Connect with us

technokrata

Hogyan működik a napelem?

napelem

Smart home

Hogyan működik a napelem?

Hogyan működik a napelem?

A napelemek a fenntartható jövőt jelképezik, és manapság egyre elterjedtebbek mind lakossági, mind céges körökben. Nem véletlen, hiszen biztonságos, megújuló energiaforrást jelentenek, amely napjainkban igen csak fontos szempontnak számít. De hogyan lesz energia a Nap sugaraiból? Itt a lehetőség, hogy „felvilágosodjon”, és kicsit áthatóbban megismerje a napelemek működésének mechanizmusát.

Rengeteg mérnök folyamatosan dolgozik azon, hogy a Nap energiáját a lehető leghatékonyabban, ugyanakkor minél kisebb környezetkárosító hatással használhassuk fel. Mint a legtöbb használati tárgynak, még a napelemnek is van ökológiai lábnyoma, azonban ez olyan szinten elvész a környezetkímélő energiatermelő hatásfoka mellett, hogy szinte fel sem tűnik.

Hogyan lesz energia a Nap sugaraiból?

A napelemek széles körben ismertek, azonban csak kevesen tudják, hogy pontosan miként is működnek.  A Napból érkező fényből a napelemek segítségével villamos energia lesz.

Az energiaátalakítás alapja, hogy a napelem a napsugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál.

A napelem cellák két különböző, de egymással összekapcsolt, vékony rétegű félvezető anyagot tartalmaznak. Ezek a félvezetők általában szilíciumból vannak. Az egyik félvezető az úgynevezett p-típusú, bórral szennyezik és ezáltal elektronhiány lép fel benne, ezért pozitív félvezető réteg lesz. A másik n-típusú, ezt foszforral szennyezik, így szabad elektronokkal fog rendelkezni, azaz negatív félvezető réteg lesz. A napfény fotonjai a semleges zónában elnyelődnek. Ezek a fotonok az energiájukat átadják elektronoknak, amelyek szabaddá válnak, és mozgásuk által vezetik az áramot. Az elektronok helyén „lyukak” keletkeznek, amelyek szintén képesek elmozdulni. Amikor a fotonok gerjesztik az elektronokat, a kiugrott elektronok a negatív félvezető réteg felé, a lyukak pedig a pozitív félvezető réteg felé fognak áramolni, így jön létre az elektromos tér és az ebből adódó feszültség.

Amikor a napelem begyűjtötte az energiát, még mindig nem tudjuk azt az elektromos hálózatunkban hasznosítani. Ehhez kell az úgynevezett inverter, ami a napelemből érkező egyenáramot alakítja át a hálózatba betáplálható váltóárammá.

Hogyan csökkenti ez az áramszámlát?

Természetes, hogy aki napelemet telepít otthonába, vagy telephelyére, az áramszolgáltatás költségein vagy az ökológiai lábnyomán szeretne csökkenteni – esetleg mindkettőn.

Az áramszámla csökkentése, vagy kiváltása céljából telepített napelemes rendszerek csatlakozási mérete jellemzően az 50 kVA-t nem haladhatja meg, ez minősül még úgynevezett háztartási méretű kiserőműnek. Ezeknél a rendszereknél Magyarországon szaldó elszámolást alkalmaz a Szolgáltató.

A szaldó szó “egyenleget” jelent. A szaldó elszámolás egy nagyon szerencsés megoldás, mivel a napelemes rendszer általában akkor termel a legtöbbet, amikor a háztartás a legkevesebbet fogyasztja és fordítva. Viszont ennél az elszámolásnál évente egyszer leolvassák az ad-vesz mérőórát és a különbözetet számlázzák ki, vagy kérheti vissza a fogyasztó. Azaz éves egyenleget számolnak, ezért ha a napelemes rendszer az egy éves fogyasztásunkhoz van méretezve, akkor az egyenlegünk jó esetben 0 lesz. Általában azért telepítünk napelemes rendszert, hogy lenullázzuk a villanyszámlánkat.

Milyen napelemek léteznek?

Csak a 2 legelterjedtebb típusáról írunk cikkünkben: a kristályos és az úgynevezett vékonyfilm-rétegű napelem. Az első típus esetében monokristályos, vagy polikristályos napelemről beszélhetünk, és ezeket a napelemeket alkalmazzuk a leggyakrabban, ezeket látjuk a házak tetején és a napelemfarmoknál is.

  • A mono-, és polikristályos napelemek esetében nagyméretű szilíciumkristályok az energianyerők. Ezeket a kristályokat vékony szeletekre vágják (ezeket hívják celláknak) és ezek a cellák vannak villamosan összekötve egy alufólia-szerű vezetővel. Mindez egy alaplemezre van felragasztva, a tetejét egy erős edzett üveggel, az oldalát körben egy alumínium kerettel zárják légmentesen. A kristályok gyártási technológiája alapján különböztetjük meg a mono-t ás a poli-t és ezáltal van különbség a hatásfokukban is. A monokristályos napelemek hatásfoka jellemzően 15-19%, a polikristályos napelemeké 12-15%.

 

  • A vékonyfilm-rétegű napelemeknél a szilíciumot felgőzölik a hordozórétegre, ami lehet acél, műanyag, üveg, stb. Ezzel a technológiával a gyártási idő jelentősen lerövidül és alacsonyabbak a költségek, viszont ennek a napelemnek a hatásfoka jelentősen elmarad a fent megnevezett társaitól.  A vékonyrétegű napelemek a világ napelemes piacának 20%-át teszik ki. Hazánkban az előnyeit kioltja az alacsony hőmérséklet esetén lecsökkenő teljesítménye is, ezért inkább melegebb éghajlaton (pl sivatagban) alkalmazzák.

 

A félvezető filmréteget és az alapanyagot a gyártási technológia határozza meg. A következő technológiák terjedtek el és vannak tömeggyártásban:

amorf szilícium (aSi) és mikromorf (µSi) szilícium

CdTe, azaz kadmium-tellurid technológia

CIGS, CIS, azaz réz-indium-gallium-diszelenid és réz-indium-diszelenid

Az amorf napelemek a vékonyfilm-rétegű napelemek közül a legelterjedtebbek. Bár hatásfokuk kicsi, de folyamatosan fejlesztik őket és olyan helyeken is fel lehet használni, ahol az alumínium keretes kristályos napelemeket nem. Például hajókon, üvegeken, egyéb domború felületeken, stb.

Megéri-e a napelem?

Egyszerű a válasz: igen, abszolút megéri.

Ez egy viszonylag nagyobb beruházás, de a napelemek képesek csökkenteni, vagy akár közel teljesen lenullázni az elektromos áramra fordított költségeket. Ezen felül még számtalan érv szól mellettük, ilyen például az is, hogy nagymértékben csökkentik a mi ökológiai lábnyomunkat is.

Ha továbbmennénk és a napelemek használata mellett házunk energetikai besorolásáról is körültekintően tájékozódni szeretnénk, akkor kérjük egy energetikai tanúsítványokkal foglalkozó szakértő segítségét.

További Smart home

Népszerű

Technokrata a Facebookon

Kütyük

Smart-TV

A nappalikban már dúl a 8K forradalom

2021. április 20. kedd

SmartPhone

Mutasd meg a saját történetedet a Samsunggal!

2021. április 15. csütörtök
Hirdetés

Dotkom

Műszaki Magazin