Honnan jön a napelemek energiája?

Mennyi energiát termel a Nap? Hogyan termeli? És a napelem rendszer a Nap által biztosított energiának mekkora részét képes elméletileg feldolgozni? Egyáltalán mik a napelemek?

A nap számunkra elképzelhetetlen mennyiségű energiát termel. Ráadásul nem csak ma, de több millió éve teszi ezt, és még több millió éven keresztül képes erre. Erre az emberiség által jelenleg ismert leghatalmasabb forrást használja, ugyanazt, mint amit a hidrogénbombák. Mivel szerencsére ezt csak kísérletekben próbálta ki az emberiség, emiatt csak kevés embernek van konkrét „élménye” arról, mit is jelent ez. Talán egy kis segítséget ad az, hogy egy ilyen bomba beindításához is egy hagyományos atombomba kell. Ha viszont beindul, akkor az atombomba erejének sokszorosát produkálja.

Most akkor képzeljük el, hogy a nap belsejében egyszerre több millió ilyen hidrogénbomba robban fel minden másodpercben. Na ez az a napenergia, amit szeretnénk hasznosítani.

Ez az energiamennyiség szerencsére elég messze van tőlünk ahhoz, hogy ne pusztítson el bennünket, de ahhoz elég közel van, hogy a hasznosításhoz még elég nagy mennyiség érjen el hozzánk. Ma ugyanis minden felhasznált energiánk a nap mai vagy korábbi kisugárzott energiából származik. (Mert a szén, olaj, gáz… mind a korábbi – a nap által növesztett – fák és egyéb élőlények maradványa.)

Hogyan működnek a napelem panelek?

A napelem rendszer a nap sugárzását átalakítja használható elektromos energiává.

Az így kinyert energia függ a napelem panel hatékonyságától, az éghajlati és időjárási viszonyoktól. Száraz helyek ideálisak, több energiát termelnek a tiszta légköri viszonyoknál, amikor a legtöbb közvetlen napfény éri őket. De még a legnagyobb hatékonysággal működő panel is csak a beérkező energia kis részét tudja átalakítani használható energiává. Bár ez az érték a kutatások eredményeképpen egyre inkább nő. Jelenleg a kereskedelemben kapható panelek 14-19% körüli hatékonysággal működnek.

A napelem panel több különálló napcellából áll össze, kb. úgy mint ahogy egy fal is sok tégla egymáshoz illesztésével készül el.

Mindegyik cella egy kis teljesítményt ad le, de együtt a sok kis cella sokra megy. Egy átlag panel kb. 260-350 W teljesítményű,  ami egy TV-t, egy lámpát és egy notebookot egyszerre el tudna látni energiával. Ez ugyan nem ilyen egyszerű a valóságban, de a példa így valószínűleg érthető.

Hogyan készülnek a napelem rendszer cellái?

Amikor valaki megtudja, hogy a cellákhoz leggyakrabban felhasznált anyag a szilícium, ami leginkább homok formájában ismert, sokan nem értik, hogy miért csak a 20. században kezdődött a napelem rendszerek karrierje. Hiszen a Szahara is mind homok. Ez így is van, csak sajnos a cellák gyártásához nagyon tiszta szilícium kell. Az a tisztaság, ami egy orvosi műtőben előírás, ezekben a gyárakban elfogadhatatlanul gyenge lenne. Ide pedig mai korunk csúcstechnikája kellett, hogy ne csak szemetet termeljenek.

A gyártásnak az adta meg a nagy lökést, hogy ugyanezek a szilícium lapok kellenek a számítástechnikában is. Ahogy a számítástechnika fejlődött, úgy haladt, fejlődött és javult vele együtt a napelemes rendszerek celláinak a gyártása.

Ma már léteznek persze más módon előállított panelek is, de ezek vagy nem olyan hatékonyak, vagy nagyon drágák.

Mennyi energiát tudnak a napelemek termelni?

Közvetlen napfényben az egyenlítő mentén a működik legjobban a napelem rendszer, habár a Föld atmoszférájának következtében a földi panelek sosem fognak tudni olyan hatékonysággal működni, mintha közvetlenül kapnák a napsugarakat (pl. az űrben).

Más tényezők is befolyásolják egy napelem rendszer teljesítményét, az időjárás, a beárnyékoltság, a dőlésszög és pozíció. A leghatékonyabban ott működnek, ahol magas a regionális napsugárzás aránya, valamint közvetlen napfény éri őket, távol olyan tárgyaktól, amik beárnyékolhatják.

Magyarországon a napsütéses órák száma 1900-2300 óra/év, ami azt jelenti, hogy egy átlagos 300W-os kristályos napelem által megtermelt elektromos energiája 330-360 kWh/év. A nálunk rosszabb benapozási adatokkal rendelkező országokban, mint például Németországban, Csehországban, Ausztriában kevesebb energiát tudnak termelni ugyanazok a panelek, de ennek ellenére rengeteg rendszer van kiépítve. Ez betudható a környezettudatosságnak és nem utolsó sorban a kedvező támogatási rendszernek. Remélhetően a közeljövőben Magyarországon is átvesszük ezt a támogatási formát, így nálunk is ugrásszerűen növekedhet a kiépített napelemes rendszerek száma.

A napelem rendszer hatékonyságát azzal lehet a legjobban megnövelni, ha egy mozgó állványra szereljük, ami követi a Nap mozgását és mindig irányba forgatja a paneleket. Ezáltal a panel a maximálisan elérhető legtöbb közvetlen napfényt kapja. Ezzel a megoldással 40-50%-al növelhető a fix telepítésű rendszerekhez képest az energia termelése, viszont a mozgató állvány igen költséges és az erős szélre érzékeny.

A több évnyi hőhatás és fizikai használat csökkenti a napcellák hatékonyságát.  A jelenlegi kristályos napelemek garanciális élettartama 25-30 év, miután a panel továbbra is működőképes, csak  a névleges teljesítmény 70-80%-a alá esik a hatásfoka. A panelekben ugyanis nincs fizikai elhasználódás vagy kopás, csak a panel üvege kezd elszürkülni az időjárás hatására.

A napelem rendszer által termelt energia mennyisége függ a napcellák számától, a felhasznált anyag és technológia minőségétől, valamint a panelek életkorától.

Ezért a rendszer beszerzése előtt célszerű tájékozódni a minőségről, illetve a forint/watt arányról.

A napelem rendszer miatt csak akkor lesz áramom, ha éppen süt a nap?

Szerencsére nem, mert akkor nem sokan használnának egy ilyen rendszert.

A napelem rendszerek által termelt áram egyébként is egyenáram, amit a hagyományos elektromos berendezéseink (TV, számítógép, hűtő, világítás…) nem tudnak használni. Ezért ezt az egyenáramot egy berendezés, amit inverternek neveznek, átalakítja számunkra használható váltakozó árammá.

A fő kérdés viszont az, hogy általában máskor kell az energia, mint amikor legjobban süt a nap. Erre a megoldás az energia tárolása. Két fő megoldás terjedt el. Az egyik speciális szolár akkumulátorokban tárolja a napelemes rendszer energiáját, a másik visszatölti a klasszikus 230V-os hálózatba. Ez a megoldás sokak számára meglepetésként hangzik, de gondoljunk csak bele, hogy minden erőmű így működik. Például a paksi atomerőmű is. Áramot termel és betölti az elektromos hálózatba. Az Önnél telepíthető napelem rendszer is így fog működni, csak a mérete és energiatermelő képessége lesz némileg kisebb.

Az akkumulátoros megoldás pedig csak elsőre tűnik jó megoldásnak, de az ilyen napelem rendszerek működéséhez szükséges akkumulátorok nagyon drágák és sajnos 6-7 év alatt még a legjobbak is tönkremennek. Ha pedig nem csak világítani akarunk, hanem nagyobb teljesítményű berendezéseket is használni akarunk (pl, mosógép, légkondicionáló, elektromos fűtés…), meglehetősen nagy méretű akkumulátorokra van szükség.

Sok országban az állam úgy támogatja a környezetvédelmet és a tiszta energia használatát, hogy a napelem rendszer által, szennyezés nélkül termelt áramot magasabb áron veszik át, mint a hagyományos energiaforrásokkal termelt áramot. Magyarország ezen a területen némileg le van maradva, de már vannak tervek egy ilyen rendszerre, melynek a neve METÁR (Megújuló Energia TÁmogatási Rendszer).

A napelemek meg tudják oldani a teljes energiaellátásom? Lehet akár 0 is az energiaszámla?

Igen! Ennek azonban feltételei is vannak. Az egyik feltétel, hogy a ház teljes energiaigényét elektromos áram lássa el. A gázkazánt ugyanis nem tudják táplálni a napelemes rendszerek. Mivel a legáltalánosabban felhasználható energia az elektromos áram, így bármi megoldható a segítségével. Fűtés, hűtés, világítás, hagyományos berendezések működtetése…

Ha felújítást tervez vagy energetikai pályázatot szeretne kihasználni, akkor érdemes a környezetszennyező gázkészülékek helyett azok árammal működő alternatíváját választani. Így nem csak modernebb és környezetbarát lesz az otthona, de a háza vagy lakása teljes energiaszámláját is ki tudja váltani. Ehhez csak valamivel nagyobb méretű napelemes rendszer szükséges. De a felméréskor természetesen ezt is megbeszéljük érdeklődőinkkel.