A nap körülbelül 5 milliárd évig még aktív marad, ami azt jelenti, hogy még rengeteg generáció számíthat erre az energiaforrásra a Földön. Mivel egyes nem-megújuló energiaforrások teljes kiürülését sokan már a 2080-as évekre teszik – amennyiben nem csökkentjük le az eddigi rohamos fogyasztást -, így szinte őrültség lenne nem gondolni a jövőre.

A gyerekek már rég a napelemek mellett állnak

Szerencsére bolygónk lakosságának nagy része szeret a friss levegőn lenni egy fákkal teli parkban, így ha a mostani gyerekeken múlna, már senki sem járna gázüzemű autóval, hanem mindenki napelemes kocsikkal, motorokkal, buszokkal és rollerekkel járna.

Szép ez a jövőkép, így teljes mértékben megértjük Greta Thunberg álláspontját bolygónk megóvásával kapcsolatban. A megoldás már öt évtizede a kezünkben van, csak tennünk kell végre valamit, hogy elinduljanak a korszakalkotó innovációs projektek az energiapiacon.

Ez sajnos nem két hét alatt fog megtörténni, de az elkövetkező néhány évtized remélhetőleg hatalmas változásokat fog hozni, hogy a háztartások többsége megújuló energiaforrásokat használjon. Így csak a vízért kell majd fizetni, amennyiben sikerül mindent a ház napelem rendszeréhez kötni.

Nézzük meg, mit érdemes tudni a napelemekről!

Mi a napelem?

A fotovoltaikus napelemek a napfényt energiaforrásként nyelik el, hogy elektromosságot generáljanak. Egy ilyen modul általában 6×10 darab kisebb fotovoltaikus napelem összecsatlakoztatott egységét jelenti. Ezen egységek rendszere hozza létre és szállítja a kereskedelmi és lakossági alkalmazásokban a napenergiát.

Hol alkalmazható a napelem?

Szinte bárhol lehet napelemmel működtetni különféle eszközöket, így számos iparágban látunk példákat arra, hogy mennyire sokrétű módon lehet kihasználni ezt a megújuló energiaforrást. Íme egy kis ízelítő:

• Fűtés (víz felmelegítésével)
• Elektromos autók, hajók, lakókocsik, egyéb közlekedési eszközök is működtethetőek napelemekkel.
• Természetesen egy ház teljes elektromos ellátására is képesek, így a vasalótól a rádión át a laptop és okostelefon töltésére is alkalmas egy napelem rendszer.

A napelem története

1839 – A kezdetek

1839-ben a francia Alexandre-Edmond Becquerel elsőként vette észre azt, hogy fényforrásból egyes anyagok villamos töltést képesek létrehozni. Bár a kezdetben ezek a napelemek túl egyszerűek voltak még az igen primitív elektromos készülékek számára is, így ezt ekkor még csak a fény mérésére szolgáló eszközként használták.

1876 – Bizonyítás kísérletekkel

Becquerel megfigyelését egészen 1873-ig nem ismételte meg senki, csak az angol Willoughby Smith, aki felfedezte, hogy a töltést az okozhatja, amikor a fény nekiütődik a szelénnek. A felfedezés után az angol William Grylls Adams és Richard Evans Day 1876-ban A fény hatása a szelénre elnevezésű kísérlettel igazolták Smith eredményeit.

1881 – Első napelem megszületése

1881-ben az amerikai Charles Fritts létrehozta az első napelemet, amely nemcsak erős napsütésben, de félhomályban is állandó és jelentős mennyiségű energiát volt képes produkálni. Ezt 1884-ben New York-ban egy ház tetejére szerelte fel. Ez a napelem típus azonban a szénerőművekhez képest nem bizonyult annyira hatékonynak, mivel egyrészt kevés energiát tudott nyújtani, másrészt az arany bevonat miatt igen drága volt az előállítása is.

1954 – Első életképes szilícium napelem megszületése

1939-ben jött a nagy váltás, amikor az amerikai Russell Ohl létrehozta azokat a napelemeket, amelyeket ma is sok modern napelemben használnak. A napelem dizájnját 1941-ben szabadalmaztatta Russel. Ezt a tervezést először 1954-ben a Bell Labs cég használta fel az első, kereskedelmi szempontból életképes szilícium napelem létrehozására.

A napelem felépítése és működési elve

A fotovoltaikus modulok a Napból kinyert fényt (fotonokat) használják, hogy villamos energiát hozzanak létre a fotovoltaikus hatás segítségével. A modulok többsége ostya alapú kristályos szilikon cellákat vagy vékonyréteg-cellákat használ.

A modul szerkezeti (teherhordó) tagja egyaránt lehet a felső vagy a hátsó réteg. Fontos itt megjegyezni, hogy a cellákat fokozottan kell védeni a mechanikai károsodástól és a nedvességtől, hogy biztonságosan lehessen használni a szerkezetet. A legtöbb modul emiatt merev, de egyaránt elérhetőek a vékonyréteg-cellákon alapuló félig rugalmas elemek is. A napelem rendszer kiépítése során a cellákat egymás után, elektromosan kell csatlakoztatni.

A napelem panel hátsó részén egy PV (fotovoltaikus) csatlakozódoboz van illesztve, mely kimeneti felületként szolgál. Külsőleg a fotovoltaikus modulok többsége MC4 csatlakozókat használ, hogy megkönnyítse az egyszerű időjárásálló csatlakozásokat a rendszer többi részével. Természetesen ma már USB-interfész is használható.

A modul elektromos csatlakozásai vagy sorban készülnek, hogy elérjék a kívánt kimeneti feszültséget, vagy párhuzamosan, hogy biztosítani tudják a kívánt áramkapacitást (ampert). A vezetékek, amelyek az áramot a modulokból eltávolítják, tartalmazhatnak ezüst, réz vagy más nem mágneses vezető átmeneti fémeket. A megkerülő diódák beépíthetőek, de külsőleg is használhatóak részleges árnyékolás esetén, hogy maximalizálják a még megvilágított modulszakaszok kimenetét.

Néhány speciális napelemes modul tartalmaz koncentrátort, ahol a fényt lencsék vagy tükrök segítségével tudja a kisebb cellákra fókuszálni a rendszer. Ez költséghatékony módon teszi lehetővé a magas egységenkénti költségű (például: gallium-arzenid) cellák használatát.

A napelemek készítése során a fémlemezeknek is nagyon fontos szerepe van, hiszen ezek tartják stabilan az eszköz szerkezetét.

Milyen technológián alapul a napelem működése?

A legtöbb napelem modul jelenleg kristályos szilícium (c-Si) napelemekből készül, amely többkristályos és monokristályos szilíciumból épül fel. Hat évvel ezelőtt, 2013-ban a kristályos szilícium több mint 90 százaléka volt a világ PV termelésének, míg a piac többi részére a kadmium-telluridot, a CIGS-t és az amorf szilíciumot használó vékonyréteg-technológia volt jellemző.

A harmadik generációs napenergia-technológiák fejlett vékonyréteg-cellákat használnak. Ezek viszonylag nagy hatásfokú konverziót eredményeznek az alacsony költségek miatt más napenergia-technológiákhoz képest.

Érdemes még kiemelni, hogy az űrhajók napelemes paneljeiben a nagy költségű, nagy hatékonyságú és szorosan egymáshoz illesztett, négyszögletes, többcsomópontos (MJ) cellákat használnak, mivel ezek nyújtják a legnagyobb kilogrammonkénti emelkedési teljesítményt az űrben.

Záró gondolatok

A napelem technológia hatalmas fejlődésen ment keresztül az elmúlt évszázadokban, így mára költséghatékonyan lehet kialakítani például otthonok és közintézmények teljes villamosenergia-ellátását. Ez a megoldás nemcsak környezetkímélő, de egyben egy hosszú távú és néhány éven belül megtérülő, életre szóló befektetés.

Gondoljon a jövő generációjára, s segítse napelem rendszerek kiépítésével bolygónk fenntartható energiaellátását, tisztaságát és egészségét, hogy még sok évezreden keresztül tudja az emberiség élvezni a Föld által biztosított meseszép életteret.