Napelemes rendszerek

urallomas_raumstazionA napelemek az 1970-es évek űreszközein már megtalálhatók voltak, azonban polgári felhasználásuk csak az ezredfordulóhoz köthető. A napenergia elektromos (fotovoltaikus) felhasználása csak az elmúlt évtizedben kezdett robbanásszerűen elterjedni a világ fejlett régióiban, megelőzve a napkollektorokat is.

napelem-cellaA napelem egy olyan eszköz, amely a nap sugárzását elektromos árammá alakítja át a fényelektromos jelenség segítségével. A napelem teljesítménye függ annak típusától, méretétől, a sugárzás intenzitásától és a sugárzott fény hullámhosszától, valamint annak beesési szögétől.

A szolár cellák két fajta anyagot tartalmaznak, ezeket gyakran p-típusú és n-típusú félvezetőknek nevezzük. Bizonyos hullámhosszú fény képes a félvezető atomjainak ionizációjára, ezáltal a beeső fotonok többlet töltéshordozókat keltenek. A pozitív töltéshordozók (lyukak) a p-rétegben, míg a negatív töltéshordozók (elektronok) az n-rétegben lesznek többségben. A két ellentétes töltésű réteg töltéshordozói habár vonzzák egymást csak egy külső áramkörön keresztül áramolva képesek rekombinálódni, a köztük lévő potenciál lépcső miatt.

Si_napelem_szerkEgy fotoelektromos cella teljesítményét a következő három dolog határozza meg:
– a típusa és mérete a szolár cella anyagának
– a fény intenzitása
– a fény hullámhossza

Alapvetően három fő típust különbözetünk meg, ezek az amorf kristályos napelem, mono- és polikristályos napelemek. Ezeknek hatásfokuk és az előállítási költségük nagyon eltérő egymástól. A napelemek hőfokfüggése jelentős, magas hőmérséklet elérésekor elektromos vezetőképességük (és ezzel teljesítményük) hirtelen leesik. Ezt a jelenséget „letörésnek” nevezzük, a pár éve megjelent hibrid kollektorok a napelemei a mögöttük elhelyezkedő termikus abszorbernek köszönhetően hűtöttek, ebből következően nagyobb teljesítmény leadására képesek.

napelem_mukodeseEgy napelemes rendszer természetesen nem csak a napelemekből áll. A napelemek által megtermelt egyenáramot biztonságosan össze kell gyűjteni, majd egy inverter segítségével 230V-os váltóárammá kell alakítani. Az így előállított árammal elláthatjuk háztartásunkat, esetleg egy átmeneti akkumulátoros áramtárolóba, plug in hibrid autóba vezethetjük, vagy értékesíthetjük a közületi elektromos hálózat felé.