Mi a napenergia?

A Nap energiája hő és fény formájában éri el bolygónkat. Tiszta, folyton megújuló energiaforrás, amely egyenetlen intenzitással ugyan, de gyakorlatilag örökkén örökké rendelkezésünkre áll. Az emberiség már az őskortól fogva használta erejét hol aktív, hol passzív formában.

Éltető fény, éltető meleg

A naprendszer és benne bolygónk energiaforrása értelemszerűen a Nap. Óriási égitestről van szó, mely csak egymaga a naprendszer anyagának több mint 99%-át teszi ki. Nélküle nem létezne élet a Földön. A napenergia a következőképp termelődik: a Nap csaknem háromnegyede hidrogén, amely a csillag belsejében héliummá alakul. A folyamat során pedig tetemes mennyiségű energia termelődik, amely elektromágneses sugárzás révén fény és hőenergia formájában érkezik a Földre. Fénynek nevezzük az elektromágneses sugárzásnak egy bizonyos tartományát, amelyből a 400-800 nm hullámhosszúságúak az ember számára láthatók a következő színekben:

400-420 nm - ibolya

420-490 nm - kék

490-540 nm - zöld

540-640 nm - sárga

640-800 nm - vörös

Az ezeknél magasabb hullámhosszúságú sugárzást hősugárzás formájában érzékeljük.

A napenergia állandó

A nap legalább 5 milliárd éve keletkezett, és becslések szerint még legalább ugyanennyi ideig szolgáltatja majd az éltető fényt és meleget bolygónk számára.

Mi a napenergia és hogyan hasznosítható?

Ahogy fentebb már említettük a Nap úgy működik, akár egy fúziós atomreaktor, hiszen belsejében magfúzió, vagyis termonukleáris energiatermelés zajlik. Magyarországon a napsütéses órák száma meghaladja az évi 2.000 órát, így térségünk kiválóan alkalmas e természetes és számunkra megújuló energiaforrás hasznosítására.

Napkollektor

A napkollektorban található csőrendszerben víz vagy valamiféle fagyálló folyadék kering, amelyet a nap energiája hevít fel. Az így megtermelt hőenergiát vízmelegítésre, illetve fűtésre vagy hűtésre egyaránt használhatjuk. Elektromos áram termelésére azonban egyáltalán nem alkalmas.

Napelem

A napelem villamos árammá alakítja át a Nap energiáját. A megtermelt egyenáramot pedig egy inverter segítségével képes a háztartásokban használatos váltóárammá alakítani a rendszer. Így a napenergia felhasználásával tudjuk működtetni elektromos eszközeinket, tölthetjük elektromos járműveinket, fűthetünk vagy vizet melegíthetünk vele. Egy ideálisan kialakított napelem rendszer gyakorlatilag a teljes háztartási áramszükségletünket fedezheti. Fontos tudni, hogy a napelemes rendszerek csupán megtermelik a villamos energiát és váltóárammá alakítják, de az így keletkezett árammennyiség tárolására nem alkalmasak. Arról, hogy milyen módon tárolhatjuk a megtermelt áramot, a későbbiekben ejtünk szót.

Naphőerőmű

A naphőerőmű a napkollektorok elvén működik. Azaz a napsugárzás segítségével hőenergiát állít elő, ez a hő melegíti fel a rendszerben található folyadékot, melynek eredményeképpen gőz vagy gáz képződik, amelyet turbinák segítségével elektromos áram előállítására használnak fel. Lakossági méretben nem, csak nagyüzemi keretek között alkalmazott eljárás.

A napelem hatásfoka

A napelem hatásfoka a napelem celláinak felületére érkező fényenergia, és az ebből kinyert villamos energia mennyiségének arányát fejezi ki. Ez az érték a panel típusától, gyártási technológiájától függően eltérő.

Monokristályos napelem

A monokristályos napelem egyetlen szilícium tömbből áll, melynek köszönhetően igen magas hatásfokkal rendelkezik. Ez nagy átlagban 16 és 18% közé tehető. A nagyobb szilícium tömb okán azonban előállítási költsége, és ebből adódóan ára is viszonylag magas.

Polikristályos napelem

A polikristályos napelem nem egy nagy, hanem több kisebb szilícium tömbből áll. Hatásfoka valamivel alacsonyabb:14-16%. Előállítása költséghatékonyabb, ez pedig az árán is tükröződik.

Vékonyrétegű napelem

A vékonyrétegű napelem is szilícium alapú, de gőzöléses eljárással készítik, mely során csak egy vékony réteget visznek fel belőle a szerkezet felszínére. Ebből adódóan az előállítása nemcsak olcsóbb, de jóval gyorsabb is monokristályos és polikristályos társaiénál. Cserébe sajnos hatásfokban már jelentős csökkenést mutat: mindössze 6-8%-os, amely a mindennapi felhasználás során azt eredményezi, hogy jóval több kell belőle, így sokkal helyigényesebb.

A napenergia előnyei

A legnagyobb előnye a hagyományos erőművekkel szemben, hogy működés közben nem keletkezik szén-dioxid sem egyéb gázok, így nem járul hozzá a globális felmelegedéshez. Gazdasági előnye, hogy egy megfelelően kiépített fotovoltaikus rendszer segítségével akár teljes mértékben függetlenedhetünk az áramszolgáltatótól, ezen keresztül pedig a forint inflálódásától, illetve az energia árának változásától. A rendszer tartós, minimum 25, de nem ritka esetben akár 30-40 évig is működik jelentősebb teljesítménycsökkenés nélkül, így viszonylag gyorsan megtérül a befektetés. Ennek időtartama számos tényező függvénye, de átlagosan 7 és 10 év közé tehető.

Kihívások

Magának a napenergiának nyilvánvalóan nincsenek hátrányai, de a felhasználása körül azért vannak mérlegelésre érdemes tényezők. Az egyik közülük, hogy jellegéből adódóan egyenetlen az eloszlása. A nyári időszakban nagy mennyiség áll belőle rendelkezésre, míg a téli időszakban jóval kevesebb áramot termelhetünk általa. Ezért a tárolás problematikáját minden esetben meg kell oldani a lakossági üzemű rendszerek esetében is. Másik, globálisan felmerülő kérdés, hogy mit lehet majd kezdeni az elöregedett, leselejtezett napelemekkel. Ez a kérdés jelenleg kevésbé égető, mivel az első rendszereket a 90-es években kezdték el kiépíteni, így nagy részük még ma is működik. Ám egyes előrejelzések szerint 2050-ig kb. 78 millió tonna hulladék keletkezik majd csak napelemekből. Köztes megoldásként a napelem táblák megsemmisítésének költsége mára beépítésre került a panelek árába. Az azonban még kidolgozásra vár, hogy hogyan lehetne ezeket a kimustrált paneleket a szimpla megsemmisítésükön túl valamiképp újra hasznosítani a jövőben.

A kinyert áram tárolása

A rendszerek a nyári időszakban termelnek több elektromos áramot. Az ezzel párhuzamosan a fel nem használt mennyiséget el kell spájzolni a téli időszakra. A lakossági szegmensben ennek leggyakoribb megvalósulási módja a helyi áramszolgáltató hálózatába történő visszatáplálás. A teljes függetlenség megvalósulása érdekében helyben telepített akkumulátorokkal is megoldható a tárolás, bár ez megnöveli a kiépítés összköltségét. Ipari méretekben már másképp működik a napenergia raktározása. Ennek legfejlettebb módja a power-to-gas eljárás, vagyis a villamos energia gázzá való átalakítása. Ekkor a megtermelt elektromos energia segítségével vízből és szén-dioxidból metánt állítanak elő, majd azt a földgáz-vezeték rendszerbe táplálják.

A napenergia tehát olyan, szinte időtlenül rendelkezésre álló tiszta energiaforrás, melynek segítségével adott esetben teljes mértékben önállósodhatunk az áramszolgáltatótól. A napelemes rendszerek révén magunk termelhetjük meg a háztartásban szükséges áramot, a napkollektoroknak köszönhetően pedig hőtermelés révén biztosíthatjuk az általunk felhasznált melegvíz mennyiséget, otthonunk fűtését vagy akár a hűtését is.