Napelemek

A Föld hihetetlen napenergiát kap. A nap, egy átlagos csillag, egy fúziós reaktor, mely több mint 4 milliárd éve ég. A nap egy perc alatt ad elég energiát, hogy a világ energiaigényét egy évre kielégítse.

Napenergia egy ingyenes, kimeríthetetlen forrás, de hasznosítása egy viszonylag új ötlet. A képesség, hogy napenergiát használjunk remek ötlet. Az első felfedező egy svájci tudós, Horace de Saussure, aki megépítette az első termikus napkollektort 1767-ben, melyet később vízmelegítésre és ételmelegítésre használt. Az első kereskedelmi szabadalom egy napenergiával működő vízmelegítő volt, melyet Clarence Kemp jegyzett be az Egyesült Államokban 1891-ben. Ezt a rendszert megvásárolta két kaliforniai vezető és a Pasadenai lakások egyharmadában telepítette 1897-ben.

A villamosenergia-termelés napenergiából a második felfedezés volt. 1839-ben egy francia fizikus egy bizonyos Edmund Becquerel rájött, hogy napenergiát lehet előállítani a "fotovoltaikus hatásból". Az 1880-as években, szelén fotovillamos napelem cellákat fejlesztettek ki, amelyek átalakítják a fényt elektromossággá 1-2%-os hatásfokkal (a rendelkezésre álló napfény átalakítása a napelem segítségével elektromos árammá.) A fotovoltaikus energia, ezért maradt a kíváncsiság tárgya sok éven át, mert nagyon hatékonyan alakítja át a napfényt elektromos árammá. Albert Einstein adta a magyarázatot a "fotoelektromos hatásra" a korai 1900-as évek elején, amiért elnyerte a Nobel-díjat. Mindezzel együtt történt, hogy az emberek elkezdték megérteni a kapcsolódó fényelektromos hatásokat.

A fejlett napenergia technológiának, a jelenlegi kialakítása nagyjából 1908-ban történt, amikor William J. Bailey, a Carnegie Steel Company feltalált egy gyűjtőt egy szigetelt dobozt és egy réz tekercsek egyvelegét. Az 1950-es években a Bell Telephone Labs elérte a 4%-os hatásfokot, majd 11%-os hatékonysággal jöttek a szilikon PV cellák. Ettől kezdve, fokozódott az érdeklődés a napenergia irányába. A késő 50-es és 60-as években az űrprogram aktív szerepet vállalt a napelemek fejlesztésében. A napelemek tökéletes forrásai az elektromos műholdaknak azért, mert masszívak, könnyűek, megbízhatóak, és ez remekül megfelel az alacsony fogyasztású követelményeknek. Az elterjedéshez további kutatások szükségeltettek.

A napenergia egy nagy lehetőség volt, de a háttérbe szorították, amikor is a fosszilis tüzelőanyagok voltak megfizethető és elérhető árakon. Csak az elmúlt néhány évtized során lettek újra fókuszban a napelemek, amikor is egyre nagyobb energiaigény keletkezett, és emiatt növekedtek a környezeti problémák is. A csökkenő fosszilis források az alternatív energiaforrásokra irányították figyelmünket, rájöttünk, hogy hatalmas erőforrások rejlenek bennük. Például az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma támogatta a napelem telepítéseket és tesztelt több mint 3000 napelem rendszert az 1973-1974 olajembargó idején. Az 1970-es években, az energiaipari vállalatok és a kormányzati szervek már befektettek a napelem iparba, és hatalmas fejlesztések indultak a napelemek terén. Napenergia fejlesztésekre ismét törekedtek az Öböl-háború idején az 1990-es években.

Gyakorlatilag az első napelem panelek kevesebb, mint 30 évvel ezelőtti időszakra nyúlnak vissza.

Kialakultak a professzionális cégek, sajátos napenergia rendszerek – szóval már nincs mentség az embereknek, hogy ne használják ezt a megújuló energiaforrást, napelemek segítségével.

A legnagyobb hatékonyságbeli ugrás akkor jött, mikor a tranzisztor és a kísérő félvezető technológia is belépett a napelem iparba. A technológia közrejátszásának köszönhetően a termelési költség közel 1/300-ra esett vissza a század közepére, és a beszerzési költség 200 $ per watt-ra az 1950-es években, ma pedig 1 $ per watt.

A napenergia két formája: termikus és fényelektromos. Az első a koncentrált napfényt, alakítja hővé, és egy gőzfejlesztő, vagy motor kell, hogy villamos energiává alakítsa. Meleg épületek, meleg víz, elektromos áram. A második forma, hogy a napenergia termel villamos energiát közvetlenül, mozgó alkatrészek nélkül.

A mai fotovoltaikus napelem rendszerekhez szilícium szükséges, ami a második leggyakoribb elem a földkéregben. A legkisebb egysége a napelem rendszernek a cella. A cella vezetékek együttesen egy modul, és a modulok vezetékesen együtt alkotnak egy napelem panelt. A csoport paneleket nevezzük tömböknek.

Számos előnye van a fotovoltaikus napenergia rendszereknek, ez az egyik legígéretesebb megújuló energiaforrás a világon. A napelem nem környezetszennyező, nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, kevés karbantartást igényel, nem kell felügyelet, és az átlagos élettartama 20-30 év, továbbá alacsony üzemeltetési költségekkel jár. Ez különösen azért lehetséges, mert nincs nagyléptékű telepítésre szükség. A távoli területeken könnyen elő lehet állítani a saját villamos energiát, lehet kisebb vagy nagyobb rendszer, ha szükséges. A napenergia generátorok összeszerelése nem igényel extra fejlesztést vagy földterületet és funkciójuk biztonságos és csendes. Ahogy a közösségek nőnek, több napenergia kapacitásra van szükség, tartani kell a lépést a növekvő igényekkel, anélkül, hogy túlzottan beépítenénk a termelési kapacitási területeket, mint az gyakran előfordul a hagyományos nagyméretű energiaellátó rendszereknél. Ha összehasonlítjuk a szénnel, olajjal, gázzal, vagy az atomenergiával, könnyű a választás. A napenergia technológiák által nyújtott energiák - tiszták, megújulók és hazai energiaforrások.

A napenergia a legkeresettebb ma a fejlődő országokban, a leggyorsabban növekvő szegmens a fotovoltaikus piacon. A napenergia a nyilvánvaló energiaválasztás. A kormányok megtalálták a moduláris napenergia rendszereket, a decentralizáció miatt a több ezer távoli falvakban is ki lehet elégíteni az elektromos áram szükségleteket a napelemek alkalmazásával. Ez sokkal inkább gyakorlati leképezés, mintsem kiépíteni a drága távvezetékeket a távoli területeken, ahol az emberek nem adnak pénzt a hagyományos villamos energiáért.

India egyike a fő napelem gyártóknak és azt tervezi, hogy napelemes telefonokat telepít 500.000 faluban. Mexikóban azt tervezi, hogy villamosított 60000 falut a napenergia segítségével. Talán a legkiemelkedőbb példa Izrael elkötelezettsége a napenergia irányába. 1992-ben, több mint a fele az összes háztartásnak (700000) fűtött víz és napenergia-rendszerek segítségével. Továbbá minden évben 50000 új létesítés keletkezik.

A napenergia ugyanolyan praktikus a lakott területeken ahol kapcsolódik a helyi elektromos hálózatra, mint a távoli területeken. Egy átlagos otthon több mint elegendő tetőfelülettel rendelkezik, hogy a telepített napelemek fedezzék az éves energia szükségletet.

A háztartási energiaellátás az egyik a napenergia felhasználásának. Valójában négy nagy kategóriába lehet sorolni a napenergia felhasználási területeket: ipari, vidéki lakhely, hálózatra kapcsolt, és a fogyasztói / beltéri területek.

Az ipari felhasználás jelentette a legnagyobb alkalmazást a napenergia felhasználásából az elmúlt 30 évben. Távközlési cégek, olajtársaságok, és a közúti biztonsági berendezések mind támaszkodnak a napenergiára a megbízható, állandó teljesítményére távol minden elektromos vezetéktől.

Közúti segélyhívó telefonok és a kivilágított autópálya jelek mind támaszkodnak a Nap energiájára, annak érdekében, hogy megbízható szolgáltatásokat tudjanak fenntartani anélkül, hogy vezetékeket kelljen csatlakoztatni vagy dízel generátorokat kelljen üzemeltetni. Navigációs rendszerek, mint a tengeri bóják és más pilóta nélküli berendezések nagyon távoli területeken is ideális alkalmazásokat jelentenek a napenergia felhasználásával, mert a terhelési igényeket és a jól ismert követelményeket megbízhatóan és a legnagyobb teljesítménnyel veszik.

A vidéki lakhely felhasználási területei: kabinok, házak, falvak, klinikák, iskolák, üzemek, valamint a külön-külön működő lámpák és kisgépek. Fogyasztói / beltéri felhasználása a napelem celláknak pl. órák és számológépek, valamint számítógépek és rádiók.

A praktikuma és a környezetkímélő jellege a napenergiának pozitívan befolyásolja az embereket világszerte. Ez nyilvánvaló, rengeteg napelemet értékesítenek a Földön. A világ összértékesítése átlagosan mintegy 15%-kal nőtt minden évben az elmúlt évtizedben. Hisszük, hogy van egy reális lehetőség, hogy a piac továbbra is növekszik mintegy 15%-os arányban a következő évtized során is.

Két fő hátránya lehet a napelemnek, ha a napfény mennyisége nem jelentős valamint a berendezés költsége. Jelentős mértékben függ a földrajzi elhelyezkedéstől, a napszaktól, évszaktól és a felhőktől. Az Egyesült Államok délnyugati része a világ egyik legjobb területe napfény szempontjából. Globálisan, más területek is kapnak magas napfény intenzitást ilyenek pl.: a fejlődő nemzetek Ázsiában, Afrikában és Latin-Amerikában.

Szibériában ugyanakkor nem élveznének sokat ebből a megújuló erőforrásból. És míg a napenergia technológiák hatalmas technológiai és költséghatékony fejlesztéseken mentek keresztül, még mindig drágábbak, mint a hagyományos energiaforrások. Amerikában azonban a napelemes berendezések végül megtérülnek 2-5 év attól függően, hogy sok napfény van-e egy adott területen és jó áron vásárolja vissza a szolgáltató a felesleges energiát. Ezután a felhasználó gyakorlatilag egy ingyenes energiaforrással rendelkezik. A jövőbeni fejlesztések előreláthatólag csökkenteni fogják a megtérülési időt, 1-3 év. Ma Magyarországon a legrövidebb megtérülési idő 8 év körül alakul, a fejlesztések és támogatások által ez a jövőben akár 5-6 év is lehet.