Hogyan működik a napelem?

Magyarországon a napsütéses órák átlagos száma kifejezetten magasnak számít az európai átlagot tekintve. Ezek a számok azt jelentik, hogy az év minimum nyolc hónapjában, márciustól októberig napelemekkel egy átlagos háztartás akár teljes áramszükségletét is fedezhetjük. A továbbiakban áttekintjük, hogy milyen elven működnek a napelemes rendszerek illetve milyen típusai érhetők el az igen sok szereplős piac kínálatában.

Egy kis fizika

Hogyan működik a napelem? A napelem lényegében az elektromágneses sugárzást alakítja át közvetlenül villamos energiává. A sugárzás mozgásképes töltött részecskéket generál, amelyek a panelbe épített félvezetőrétegek között rendezett mozgásra kényszerít. A töltött részecskék rendezett mozgása lényegében maga az elektromos áram egyenáram formájában. A napkollektor gyakran a napelem szó szinonimájaként használatos, fontos azonban megjegyeznünk, hogy míg a napelem áramot, addig a napkollektor fűtésre, vízmelegítésre felhasználható hőenergiát állít elő. E kettő működésében, a napenergia felhasználását tekintve tehát merőben eltér.

A napelemek teljesítménye a következő három tényező függvénye:

• a fény beesési szöge
• a fény ereje
• a napelemre csatolt terhelés

A fény ideális beesési szöge 90 fok, ezt a napelemek 30-40 fokos dőlésszögével tudjuk optimalizálni. A fény ereje időjárás- és évszakfüggő, így ez esetben abból kell főznünk, amink van, ám a másik két tényező viszonylag könnyedén befolyásolható.

Kristályos napelem

Két fő típust különböztetünk meg: kristályos napelemeket és vékonyréteg napelemeket.
A kristályos napelemekben nagyméretű szilíciumkristályok találhatóak vékony szeletkékre vágva. Ezek a kis szeletek voltaképpen a cellák, amelyek egy alufóliaszerű vezetővel vannak összekötve. Mindezt felragasztják egy alaplemezre. Fedésként edzett üveg szolgál, amely légmentesen zárja az alumíniummal keretezett szerkezetet.

A kristályos napelemek szintén két csoportra oszthatóak. A cellákban található szilíciumkristály szerkezetétől függően megkülönböztetünk monokristályos és polikristályos napelemet. A monokristályos napelemek hatásfoka a legjobb (14-18%), a polikristályos napelemeké 12-15%.

Vékonyréteg napelem

A legolcsóbb és legújabb technológia a vékonyréteg napelem. A hatásfokuk valamivel gyengébb (5-8%) a kristályos napelemekénél, ellenben számos már termékelőnnyel és óriási potenciállal rendelkeznek a technológia fejlődési irányait illetően. Ebben az esetben üvegre vagy vékony acéllemezre viszik fel a félvezetőt leheletfinom, néhány mikronos rétegben, ezért hívják vékonyréteg technológiának. A fedőanyag itt nemcsak üveg, de műanyag is lehet.

Ennek köszönhetően a kész termék akár teljesen átlátszó vagy éppenséggel kellően hajlékony is lehet, ami növeli a felhasználási lehetőségek sorát. A vékonyréteg napelemek közül jelenleg az amorf-szilícium (a-Si) félvezetős a legelterjedtebb.  Létezik egy másik, kadmium-tellurid (Cd-Te) félvezetős változata is. Ez még az előbbinél is kedvezőbb áron vásárolható meg. Ám a kadmium mérgező, egészségre káros anyag, így élettartama lejártával veszélyes hulladékként kell megsemmisíteni.

A vékonyréteg napelemek darab ára ugyan kedvezőbb, ám az alacsonyabb hatásfokuknak köszönhetően többet kell telepíteni belőlük annak érdekében, hogy megközelítsék a kristályos napelemek által leadott teljesítményt.

A fejlesztés mindenesetre a vékonyréteg napelemek irányába is elmozdult, egyéb előnyös tulajdonságaik révén az iparág kétségkívül lát bennük fantáziát.

• alacsonyabb szellőzési igény
• már szórt fény esetében is hatékony
• esztétikus felületet adnak

Hogy működik a napelem a tetőre telepítve?

A tetőre telepített rendszer esetében rendkívül fontos a panelek ideális tájolása és optimális dőlésszögének kialakítása. Általános érvényű szabály, hogy a 30-40 fokos dőlésszög a kívánatos gyakorlatilag bármely típusú panel esetében. Amennyiben ebben a szögben tudjuk telepíteni napelemünket, szinte veszteség nélkül tudjuk hasznosítani a Nap energiáját, hiszen így a panelek felületét merőlegesen, 90 fokos beesési szögben éri a napfény.

Egyes tetőfelületek egyedi adottságaiknak köszönhetően részben vagy akár teljes egészben is árnyékba borulhatnak adott napszakokban, ez pedig jelentős mértékben visszavetheti a napelemek teljesítményét, mivel a rendszer egésze az adott időben legkisebb teljesítményt leadó panel eleméhez „igazodik”. Ez még részleges árnyékoltság esetén is akár 30-40%-os csökkenést is eredményezhet.

Ha belóg a képbe egy kémény, antenna, netán villanyoszlop vagy épp egy terebélyes lombkorona, az sajnos olyan veszteségekkel járhat, amelynek tényével már a telepítés előtt, még a tervezés szakaszában foglalkozni kell. Fontos azt is megemlítenünk, hogy a fényviszonyok a későbbiekben is változhatnak. Egy újonnan épült lakóház vagy egy néhány év leforgása alatt facsemetéből szép lombos fává érett növény okozhat „váratlan” meglepetéseket.

Mivel a cél az, hogy a napelemeket minél nagyobb felületen és minél tovább érje a Nap, lényeges tényező a napelem tájolása is. A déli tájolás a legoptimálisabb, dél-keleti és dél-nyugati tájolás esetén körülbelül 5 százalékos, míg nyugati tájolás esetén 10-15 százalékos veszteséggel kell számolni. Egyik sem drámai csökkenés. Valós problémával csak akkor találjuk szembe magunkat, ha a tető tájolása északi.

Ahhoz, hogy a napelem rendszer telepítése megtérülő befektetés lehessen, a veszteség nem igazán lépheti át a 10-15%-os értékhatárt. Ez azt eredményezi, hogy ha a tető tájolása északi vagy számos egyéb, kiiktathatatlan árnyékoló tényezővel rendelkezik, akkor első körben érdemes megvizsgálni, vajon telepíthető-e a napelemes rendszer egy másik, alternatív felületre. Ha rendelkezünk ilyesmivel, a garázs vagy egyéb melléképület teteje is ideális helyszín lehet megfelelő tájolás mellett.

Napelemes cserép

Ma még többe kerül a kiépítése, mint a hagyományos paneles rendszeré, és hajlított formája miatt kissé egyenetlen a teljesítménye. Mindezek mellett sem fér kétség hozzá, hogy a napelemes cserép óriási termékelőnyökkel is büszkélkedhet. Meghibásodás esetén például lényegesen könnyebben mozgatható, darabjai akár egyenként is cserélhetőek.

Hol „tarthatod” a megtermelt áramot?

Látható, hogy maga a rendszer igen összetett, viszont működése viszonylag egyszerű folyamatok mentén történik. Napelemek mellett az áram termelése folyamatosan zajlik, a nyári időszakban nagyobb, míg télen kisebb mennyiségben. Ezért az el nem használt energiát valahol tartalékolni kell. Erre két lehetőség nyílik. Vagy helyben telepített akkumulátorokkal oldod meg a „tárolást” vagy szerződést kötsz egy áramszolgáltatóval és a hálózatába töltöd fel a megtermelt energiát.

Az akkumulátorok jelentősen megnövelik a beruházás amúgy is viszonylag magas, 1-3 millió forint közé tehető költségét, így célszerűbb az utóbbi opció mellett dönteni. Jelenleg az áramszolgáltatók minden esetben átveszik az így megtermelt áramot, tehát ilyen szempontból biztosra mehetsz. A szerződéskötésnek viszont még a napelemek telepítése és üzembe állítása előtt meg kell történnie.

Ez úgy működik a gyakorlatban, hogy egy úgynevezett szaldós elszámolás értelmében évente egyszer készítenek egy összesítést arról, hogy mennyi áramot termeltél, és ehhez képest mennyit használtál fel. Ha kevesebbet fogyasztottál, mint amennyit előállítottál, akkor az áramszolgáltató kifizeti részedre a különbözetet. Ha többet, ezt a tartozást évi egyszer kell kiegyenlítened az áramszolgáltató felé.

Tartósság és fenntartási költségek

A napelemekre általában 20-25 éves garanciát is vállalnak a gyártók, így a cserétől vagy az esetleges meghibásodástól jó ideig nem kell tartanod. Sajnos ez nem igaz az inverterre, melynek garanciája is rövidebb, általában 5-10 éves zavartalan működést szavatolnak a gyártók. Érdemes azzal számolnod, hogy nagyjából 12-15 évente cserélned kell majd. Jó hír viszont, hogy maga a napelem csak minimális karbantartás igényel.

Kérdése van? Keresse kollégáinkat!