2019. március 19., kedd

Gyorskeresés

A hatásfok nyomában 3.

Írta: | Kulcsszavak: napenergia

[ ÚJ BEJEGYZÉS ]

Sorozatom záró részében összefoglalom, milyen tényezők befolyásolják a napelem hatásfokát, bemutatom a lehetséges alkalmazási módokat és a hatásfoknál fontosabb tényezőket.

A hatásfok nyomában

A 2. részben elmeséltem, hogy a kvantumelmélet segítségével belátható, hogy egy adott anyagból készült napelem a fény spektrumának csak egy részét képes villamossággá alakítani. Az energiamennyiség szempontjából ezen a téren a szilícium teljesít a legjobban. A kb. 30%-ra adódó elméleti hatásfokot azonban több dolog miatt sem lehet elérni. Egyszerre több tényező határozza meg a kiadódó gyakorlati hatásfokot, melyeket olykor csak egymás kárára erősíthetünk.

Fontos szempont például a napelem abszorpciója, az a mérőszám, amely megmutatja, mekkora részét nyeli el a napelem a rásugárzott fénynek. A beérkező fénnyel három dolog történhet: visszaverődik, elnyelődik vagy áthatol a napelemen. A felület strukturálásával és tükröződésgátló bevonatokkal a visszavert fény mennyisége közel nullára csökkenthető. Ahhoz ugyanakkor, hogy minden fény elnyelődjön a cellában, vastag szilíciumrétegre van szükség, ez pedig azt jelenti, hogy a fotáramnak vagy nagy kristályrészen kell áthaladnia, vagy sok kontaktust kell kialakítani, amelyek árnyékolják a kristályt. A szilícium ellenállásán a fotoáram teljesítményt disszipál, ez tehát veszteségként jelentkezik, ráadásul melegíti is a napelemet. A két követelmény ellentmond tehát egymásnak: egyrészt vékony rétegre van szükség, hogy kis ellenállású legyen, másfelől vastag kell, hogy legyen, hogy minél több fényt nyeljen el.

A már említett melegedés külön problémát okoz, ez ugyanis csökkenti a napelem hatásfokát. Túlságosan lehűteni sem szabad azonban a cellákat, mert ez a már említett ellenállás megnövekedéséhez vezetne. Amennyiben sikerül megakadályozni a cellák felmelegedését, érdemes lencsékkel, tükrökkel koncentrálni a fényt, mert ez a hatásfok növekedését eredményezi. Jobban megéri tehát optikai úton összegyűjteni a fényt egy nagy területről és azt kisebb felületű napelemre vezetni, mint koncentrálás nélkül nagyobb felületű, azonos hatásfokú napelemet alkalmazni.

Napelemek a gyakorlatban

A napelemek gyakorlati alkalmazását ár/teljesítmény arányuk határozza meg. Amennyiben kellő mennyiségű hely áll a rendelkezésünkre, az alacsonyabb hatásfokú, olcsóbb fajtákat érdemes választani.

A legjobb hatásfokú szilícium napcellák 22% körüli hatásfokkal rendelkeznek. Ezek nagy tisztaságú szilícium egykristályból épülnek fel, melyek előállítási költsége nagyon magas. A tisztaság azért kulcsfontosságú, mert minden kristályhiba növeli annak esélyét, hogy a magasabb energiaszintre lökött elektronok visszaessenek, energiájuk pedig elektromosság helyett hővé alakuljon. Ott alkalmazzák őket, ahol nincs elég hely, illetve minden gramm számít.

Az olcsóbb, polikristályos napelemekkel találkozhatunk a leggyakrabban. Míg az egykristályos cellák egyszínű, mintázat nélküliek, addig a polikristályos cellák könnyen felismerhetők töredezett, számos kristályt tartalmazó képükről. A manapság terjedőben lévő napelemes töltőkészülékek is általában ilyen panelt tartalmaznak, hatásfokuk 15% körüli.

Az amorf szilícium gyártástechnológiája nagyon leegyszerűsíti a bonyolultabb struktúrák kialakítását is, így az árversenyben ez a típus győzedelmeskedik, hatásfoka 6% körüli. Árán túl a flexibilis kivitelezési mód lehetősége is komoly érvként szól mellette.

Hova tegyem?

Mivel az elektromosság közvetítése költségekkel jár, másfelől pedig a napenergia egy ingadozó, így hálózatra jelenleg kevéssé köthető energiafajta, ezért a felhasználás helyéhez minél közelebb kell elhelyezni a napelemeket. Naposabb, nyugati államokban már ma 10-15 éven belül megtérülő befektetés a családi házak napelemesítése. Ez akkor éri meg igazán, ha a helyi áramszolgáltató hajlandó tőlünk megvásárolni a fölös termelést. Úgy tudom, a nyugati régióban, megfelelő feltételek teljesülése esetén az egyik szolgáltató már Magyarországon is átveszi a háztáji villamosságot.

Még jobb, ha a házat már kifejezetten úgy tervezik, hogy tetőfedőként napelemeket alkalmaznak, ilyenkor nem kell aggódni a túlzott mechanikai terhelés miatt.

A gyorsan fejlődő városi környezetekben számtalan lehetőség adódik a napelemek alkalmazása számára a falak, tetőszerkezetek borításában illetve az ergonómiai célú árnyékolások megvalósításában.

forrás: [15]

Ez utóbbi feladatra kiemelkedően alkalmasak a félig átlátszó napelemek.

Érdekes tény, hogy bár a mai árak mellett a napelemek még drága portékának számítanak, fajlagos költségük már alacsonyabb, mint a csiszoltkő-burkolatnak. A fejlesztés jelenlegi iránya egyértelműen a költségek lejjebb szorítása, a drága szilícium mennyiségének csökkentése. Jó példával szolgál erre egy korábbi írásom témája, mely egy Caltechen fejlesztett napelemet mutat be, mely igazából egy koncentrátoros rendszer. A napelem anyagának nagy részét olcsó polimer és fényvisszaverő szemcsék teszik ki, melyek a nagy területről összegyűjtött fényt a kis mennyiségű, vékony szilíciumszálakra összpontosítják.

Ahogy az első részben írtam: hosszú távon a napelemek energiaellátásunk legfőbb részét kitevő részei lesznek. Ha jobban szemügyre vesszük, a technológia már ma is gazdaságilag legitim megoldásokat kínál a számunkra, a jövőben pedig ennél csak kedvezőbb változatokra számíthatunk.

Hozzászólások

(#1) moha21


moha21
(PH! kedvence)

Egy ilyen "bevont" ház mennyi energiát tud termelni durván?
Mondjuk aki ilyet épít gondolom, rendesen le is szigeteli..
Nekem egyelőre csak sörkollektor van tervben.

Nem az az igazi férfi aki minden nőt meghódít, hanem aki ismeri a nagyfeszültségű földkábelek szigetelésének technikáját.

(#2) Bada Bing válasza moha21 (#1) üzenetére


Bada Bing
(tag)

Sajnos nem tudok konkrét számadatokkal szolgálni, de garantáltan többet, mint amit felhasznál, még komoly áramfogyasztást feltételezve is. Ez azt jelenti, hogy amellett, hogy ingyen van számára az áram, még el is adhatja a fölösleget a szolgáltatójának. Egy napos éghajlaton csupán a tetőre felhelyezett napelemekkel egy átlagos családi házat alapul véve nagyságrendileg napi 5-10 kWh villamos energia gyűjthető be.

További hozzászólások megtekintése...
Copyright © 2000-2019 PROHARDVER Informatikai Kft.