Ebben a cikkben szeretnénk bemutatni és összehasonlítani a különböző napelem típusokat, ugyanis ezek manapság egyre jobban terjednek a háztartásokban a környezetkímélő mivoltuk miatt. A napelem vásárlás előtt állóknak érdemes megismerniük, hogy melyiknek milyen a hatásfoka, és hol melyiket érdemes alkalmazni, hiszen költséges és hosszú távú befektetésről van szó.
Hatékonysága abban rejlik, hogy az egyes elemek milyen hatásfokkal képesek a napenergiát villamosenergiává alakítani. Magát a feszültséget a belső elektromos mező termeli. Amikor a megfelelő hullámhosszúságú, fotonokból álló napfény az eszközre esik, elnyelődik a semleges zónában. Az energiájukat átadják az elektronoknak, amelyek szabaddá válnak, így képesek lesznek vezetni az áramot. Az elektronok helyén “lyukak” képződnek, amiket a fotonok pozitív irányba áramoltatnak, míg az elektronokat a negatív irány felé, és ezáltal jön létre az elektromos tér. Külső áramkör hozzákapcsolásával a mozgó elektronok a cella tetején lévő fém csatlakozó felé, míg a “lyukak” a cella alján található csatlakozó irányába haladnak, majd itt az említett cella tetejéről feltöltődnek elektronnal.
A napelemeket két fő csoportra lehet osztani a technológiájuktól függően: kristályos és vékonyfilm-rétegű fajtákra. Az előbbi szintén két csoportra bontható: mono- és polikristályos változatokra. A piacon a kristályos napelemek számítanak a legkiforrottabb és legelterjedtebb technológiának. Ezek nagy tisztaságú szilícium cellákból készülnek el, illetve sorba kötve, vízmentesen egy műanyag hátlap és egy üveglap közé laminálva kerülnek gyártásra. A cellák a gyártási mód alapján oszthatóak fel, ugyanis megkülönböztethetünk monokristályos és polikristályos cellákat. A monokristályos esetén a szilícium egy tömbben dermed meg, illetve henger alakúra húzzák ki az anyagot az elektromos térben, míg a polikristályos cellákat négyzet alakú tömbökbe öntik és több kristályban dermed meg. Ránézésre is meg lehet különböztetni őket az amorf napelemektől, hiszen a polikristályos négyzet, a monokristályos nyolcszög alakú cellái árulkodóak.
A vékonyrétegű napelemek gyártása során a hordozórétegre gőzölik fel a félvezető rétegeket, ezáltal akár hordozható, hajlékony napelem is készíthető. Az ilyen eszközök hatásfoka 5-8%, ami megközelíti a kristályos napelemeket, viszont azt nem szabad elfelejteni, hogy a mono- vagy polikristályos rendszerek 2,5-3-szor kisebb felületet igényelnek a másik technológiához képest.
Egymáshoz hegesztett szilícium rétegekből áll, tehát több, jól elkülönülő kristályszerkezetet képző cellából épül fel, amelyek fekete színűek. A monokristályos napelemek megfelelő fizikai paraméterének eléréséhez először egy kristálytömböt készítenek, amit szeletelnek és többször felületeznek. A cellákat a henger alakú tömbből levágják, így jobban el lehet helyezni őket a napelem modulján. Leggazdaságosabb megoldásnak a nyolcszög számít. Hatásfokát (15-17%) tekintve jelenleg ez a típus a listavezető, azonban a tájolásra és a dőlésszögre figyelni kell a tervezéskor, mivel a szórt napfényt nem hasznosítja annyira jól, mint a direkt, közvetlen napsütést. Éppen ezért a hatásfoka ellenére nem ez a legnépszerűbb modul. A napelemre vonatkozó gyártási garancia 25 év, élettartama legalább 30 év. Ez a típus a gyártási eljárásból adódóan sokkal drágább, de az egységteljesítményük nagyobb a polikristályos napelemekhez képest.
Ez a típus is több cellából épül fel, de már nem egy, hanem több kristály alkotja, és kékes-lila a színük, azaz itt nem a homogén kristály növelése a cél. Mivel ez az előállítás kevesebb időbe kerül, kisebb az energiaigény is. Magukat a kristályokat öntecsben, azaz tömbben növesztik, majd vékony szeletekre vágják fel, ezáltal kapják meg a cellákat. Ezeket ónszalaggal forrasztják össze, illetve többrétegű védőburokba helyezik el. Mivel olcsóbb a gyártási költségük, ezért a beszerzési áruk is kedvezőbb. Jellemzően a polikristályos napelemek hatásfoka 14-16%, de a hőterheléseket nem bírják annyira, mint a monokristályos panel. A tájolásra és dőlésszögre sem annyira érzékeny, ezért telepítésekor, sokkal nagyobb volumenű felhasználási lehetőséget biztosít. Magyarországon ez az egyik leggyakoribb típus a költségeknek köszönhetően. A világon is vezető típusnak számít, hiszen ebből épül fel a legtöbb erőmű és háztartási méretű napelemes rendszer.
A vékonyréteg napelemek gyártása nagyon eltérő a fent említett két típustól. Ezen napelemek esetében a szilíciumot felgőzölik a hordozórétegre, ezáltal a gyártási idő jelentősen lerövidül. Magyarországon a napelemek optimális telepítési szöge 45°, azonban a vékonyfilm-rétegű napelemek képesek ettől akár 15°-kal eltérő dőlésszög mellett is leadni a névleges teljesítményüket. Ennek eredményeként a modulokat ennél a típusnál 30 és 60 fokos dőlésszög tartományban telepíthetjük, ami építészeti szempontból előnyt jelent. A költségei szintén alacsonyabbak, viszont ezen napelemek hatásfoka mindössze 6-8%.
Ez egy egységesen bevont felület, ahol néhány mikron vastagságban, szinte filmrétegként viszik fel a félvezető réteget. A halvány csíkok utólagos, lézerrel történt bevágások a filmrétegen, ami a kedvezőbb volt-amper arányok beállítása miatt szükséges. A félvezető filmréteget és az alapanyagot a gyártási technológia határozza meg, jelenleg az elterjedt és már tömeggyártásban lévő vékonyrétegű technológiák a következők:
A vékonyrétegű napelemek a világ napelemes piacának 20%-át jelentik. Kipróbált és elfogadott megoldásnak tekinthetők.
Mivel kisebb a hatásfokuk, így családi ház tetőjére nagyon ritkán kerülnek, mert nagyobb a területi igényük a kristályos napelemekhez képest. A vékonyrétegű napelemeknek jobb a hőmérsékleti együtthatója, így főként a sivatagos, nagyon meleg környezetben (tehát nem Közép-Európában) van előnye, mert nagy melegre és a környezeti hatásokra kevésbé érzékenyek, mint a kristályos napelemek.
Ez a ma használt vékonyfilm technológiák közül az egyik legjobban elterjedt. Jelentős számú cég vágott bele az utóbbi években ilyen technológiájú napelemek gyártásba. Ez a fajta napelem nem tagolt, tehát a felületét tekintve egyetlen amorf kristályról beszélhetünk. A félvezető réteg itt is szilícium, mint a kristályos napelemek esetén, azonban nem kristályos tömbökből, hanem szilán gázból (SiH4) állítják elő: kémiai reakció során a hidrogént leválasztják a szilíciumról, ami így lerakódik az üvegre – vagy más felületre, pl. műanyagra, fémre is akár. Viszonylag kis hatásfokú (4-6%) technológia. Mivel kicsi a hatásfoka, ezért jóval nagyobb felületet igényel az elhelyezése. Leggyakrabban olyan helyeken használják, ahol az épületbe integráltan lehet telepíteni, illetve ahol nagy terület áll rendelkezésre. Az amorf napelem a szórt fényt jobban hasznosítja, mint a közvetlen napfényt. Élettartalma kb. 15 év.
A megfelelő napelem kiválasztása nagyban függ attól, hogy milyenek a földrajzi viszonyok. Görögországban és Spanyolországban például több direkt sugárzás éri a berendezést, mint Magyarországban vagy Németországban. Hazánkban az árak miatt a polikristályos rendszert érdemes használni, de a termelést tekintve a monokristályos szinte megegyezik vele. Közép-Európában mivel azonos mennyiségű energiát lehet megtermelni, a két változat között nem igazán figyelhető meg különbség. Ebből adódóan a beszerezhetőség, az ár, a gyártó és a tetőn való elhelyezhetőség alapján szokás választani.
Az inverter a hálózatra tápláló napelemes rendszerek legfontosabb részét képezi, és feladata, hogy a napelemek által termelt egyenáramot váltakozó árammá alakítsa, ami a közüzemi hálózatnak is teljes mértékben megfelel, feszültség és frekvencia szempontból is. Ezenkívül képesek optimalizálni az áramtermelést, ellátnak védelmi és biztonsági funkciókat, biztosítják a távfelületeket, az adatgyűjtést, de még arra is képesek, hogy vezéreljék a saját fogyasztóik egy részét.
A napelemmel történő energiatermelés napjaink egyik legjobb megoldása a megújuló energiákból fedezett áramelőállításra. A napelemes panelek és az inverter mellett a tartószerkezet is a rendszer fő részét képezi.
Ennek feladata, hogy évtizedekig biztonságosan megtartsa, és a megfelelő pozícióban rögzítse a napelemeket, így biztosítva az áramtermelés zavartalanságát. Ebben a bejegyzésben részletezzük a tartószerkezetek típusait és azok jellemzőit, illetve áttekintjük, mire kell figyelni a napelemek felszerelése előtt.
Cikkünkben bemutatjuk a napelem rendszerek beszerelésének lépéseit. Kitérünk arra is, hogy milyen tényezők befolyásolhatják a sikeres telepítést, illetve hogy milyen buktatók merülhetnek fel a folyamat során. A hosszú távú és rövidtávú problémák elkerülése érdekében pedig részletesen megindokoljuk, miért fontos a hozzáértő szakemberek bevonása.
Mielőtt belevágnánk, első lépésként fontos tisztáznunk: milyen előnyökkel jár számodra, illetve a környezet számára a napelem?
Elérhetőségek
