Napelemek működése

Napelemek fizikája

A földön rendelkezésre álló energiaforrások legnagyobb része a napból származó, vagy valamikor arról a földre érkezett energiának köszönhetően létezik. A megújuló energiaforrások közül a napelem tekinthető a legrugalmasabban használható eszköznek. Míg a szélerőművet szeles helyeken célszerű használni, addig a napelem szinte bárhol felszerelhető, akár háztetőkre is, így kevesebb a területigénye. Másik hatalmas előnye, hogy villamos energiát állít elő, ami a leguniverzálisabb energia. Felhasználható fűtésre-hűtésre és világításra is. A napelemek további előnye, hogy nem tartalmaz mozgó alkatrészt, így karbantartást alig igényel, könnyen telepíthető akárhova és megbízható.

Hogy működik a napelem?

A napelem vagy fotovillamos elem a nap sugárzási energiáját közvetlenül átalakítja villamos energiává. Az energiaátalakítást a félvezető alapanyag végzi (szilícium), mégpedig oly módon, hogy az elnyelt sugárzás közvetlenül villamos töltéseket hoz létre az anyagban, amelyet a kialakított villamos tér szétválaszt, és a külső áramelvezető kontaktusokon keresztül elvezethetők. A napelem a felületét érő teljesítménynek csak egy részét képes hasznosítani.

Milyen napelem típusok vannak?

A napelem típusait a kristályszerkezete alapján csoportosítják.

Monokristályos napelem

Az amorf szilícium napelemmel ellentétben a közvetlen napsugárzást nagyobb hatásfokkal alakítják át (17-20 %). Kevesebb a területigénye, mint az amorf szilícium napelemnek. Élettartamuk nagyon jó, akár 30 év garanciát is vállalnak rá a gyártók. Manapság minden csúcskategóriás napelem monokristályos kivitelben készül. Garanciája jobb mint a hagyományos polikristályos napelemeké. Éves energia termelésben nincs hatalmas különbség a polikristályos vagy mono rendszerek között. Viszont ugyanabban a méretben sokkal nagyobb teljesítménnyel érhetőek el a monokristályos napelemek, így kevesebb is elég ugyanakkora teljesítmény lefedéséhez.

Itt belenézhetsz egy monokristályos napelemes rendszer termelésébe.

Polikristályos napelem

A hatásfokban is már megközelíti a monokristályos napelemet, aminek hatásfoka 15-18 % között van. A világon az összes eladott napelem 60 százaléka polikristályos szilíciumból készül, mivel nagy tömegszámba gyártják, a polikristályos napelem ára elérhető, így ezzel találkozhatunk a legtöbbet. A szórt fényt is jól hasznosítja, éves termelésben alig marad el a monokristályos rendszerektől. Vágott cellás kivitelben a hatásfoka már 18% körül mozog, ami jó, Sötétkék, és kék árnyalatban pompáznak a napelemek, és átlagosan 25 év 20%-os teljesítmény garanciát vállalnak rá a gyárak.

Itt megnézheted hogyan termel egy polikristályos napelemes rendszer.

A vékonyfilm napelem

Az előbbi részben már részletesen volt szó a kristályos napelemekről. Meg kell említeni a vékony film napelemeket (thin-film), mivel a napelempiacon az utóbbi időkig legdinamikusabban fejlődő területéről volt szó. A lényegi különbség a vékonyrétegű és a kristályos napelemek között a félvezető réteg gyártási eljárása - és az ebből fakadó eltérő kinézet is. A félvezető réteg a kristályos napelemnél mindig szilícium, ahol nagy tisztaságú tömbökből vágnak le lapokat (ezek a napelem cellák), amiket sorbakötve hermetikusan lezárnak (általában laminálással). A kristályos napelemeknél jól látszódnak az egyes cellák, azaz szilícium lapok és az azokat összekötő alumínium csíkok.

A vékonyrétegeknél a félvezető réteget kémiai (CVD-technológia) vagy fizikai lecsapatással közvetlenül az üvegre, vagy akár más hordozó felületre viszik fel. Látszik is a napelem modulokon, hogy egységesen bevont felületről beszélünk. Hatalmas előnyük a többi típussal szemben, hogy a hőmérsékletemelkedésre nem érzékenyek, míg a többi típusú napelem veszít a teljesítményéből 10-20 %-ot. Hatásfoka messze elmarad kristályos társaitól, telepítéseken is ritka, árban a kristályos napelemek versenyképesebbek.