Portfóliók
Napelem
A napelemek olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítják. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál amelyeket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít.
A napenergia hasznosításának, így a napelemeknek is rendkívül ígéretes jövőjük van. Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik a Nap 1,5 (azaz másfél) nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség évi energiafogyasztása megfelel 1 (egy) óra alatt kibocsátott napsugárzásnak.
A napelemek fajtái
Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg:
* Egykristályos szilícium (Si) napelemek: drágák, de hatékonyak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25%, az elméleti határ 31%.
* Polikristályos Si napelemek
* Amorf szilícium napelemek: olcsóbbak
* Fém – félvezető – fémszerkezetek: festékanyagokkal érzékenyített félvezető-oxidok. A hatásfokuk kevesebb, mint 10%. Példa: kadmium-tellurid és a réz-indium-tellurid napelemek
* Adalékolt amorf félvezető napelemek
* Szerves anyagokból készült napelemek: olcsók, de hatásfokuk csak 2-5%.
A napsugárzás koncentrálásával (többfotonos technológia) a hatásfok 66%-ra növelhető. A legkorszerűbb gáztüzelésű erőművek hatásfoka közel 60%.
Kicsatolható teljesítmény
A napelemekből kicsatolható teljesítmény függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt terheléstől. A fény intenzitását kevéssé tudjuk befolyásolni (nem takarjuk el a napelemet szándékosan), míg a másik két paraméter elméletileg kézben tartható.
A napelem beépítése szerint lehet fix vagy napkövető jellegű.
A fixen beépített napelem maximum 6 órán keresztül képes napfényt elnyelni. Ahhoz, hogy egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel tudjuk gyűjteni a napenergiát, a nappal folyamán vízszintesen forgatnunk, függőlegesen bólintanunk kell a napelemet, úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől. Ehhez plusz elektronikát és mechanikus elemeket kellene felhasználnunk, és a telepítési hely megválasztására is nagyobb gondot kell fordítani. Ellenben a fix beépítésnél elegendő a (tervezéskor már jól betájolt) ház tetőszerkezetét felhasználnunk a napelemek tartójának.
Az optimális besugárzásra beforgatott napelem-modul sem fog mindig teljesítményt szolgáltatni, mivel a besugárzás mértéke több okból is változhat, lecsökkenhet (pl. lemegy a Nap vagy eltakarják a felhők stb.). Mivel a fogyasztóinkat folyamatosan szeretnénk üzemeltetni, viszont a napelem nem tud folyamatosan energiát biztosítani, valamilyen energiatároló puffert kell alkalmaznunk a rendszerben, amivel áthidalhatjuk az alacsonyabb napfény-intenzitású időszakokat. (puffer=átmeneti energiatároló). Az energia hasznosításának másik útja, amikor invertert alkalmazunk. Az inverter a napelem egyenáramát váltakozó árammá alakítja át, és visszatáplálja a hálózatba. A visszatáplálás természetesen a hálózat periódusával szinkronizálva lehetséges.
Hatásfok
A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok (η, "eta") százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává. A hatásfokot a következő képlet szerint számítják: eta = frac{P_{m}}{E imes A_c}, ahol Pm a fényelem által leadott maximális teljesítmény, E a napsugárzás energiája (W/m2), Ac a napelem felülete (m2) A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát, a megvilágítás erősségét is.
A napelemek hatásfoka jelenleg (2007. nyara) 6-14% közötti, a legkorszerűbb – polikristályos – napelemek 20%-os hatásfoka már csúcsnak számít. Az áttörést itt is a nanotechnológiától remélik.
A napenergia hasznosításának, így a napelemeknek is rendkívül ígéretes jövőjük van. Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik a Nap 1,5 (azaz másfél) nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség évi energiafogyasztása megfelel 1 (egy) óra alatt kibocsátott napsugárzásnak.
A napelemek fajtái
Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg:
* Egykristályos szilícium (Si) napelemek: drágák, de hatékonyak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25%, az elméleti határ 31%.
* Polikristályos Si napelemek
* Amorf szilícium napelemek: olcsóbbak
* Fém – félvezető – fémszerkezetek: festékanyagokkal érzékenyített félvezető-oxidok. A hatásfokuk kevesebb, mint 10%. Példa: kadmium-tellurid és a réz-indium-tellurid napelemek
* Adalékolt amorf félvezető napelemek
* Szerves anyagokból készült napelemek: olcsók, de hatásfokuk csak 2-5%.
A napsugárzás koncentrálásával (többfotonos technológia) a hatásfok 66%-ra növelhető. A legkorszerűbb gáztüzelésű erőművek hatásfoka közel 60%.
Kicsatolható teljesítmény
A napelemekből kicsatolható teljesítmény függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt terheléstől. A fény intenzitását kevéssé tudjuk befolyásolni (nem takarjuk el a napelemet szándékosan), míg a másik két paraméter elméletileg kézben tartható.
A napelem beépítése szerint lehet fix vagy napkövető jellegű.
A fixen beépített napelem maximum 6 órán keresztül képes napfényt elnyelni. Ahhoz, hogy egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel tudjuk gyűjteni a napenergiát, a nappal folyamán vízszintesen forgatnunk, függőlegesen bólintanunk kell a napelemet, úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől. Ehhez plusz elektronikát és mechanikus elemeket kellene felhasználnunk, és a telepítési hely megválasztására is nagyobb gondot kell fordítani. Ellenben a fix beépítésnél elegendő a (tervezéskor már jól betájolt) ház tetőszerkezetét felhasználnunk a napelemek tartójának.
Az optimális besugárzásra beforgatott napelem-modul sem fog mindig teljesítményt szolgáltatni, mivel a besugárzás mértéke több okból is változhat, lecsökkenhet (pl. lemegy a Nap vagy eltakarják a felhők stb.). Mivel a fogyasztóinkat folyamatosan szeretnénk üzemeltetni, viszont a napelem nem tud folyamatosan energiát biztosítani, valamilyen energiatároló puffert kell alkalmaznunk a rendszerben, amivel áthidalhatjuk az alacsonyabb napfény-intenzitású időszakokat. (puffer=átmeneti energiatároló). Az energia hasznosításának másik útja, amikor invertert alkalmazunk. Az inverter a napelem egyenáramát váltakozó árammá alakítja át, és visszatáplálja a hálózatba. A visszatáplálás természetesen a hálózat periódusával szinkronizálva lehetséges.
Hatásfok
A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok (η, "eta") százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává. A hatásfokot a következő képlet szerint számítják: eta = frac{P_{m}}{E imes A_c}, ahol Pm a fényelem által leadott maximális teljesítmény, E a napsugárzás energiája (W/m2), Ac a napelem felülete (m2) A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát, a megvilágítás erősségét is.
A napelemek hatásfoka jelenleg (2007. nyara) 6-14% közötti, a legkorszerűbb – polikristályos – napelemek 20%-os hatásfoka már csúcsnak számít. Az áttörést itt is a nanotechnológiától remélik.
