A napelemek működése a legtöbb embernek olyan titok, aminek mélyére nem ásnak le. Inkább elfogadják a tényt, hogy ez a kétségtelenül fantasztikus eszközök az emberiség szolgálatába állítják a Nap fényét, ám a „hogyanok” kibogozását inkább hagyják a fizikusokra és a villamosmérnökökre. Ha laikusként mégis felvetődnek bennünk kérdések és önszorgalomból beleásnánk magunkat a napelemek működésébe, szolgáljon e rövid cikk útmutatótól a témában!
Egy kis napelem történelem
Ha a napelemek működésére gondolunk, a legtöbbünk lelki szemei előtt a korszerű hatalmas panelek jellennek meg, amelyek kétségtelenül a modern kor vívmányai közé tartoznak. Az igazság az, hogy a szóban forgó modulok nem számítanak új jelenségnek, ugyanis már az 1800-as évek derekán is kísérleteztek a fotovoltaikus hatás kiaknázásával. A világtörténelem első fotovoltaikus elemét (ami a mai napeleme őse volt) Franciaországban állította elő egy 19 éves géniusz: Alexandre Edmond Becquerel.
A kutatások nem álltak meg
A francia fiatalember kutatásai világszerte felkeltették a tudósemberek érdeklődését, így a kísérletezések tovább folytatódtak. Az első, mai értelemben vett napelemet Charles Fritts amerikai úriember nevéhez köthetjük. Az általa készített napelemek működése alig érte el az 1%-os hatékonyságot.
Albert Einstein megmagyarázza
A címszereplő úr nevét mindenki ismeri, azt viszont már kevesen tudják, hogy ő volt az, aki az 1905-ben kiadott értekezésében részletesen elmagyarázta a fotoelektromos hatást. Az elismerés nem maradt el: Einstein 1921-ben fizikai Nobel-díjat kapott a munkájáért.
Mi a napelem?
A napelemek olyan panelek, amelyek a központi csillagunk, a Nap fényét átalakítják elektromos árammá. Első gondolatra, a fénynek és az elektromosságnak kevés köze vagy egymáshoz, a valóságban azonban másként áll a dolog. Attól még ugyanis, hogy a Napból származó energiát mi fényként látjuk és melegként érzékeljük, az tulajdonképpen fotonokból álló elektromágneses sugárzás. A napelemek működése során a cellák ezt a fotovoltaikus, más szóval fotoelektromos sugárzást használják fel.
A napelemek működése röviden
A napelem cella két vékony rétegű félvezető anyagot tartalmaz. Ezek a rétegek egymáshoz kapcsolódnak. A leggyakrabban a szóban forgó félvezetők szilíciumból állnak. A napelem cellába a fény a felső üveglapon keresztül jut be és a szilíciumréteggel találkozva elnyelődik. Az anyagban lévő elektronok a fény fotonjaiból kölcsönözik az energiájukat, a folyamat során szabaddá válnak, elszabadulnak és elkezdenek vándorolni. Ennek a vándorlásnak köszönhetően a cellákban elektromos tér keletkezik.
Polikristályos napelem vagy monokristályos napelem – mi a különbség?
A napelemeknek több eltérő fajtáját különböztetjük meg. A leginkább elterjedtek a már említett szilíciumból álló kristályos modulok. A kristályos napelemeknek is létezik két verziója, a monokristályos napelem és a polikristályos napelem. A kettő hasonló technológiával készül, a különbség tulajdonképpen az árakban és a hatékonyságukban keresendő. Az előbbi valamivel drágább, ám hatékonyságában (18%) előnyösebb a másiknál (15%-os effektivitás).
Mivel kecsegtet a jövő?
A bolygónktól 150 millió kilométerre lévő csillag, a Nap az emberi agy számára felfoghatatlan nukleáris erőmű. Hála a modern tudománynak, egyre messzebbre nézhetünk és bepillantást nyerhetünk az Univerzum nagy titkaiba. Így tudjuk például azt is, hogy a Nap nem kevesebb, mint 1,5 óra leforgása alatt képes annyi fényt a bolygónkra eljuttatni, ami az egész emberiség 1 évi energiaigényét is fedezhetné. A kérdés már csak az, hogyan leszünk képesek kiaknázni teljes hatásfokon ezt a végtelen energiát?