Fotoelektromos átalakítók, napelemek, napcellák

   A napenergia fotovillamos hasznosítása alatt a Nap sugárzási energiájának közvetlenül villamos energiává történő átalakítását, és ennek hasznosítását értjük. Az átalakító szerkezetet napelemnek vagy napcellának nevezzük.

    A fény hatására bekövetkezõ villamos jelenségekkel már a XIX. század közepén foglalkoztak, azonban az első hasznosítható elektromos energiát termelő napelemet csak 1941-ben készítették. Akkori hatásfoka kb. 1% volt. A mai napelemek laboratóriumokban már 25% hatásfok körül működnek, a kereskedelemben 5-20 % hatásfokú elemek kaphatók.

  A napelemek működése azon alapul, hogy a fénysugárzás fotonjai kimozdítják a félvezetõ elektronjait a kötéseikből, így elektron-lyuk párok keletkeznek, ezt az elektrontöbbletet pedig elektromos vezetőkkel lehet a napelem felületéről elvezetni.
    Az elektron-lyuk párok szétválasztása három alapvető módon történik:

    A felhasznált anyagok így lehetnek szilícium egykristályok, gallium--arzenid egykristályok. A vékony rétegek lehetnek kadmiumszulfid-rézszulfid, rézindium-szelenid-kadmiumszulfid. Egy másik jelentős anyag az amorf szilícium, fejlesztése sokat ígér. Egyelőre gondot a kis hatásfok és az elemek kifáradása okoz.

        A napelemek alkalmazása kezdetben inkább a szakmai felhasználókat érdekelte, így először országúti segélykérő telefonok, mikrohullámú átjátszó-adók működtek napelemről. Kisebb, hordozható készülékeknél a gomb- és ceruzaelemek helyett  alkalmazható a napelem, példa erre a napelemes számológép. A nagyobb méretű panelek alkalmazására példa a különböző űrállomások, mesterséges holdak energiaellátó napelemei, néhány nyugat-európai kísérleti naperőmű, és a főként Afrikában és Dél-Kelet Ázsiában telepített napfarmok, amelyek többnyire a helyi elektromosáram-igényeket elégítik ki. Léteznek azonban olyan rendszerek is, amelyek már az elektromos hálózatba tudják táplálni azt az energiát, amire helyben nincs szükség. Ezeknél, a napcellákban termelt egyenáramot egy megfelelő inverterrel a kívánt feszültségű és frekvenciájú váltóárammá kell alakítani. A már említett, Nápoly mellett megépített naperőmű viszont már eleve azzal a céllal épült, hogy a napközben megtermelt áramot éjszaka a villamos hálózatba táplálják. 

        A napelemek által szolgáltatott kis feszültségű és erősségű áramot legegyszerűbben világítási célokra lehet használni, ekkor a nappal termelt áramot akkumulátorban kell éjszakáig tárolni, és speciális, kis feszültségû izzókkal vagy fénycsövekkel kell világítani. Ebben az esetben a napelem, a töltő, az akkumulátor, a fénycső és esetleg a bekapcsolást végzõ szürkületérzékelő automatika egy egységbe szerelhetõ, ami nagyon jól megfelel kerti utak, esetleg közterek, épületek  megvilágítására. Mozgásérzékelővel kiegészítve a hálózati áramtól független riasztóberendezést is elláthat a Nap energiával. A napelemfelület és a tárolókapacitás bővítésével nagyobb fogyasztói berendezések is elláthatók, a hagyományos feszültségű fogyasztói berendezések megtáplálása azonban már komoly áramátalakító és illesztő berendezést igényel. Ezzel a fölösleges energiát - amennyiben a közműtulajdonos ezt lehetővé teszi - már a villamos hálózatba is be lehet táplálni.

        Magyarországon jelenleg mindegyik fentebb felsorolt megoldás beszerezhető, korábban gyártásuk is folyt itthon, azonban ma szinte kizárólag külföldről származó berendezések jelentik a választékot meglehetősen borsos áron. Talán magyarázható ez azzal, hogy ez a technológia még külföldön is újnak számít, a fejlesztésekre óriási összegeket áldoznak egyes cégek, az igények pedig még nem akkorák, hogy az árakat csökkenteni lehetne.

        2000-óta újra gyártanak Magyarországon napelemeket !!!

És oktatják is az elméletet: BME Elektronikus Eszközök Tanszék - Publications / Elektronikus Jegyzetek

 

vissza: Tartalom

Kis-Pap László / 1995

tovább: Építészeti technikák