Milyen típusú napelemek vannak?

Az első modern értelemben vett napelem feltalálója Charles Fritts. Az amerikai tudós 1885-ben, New Yorkban építette meg a modern napelem prototípusának számító táblát, amelyen szelén réteget vont be vékony és félig átlátszó arany filmmel. A napelem panelek és a napelemes rendszerek hosszú utat jártak be azóta, fejlődésük pedig minden eddiginél jobban felgyorsult az elmúlt évtizedekben. A mai modern napelemeknek számos típusa létezik, különböző előnyökkel és hátrányokkal, amelyeket alábbi cikkünkben részletesen bemutatunk.

Hogyan működik a napelem?

Ahhoz, hogy megértsük mi a különbség az egyes napelem típusok között, fontos hogy ismerjük a működésük alapjait. A napelem panelek két különböző, de egymással összekapcsolt félvezető cellákból (p-típusú, pozitív és n-típusú, negatív) épülnek fel, melyek általában szilíciumból készülnek. A napfény, energiával rendelkező részecskékből, úgynevezett fotonokból áll. Amikor a napfény ráesik a napelem panelekre, a fotonok átadják töltésüket az ott lévő lévő elektronoknak, ezáltal pedig elektromos áram keletkezik.

A napelemek a nap fényét egyenárammá (DC) alakítják, amelyet a napelemes rendszerbe szerelt inverter a háztartási villamosenergia hálózatban használt váltóárammá alakít át. Így lesz a nap fényéből az elektromos berendezéseink használatához szükséges villamos energia.

A napelemek típusukat tekintve két fő csoportra oszthatók: a kristályos és a vékonyfilm-rétegű napelemek csoportjára.

Kristályos napelem

Jelenleg hazánkban a kristályos napelem típus a legelterjedtebb. Fő alkotóelemük a szilícium, a cellák sorba kötve, egy műanyag hátlap és egy üveglap közé laminálva kerülnek gyártásra. A kristályos napelemnek a gyártási mód alapján két altípusa van: a monokristályos és a polikristályos napelem. 

Monokristályos napelem

A monokristályos napelem, ahogy a neve is mutatja, egy kristályos napelemet jelent. Ennél a gyártási módnál  a szilícium egy tömbben dermed meg, ezt húzzák ki henger alakúra és osztják fel - többnyire nyolcszögletű - darabokra. Ezáltal könnyen felismerhetővé válik. 

A monokristályos napelem rendelkezik a legjobb hatásfokkal a Magyarországon jelenleg használt napelemek közül, ami jelenleg körülbelül 16-19%-ot jelent. Érdemes olyan helyre választani, ahol magas a napsütéses órák száma. A közvetlen napsugárzást ugyanis jól tudja hasznosítani. Fontos azonban tudni, hogy a monokristályos napelem előállítása fajlagosan a legköltségesebb, illetve hogy a dőlésszög valamint a tájolás rendkívül nagy hatással van a teljesítményére. 

Polikristályos napelem

A polikristályos napelemek esetén a szilíciumot négyzet alakú tömbökbe öntik és ott több kristályban dermed meg. Könnyen felismerhető alakjáról és kékes-lilás színéről. Egyik legfőbb előnye, hogy a szórt fényt jól tudja hasznosítani, azaz felhős időben is kielégítő a teljesítménye. Előállítása olcsóbb ugyan, mint a monokristályos napelemé, az átlagos hatásfoka azonban alacsonyabb. A tájolásra és dőlésszögre kevésbé érzékeny, ezért tágabb felhasználási lehetőséget biztosít. Kedvezőbb ára és jobb felhasználhatósága miatt ez jelenleg a legnépszerűbb napelem típus hazánkban.

Vékonyfilm-rétegű napelem

A vékonyréteg napelemek gyártási technológiája teljesen eltér a kristályos napelemekétől: a szilíciumot felgőzölik a hordozórétegre, amelynek köszönhetően a gyártási idő jelentősen lerövidül. A vékonyfilm-rétegű napelem legfőbb előnye, hogy a modulok szélesebb dőlésszög tartományban is telepíthetők (30-60°-os), azonban érdemes szem előtt tartani, hogy a területi igényük is nagyobb. Az ára kedvező ugyan, hatásfoka azonban jóval elmarad a kristályos napelemétől a maga 6-8%-ával. 

A vékonyrétegű napelemek jó hőmérsékleti együtthatója miatt jellemzően olyan térségekben javasolt telepíteni őket, ahol folyamatos napsugárzásnak és magas hőmérsékletnek vannak kitéve. 

Amorf napelem

Jelenleg a legelterjedtebb típus a vékonyrétegű technológiák közül. Ennek a típusnak a felülete nem tagolt, hanem egyetlen amorf kristályból áll. A félvezető az amorf napelemek esetén szintén szilícium - akárcsak kristályos napelemek esetén - ezt azonban kristályok helyett szilán gázból állítják elő. Az amorf napelemek kis hatásfokkal (4-6%) működnek, ami miatt jelentős felületet igényel az elhelyezésük. Fontos tulajdonságuk, hogy a szórt fényt jobban hasznosítják, mint a közvetlen napfényt. 

Hibrid napelem

A hibrid megoldás a napelem és a napkollektor ötvözete, amely egyszerre termel áramot és biztosít meleg vizet. Ennél a technológiánál a napelem panel mögött a rendszer folyadékot keringet, amely egyszertte hűti a rendszert és hasznosítható melegvízként. Előnye, a kettős funkció mellett, hogy a rendszer teljesítménye kevésbé csökken a forró nyári napokon. Hátránya a magasabb előállítási és karbantartási költsége.

Polimer napelem

A polimer, azaz organikus napelem megoldás egy viszonylag innovatív technológia, amely a fenntarthatóságra törekszik. Előállítási költségük alacsony és széleskörű felhasználási lehetőséggel rendelkeznek. Hátrányuk a kis hatásfok valamint az egyelőre még fejletlen technológia, amely nem teszi lehetővé a tömeggyártást.

Összefoglalás

A modern napelem típusok között megtalálható kristályos, vékonyfilm-rétegű, hibrid és polimer napelemek közül sok esetben problémát jelenthet kiválasztani a megfelelőt. Bízunk benne, hogy cikkünkkel sikerült átfogó képet adni az egyes típusok előnyeiről és hátrányairól, ugyanakkor azt javasoljuk, hogy napelemes rendszere tervezését és az abba illő optimális napelem típus kiválasztását bízza szakemberre.