Napenergia hasznosításMár régóta kutatjuk annak lehetőségét, hogy miként lehetne a napenergiát szolgálatunkba állítani. A fosszilis energiahordozók megjelenése és rohamos térnyerése azonban háttérbe szorította a nap energiájának felhasználására irányuló törekvéseket. A helyzet azonban gyökeresen megváltozott, amikor kiderült, hogy a föld energiakészlete, kőolaj- földgáz- és kőszénforrásai végesek, kimeríthetők. Ekkor merült fel az igény más alternatívák keresésére. A víz és a szél erejét már régóta használták, és „új” lehetőségként ismét felmerült a nap, mint belátható időn belül „kimerülhetetlen” energiaforrás. A napenergiának az ipar és a háztartások szolgálatába állítása azonban olyan technikai fejlettséget igényelt, amely elérése csak az utóbbi évtizedekben valósult meg. Ettől kezdve azonban már szinte megállíthatatlan a napenergia használatának terjedése. Napelem működéseA szolár cellák két fajta anyagot tartalmaznak, ezeket p- illetve n-típusú félvezetőknek nevezzük. Bizonyos hullámhosszú fény képes a félvezető atomjainak ionizációjára, ezáltal a beeső fotonok többlet töltéshordozókat keltenek. A pozitív töltéshordozók a p-rétegben, míg a negatív töltéshordozók (elektronok) az n-rétegben lesznek többségben. A két ellentétes töltésű réteg töltéshordozói habár vonzák egymást, csak egy külső áramkörön keresztül áramolva képesek rekombinálódni, a köztük lévő potenciál lépcső miatt. Egy fotoelektromos cella teljesítményét a következő három dolog határozza meg: a szolár cella anyaga és mérete, a fény intenzitása, és hullámhossza. A monokristályos Si alapú szolár cellák például nem képesek a napsugárzás energiájának 25 %-nál többet elektromos árammá alakítani. Polikristályos Si szolár cellák hatásfoka 20 % körüli, az amorf Si celláké 10 %. Napelemes rendszerek, napelemekA szolár cellákat sok különböző méretben és formában állítják elő, a felhasználási területnek megfelelően. A cellák összekapcsolásával szolár modulokhoz jutunk. Ezekből a modulokból állítják elő a felhasználó számára a szolár rendszert. A napelemes rendszerek mérete egyebek közt függ a napsugárzás mennyiségétől, az elhelyezéstől és a felhasználói igényektől. A napelemes rendszer a szolár cellákon kívül tartalmazza még az elektromos csatlakozásokat, az illesztési eszközöket, teljesítmény szabályozókat, az akkumulátorokat, az invertert. A napelemes rendszerek két változatát lehet kialakítaniHálózatba visszatöltő rendszerHálózati visszatáplálásos üzemű napelemes rendszert akkor alkalmazunk, ha a napelemekkel előállított villamos energiával kívánunk fogyasztók energiaigényét ellátni. Amikor nincs, vagy csökkentett a fogyasztás, a napelemek közvetlenül a hálózatra táplálnak vissza, amikor pedig a napelemek nem termelnek, a szükséges energiamennyiséget a villamos hálózatból vesszük fel (pl.: este). Hálózati visszatáplálásos üzemben nem használunk akkumulátorokat. Ez esetben olyan invertert kell alkalmaznunk, amely biztosítja az áramszolgáltató által támasztott követelményeket a visszatáplálás folyamán. Ilyenkor olyan mérőóra kerül felszerelésre, amely mind a vételezett, mind a betáplált villamos áramot méri. Sziget üzemű rendszerA sziget üzemű napelemes rendszer különösen ajánlott olyan helyeken, ahol a hálózatos áramszolgáltatás nem, vagy csak nagyon nagy költségek árán építhető ki (pl. tanyák, erdészházak). Sziget üzemben a napelemektől érkező villamos áram egy töltésszabályzón keresztül jut el a fogyasztókhoz, amennyiben az eszközeink táplálása 12 vagy 24V-os egyenfeszültséggel történik. Ebben az esetben ennek megfelelő eszközöket kell használnunk. Amennyiben 230V-os váltakozó áramú eszközöket is kívánunk használni, akkor egy invertert kell alkalmaznunk, ami a napelemektől érkező egyenfeszültséget 230V váltakozó feszültséggé alakítja és a töltésszabályzó feladatát is ellátja. A termelt, és fel nem használt áramot akkumulátor egységekben tároljuk. Hibrid napelemes rendszerA fő tulajdonsága a hibrid napelemes rendszereknek, hogy több különböző energiaforrást használnak. A fotovoltaikus alkalmazásoknál tipikusan ez a másik energiaforrás lehet egy szélkerék vagy a hálózati rendszer. A fogyasztók az akkumulátorból vagy a másodlagos energiaforrásból kerülnek megtáplálásra. Lehetséges a hibrid rendszereknél, hogy az akkumulátort a másodlagos energiaforrás töltse. A hibrid rendszerek másik nagy előnye, hogy nem szükséges a napelemek számát túlméretezni, ami jelentős megtakarítást eredményez a kezdeti befektetési költségekben. A napelemek által előállított energia mindig elsőbbséget élvez a másodlagos energiaforrásokkal szemben. A másodlagos energiaforrásokkal kombinált hibrid rendszer megbízható ellátást biztosít minden napszakban és egész évben. |