスバーガー]

  • to well below two degrees Celsius.

    そのため各国はネガティブエミッションや 低炭素化技術に投資

  • But in order to save the Earth from rising temperatures,

    インフラも強化している

  • we need to remove billions of metric tons of carbon

    この劇的な変化の中 太陽エネルギーは最先端

  • from our atmosphere every year.

    この地球上で最も豊富なエネルギー資源だからよ

  • To help accomplish this,

    ではソーラーパネルとは何か どんな仕組みになっているのか?

  • countries have been investing in negative emissions

    太陽電池セルから説明するわ

  • and low-carbon technologies,

    これが日光を変換する太陽電池セル

  • as well as adding infrastructure to support them.

    太陽電池セルは 単に“太陽電池”とも呼ばれ―

  • And solar energy is already at the forefront

    1つのセルは 切手より小さく 髪の毛より薄い

  • of this renewable revolution.

    1つの電池で 生成できるのは0.5ボルト

  • Why? Because the sun is the most abundant

    出力を増やすには セルをつなげて 太陽電池モジュールを作り―

  • energy resource we have on our planet.

    より大きなソーラーパネルを作る

  • But how much do you know about solar panels

    パネルの大きさや その原材料 利用できる日光の量に応じ―

  • and how exactly do they work?

    パネルの出力は変化する

  • Well, let's start with photovoltaic cells.

    パネルが生み出すエネルギー量は キロワット時で測定

  • These cells are what convert sunlight into electricity.

    1時間で100ワットを生成するなら―

  • A single photovoltaic cell, also called a solar cell,

    100ワット時または0.1キロワット時となる

  • can be smaller than a postage stamp

    モジュールやパネルをさらにつなげて 太陽電池アレイも作れる

  • and thinner than a human hair.

    太陽光発電住宅や宇宙船でも 使われている構造物よ

  • On its own, a solar cell can generate about half a volt.

    アレイを1ヵ所に集中させれば 太陽光発電都市さえ造れる

  • So, to increase this energy output,

    アレイで覆われた一帯を見たことはあるはず

  • you can combine these solar cells

    “ソーラーファーム”や “ソーラーパーク”と呼ばれる

  • to create solar modules

    最大規模は インドのパヴァガダ・ソーラーパーク

  • and even slightly-bigger solar panels.

    面積は53平方キロ以上で 2ギガワットの電気を生成できる

  • Depending on their size

    70万世帯の電気を供給できるの

  • and the materials they're made of,

    2018年末までに世界中の太陽電池の出力量は 480ギガワットを超え―

  • as well as the amount of sunlight that's available,

    風力に次ぐ 第2位の再生可能エネルギーとなってる

  • the power output of solar panels can vary.

    すでに豊富なエネルギー源ではあるけど 研究者によると2050年までには―

  • This output, or the amount of energy a panel produces,

    世界の太陽光発電量は 8,500ギガワットを超えるらしい

  • is measured in kilowatt-hours.

    パリ協定の削減目標を達成するのに 必要な技術拡張よ

  • So, if a panel generates 100 watts in one hour,

    いまだに太陽光発電が 世界に浸透していないのは―

  • that would be 100 watt-hours or 0.1 kilowatt-hours.

    技術に制限をもたらす3つの要素があるため

  • But you can combine modules and panels even further

    費用と効率性 そして信頼性

  • to create solar arrays.

    効率性とは 1枚のパネルが どの程度の太陽エネルギーを生成できるか

  • These structures are what are used to power homes

    費用については次のとおり

  • and even spacecraft.

    太陽電池の製造 配送 および設置コストに対して―

  • And if you gather enough solar arrays in one place,

    何ワットの電力を見返りとして生み出せるのか

  • you can even power cities.

    そして最後に 晴れでも曇りでも 太陽電池が発電しなければならない

  • You may have seen swaths of land

    思ったより難しいわ

  • covered in solar arrays.

    近年では技術が進み―

  • These are often called solar farms or solar parks.

    私たちのような一般人も 太陽光技術を利用できる

  • The largest solar park built to date

    ワールドソーラーチャレンジへの参加も可能

  • is the Pavagada Solar Park in India.

    太陽は光子というエネルギーを作るの

  • It spans over 53 square kilometers

    [スタンフォード コーリ・ブレンデル]

  • and can produce two gigawatts of electricity,

    この光子がアレイやパネルに当たり―

  • which is enough to power 700,000 households.

    発生した電子が太陽電池の バンドギャップ間を飛び移り

  • By the end of 2018,

    回路を流れる

  • the world's installed capacity of solar cells

    これが電子の流れ

  • reached over 480 gigawatts,

    現在 太陽電池に最もよく使われる 半導体物質が

  • representing the second largest

    シリコンよ

  • renewable electricity source after wind.

    結晶シリコンを詳しく見ていくと―

  • Now, this may seem like a lot of energy already,

    結晶した原子が結びつき 結晶格子ができている

  • but researchers are projecting that by 2050

    シリコンは原子内の負帯電粒子で結びついてるの

  • the world's solar cell capacity

    この粒子がシリコンを完全に結びつけ―

  • could reach over 8,500 gigawatts.

    格子の構造を生み出している

  • This is the kind of expansion we need

    太陽電池内にシリコンの層は2つ

  • to reach the carbon-cutting goals

    n型には負の電荷が集まり―

  • of the Paris Agreement.

    もう一方のp型には正の負荷が集まる

  • The big reason why photovoltaic cells

    エネルギーを生むには両方の電荷が必要となる

  • haven't taken over the world yet

    そのためには シリコンに他の要素を加えることで―

  • is because the technology is still limited

    余分な電子を生むか 電子で満たす穴を作らないといけない

  • by three important factors.

    負の電荷は シリコン層にリンを混ぜると発生する

  • Cost, efficiency and reliability.

    これで余分な電子ができ 格子内を自由に移れるようになる

  • Efficiency basically just means

    正の負荷は p層にホウ素を混ぜることで発生し―

  • how well a solar panel is able

    “ホール”を生み出す

  • to convert sunlight into electricity,

    2つの層の境界はpn接合といい―

  • and cost can be defined by, well,

    この付近は空乏層と呼ばれている

  • how much goes into making a solar cell

    次は楽しい話よ

  • like materials, manufacturing,

    太陽光がこれらの層に当たると 光子のエネルギーが電子を分解

  • distribution, installation,

    各層に逆の電荷がかかり―

  • relative to how much wattage is generated

    電子がn層からp層へ移動して ホールを満たすためよ

  • in return for that investment.

    電子はセルの間に電位差を生み出す

  • And lastly, we have to make sure a solar cell

    そこで電気回路を追加すると 電子はその中を移動し―

  • can generate power on sunny and cloudy days,

    デバイスに電力を与えてp層へ行き着く

  • which is tougher than you might think.

    太陽電池が どうやって太陽光を 電気に変えるかの説明は以上よ

  • In recent years, advances to solar energy technology

    通常の結晶シリコン型太陽電池は―

  • have helped it become more accessible

    日光量の18~22%しか電気に変えられない

  • to the average person like you and me,

    明らかに足りない

  • and to the teams taking part in the World Solar Challenge.

    より多くの対象へ電力を供給するには 効率性を上げる必要がある

  • So, basically, the sun provides energy

    ワールドソーラーチャレンジでは―

  • in the form of photons.

    そのための先進的な材料を使用している

  • And when those photons will hit your solar ray

    通常の太陽電池はシリコン製であり

  • when it hits your solar cells,

    [デレク・ミューラー]

  • the photons excite electrons

    この車はシリコンパネルで覆われている

  • and those will jump across the band gap

    最大で4平方メートルまで使える

  • inside your solar cell

    ただ 最近の車は 動力源を切り替えている

  • and they'll basically flow through your circuit.

    GaAs太陽電池という 大変 効率的なものだ

  • So, you get this flow of electrons.

    ガリウムヒ素は半導体の材料で―

  • Today, the most popular semiconducting material

    ガリウムとヒ素でできている

  • used in solar cells is silicon.

    単一の電池としての効率性では GaAs太陽電池が世界一で―

  • Diving in even deeper,

    そのエネルギー変換率は約28.8%

  • we'll see that crystalline silicon cells

    では なぜ広く使われていないのか?

  • are made of silicon atoms connected to one another

    ガリウムヒ素のウェハは シリコンウェハより費用が高いの

  • to form a crystal lattice.

    ガリウムヒ素のアレイは3.56平方メートル

  • Silicon bonds are made of electrons,

    これにかかる費用は約10万ドル

  • the negatively-charged particles in an atom.

    4平方メートル分をカバーする必要がある

  • These electrons allow it to perfectly bond

    シリコン製なら3,000ドルで より広い面積をカバーできる

  • to its silicon neighbors,

    コストが安く 効率性に優れた太陽電池を―

  • creating this perfectly organized

    研究者は今も考え続けている

  • lattice structure.

    ワールドソーラーチャレンジは―

  • In a solar cell,

    太陽エネルギーの可能性を探り続けていく

  • there are two layers of silicon.

    ソーラーパネルや太陽光発電が理解できたら―

  • One layer, n-type, has a negative charge,

    レースカーへの太陽光技術の応用を見てね

  • and the other layer, p-type, has a positive charge.

  • Now, each charge needs to be enhanced

  • to create the energy we're looking for.

  • And to do that, researchers will dope

  • or add other elements to the silicon material,

  • giving it extra electrons,

  • or creating empty holes for electrons to fill.

  • The negative charge is usually achieved

  • by mixing the layer of silicon with phosphorus.

  • This adds extra electrons to the mix,

  • allowing more electrons

  • to roam freely in the lattice.

  • A positive charge for that p-layer

  • is achieved by doping that layer with boron,

  • causing those spaces called holes.

  • The boundary between the two layers

  • is called the p-n junction,

  • while the area around it

  • is known as the depletion region.

  • So, now for the fun part.

  • When light from the sun hits those layers,

  • the energy from the photons knocks electrons loose.

  • Because the layers are oppositely charged,

  • the electrons want to travel

  • from the n-type layer to the p-type layer

  • to fill its empty holes.

  • The electrons create a voltage difference

  • between either end of the cell.

  • So, by adding an electric circuit to one end,

  • the electrons can travel through that circuit,

  • powering devices along their way

  • and end up in the p-type layer.

  • [EXHALES] Okay, we did it.

  • We made it through the molecular explanation

  • of how solar cells convert sunlight into electricity.

  • But typical crystalline silicon PV cells

  • only convert 18 to 22% of sunlight

  • into electricity.

  • And that's clearly not enough.

  • We want solar cells to be as efficient as possible

  • so they can power as many things as possible.

  • And the teams competing in the World Solar Challenge

  • are already using an advanced material to do so.

  • The typical material to make solar cells out of is silicon,

  • and this is a car covered in silicon panels.

  • They're allowed up to four square meters.

  • But recently a lot of cars air switching over

  • to a different material, gallium-arsenide cells,

  • and they're significantly more efficient.

  • Gallium-arsenide is a semi-conducting material

  • made from the elements gallium and arsenic.

  • Gallium-arsenide solar cells

  • now hold the world efficiency record

  • for a single junction solar cell,

  • with a conversion rate of just around 28.8%.

  • So what's stopping us from using that in everything?

  • Well, making a wafer of gallium-arsenide

  • is considerably more expensive than making a silicon wafer.

  • The size of the gallium-arsenide array

  • was 3.56 square meters,

  • and to cover that size array, you need about 100 grand,

  • um, to cover the same amount of area,

  • actually to cover about four square meters.

  • So even a larger area of silicon,

  • you'll need about 3 grand,

  • so there's a huge price difference.

  • So researchers are still trying to find that perfect solar cell

  • that is both cost effective and full efficiency.

  • Innovations like those used in the World Solar Challenge

  • are going to continue to push the boundaries

  • of renewable solar technology.

  • And now that you have a solid grasp

  • on how solar panels and photovoltaics work,

  • let's take a closer look at how we can apply

  • all of this solar tech to a race car.

MAREN: Back in December of 2015,

[フランス パリ]

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