Napelemek

Égből jövő fűtési lehetőség, a napelemek használatával.
 
Már egyre több helyen láthatók olyan eszközök, berendezések, melyek a beeső napsugárzást használják energia kinyerésére. Két alapformájuk van, a napelem és a napkollektor.
 
A napelem, vagy más néven fotovillamos elem, olyan eszköz, mely a beeső elektromágneses sugárzást, (tulajdonképpen a fotonokban rejlő energiát) felhasználva állít elő villamos energiát.
 
A napkollektor az épületgépészetben használatos berendezés, amely szintén a beeső elektromágneses sugárzást használja fel, és abból állít elő, fűtésre, vízmelegítésre használható energiát. Ezt az eszközt részletesen következő cikkünkben ismertetjük.
 
A napelemek múltja a múlt század közepére nyúlik vissza, tehát viszonylag új technológia. 1941-ben született meg az első szilicium alapú napelem, és azóta elterjedtsége, és hatékonysága egyre nő. Bár áruk folyamatosan csökken, még mindig elég drága beruházásnak számítanak. Használói gyakorlatilag függetlenek az energia árak változásától, sőt a fölös termelt energiákat inverter alkalmazásával a napelem egyenáramából váltakozó árammá alakíthatjuk, és visszatáplálhatjuk a hálózatba. Ehhez mindenképpen kell az elektromos művek szakértelme és engedélye is.
 
Bármely elektromos fűtésrendszer kombinálható napelemes rendszerrel, vagy akár teljes mértékben ki is váltható, ezzel minimalizálva az üzemeltetés költségét. De az élet más területén is alkalmazzák a napelemeket, a napelemes autók akkumulátorait így töltik fel, irodaházak elektromos áramát biztosítják a tetőn működő napelemek, de az út menti sebességmérők energiáját is sokszor ezek biztosítják. Az elektromos fogyasztók sokszor folyamatos áramellátást igényelnek ezért az alacsony napfény intenzitású időszakokat pufferekkel (energia tárolókkal) kell áthidalnunk.
 
A napelemes rendszerek felszerelésekor ingyen energiát nyerhetünk, de a beszerzésnél figyelembe kell vennünk, mekkora befektetésért, mennyit.
 
A napelemek névleges teljesítményét feltüntetik a gyártók. Ezeket azonban ideális körülmények esetére határozzák meg, melyek természetesen nem mindig biztosíthatók a működés során. Emiatt a napelemek által termelt energiát, csak hozzávetőlegesen tudjuk egy adott időszakra előre megmondani. Ha sok apró lencsét használunk, az növeli a teljesítményt, mivel ezek a napfényt, a beesési szögtől függetlenül, a napelemekre fókuszálják. A másik előny, hogy az optikai fokuszálás miatt a fotovillamos panelt kisebbre lehet venni, így földi körülmények között érünk el olyan kiváló hatásfokot, amit az űrtechnológiában a fotovillamos egységek gazdaságos használatával már megvalósítottak.
 
A névleges teljesítmény mellett fontos adat a hatásfok. Ebből arra következtethetünk az adott eszköz egy m2 –re mennyi energia előállítására képes. A magasabb hatásfok nem egyenlő a nagyobb teljesítménnyel. Ha kevés hely áll rendelkezésünkre, érdemesebb magas hatásfokú napelemet választanunk, még akkor is, ha ezek magasabb árfekvésűek.
 
A napelem harmadik jellemző adata, az ún. teljesítmény tolerancia, ez számos gyártónál +/- 5%.
 
Ezt úgy kell értelmezni, hogy pl. egy 200 Wp teljesítményű napelem teljesítménye (Watt peak, azaz egy napelem ideális körülmények között leadott csúcsteljesítménye) 190 és 210 Wp között mozoghat, vagyis a gyártó csak 190 Wp teljesítményt garantál.
 
A napelemek külső felülete általában edzett szolár üveg, s minél jobb ennek az üvegnek a fényáteresztő képessége, annál több energiát termel a napelem. Bizonyos gyártók (Evergreen, Sanyo, Bosch) egy ún. reflexiómentes üveget használnak, ez a fény 96 %-át átengedi. A reflexiómentes üvegborítású napelem 2-3 %-kal több energiát termel, a hagyományos edzett üvegborításúhoz képest.
 
A gyártók egy hőmérséklet hatékonysági mutatót is megadnak, ez arra utal, hogy a hőmérséklet növekedésével, milyen mértékben csökken a napelemek teljesítménye.
 
Mint minden készülékre, a napelemekre is ad garanciát a gyártója, az eltérés annyi, hogy itt kétféle garanciát is megadnak. Az egyik a termék működésére vonatkozik ez általában 2 és 10 év között mozog. A másik garancia a termék teljesítményére vonatkozik, ez 10 év használat után általában 90% 25 év után általában 80%.
 
A világon bárhol alkalmazhatóak, bár nyilván ott a leghatékonyabbak, ahol a legtöbb a napsütéses órák száma. A kinyerhető teljesítmény függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt terheléstől. Ezek közül a fényintenzitás általunk nem befolyásolható, a másik kettő viszont igen.
 
 Beépítésük szerint lehetnek fix vagy napkövető jellegűek. A fixen beépítettek megfelelő tájolás esetén (déli irány, Magyarországon 35 fokos dőlésszög) reggeltől-estig tudnak áramot termelni, megfelelően tiszta időjárás esetén. Természetesen reggel és este kisebb teljesítményre képes a napelem, mivel a napsugárzás kis beesési szögben éri. Ha plusz elektronikát szerelünk fel, és mechanikusan forgatjuk a napelemet, akkor elérhetjük, hogy folyamatosan a merőlegeshez közelítsen a napsugár beesési szöge. Ekkor kapjuk a maximális teljesítményt, bár az eszköz mozgatása esetén gondosan kell megválasztanunk a telepítés helyét, és karbantartási költségek is fellépnek.
 
Említettük már a fix és napkövető rendszereket, mint felosztást, de emellett van egy másik, alapanyag szerinti osztályozás is. Hatékonyság szerinti sorrendben mutatjuk be őket, de ez általában egyenes arányban áll a napelemek piaci árával is:
 
Gallium Arzenid vegyület alapú napelemek a csúcsot képviselik, de rendkívül drágák. Akár 8 db réteget (p-n átmenetet) építenek egymásra, így a hatásfok elérheti a 44%-ot koncentrált napfényben. Főleg műholdakon használják.
 
Egykristályos szilícium (Si) napelemek jellemzőjük a hatékonyság, drága áron. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25% (az elméleti határ 33,7% az egy p-n átmenetel rendelkező napelemek esetében)
 
Polikristályos szilícium  (Si) napelemek valamivel kevésbé hatékonyak, de némileg olcsóbbak is. Hatásfokuk 15% körül van.
 
Egyéb (kadmium-tellurid és a réz-indium-gallium-szelenid) vegyület alapú félvezető napelemek közepes hatásfokúak (kevesebb, mint 15%). Olcsók, mert előállításukhoz kevés félvezető alapanyag szükséges, hisz az aktív réteg csak 1-2µm vastag.
 
Amorf szilícium napelemek alacsony hatásfok párosul az olcsósággal, hatásfokuk csak 5-8%. Kevesebb szilícium kell a gyártáshoz, mint az egykristályos esetében mert az aktív réteg csak 1 µm vastag.
 
Szerves festék alapú napelemek, melyek az elektrokémia elven működnek, a fényelnyelő anyag egy szerves festék. A hatásfokuk csak 2-4% azonban a gyártásuk rendkívül olcsóvá válhat a jövőben.
 
Szerves anyagokból (polimerekből) készült napelemek melyek hatásfoka csak 2-5% de szintén rendkívül olcsóak.
 
Persze aki napelemes rendszer felszerelése mellett dönt, az nem hatásfokot, névleges teljesítményt, vagy egyéb jellemzőket akar vásárolni, hanem olcsó, folyamatos, független energiaforrást. S ezt meg is kapja, ha körültekintő döntést hozott.
 
A napelem rendszerek környezetbarát módon állítanak elő a beeső napenergiából villamos energiát, azaz elektromos áramot. Emellett a napelemek kiváló hatásfokú és költség hatékony alternatívát kínálnak az elektromos áram előállítására. A napelem napfényből akkor is állít elő elektromos áramot, ha felhős az idő, vagy ha hótakaró fedi a napelemet, mert szórt fényből is tud áramot termelni.
 
Összefoglalva a napelem zajtalan, alacsony üzemeltetési költségű, független a villamos energia változásától, és 100%-ban környezetbarát. Ezen előnyös tulajdonságok miatt a napelemes rendszerek kiépítéséhez állami támogatás is igénybe vehető.
 
Bár a Warnex Zrt. kínálatában pillanatnyilag nem szerepelnek napelemek, de a jövőben a tendenciák változása alapján ez igény szerint megváltozhat.
 
Következő cikkünk a szintén a Nap sugárzását hasznosító épületgépészeti eszközöket, a napkollektorokat mutatja be.