A rohamosan fejlődő világunk minden téren, szinte napi szinten, új vívmányokkal próbálja nem csak könnyebbé, de jobbá is tenni életünket. A fejlődés és modernizáció nem csak az orvostudomány, robotika, elektronika terén, de számos más téren is megmutatkozik, mint például a környezetvédelem és tiszta ökoszisztéma megtartása. Számos olyan eredmények születnek, és számols olyan megújuló energiaforrás felhasznalásra kerül sor, amely idővel teljes mértébken háttérbe fogja szorítani az amúgy is fogyóban lévő és a környezetünkre káros fosszilis tüzelőanyagokat. A megújuló energiaforrások közül a napenergia áll az első helyen, melynek felhasználási lehetőségei számosak és e területre specializálódott rendszerek eredményessége vitathatatlan. Sokan döntenek a napelemek mellett, melyek az elmúlt években hatalmas fejlődést mutattak, és a temérdek típusoknak köszönhetően mindenki megtalálhatja azt, amelyik az adott helyzethet legjobban passzol.
A napelemek olyan eszközök, rendszerek, amely a fotonbefogást közvetlenül villamos energiává alakítják át. A napelemeket többféle csoportba oszthatjuk, attól függően, hogy milyen alapanyaggal rendelkeznek.
Napelem fajták
Napjainkban talán a kristályos napelemek a legelterjedtebbek, köszönhetően a hatékonyságuknak, melyeknek fő alapanyaga a szilícium. A kristályos napelemeket két nagy csoportra lehet osztani, és mindegyik típus saját jellegzetességekkel rendelkezik. Az egyik fő csoport a monokristályos napelemek, amelyek bár drágábbak a polikristályosnál, de hatékonyabbak is. A legmodernebb panelek hatásfoka elérheti akár a 19%, míg laboratóriumi körülmények között ez a szám felmehet akér 25%-ig is. E tekintetben létezik egy elméleti határ is, amely egy elképesztő 33,7% hatásfokot mutat az egy p-n átmenettel bíró napelem rendszereket tekintve. A legjobb teljesítményét merőlegesen beeső napfénynél képes mutatni, így gyakran használják az úgynevezett napkövető berendezések részeként. A másik fő csoportba a polikristályos napelemek tartoznak, melyek bár olcsóbbak a monokristályosnál, de a hatékonyságukat illetően alulmaradnak, ugyanis egy körülbelüli 16 %-os hatásfokra képesek. A reggeli, esti és szórt fényt is viszonylag jó hatásfokkal tudja felhasználni.
Monokristályos napelem
Elterjedtnek számítanak még a gallium-arzenid vegyületen alapuló napelemek. Régebben ezeket inkább műholdakon használták, ám mostanra más területeken is bizonyítanak. Nem árt még tudni róluk, hogy akár 8 vagy 10 réteget is építhetnek egymásra a kellő hatásfok és teljesítmény elérése érdekében, ugyanis csak egy réteget alkalmazva nem igazán éri meg az e fajta napelem. A többrétegűek esetén a hatásfok elérheti akár az elképesztő 47 %-ot is, természetesen csak koncentrált napfény esetén. A gallium-arzenid alapanyagú napelem már alkalmazásban volt 2014 december eleje körül.
Nagy sikernek örvendenek az amorf szilícium napelemek is, hiszen ezek olcsóbbak az előzőekhez képest, de a maximális 8%-os hatásfokkal csak bizonyos esetekben alkalmazhatóak. Gyártásukhoz kevesebb szilíciumra van szükség, mint az egykristályosak esetében, ugyanis az aktív réteg csupán egy µm vastag. Közkedveltnek bizonyulnak még az egyéb vegyület-félvezető alapú napelemek is, amelyek hatásfoka körülbelül 14%-os. Legkiemelkedőbb típusok közé tartoznak a kadmium-tellurid és a réz-indium-gallium-szelenid napelemek, melyek előállításához kevés mennyiségű félvezető alapanyag szükséges, ugyanis az aktív réteg ez esetben csak egy vagy két µm vastag.
Polykristályos napelem
Említést érdemelnek még a szerves-szervetlen perovszkitek által elkészített napelem rendszerek is. Ezeknek a kísérleti teljesítménye elérheti a 21%-os hatásfokot is. A kutatók úgy vélik, hogy ez a szám jóval nagyobb lehet az elkövetkezendő években, ugyanis a szerves-szervetlen perovszkites napelemek nagy fejlődésen mennek keresztül. Nagy előnyük még, hogy az előállításuk nem igényel nagy anyagi költségeket, így várható lesz, hogy a beszerzésük sem igényel majd nagy anyagi beruházást.
A fent említett napelem típusok esetében mód van a hatásfok növelésére, ám ez bonyolultabb, komplexebb tecnhológiai megoldásokat kíván meg. Elméleti szinten afelső hatásfok limit, ami 33,7%-os, meghaladható lehet, abban az esetben, ha több vékony napelem réteget építenek egymásra, melyek lépésenként egyre rövidebb fényhullámhosszra érzékenyek. A hatásfok tovább növelhető, ha nagyobb fénykoncentrációval üzemeltetik a napelemeket optikai lencsék, vagy akár tükrök alkalmazása segítségével. Napjainkban azonban a fejlesztés nem csak a nagyobb hatásfokra épül, hanem a hatásfok mellett az élettartam és a gyártási költség irányába terjed. Fő cél e tekintetben, hogy a megtérülési idő a lehető legrövidebb legyen.
