A fotovoltaikus napenergia hasznosítás
2014/06/03 14:00
1111 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.

W. G. Adams, egy brit professzor a szelén ellenállását vizsgálva rájött, hogy abban pusztán fény hatására (a hőelektromos hatást kizárva) elektromos áram kezd áramlani. A jelenséget Adams fotovoltaikus elektromosságnak nevezte el. Ebből kiindulva C. Fritts 1883-ban elkészítette a mai napelemek ősét, ami folyamatosan képes volt elektromos áramot termelni, megközelítőleg 1%-os hatékonysággal.

Az első szilíciumból készült napelem 1954-ben készült el az amerikai Bell laboratóriumban. A fejlesztők Chapin, Fuller és Pearson voltak, akik abban az év áprilisában bemutatták a nagyközönségnek is terméküket. A New York Times azt írta, hogy ezzel a találmánnyal egy új korszak vette kezdetét az energia előállításában. (Hozzátéve, hogy ez a modul nagyjából 6%-os hatásfokkal rendelkezett.)

A 50-es évek végétől kezdve a napelemek fejlesztése terén a fő húzóerőt az űrkutatás jelentette. A világűrben a napenergia rendelkezésre áll, már csak a megfelelő technológia kidolgozás volt szükséges. 1960-ban a Hoffman Electronics által készített napelem már 14%-os hatásfokú volt, ami már közel áll a napjainkban használt PV cellák hatékonyságához. A kutatások következő fontos iránya a napelemek élettartamának növelése volt. A fejlesztések eredményeképpen jelentősen megnőtt a napelemek élettartama és csökkent az előállítási költségük.

fotovol1

Napjainkra már számtalan olyan eszköz van a piacon, amelynek energiaigényét részben vagy egészben napelemek segítségével fedezik.

fotovol2

A gyakorlatban használt napelemtípusok és azok jellemzői

A napelemek működésének lényege, hogy a fénysugarak elnyelésekor azok fotonjai kimozdítják a félvezető réteg elektronjait a kötésükből, aminek hatására elektron-lyuk párok keletkeznek. A kimozdított elektronokat aztán már könnyedén, vezetők segítségével lehet eljuttatni a fogyasztókhoz vagy adott esetben egy töltésvezérlő áramkörön keresztül az akkumulátorokhoz. A napelem jellegét tekintve áramgenerátoros tulajdonságú áramköri elem, ebből következik, hogy kevésbé érzékeny a rövidzárra. Moduláris felépítéséből adódóan egyszerűen előállítható a használni kívánt feszültség és áramerősség érték.

A legdrágább napelemtípus az egykristályos szilícium napelem. Hatásfoka 15-19% között mozog, laboratóriumi körülmények között azonban ez az érték megközelítőleg 25%-ra is növelhető.

Némileg olcsóbb megoldást kínál a polikristályos szilícium cella, viszont ennek hatásfoka elmarad az egykristályos típushoz képest (13-15%).

fotovol3

Mind az egykristály, mind pedig a polikristály napelem a direkt sugárzást jobban képes hasznosítani, a szórt fényre azonban érzéketlenebbek. (Szórt fény van akkor például, ha felhős az ég, hiszen amikor a fény a légkörön vagy más, nagyon apró, lebegő részecskékből álló anyaghalmazon halad át, természetesen kölcsönhatásba lép az anyag részecskéivel.) Ügyelni kell arra is, hogy a napelemek felületére semmi ne vessen árnyékot, ugyanis ekkor a modul teljesítménye akár nullára is lecsökkenhet. A napjainkban gyártott napelemek várható élettartama előreláthatólag 20-25 év.

fotovol4

A legolcsóbb napelemek

A legolcsóbb napelemtípus az amorf szilícium napelem. Alacsony árának oka, hogy viszonylag kevés szilícium szükséges (~1μm vastagságú réteget visznek fel a hordozóra). Hatásfoka 6-8% közötti, a szórt fényt nagyobb hatékonysággal képes hasznosítani egykristályos és polikristályos társainál, ráadásul a beárnyékolásra is érzéketlenebb. Várható élettartama minimum 10 év.

Alkalmazási területek

Az első fotovoltaikus erőművek már megkezdték működésüket Portugáliában, és Olaszországban. Az észak-olaszországi Rovigóban üzemelő erőmű teljesítményét 70 MW-osra tervezték!

További érdekes oldalak:

Zsigó Zsolt cikke

Csoportot ajánlunk

Kapcsolódó oldalak

Scientix A természettudományos oktatás közössége
All you need is code Minden a kódolás tanulásáról
A National Geographic A National Geographic honlapja.
Interpress Magazin Az IPM honlapja archívummal
Világtudomány.hu A magyar és nemzetközi tudományos élet hírei
Űr világ Asztronautikai hírportál