A napelemes rendszer hatásfoka - Alapvető ismertető a fontos tényezőről

A napelem rendszer hatásfoka, fontos tényezők

A megújuló energiaforrások egyre nagyobb teret nyernek, és egyre inkább bizonyossá válik, hogy ezek jelentik a biztos választ a mára már égetővé vált energiakérdést tekintve. A megújuló energiaforrást tekintve számtalan típus létezik, ám van egy, amely a legbiztosabbnak, legkiemelkedőbbnek bizonyul. Ez nem más, mint a napenergia, mellyel az emberiség már ősidők óta tisztában van. A napenergia nélkülözhetetlennek bizonyul a mindennapokat tekintve, és modern kutatások alátámasztották, hogy a Föld felé irányuló energiáját mindenképp érdemes kihasználni.

A napenergia hasznosítása

A Nap energiája

Érdekességként érdemes megemlíteni, hogy a földfelszín, az atmoszféra és az óceánok által elnyelt napenergia 3,9 millió exajoule évente. Ez figyelembe véve kijelenthető, hogy 2002-ben a Földre jutó egy óra napsugárzás több energiát jelent, mint amennyit az emberiség egy év alatt felhasznál. Ezt tudva kár is lenne elpazarolni ezt a hatalmas, végtelen energiaforrást. És szerencsére nem is tesszük ezt, ugyanis napjainkban egyre elterjedtebb a napelem, az a napenergiára fókuszáló energiatermelő eszköz, amely a jövőt jelenti e területen. Számos fontos tényezőt érdemes tudni erről, és e cikkünkben a hatásfokáról szeretnénk beszélni.

 

A hatásfokot tekintve fontos rögtön kiemelni, hogy a napelem váltakozó hatásfokot garantálhat bizonyos tényezőktől függően. Érdemes tudni, hogy a napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok (eta) százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává. A hatásfokot a következő képlet szerint számítják: Pm, azaz a fényelem által leadott maximális teljesítmény, törve a napsugárzás felületi

A napelem cella felépítése

A napelem cella

teljesítménysűrűségével (W/m²), amit E-vel jelölünk, szorozva a napelem felületével, (m²) amit Ac-vel jelölünk. A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát, a megvilágítás erősségét is. A hatásfokot elsősorban az korlátozza, hogy a Nap sugárzása széles hullámhosszspektrummal rendelkezik, azonban a napelemet egy hullámhosszra lehet könnyen optimalizálni. A több hullámhosszra történő optimalizálást több félvezető p-n átmenet egymásra építésével valósítják meg, ami bonyolultabb napelem szerkezetet eredményez. A szilícium napelem feszültsége félvezetőzáró rétegben a töltéshordozók felszabadulása és szétválasztása révén keletkezik. A keletkező forrásfeszültség egy minimális fényerősségnél nagyobb megvilágításnál állandó. A forrásfeszültség jellemző az adott napelem típusra, ez szilícium estén 0,68 V körül van. A rövid zárási áram a fényerősséggel arányos. A szilícium napelemek hatásfoka tizenegy és tizennyolc százalék között mozog. Maximális sugárzásnál körülbelül tíz mW/cm2. A maximális teljesítményt egy bizonyos elektromos terhelés esetén adja le, ezt nevezzük maximális teljesítményhez tartozó munkapontnak. A szilícium napelemek hatásfoka jelenleg tizenegy és tizennyolc százalék közötti, a legkorszerűbb, azaz az egykristályos napelemek huszonöt százalékos hatásfoka már csúcsnak számít. Az áttörést itt a nanotechnológiától remélik. Kuriózumként érdemes megemlíteni egy esetet. Az Egyesült Államokbeli Delaware Egyetem (UD) kutatóinak sikerült feltornászniuk a szilícium napcellák hatékonyságát közel negyvenhárom százalékra hagyományos földi napfényben. Az új rekord rendkívül fontos mérföldkő a DARPA (Fejlett Védelmi Projektek Ügynöksége) által kitűzött ötven százalékos hatékonyság felé vezető úton. A hadsereg fejlesztő cége VHESC (Very High Efficiency Solar Cell, =„nagyon nagy hatékonyságú napcella”) programjával technikailag és pénzügyileg is megvalósítható hordozható napcellás akkutöltőket szeretne kifejleszteni. Ezt a hatásfokot úgy érték el, hogy egy prizmával a napfényt hullámhossz szerint több részre választották szét és több az adott hullámhosszra optimalizált p-n átmenetre irányították.

 

Kétségtelen, hogy a hatásfok egyre nagyobb elérése java részt befolyásolni fogja a napelemek iránti igényt. Bár, a mai megoldásokkal is olyan napelemeket lehet beszerezni, amelyek minden egyes igényt ki tudnak elégíteni. Sőt, a napelemekkel azt is el lehet éri, hogy környezetünk egészségesebb, zöldebb és tisztább legyen. És ezek a tényezők a mérvadók a napelemet tekintve, ezek azok a jellegzetességek, amelyek a napelemet értelemszerűen a jövő energiatermelő eszközei közé emeli. És a jövőt illetően bizony fontos olyan döntéseket hozni, amelyek nincsenek káros hatással a Földünkre nézve.

 

Hozzászólás

Az email címet nem jelenítjük meg sehol.