A napelem korunk egyik legdinamikusabban fejlődő villamosenergia-forrása. Ebben a cikkben a napelemek alapvető működéséről, műszaki és gazdasági kérdéseiről lesz szó. 

Működési elve

A napelemes, vagy fotovoltaikus rendszer a fény energiájának segítségével állít elő villamos energiát. De hogyan is teszi mindezt? A napelemek anyaga félvezető, általában szilícium, amelyben különféle szennyező anyagok felhasználásával a félvezető egyik oldalában elektronokkal, azaz negatív töltéshordozókkal telített részt, míg a másik oldalában elektron lyukakkal, azaz pozitív töltéshordozókkal telített részt hoznak létre. A két részt kiürített réteggel választják el egymástól.

 A napelem működése (Forrás)

Ahogy a képen is láthatjuk, beérkeznek a fény fotonjai, amik a félvezető atomjaiból elektronokat szakítanak le. A leszakított elektronok a negatív elektródára érkeznek, míg az elektronlyukak a pozitív elektródára. A két elektróda között így létrejött feszültség és meginduló áram a létrehozott elektromos energia, amit a napelem előállít.

Napelemes rendszerek

A napelemeket helyezhetjük háztetőkre, valamint talajon lévő tartószerkezetre is. A kis méretű, 50 kilowattnál kisebb naperőműveket háztartási méretű kiserőműnek (HMKE) nevezzük. Ezek általában a háztetőkön helyezkednek el, így nem foglalnak el értékes négyzetmétereket a telken.

Napelemek háztetőn (Forrás)

Háztetőnkre napelemet telepítve üzemelhetünk sziget üzemben, ahol a hálózattól függetlenül, önellátóan működhetünk. Ebben az esetben a napközben megtermelt energiát egy energiatárolóban tároljuk, például egy akkumulátorban. Ezt a lehetőséget nem igazán alkalmazzák, hiszen az energiatárolás költséges és veszteséges, valamint a rendszert túl kell méretezni az igényekhez képest.

A másik lehetőség a villamos hálózathoz való csatlakozás, ami mind műszaki, mind gazdasági megközelítésben előnyösebb. Itt túltermelés esetén a többletet betápláljuk a hálózatba, amikor viszont nagyobb a villamos energia igény, mint a termelés, fogyasztunk a hálózatból. A jelenlegi megújuló támogatási rendszer, a METÁR értelmében az áramszolgáltató köteles átvenni a megtermelt energiát a termelőtől, eladási áron a HMKE-k esetében. Ezzel a konstrukcióval a rendszer megtérülését egyes számítások 8, mások 13 évre teszik.

Az 50 kW-nál nagyobb naperőműveket általában már a földre szokták helyezni, és sokszor inkább cégek birtokolják magánszemélyek helyett. Sok helyen a hatalmas naperőműparkokat meglévő erőművek mellé építik , ahol már található egy kiépített villamos rendszer, amit a napelemekből termelt energia elszállítására is lehet használni. Magyarország legnagyobb naperőműparkja, a maga 16 MW-os névleges teljesítményével, a Mátrai Erőmű mellett található, meglehetősen impozáns látképpel:

Hozzá kell tenni, hogy a jelenleg üzemelő nagyméretű naperőművek még az előző támogatási rendszerben, a Kötelező Átvételi Tarifa (KÁT) rendszerében működnek, ami nem piaci alapú, és kedvezőbb feltételeket biztosít. A METÁR 2017-es bevezetése előtt így rengeteg pályázatot nyújtottak be azok, akik még be akartak férni a jobban kiszámítható KÁT rendszerébe.

 A mátrai naperőmű (Forrás)

A METÁR rendszerében az 0,5 MW-nál nagyobb naperőművek kedvezőbb feltételeket élveznek, az ő áramátvételük már piaci alapú - hiszen az áram ára időben nagyon gyorsan változik.

A napelemek egyik legnagyobb műszaki kihívása a szabályozásuk, hiszen a konvencionális erőművekhez (pl. szénerőművekhez) képest a napenergia nem szabályozható - csak akkor termel energiát, amikor süt a nap. Ez a szabályozásban nehézségeket jelent, hiszen a villamos energia, rendszer szinten, jelenlegi technológiákkal nem tárolható gazdaságosan!   Így a villamosenergia-termelés minden pillanatban meg kell egyezzen a villamosenergia-fogyasztással. Ezt csupán napenergiával nem lehetséges elérni, szükséges mögé egyéb, jól szabályozható energiaforrás is.

A napelemből kijövő áram egyenáramként látja meg a napvilágot. Ezzel a probléma csupán annyi, hogy ha a konnektorba benézünk, vagy a távvezetékeinket fogjuk meg, váltakozó árammal fogunk találkozni. Az egyenáramot váltakozóárammá kell alakítani, hogy fel tudjuk használni. Erre szolgál az inverter, ami plusz költség és környezeti terhelés egy napelemes rendszer létesítése során. Ez nem kis tétel, az ára 1 millió forint is lehet még a háztartási méretű kiserőműveknél is.

 Napelem (Forrás)

Környezeti hatás

Nem maradhatna ki cikkünkből a napenergia legnagyobb előnye, hogy az energia megtermelése közben nem bocsát ki szén-dioxidot.

Ez még önmagában nem jelenti azt, hogy egy teljesen környezetbarát techológiáról beszélünk, hiszen a gyártása, valamint az elhasznált panelek elhelyezése erőforrást és környezetterhelést eredményez. Összességében viszont, a teljes életciklust tekintve is környezetbarátnak tekinthető a konvencionális energiaforrásokhoz képest.

Egyik pillanatról a másikra minden energiaforrást napelemekre cserélni - bármilyen jól hangzana - nem lehetséges. Ettől függetlenül a napelemek alkalmazása és gyors, nem túlerőltetett elterjesztése elengedhetetlen a szén-dioxid kibocsátás csökkentéséhez, így a globális felmelegedés leküzdéséhez.

Két hét múlva megjelenő (2018.04.27) cikkünkben a talajszondákról, illetve a talajkollektorokról lesz szó!

Ha tetszett a cikkünk, és szeretnétek értesülni a legújabb bejegyzéseinkről, kövessetek minket facebookon!

Források

ttps://nvsolar.hu/a-napelemek-mukodese/

http://www.mnnsz.hu/megujulo-tamogatasi-rendszer-metar/