Napelem történelem és áttekintés

Nyomtat

A Bell Laboratories-ben 1954-ben fejlesztették ki az első napcellát, napelemet. Az utóbbi 50 évben a találmány fényes karriert futott be, és ma már az élet minden területén felbukkan, a Mars-szondától a filléres számológépekig.

A napelem nem egy egységes technológia, ez alatt a "fedőnév" alatt több, hasonló elven működő eljárás is megtalálható.

Ebben a fejezetben szó lesz ezekről az eljárásokról, a működési elveikről és a felhasználás lehetséges területeiről is.

A napelem működési elve

 

A napelemek működésének alapja, hogy a fénysugárzás fotonjai kimozdítják a félvezető elektronjait a kötéseikből, így elektron-lyuk párok keletkeznek, ezt az elektrontöbbletet pedig elektromos vezetőkkel lehet a napelem felületéről elvezetni a fogyasztókhoz vagy az akkumlátorokhoz.

Az elektron-lyuk párok szétválasztása három alapvető módon történik:

  • Azonos félvezetőanyag eltérő szennyezésével kialakított rétegekkel
  • Eltérő anyagú félvezető rétegekkel
  • Fém és félvezető rétegeivel

Elterjedt napcella típusok

 
Egykristály szerkezetű cellák a panelen (Single Crystal solar cells in panel)

Poly-kristály szerkezetű panel (Polycrystalline solar panel)

a-Si típusú panel (a-Si solar panel)
 

PV (photovoltic) panelek

Egy egyszerű cella körülbelül 0,5 V-ot tud előállítani. Ezeket lehet párhuzamosan kötni (pozitív kimenet a negatív bemenethez) és ezáltal nagyobb feszültséget elérni. Általában a kapcsolások módja és az összekötött cellák száma alapján az alábbi három kategóriába sorolhatók a panelek:

Napra-forgás

 

Mielőtt még elrohanna a táblázatnak megfelelően beállítani a napcelláit, felhívom a figyelmét, hogy az adatok az ausztrál Perth városára vonatkoznak, szemléltető céllal biggyesztettem ide. :)

A táblázatból tisztán látszik ugyanis, hogy a függőlegesen beállított napcella leginkább az alacsony napjárású téli hónapokban működik, addig a vízszintes tábla a nyári hónapokban igazán aktív, amikor a magasan járó nap elhalad fölötte.

A nap közbeni napjárás is meghatározó, a kelő és a lenyugvó "pozíció" között a Nap a horizonton vándorol, és ezzel is a cellára érkező napsugarak dőlésszögét és ezáltal az elnyelődés intenzitását befolyásolja.

Napra-forgás

Az oldalt látható görbe a napközben vándorló Nap által keletkező különbséget tükrözi a mozgó (napkövető) és a nem mozgó (statív) napcellák között. Az éves pályaváltozásból adódó különbség ebből a táblázatból nem derül ki, de egyértelműen a mozgó táblák javára billentené tovább a mérleg nyelvét.

Az ár viszont egyértelműen a mozgatott elemek ellen szól:

  • Nagyobb mechanikai igénybevételből adódó plusz költségek
  • Mozgatómechanizmus költségei
  • Számítógépes forgatásvezérlés költségei
  • Technológiai felügyelet költségei

Bizonyára könnyű belátni, hogy amíg egy családi ház tetejére "hobbiból" telepített napcelláknál ezek a költségek belátható időn belül - egyelőre - nem térülnek meg, egy naperőműnél ésszerű a napkövetéssel foglalkozni.

Hálózatba kötött napelemek

 

A cellák számának növelésével, majd a hálózat strukturálásával PV-rendszert állíthatunk össze.

A PV-rendszerek feszültsége jellemzően 12 és 50 Volt között változik. A panelek ára jelenleg 3 - 6 dollár Watt-onként (2000 évi adat). A nagy teljesítményű PV cellák általában napkövető automatikát is tartalmaznak és egy épületet is fel kell húzni a környékükön az átalakítók, akkumlátorok számára.

Egy 50 Watt teljesítményű PV-panel nyáron átlagosan 250 kWh-t, télen 100 kWh-t termel.

A fenti ábrán egy tipikusnak mondható PV-rendszer működési sémarajza látható. A napcellák által termelt villamos áram a teljesítmény szabályzóba (elosztóba) jut. Ennek feladata:

  • Az akkumlátorok feltöltésére egyenáram (12 - 24V) továbbítása.
  • Az egyenáramú rendszer megtáplálását ellátja.
  • A hálózati átalakítót megtáplálja.

Ezt a szabályozót általában számítógép vagy PLC vezérli. A program feladatai:

  • Az leágazások ki-bekapcsolása, előre meghatározott prioritás szerint
  • A PV panelok mozgatása, hibák regisztrálása, esetleg megjelenítő program kezelése
  • A 230 V-os hálózatra való rátáplálás logikai felügyelete (mikor elég stabil az áramnyereség)
  • Távfelügyelet kiszolgálása
 

A hálózati átalakító az áram váltóáramú hálózatra való áttáplálását végzi. (A feszültséget átalakítja 230 V-ra, az egyenáramot a hálózathoz szinkronizált váltóárammá konvertálja)

A generátor, például dízelgenerátor opcionális elem, amennyiben a napcellák nem műkődnek és/vagy hálózati probléma adódik, üzembe lehet venni - akár automatikusan is.

Napelemes Projektek, projekt-tervek

A Genesis naperőmű projekt tervei

 

Kínában feltámasztják a selyemutat. Nem a klasszikus tevés, karavános meg útonállós változatát, hanem - persze egyelőre csak tervben - az eddigi legnagyobb naperőmű projekt nevében.

A projekt ötlete a Sanyo japán konszernnél pattant ki Masao Isomura, Tetsu Nishioka és Hiroshi Ito fejéből. (Most takarja le a neveket és mondja vissza. Na ugye, milyen felületesen olvas! :)

A projekt jelentősen hozzájárulna az igen elmaradott és jórészt lakatlan nyugat-Kína fejlődéséhez, és nem mellékesen megakadályozná az itteni földművesek tevékenysége által megtámogatott elsivatagosodást, illetve a sivatagokat is részben maga alá gyűrné.

Az elképzelés szerint 300 család alkotna egy csoprtot, rájuk tukmálnának 10 négyzetkilométernyi földet 100 parcellára osztva. Az egy csoporthoz tartozó naperőmű kb. 10 MW energiát termelne, melynek nagy részét öntözésre fordítanák.

2000. évben Kína 300 GW energiát termelt, ennek a szintje 2030.-ig várhatóan 400 GW-ra fog emelkedni, és a Föld szempontjából sem biztos, hogy ezt az energiát fosszilis tüzelőanyagokból kellene előállítani.

 

forrás: kekenergia.com

Utoljára frissítve ( 2009 július 02., csütörtök 09:19 )