Napelem teljesítmény avagy a napelem típusok hatásfoka

Napelem teljesítmény és a napelem hatásfok

Modern világunkban a fejlődés megállíthatatlan és ez bizony számtalan területen is érződik. Talán az egyik leginkább érzékelhető modernizációs folyamat az energiatermelésbe, energiaforrások kiaknázásában mutatkozik és ez leginkább a megújuló energiaforrásokat érinti. A napenergia előnyeire egyre szembetűnőbbé válnak, ami miatt nem is meglepő, hogy a napenergiát kinyerő berendezések elképesztő ütemben fejlődnek.

Ennek a kinyerése megtörténhet napkollektorral és napelemmel is. Az utóbbi egy olyan épületgépészeti eszköz, amely a napenergia felhasználásával közvetlenül állít elő fűtésre és vízmelegítésre használható hőenergiát. Fűtésre való alkalmazása az épület megfelelő hőszigetelését feltételezi és általában csak tavasszal és ősszel mint átmeneti, illetve télen mint kisegítő fűtés használatos.

A hétköznapi nyelvben gyakran összetévesztik a napelemmel, amely a napsugárzást elektromos energiává alakítja. Ezt a berendezést nevezik még fotovoltaikus eszköznek is. A napelem a nap sugárzását képes villamos energiává átalakítani. Nagy teljesítménye miatt roppant ütemben terjed, nem csak a fejlettebb országokban, de Magyarországon is. Ezen esetben az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor a szerkezet mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre.  A napelemek több típusa is ismert, amikkel különböző teljesítmény érhető el. Érdemes ezeket megismerni. Cikkünkben a napelem teljesítményét vizsgáljuk meg részletesebben.

A napelemek fajtái és a különböző fajta napelem teljesítmény

Monokristályos napelem teljesítmény

Monokristályos napelem

A napelemek csoportosítása az alapanyag szerint történik Az egyik legelterjedtebbnek a kristályos napelemek mondhatók, amik két kategóriára oszlanak, a mono- és polikristályos napelem fajtákra. A monokristályos szilícium napelemek esetében fontos kiemelni, hogy ezek roppant hatékonyak és nagy teljesítményt biztosítanak, azonban a felhasznált szilícium igen drága. A legmodernebb panelek hatásfoka manapság elérheti a 20%-ot is. A korábbi laboratóriumi körülmények között a szakemberek és tudósok elérték a 25%-ot is. Érdemes azt is megjegyezni, hogy a legkiválóbb  teljesítményt ezek akkor érik el, amikor merőlegesen beeső napfény van. Emiatt is közkedveltek és sok helyen kötelezőek az ezt garantáló napkövető berendezések.

Vannak még a polikristályos szilícium napelemek. Ezek valamennyivel olcsóbbak, ám ez azt is jelenti, hogy kevésbé hatékonyak. Ebben az esetben a polikristályos napelem teljesítmény 17% hatásfok körül mozog. A gyengébb fényt is viszonylag jó hatásfokkal képes hasznosítani ez a berendezés, tehát például reggel és este is megbízható marad. Magyarországon, az éghajlati viszonyok miatt a polikristályos napelemek terjedtek el inkább, mivel a polikristályos napelem kevésbé melegedik a nyári nagy melegben, mint a monokristályos napelem.

Nem hagyományos napelem típusok

Vannak még a gallium-arzenid vegyületen alapú eszközök is. Ezeknek az érdekessége is, hogy eddig leginkább a műholdakon használták. Hátrányuk lehet, hogy például egyetlen rétegben alkalmazva nem gazdaságosak. Szerencsére a modern megoldásoknak hála megoldható az akár 8 darabos réteges kialakítás is. Ezzel a napelem teljesítmény elérheti az 50%-os hatásfokot is, de csak koncentrált napfényben. A gallium-arzenid vegyületen alapú  készülékek 2014 vége óta alkalmazottak számos országban.

A felsorolásból nem maradhatnak ki au amorf szilícium napelemek, amik olcsóbbak, de sajnos hatásfokuk nem igen éri el a 10%-ot. Kevesebb szilícium kell a gyártáshoz, mint az egykristályos esetében, mert az aktív réteg csak 1 µm vastag.

Léteznek még az egyéb vegyület-félvezető alapú napelemek is. Ezeknek a hatásfoka körülbelül 15%. Legfőbb típus itt a  kadmium-tellurid, a réz-indium-diszelenid és a réz-indium-gallium-szelenid napelem. Ezeknek a gyártásához csak kevés félvezető alapanyagra van szükség, emiatt az aktív réteg maximum 2 µm vastag.

Perovszkit napelem teljesítmény

Perovszkit napelem

Végezetül nem maradhatnak ki az új szerves-szervetlen perovszkitek alapján készült napelemek. A perovszkit napelemek kísérleti teljesítménye igazán biztató, mert egyes esetekben a napelem teljesítmény elérte a 20%-ot is. A nagy napelem teljesítmény azért is várható el, mert ezek nagyon gyors fejlődéssel, alacsony gyártási költséggel rendelkeznek. A perovszkit napelemek egyenlőre kísérleti stádiumban vannak, a tömeggyártásba kerülésük évek múlva várható.

A napelem fajtákat illetően fontos kiemelni, hogy sok esetben bizony a hatásfok növelésére lehetőség van, bizonyos korszerű technikák segítségével. Ezeknek köszönhetően, mármint a bonyolultabb technológiának, hogy az  elméleti hatásfok limit, tehát a 34% átléphetővé válik. Ehhez persze szükséges, hogy például több vékony napelem réteget egymásra kerüljön, amik lépésenként egyre rövidebb fény-hullámhosszra érzékenyek. A hatásfok tovább növelhető, ha nagyobb fénykoncentrációval kerülnek üzemelésre az optikai lencsék. Itt még szóba jöhet a tükrök alkalmazása is.

A napelemek kinyerhető teljesítménye

A vásárlókat természetesen mindig is a napelem teljesítmény érdekli és az, hogy miként válik az adott rendszer az előnyükre. Ha a teljesítményről van szó, akkor mindig érdemes elmondani, hogy ez javarészt függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától és nem utolsó sorban a szerkezetre csatolt terheléstől is. Nyilvánvalóan a fény intenzitásának szabályozása, növelése nem befolyásolható, de szerencsére a maradék két paraméter igenis kézben tartható bizonyos megoldások révén.

Vannak már olyan napelemei is, amik a fix kivitelezés helyett napkövető jellegűek, amivel természetesen nő a teljesítmény is a beesési szög miatt. Hazánkban például ezen rendszerekkel az éghajlati viszonyok mellett 30-40%-kal nagyobb napelem teljesítmény érhető el. Nem is meglepő hát, hogy ezen berendezések egyre elterjedtebbek. Azonban a közkedveltek mai napig a fix megoldások maradnak, amik árban is kedvezőbbek.

A hagyományos napelem teljesítmény feltételei

Ezekről tudni kell, hogy a megfelelő tájolás esetén reggeltől estig tud áramot termelni tiszta idő esetén a készülék. Hazánkban az ideális tájolás a déli irányt jelenti és 35 fokos dőlésszöget. Nyilvánvalóan reggel és este visszaesik a napelem teljesítmény, hiszen ilyenkor kevesebb a napsütés. Annak érdekében, hogy például egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel lehessen begyűjteni a napenergiát, szükséges nappal vízszintesen forgatni az eszközt és függőlegesen bólintani azt úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől. Ez persze nem mehet végbe speciálisabb elektronikai és mechanikai megoldások nélkül. Azt sem szabad elfelejteni, hogy ekkor már a telepítési hely megválasztására is sokkal jobban kell figyelni, illetve a karbantartásra fordított kiadások is megnőnek.

Sokan nincsenek például tisztában azzal, hogy az optimális besugárzásra beforgatott napelem sem fog mindig teljesítményt szolgáltatni, mivel a besugárzás mértéke több okból is változhat, lecsökkenhet. Ennek oka lehet, hogy lemegy a Nap, a felhős idő vagy hó, különféle tárgyak árnyékolása, légköri szennyeződés és a pára, vagy akár a napelem táblák felmelegedése is. Ezekkel a gondokkal is érdemes számolni. Mivel az elektromos fogyasztókat folyamatosan szeretné a tulajdonos üzemeltetni, viszont a napelem nem tud folyamatosan energiát biztosítani, valamilyen energiatároló puffert kell használni a teljes rendszerben, amivel áthidalhatóvá válik az alacsonyabb napfény-intenzitású időszak.

Az energia hasznosításának másik útja, amikor az inverter használatában rejlik. Az inverter a napelem egyenáramát váltakozó árammá alakítja át, és visszatáplálja a hálózatba. A visszatáplálás természetesen csak a hálózat periódusával szinkronizálva történhet, illetve nem maradhat ki az elektromos művektől való engedélykérés sem.

Igazán modern kivitelezésnek számít még, amivel garantálható lehet a napelem teljesítmény növelése, a több apró lencse használata. Ezek a napfényt, a beesési szögtől függetlenül, a napelemekre fókuszálják. A lencsés alkalmazás nagy előnye még, hogy a fotovillamos panelt az optikai fókuszálás miatt sokkal kisebbre lehet venni, így földi körülmények között is lehetőség nyílik kiváló hatásfokú és gazdaságos használatra.

A napelem teljesítmény jövője

Természetes a teljesítményt és a hatásfokot tekintve fontos kiemelni, hogy évről évre egyre jobbak ezek. A fejlődés évente megmutatkozik, ami miatt a tulajdonosok egyre profibb berendezéseknek örülhetnek, amikkel még kevesebb anyagi ráfordítással lehet több energiához jutni. Kétség sem fér hozzá, hogy a napenergia tekintetében a napelemek jelentik a jövőt. Ez igazolja például a tény, hogy az Egyesült Államokbeli Delaware Egyetem kutatóinak sikerült feltornászniuk a szilícium napcellák hatékonyságát 43%-ra hagyományos földi napfényben. Az új rekord rendkívül fontos mérföldkő a Fejlett Védelmi Projektek Ügynökség által kitűzött 50%-os hatékonyság felé vezető úton. A mostani napelem tulajdonosok és a potenciális vásárlók is kíváncsian várják a fejleményeket.

Hozzászólás

Az email címet nem jelenítjük meg sehol.