A napelemek típusai

A napelemek több évszázados fejlődéstörténete során a tudomány és a szakértő tudósok számtalan irányban elindultak, aminek köszönhetően az alapanyag tekintetében számtalan típusú napelemet különböztethetünk meg egymástól. Az alábbiakban ezeket vesszük sorba, kizárólag a legfontosabb és leglényegesebb információkkal a középpontban.

A kristályos és a szilícium alapú napelemek

Az egyik legrégebbi napelemes típusnak a kristályos napelemeket tekinthetük, amelyek mono- és polikristályos technológián egyaránt alapulhatnak, és napjainkban az egyik leginkább elterjedt napelem-technológiának tekinthetők. Az ilyen típusok minden esetben valamilyen szilícium félvezetőn alapulnak, és már 1954 óta léteznek belőle kihasználható, eredményesen működő példányok. Ezek egyik alfajtája az úgynevezett monokristályos szilícium napelem, amelyek drágábbak ugyan, de nagyon hatékonyak.

Az ilyen napelemek manapság igencsak korszerűnek számítanak, és átlagosan 18 százalékos hatásfokkal képesek befogni a napsugárzást, de laboratóriumi körülmények között a 25 százalékos hatásfok elérése sem ritka, sőt mi több, az elméletileg elérhető legmagasabb teljesítménye a 34 százalékot is elérheti. Az ilyen napelemek kapcsán a legnagyobb teljesítmény mindig abban az esetben várható, ha felületét a napfény minden esetben merőlegesen éri, ezáltal a legtöbb esetben napkövető berendezésekkel kiegészítve alkalmazzák.

Léteznek továbbá polikristályos szilícium napelemek, amelyek a fentiekhez mérten ugyan olcsóbbak, ám hatékonyságok is lényegesen kisebb. A hatásfokuk általában 15 százalék körül van, nagy előnyük pedig az, hogy már a reggeli és az esti, úgynevezett szórt fényt is képesek nagyon jó hatásfokkal felhasználni. Bár a Földön egyelőre még nem került alkalmazásra, a műholdakon jelenleg is főként úgynevezett gallium-arzenid vegyületeken alapuló napelemeket alkalmaznak, amelyek jelenleg a legjobb hatásfokot képesek elérni.

Ezek többrétegű napelemek, amelyek esetében az 5-8 réteg egyidejű alkalmazása sem ritka. Ilyen esetekben a hatásfok akár a 46 százalékot is elérheti koncentrált napfényben, ami kiemelkedőnek tekinthető. Beszélhetünk ezen felül amorf szilícium napelemekről, amelyek a jelenlegi legolcsóbbaknak tekinthetők, de ebből kifolyólag a hatásfokuk sem sokkal nagyobb 5-8 százaléknál. Az alacsony ár mellett előnyük az, hogy kevesebb szilícium kell az előállításukhoz. Léteznek ma már természetesen más vegyület-félvezető alapokon nyugvó napelemek is, amelyek hatásfoka a jelenlegi ismeretek és technológiák alapján 15 százalék alatt marad.

Napelemek

Napelemek

Ennek megfelelően beszélhetünk például kadmium-tellurid, a réz-indium-diszelenid és a réz-indium-gallium-szelenid napelemekről is, amelyek bár olcsó előállításúak, mert relatíve kevés félvezető alapanyagot kell felhasználni hozzá, de hatásfokuk még elenyészőnek tekinthető.

A szerves napelemek

A napelemek egy relatíve egészen eltérő típusú változatai közé sorolhatjuk a szerves napelemeket, amelyek kapcsán ma már szintén több eltérő változatot találhatunk. Vannak például szerves festék alapú napelemek, amelyek az elektrokémia elvét követik a működésük tekintetében, tehát a napsugárzást befogó anyag egy szerves festéknek tekinthető. A hatásfok tekintetében ezek a napelemek 2-4 százalékosak, tehát meglepően elenyészőek, de mivel előállításul rendkívül olcsó, ezért a jövőben ebből kifolyólag alaposabban is elterjedhet majd.

Ebben a kategóriában kiemelkednek ugyanakkor a polimerekből, avagy a különféle szerves anyagokból készülő napelemek, amelyek nagyon olcsók, és bár a hatásfokuk a gyakorlatban még nem haladta meg az 5 százalékot, ellenben ideális és kísérleti teljesítményét tekintve képesek a 20 százalékos teljesítményre is. Az elkövetkezendő években tehát a folyamatos fejlődésből kifolyólag óriási előrehaladás várható ezen a téren, pláne abban az esetben, ha az ilyen típusú napelemek elérik majd a 15 százalékos ingerküszöböt ugyanezzel a rekord-alacsony gyártási költséggel. Egyes optimista előrejelzések szerint ezek a napelemek már 2017-ben piacra kerülhetnek majd, ami alapjaitól rengetné meg a napelemek piacát.

A háttérben zajló kísérletek alapján ebben a szegmensben is arra koncentrálnak most, hogy miként lehetne egyszerre több vékony napelem réteget egymásra építeni, amivel ez a technológia lehetőséget kapna a Földön elérhető elméleti hatásfok limit, avagy a 33,7 százalék átlépésére. A többréteges megoldás mellett komoly kísérletek irányulnak arra is, hogy a napelemek hatásfokát fénykoncentrációval növeljék, vagyis nagy teljesítményű optikai lencsékkel vagy speciális tükrökkel egy pontba, avagy közvetlenül egy napelemre irányítsák a sugárzást, amivel szintén növelni lehetne a kihasználtságot.

Hozzászólás írása