Napelem

A Napból érkező fotonokat vagy más néven elektromágneses sugárzást közvetlenül alakítja át elektromos árammá. Az átalakítási folyamat a következő: a napsugarak elnyelődésekor aktív töltött részecskék keletkeznek, melyeket – a napelem technológiai kialakításból adódóan – az elektromos tér elektron vándorlásra kényszerít, azaz ELEKTROMOS ÁRAM jön létre. Ez a jelenség nem csak a napsugarak hatására jön létre, hanem bármilyen- megfelelő spektrumú – fényforrásnál is. A napelemekre manapság a gyártók 20-25 év garanciát vállalnak, de a prognosztizált élettartam 30-40 év. Alkalmazásukban hosszútávon jelentős növekedés várható.

Napelem alaptípusok

• Monokristályos (egykristályos)napelem. Alapanyaguk a szilícium(Si). Ár-érték arányban a leghatékonyabbak közé sorolható. A legjobbak hatásfoka 18% , de labor körülmények között elértek már 25%-ot is a kutatók.
• Polikristályos napelem: Alapanyaguk szilícium
• Gallium Arzenid napelem: prémium kategória, nagyon drága. Több réteg pn átmenetből épül fel, így fokozzák a hatásfokot kb. 40%-ra. Az űrkutatásban alkalmazzák.
• Amorf szilícium napelem: viszonlag olcsó de hatásfoka 5-8%. Kevesebb A szilíciumból kevesebbet használnak a gyártáshoz, mint az monokristályosnál, az aktív réteg itt 1 µm vastag.
• Egyéb vegyület félvezető  napelem: Alapanyaguk kadmium-tellurid és a réz-indium-gallium-szelenid  A hatásfokuk kisebb, mint 15%. Az aktív réteg itt is csak 1-2µm vastag.
• Szerves festék napelemek: A fényelnyelő anyag szerves festék, mely az elektrokémia elvén működik,  . A hatásfok: 2-4% , viszont rendkívüli olcsósága a nagy előnye.
• Polimer napelem: olcsó, de viszonylag alacsony hatásfokú kb. 3%

A hatásfok emelésére több alternatíva is van de ez összetettebb és költségesebb technológiát eredményez. Az hatásfok növelésnek van egy plafon értéke (33,7%) , mely átléphető ha több vékonyréteg napelem kerül alkalmazásra egymáson, így rétegenként egyre rövidebb fényhullámhosszra érzékenyek. További hatásfok növelés nagyobb fénykoncentrációval érhető el, amihez lencsék vagy tükrök felhasználásával jutnak el. A fejlesztések iránya napjainkban nem a  hatásfok fokozása, hanem az ár-érték arány (hatásfok x élettartam/gyártási költség )irányában tolódtak, ezzel is a megtérülési idő minimalizálása a cél.

A napelem egyik ügyes felhasználási területe a napelemes utcai világítás, NAPELEMES KANDELÁBER.

 

Hatásfok számítása:

 

 

 

 

• P_m a napelem által leadott maximális teljesítmény(W),
• E a napsugárzás felületi teljesítménysűrűsége (W/m²),
• A_c a napelem felülete (m²)