Napenergia hasznosítás lehetőségei: Napelemek

Napenergia hasznosítás lehetőségei: Napelemek

A napelemek elektromos energiát állítanak elő a napsugárzás hatására. A folyamatot először Einstein definiálta és a fotoelektromos effektus elve elnevezést adta neki, amelyért később Nobel díjjal jutalmazták. A napelem cellákból épül fel, melyek a napfényt elektromos árammá alakítják. Minden cellában félvezető rétegek találhatók. A cellákra eső fény elektromos mezőt hoz létre a rétegek között, és áram jön létre.

A jelenleg forgalomban levő napelemek többsége szilíciumból készül, mivel a szükséges nyersanyag ár és napelem hatásfok tekintetében ezek a típusok a legversenyképesebb. A növekvő piaci kereslet folyamatos fejlesztésre, innovációra ösztönzi a napelem gyártókat. Kutatások fő irányvonalai alacsonyabb költségű alapanyagok kikísérletezése illetve a hatásfok növelése. Azonban jelenleg még nem fejlesztettek ki olyan új napelem típust, ami veszélyeztetné a szilícium kristályos napelemek nagyarányú elterjedését.

Napelem típusok

A napelemeket alapanyaguk és gyártási technológiájuk alapján a következő csoportokba sorolhatjuk.

Mono és polikristályos napelemek: a kristályos napelemeket 1954 óta gyártják tömegesen, a legkiforrottabb technológiát képviselik. Nagy tisztaságú szilícium cellákból épülnek fel, amelyek sorba kötve és vízmentesen egy üveglap és egy műanyag hátlap közé laminálva kerülnek gyártásra. A cellák gyártási technológiája alapján megkülönböztetünk monokristályos és polikristályos cellákat. A két típus áramtermelése között – a hazai éghajlati viszonyok mellett – nincsenek jelentős különbségek. A polikristályos cellákból felépülő napelem modulok jobban hasznosítják a szórt fényt,pl.: borult időben hatékonyabb, mint a monokristályos napelemek, amik viszont tiszta, napsütéses időben többet termelnek. A tapasztalat azt mutatja, hogy magyarországi telepítésnél majdnem mindegy, hogy melyik fajtát választjuk, hiszen a két típus éves termelése közel azonos és az áraikban sincs jelentős eltérés. Hatásfokuk: kb.14-18%.


Monokristályos napelem

Polikristályis napelem

Amorf napelemek: vékonyrétegű vagy vékonyfilmes technológiai eljárással készült napelemek esetében a félvezető réteget (ami lehet szilícium, de használnak más alapanyagokat is, mint például kadmium tellurid stb.) kémiai vagy fizikai lecsapatással közvetlenül az üvegre, vagy más hordozó felületre viszik fel vékony filmrétegként, így egy egységesen bevont felület jön létre. A vékonyrétegű napelemek kevésbé elterjedtek, mivel alacsonyabb a hatásfokuk, épp ezért nagyobb felületet igényelnek a telepítésnél. Hatásfokuk: kb.8-10 %.


Amorf napelemek

A napelemek élettartama jellemzően 30-40 év, a gyártók általában 10 év teljes körű garanciát és 25 év teljesítmény garanciát vállalnak a napelem modulokra.

Napelemek teljesítménye

A napelem modulok teljesítménye típusonként különböző lehet, alapvetően 100W-300W között mozognak. A gyártó által megadott értékek a napelem csúcs teljesítményét jelölik, amit bizonyos standard körülmények között maximálisan leadhat.

 A napelemek teljesítményét befolyásoló tényezők:

– hőmérséklet (a napelem modul hőmérsékletének emelkedésével csökken a hatásfoka)

– napsütés intenzitása

– napsugarak beesési szöge

– napelemek dőlési szöge és tájolása (Magyarországon a déli tájolás és a 35°-os dőlésszög az ideális)

A napelemes rendszerek fő részei:

– napelemek, amelyek az áramtermelésért felelősek

– tartószerkezet, amelyekre rögzítik a napelemeket

– inverter, a napelemek által előállított egyenáramot alakítja át váltóárammá

– áram tárolása: akkumulátor vagy az áramszolgáltató hálózata

1 kWp teljesítményű napelemes rendszer Magyarországon évente átlagosan 1200 kWh áramot termel meg.

 

A napelemes rendszereknek két alapvető típusát különböztetjük meg.

Hálózati visszatáplálás esetén a napelemek által termelt energiát egy inverteren keresztül betápláljuk, vagy visszatápláljuk az áramszolgáltató hálózatába. A hálózati visszatáplálás lényege, hogy két irányból is lehetőségünk van áramfelvételre. Amikor üzemel a napelem, az általa termelt energiát hasznosítjuk, ha pedig ép nem üzemel (pl: az esti órákban), akkor az áramszolgáltatótól vételezünk áramot. Ebben az esetben nem tároljuk az elemek által előállított energiát, így nincs szükségünk—az egyébként igen költséges—akkumulátorokra. Tehát ha a napelem rendszerünk többet termel, mint amit épp felhasználnánk, a többletet visszatáplálja a szolgáltató hálózatára, ha kevesebbet termel, mint amennyire épp szükségünk lenne, a hiányzó mennyiséget az áramszolgáltatótól vesszük igénybe. A szolgáltatóval évente egyszer elszámolásra kerül e vételezett és betáplált áram mennyisége és csak a különbözet kerül kifizetésre. Ha áramszünet van, a napelemek sem termelnek áramot a hálózatba, mivel az inverter ilyen esetekben – biztonsági okokból – automatikusan lekapcsol. Ha teljes függetlenségre vágyunk, akkor szigetüzemű rendszert kell kiépíteni, ahol az áramot akkumulátorok tárolják, ami viszont a beruházás összegét növeli meg jelentősen.

A sziget üzemű rendszereknél a megtermelt energiát akkumulátorokban tároljuk. Ez olyan helyeken előnyös elsősorban, ahol nincs lehetőség az áramszolgáltató hálózatára való csatlakozásra, vagy az csak nagyon nagy költségek árán építhető ki (pl: tanyák, erdészházak). Ilyenkor a napelemek által előállított áramot egy töltésszabályozón keresztül az akkumulátorokba tápláljuk, így az eltárolt áram segítségével olyan időszakokban is képesek vagyunk az energia ellátást biztosítani, amikor nem üzemelnek a napelemeink (pl: esti időszak). Az akkumulátorokból egy inverteren keresztüljut el az áram a különböző fogyasztókhoz, ami a 12, 24 V-os egyenáramot 230 V-os váltakozó árammá alakítja át.

Ajánlott cikkek