„Süss fel nap! Fényes nap!”

Kategória: Agrárenergetika | Szerző: n-gy, 2020/05/01

A napelem vagy fotovillamos elem, amit az idegenes photo-voltaikus kifejezésből a magyar irodalom olykor PV-elemnek is nevez, olyan szilárdtest eszköz, amely az elektromágneses sugárzást (fotonbefogást) közvetlenül villamos energiává alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektronkilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség bármilyen megfelelő fényspektrummal rendelkező fényforrás esetén is lezajlik, nem szükséges hozzá kizárólagosan napfény.

A napelemekre általában 20–25 év a garancia, jellemzően 20–40 év az élettartamuk. A napenergia hasznosításában hosszabb távon számottevő növekedés várható.

A napelemek eltérnek a ma létező nagy teljesítményű naperőművektől. Ezek jellemzően más technológiát alkalmaznak: a naphőerőművek esetén a Nap sugárzó hőenergiáját folyadéknak adja át sugárzó hőátadással, ami túlhevítéssel gőzturbina meghajtásos villamos generátorral szolgáltat áramot. A napelemmel való áram-előállítás előnye, hogy működése nem jár semmiféle melléktermék kibocsátásával, így környezetkímélően működik, és a napsugárzás kifogyhatatlansága miatt megújuló energiaforrás; hátránya a magas telepítési költség, valamint a napsugárzástól függő, rendkívül váltakozó teljesítmény és az egyenetlenül előállított energia nehéz tárolhatósága. Azt az energiát, amely a Földön összesen található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik, a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség jelenlegi, évi energiafogyasztását a Nap egy órányi energiakibocsátása teljes egészében fedezné.

Egy napelemrendszer sokkal több mellette szóló érvet hordoz, mint amennyi ellene szól. Az egyik legjobb tulajdonsága az, hogy a napelem egy olyan megújuló energiaforrás, amelyből nem fogyunk ki sohasem, legalábbis addig, amíg a Nap él. A nem megújuló energiaforrásokat egyre nagyobb mértékben elhasználjuk, ezért fontos, hogy olyan energiaforrásokban gondolkodjunk, amelyekkel nem merítjük ki a Föld erőforrásait. Egyik előnyből jön a másik, hiszen ha szinte soha nem fogy el a napenergia, akkor azt is hozzá kell tenni, hogy a legtöbb esetben szinte mindenhol jelen van, vagyis égövtől függetlenül, mindenki élvezheti a napelemek teljesítményét.
Ugyancsak a napelemek mellett szólnak környezetbarát tulajdonságai. Röviden: a működésük során nem szabadulnak fel káros anyagok, nem szennyezik a légkört vagy a környezetet. Tekintettel a jelen környezeti helyzetre és a komoly mennyiségű szennyezésre, az ilyen rendszerek elterjedése jelentős mértékben javíthatja a környezetszennyezést. A napenergia bőséges, nagyon nagy mennyiségű energiát képes átadni, hiszen a Nap húszezerszer (!) több energiát képes átadni annál, mint amennyire valójában szükségünk van az egész Földön.

Ami a rendszer árát illeti, itt előnyről és hátrányról egyaránt beszélhetünk. Valóban nem olcsó egy napelemrendszer telepítése, hiszen szakértelmet és speciális összetevőket igényel. Azonban pályázati támogatás is igényelhető a rendszer megépítéséhez. Az építtető olyan mértékű anyagi támogatást nyerhet el egy jól megírt pályázattal, hogy akár a teljes költségét is fedezheti vele. S ha már telepítve van, a napelem, a karbantartása sem fog problémát okozni, mivel nagyon kevés figyelmet igényel, és amúgy is több évnyi garanciát biztosítanak a működtetéshez.

Hátrány még, hogy a napelemek optimális működése valamilyen szinten időjáráshoz van kötve. Mindez csak annyit jelent, hogy előfordulhatnak olyan napok is, amikor nehezebb megtermelni az elektromos áramot nagyobb mennyiségben. Ilyenkor viszont hozzányúlhatunk a csúcsidőkben túltermelt energiához, felhasználhatjuk a tartalékot. Ugyancsak hátránynak mondható az optimális működéshez szükséges hely vagy helyszín megválasztása. Fontos tudni, hogy a napelemeket nem telepíthetjük akárhová. A lapos tetőt például csak speciális esetben használhatjuk napelemek telepítéséhez, ez ugyanis külön módszert igényel. Az összetett tetőknél is oda kell figyelni a dőlésszögekre, hiszen nem mindegy, hogy milyen szögben telepítjük a napelemeket. Az optimális működés elérésének érdekében számos tényezővel kell számolnunk. Igaz, a tökéletes körülmények nagyon ritka esetben adottak, tehát nem is kell a tökéletességre törekedni. A lényeg, hogy megfelelő dőlésszögben és tájolásban telepítsék az elemeket, és figyeljünk arra, hogy lehetőleg ne árnyékoljuk fákkal, oszlopokkal vagy más épületekkel a napelem rendszerünket.

A napelemrendszer nem igényel különösebb karbantartást, nem kell számolni üzemeltetési, karbantartási költségekkel. A napelemmodulok leadott teljesítménye, így a megtérülés és a haszon előre kiszámolható. A napelemes rendszer függetlenséget biztosít a folyamatosan növekvő villamosenergia-árakkal szemben. Bárhol telepíthetőek: háztetőre, szabad földre, a konkrét hely adta adottságokat kihasználva. A napelemrendszer telepítésével az ingatlan, a telephely, az üzem értéke is növekszik.

Egy kis Napenergia-történelem

Az ókori gondolkodók, mint például a görög Szokratész vagy Arisztotelész hamar felismerték a napsugarakban rejlő energiát, és tanítványaikat arra biztatták, hogy házaikat tudatosan úgy építsék fel, hogy azok napközben tárolják a nap energiáját, és éjszaka hűljön le újra a hőmérséklet. A rómaiak szintén hasonló technikával építkeztek, gondoljunk csak a római fürdőkre, ahol fontos volt a megfelelő hőmérséklet. Ők voltak az elsők, akik az ablakokat is átlátszó kövekkel fedték be, később felfedezték a tiszta üveget, ami mérföldkő mind az építkezés, mind a napenergia felhasználásának területén. Ezek az átlátszó anyagok, mint a micakő vagy az üveg egyfajta hőcsapdaként funkcionálnak, átengedve a napfényt a kívánt lakrészre és bent tartva a felhalmozott hőenergiát. A rómaiak olyan elszántak voltak a napenergia felhasználásával kapcsolatban, hogy még külön törvényt is alkottak erre: tilos volt más háza elől bármilyen építménnyel eltakarni a Napot.

A legmeglepőbb napenergia-felhasználási mód mégis a görögök nevéhez fűződik. Archimedes feltaláló segítségével speciális, csiszolt fémpajzsokat készítettek. Amikor a római hajók megjelentek a tengeren a görög főváros határán, ezekkel a tükörszerű pajzsokkal a napsugarakat a hajókra irányították, amelyek hamar lángra is kaptak ennek hatására. Ezt később a háztartásokban is elkezdték használni, és a speciális tükörszerű fém segítségével könnyebben tudták lángra lobbantani a főzéshez a fát. Az egész világ ámulva figyelte a tudósokat, akik kísérleteket folytattak a napenergia felhasználásával, és képesek voltak ily módon megolvasztani a különböző fémeket. A Római Birodalom bukása után megjelentek az úgynevezett zöld házak vagy üvegházak, amelyeket a ház déli részéhez építettek hozzá, legtöbbször a nappalit kibővítve. Ezzel egy meleg, vibráló helyiséget kaptak, ahol a trópusi növények jobban fejlődtek és remek közösségi térként szolgáltak, valamint telén az ajtót kinyitva több hő áramolhatott be a házba.

A fotovoltaikus hatást Alexandre Edmond Becquerel francia fizikus demonstrálta először sikeresen 1839-ben. A fotovoltaikus technológiával az 1860-as években kezdtek el kísérletezni. Charles Fritts amerikai feltaláló 1883-ban építette meg az első modern értelemben vett napelemet, amelynek hatékonysága nagyjából 1 százalék körül volt. A fotoelektromos hatást Albert Einstein magyarázta meg 1905-ben, amiért megkapta az 1921. év fizikai Nobel-díját. Az első hatékony, széles körben alkalmazható, szilícium félvezetőn alapuló napelemet 1954-ben mutatták be a Bell Laboratories szakemberei. A nyilvánosság csak később figyelt fel a napelemekre, amikor az Amerikai Egyesült Államok Haditengerészete felhasználta azokat a Vanguard-1 műhold megépítésekor, 1958-ban. A következő két évtizedben elsősorban az űrtechnológiában történő felhasználás irányába fejlesztették.

A földi alkalmazásokra előállított napelemek fejlesztése akkor indult igazán be, amikor az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány létrehozta a fejlett napenergiás alkalmazások kutatásával és fejlesztésével foglalkozó részlegét. Az 1973-as olajválságot követően több olajipari vállalat fektetett napenergiával foglalkozó cégek felvásárlásába. A napelemrendszerek pályafutása már a 19. század első felében elkezdődött, és azóta számos finomításon és technológiai újításon estek át. A fő cél a mai napig az, hogy hatásos rendszert alakítsunk ki olyan áron, amely megkönnyíti a napelemek telepítését és elterjedését egy olyan korban, ahol a nem megújuló energiaforrások drasztikusan csökkennek, a környezetszennyezés pedig egyre komolyabb probléma.

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai