Ön itt áll: Főoldal Felhasználók pszandra's Home 2. Napelemek
Kapcsolodó keresések
Egyszerű keresés:
 
Olyan oldalak keresése, amelyek kapcsolódnak ahhoz amire rákattintok:  
Összetett keresés:
 
Olyan oldalak keresése, amelyek a bepipáltak közül
  Norvég támogatás segítségével létrehozva/módosítva
mindegyikhez
bármelyikhez
kapcsolódnak.
 
Bejelentkezés


Elfelejtette jelszavát?
Új felhasználó?
Támogatóink

2009-ben:

Támogatta Izland, Liechtenstein és Norvégia, az EGT Finanszírozási Mechanizmuson
és a Norvég Finanszírozási Mechanizmuson keresztül.

norway grants
eea grants
NFUKvVM

2007-ben:

Környezevédelmi és Vízügyi Minisztérium

2006-ban:

Környezevédelmi és Vízügyi Minisztérium
Naplopó Kft.
Nemzeti Civil Alapprogram
Soros Alapítvány
Szakszer Kft

2005-ben:

Kardos Labor
Naplopó Kft.
Orange6 Kft.
Seeger Engeneering AG
Soros Alapítvány

2004-ben:

Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium
Naplopó Kft.
Nemzeti Civil Alapprogram
Szakszer Kft.

2003-ban:

Környezevédelmi és Vízügyi Minisztérium
Szakszer Bt.
Szécsi Ilona

S. P. Office Kft.
Irtekis Kft.

 
Dokumentummal kapcsolatos tevékenységek

2. Napelemek

2.1 A napelemek története

 A fotovoltaikus jelenség (melyet a szakirodalomban „photovoltaic” angol szó rövidítéseképpen csak PV-nek neveznek) már a 19. században ismert volt: Alexander Edmond Bequerel, francia fizikus 1839-ben alkáli tartalmú folyadékban elhelyezett két fémlemez között fellépő villamos feszültségkülönbség kialakulását észlelete napfénnyel történő megvilágítás hatására.

A történelem első napeleme (szelén anyagú) Charles Fritts amerikai feltaláló nevéhez köthető, aki már akkor, 1883-ban megjósolta, hogy a jövőben a házakat ilyen szerkezetekkel fedhetik le elektromos energia termelése céljából. A napelemek fejlődésének következő jelentős állomásaként említendő Daryl Chapin, Calvin Fuller és Gerald Pearson első szilíciumből készült, 6%-os hatékonyságú napeleme (amerikai Bell laboratórium, 1953).

A napelemes áramforrások fejlődésének mozgatórugójává vált az űrtechnika: először 1958-ban alkalmazták ezen szerkezeteket az amerikai Vanguard I. műhold villamosenergia-ellátására.

A fotovillamos elemek elterjedését nagymértékben befolyásolta az 1973-as olajválság következményeként fellépő jelentős energia árnövekedés. Elejét vették azok a fejlesztési törekvések, amelyek célul tűzték ki olyan napelemek előállítását, amelyek hatékonyabbak, előállítási költségük alacsonyabb és várt élettartamuk is hosszabb.

Magyarországon az első napelemeket 1975-ben készítették el.  

A napelemek kezdeti csekély 2-3%-os hatásfoka mára elérheti a 20%-ot, azonban a gyakorlatban elérető határ 30% körül körvonalazódik.

 

 

2.2 Napelemek működése, felépítése, fajtái

 Mint az már a fentiekben említésre került, a napelem a Nap elektromágneses sugárzását felhasználva állít elő villamos energiát oly módon, hogy megfelelő mennyiségű sugárzás hatására a sugárzás fotonjai a félvezető elektronjait a kötésből kimozdítják – vagyis így szabad töltéshordozók keletkeznek, melyek a napelem fémelektródáiban feszültségkülönbséget ébresztenek. Amennyiben az elektródákat egy külső áramkörön keresztül összekapcsoljuk, a vezetékben elektromos áram indukálódik.

Az áramintenzitás a keletkezett szabad töltéshordozók számának függvénye, míg a feszültség a napelem alapanyagával van összefüggésben.

 Napenergia hasznosító berendezések sugárzást elnyelő felületének elhelyezkedése tetszőleges lehet, viszont a szerkezet optimális működése szempontjából döntő fontosságú. Akkor nyerhető a legtöbb energia, ha a napelem felületét merőlegesen éri a sugárzás. Ebből az egyszerű tényből következik, hogy Magyarországon déli irányban kell tájolni a napelemeket, mégpedig a földrajzi szélességgel megegyező dőlésszöggel – vagyis pl. Budapest esetében: 47, 5 fokban döntve. Meg kell jegyezni, hogy egy esetleges délkeleti vagy délnyugati tájolás is csak csekély mértékű (mindössze 5%-os) energiaveszteséget jelent.

Szezonális hasznosítás esetén javasolt dőlésszögek:

-          nyári üzem: 20 - 35 fok

-          téli üzem:  50 – 70 fok

 Bár a napelemek alapanyagául többféle félvezetőt használnak (szelén, gallium arzenid, réz indiumdiszelin, kadmium tellurid), a ma gyártott legszélesebb körben elterjedt elemek szinte kizárólag (nagy tisztaságú) szilícium alapanyagúak. A szilícium a földkéreg második leggyakoribb eleme, mely homok, szilícium-dioxid formájában fordul elő a természetben. Rendkívüli stabilitása révén az anyagjellemzők hosszú idő után sem változnak meg. A napelemhez elegendő néhány tized milliméter vastagságú szilíciumréteg, melyet műanyagba ágyaznak, és üveglap védelemmel látnak el.

 A cellák (ld. 3.ábra) kialakítása tekintetében három típus létezik, melyek megjele-nésükben, hatásfokukban és beszerzési költségükben is eltérőek:

 - monokristályos Si-cellák

- polikristályos Si-cellák

- vékonyréteg technológiájú cellák


Monokristályos cellák (ld. 4. ábra) előállításánál ún. „tégelyes húzó eljárást” alkalmaznak. Ebben az esetben a forró, folyékony állapotú szilíciumba egy szilíciumkristályt merítenek. A folyékony szilícium a bemerített kristályhoz tapad és a lassú kihúzás következtében több mint 1 méter hosszú, 12 cm átmérőjű rúd keletkezik. Az elkészült rudakat 0,5 mm-nél vékonyabb lemezekre vágják fel, majd a lemez mindkét oldalát idegen atomokkal való szennyezéssel érnek el az egyik oldalon pozitív, a másik oldalon negatív töltést. A szolárcella mindkét oldalát alumíniummal vonják be (hátsó oldalát teljesen, külső oldalát csak olyan mértékben, hogy a fény a szilíciumra juthasson). 

Az egykristályos cellák általános tulajdonságaként említhető, hogy egységes felületi struktúrával bírnak, sötétszürke színűek és hatásfokuk meglehetősen magas (~ 16%). Előállítási és így beszerzési költségük viszonylag magas.

 

Polikristályos cellák (ld. 5. ábra) gyártása hasonló a fentiekhez, itt azonban a forró szilíciumot grafit- vagy kerámiaformába öntik, és lassú hűtés folyamata után készülnek el a szilíciumrudak.

Az előállítás így kevésbé bonyolult, melynek köszönhetően áruk is kedvezőbb. A kékes és szürkés színű kristályok szabad szemmel is könnyen elkülöníthetőek. Hatásfokuk némelyest kisebb, 12-13% körüli.

 

A vékonyréteg technológiával készült cellák (ld. 6. ábra) előállítása során a „klasszikus” napelemek vastagságának csupán 1/300-a az aktív réteg, melynek előállításához pontos, de egyszerűbb technológia elegendő – vagyis a gyártási költségek csökkentek. Készítéséhez elsősorban amorf szilíciumot használnak, melyet üveg, fém vagy műanyag hordozórétegre gőzölnek rá. A témában végzett folyamatos kísérletek és fejlesztések eredményeként úgy tűnik ezen napcellák is versenyképesekké válhatnak. Eddigi széles körű használatát két tényező akadályozta jelentősen: az elemek kisebb hatékonysága (8% körüli), valamint az igények kívánta gyártó-berendezések hiánya.


Az építészeti igények kielégítésére a cellákat különböző nagyobb méretű egységekbe, modulokba szerelik. Kristályos cellák esetében általában 30x30 – 200x320 cm-es modulokat készítenek, melyekben az elemeket sorosan, ritkábban vegyes raszterbe rendezik. Az így készített napelem-modulok megszokott névleges feszültsége 12 V, de készülnek ettől eltérő feszültségű modulok is. Névleges teljesítményük akár a néhány száz wattot is elérheti.

 A napelem modulok gyártásánál alapvető szempont a napcellák tartóssága, valamint mechanikai védelme és időjárás-állósága, ennek érdekében a cellákat hermetikusan zárják el környezetüktől és a védőrétegek kialakításához a legmegfelelőbb anyagokat választják:

A megvilágított oldalon hőkezelt – nagy szilárdságú, és kis vastartalmú üveget helyeznek el, míg a hátsó oldalon alumíniumból, vagy speciális műanyagból készítenek külső védelmi réteget. Maguk a napelemek egy optikailag illesztett, speciális műanyagba ágyazódnak a külső és a belső réteg között, melynek anyaga lehet etilvinilakrilát (EVA), polivinilbutirál (PVB) vagy speciális szilikongyanta. Az így készült egyfajta szendvicsszerkezet vákuumban, nagy nyomás alatt kerül forrasztásra. Keretként általában alumíniumszerkezetet alkalmaznak, amely egyrészt védi a sarkokat, másrészt a rajta kialakított kötőelemek illetve furatok segítségével valósulhat meg a modulelemek rögzítése. Amennyiben a modul alumíniumkeret nélkül készül, a rögzítés ebben az esetben speciális rugalmas megfogási, ragasztási vagy egyéb egyedi rögzítési mód valósul meg.

A modulok villamos csatlakozása általában egy hátsó oldali hermetikusan zárható dobozban található, adott esetben készülhet csatlakozódoboz nélküli kialakítás is, amikor is maga a cella csatlakozó vezetékkel ellátott, vagy pedig rajtuk csatlakozósarukat alakítottak ki.

A korszerű, védőréteggel ellátott napelem-modulok élettartama magas (25-30év), energiaátalakítási hatásfoka 15% körüli.

 A fenti technikával készült modulokon kívül, léteznek „speciális” modulok is.

Ezeknek egyik fajtája az áttetsző (transzlucens) modul. Az itt alkalmazott napelemek szintén szilícium alapanyagúak, viszont a természetes fényt átengedik. Az átlátszóság úgy jön létre, hogy a hatékony felületen szabályosan ismétlődő, 0,1-1 mm méretű lyukak kerülnek kialakításra vagy kémiai maratás vagy lézeres eljárás során – utóbbi meglehetősen időigényes, emiatt elsősorban a maratást alkalmazzák. (A fényáteresztés és a fényegyenletesség a hexagonális lyukelrendezés esetén a legelőnyösebb) Mivel ezt a speciális napelem-típust leginkább homlokzatok, üvegtetők esetleg felülvilágítók eleme, gyakran építik őket egybe low-e (azaz alacsony sugárzóképpességű) üveggel, illetve a fej fölötti üvegezési szabályoknak megfelelő biztonsági üveggel.

Léteznek speciális hőszigetelő üvegezésbe integrált napelem modulok is, melyek esetében a külső üveg helyett egy fotovoltaikus réteget építenek.

Elsősorban vékonyréteg technológiával állíthatunk elő ún. flexibilis modulokat, oly módon, hogy az amorf szilíciumot rozsdamentes acéllemezre hordják fel, és flexibilis műanyag védőréteggel látják el.


2.3 Napelemes rendszerek felépítése, működése

 A napenergia fotovillamos hasznosításának két alapvető típusát különböztetjük meg:

 1. villamos energiatermelés „szigetüzemű” berendezésekkel

Ebben az esetben legcélszerűbb az egyenáramot előállító berendezések. Ott alkalmazzák, ahol a villamosenergia hálózat kiépítettsége nem teljes körű, így a hálózat bővítésének kivitelezési nehézségeit, illetve költségeit szem előtt tartva a hálózatra való rácsatlakozás problémás. (pl. magas hegyek, elszigetelt fogyasztók)

Sziget üzem esetén a napcellákon kívül lehetséges más áramtermelő eszköz (pl. szélgenerátor) csatlakoztatása is.

 A szigetüzemű berendezések alapvetően három komponensből állnak:

-          napgenerátor illetve napmodul

-          energiatároló egység (akkumulátor): A rendszer egyik legfontosabb láncszeme, amely képes a megtermelt energiát hosszabb időszakon keresztül tárolni. Az akkumulátorokat célszerű külön, zárt térben elhelyezni, így védelmet biztosítva a külső hőmérsékletingadozástól nő az élettartamuk és az energiatárolási hatásfokuk is.

Akkumulátorok különböző típusait anyaguk illetve kivitelük szerint csoportosíthatjuk.

Anyag szerint:

o       nikkel-kadmuim akkumulátorok (hosszú élettartam, 500 feltöltési-kisülési ciklus, –40 °C-tól +55 °C-ig működőképes, fajlagos energiatároló képessége 15–20 Wh/kg, viszonylag drága)

o       ólom-akkumulátorok (mérsékelt élettartam, üzemtől függően 500-1500 feltöltési-kisülési ciklus, –20 °C tól +40 °C-ig működőképes, túltöltődést és mélykisülést egyáltalán nem tűri, fajlagos energiatároló képessége: 40 Wh/kg, kedvezőbb ár)

Kivitel szerint:

o       nyitott: műanyag házban, alacsony karbantartási igényű, kedvezőbb árú, fontos a szellőzés biztosítása,

o       zárt (biztonsági szelepes): műanyag házban, abszolút karbantartásmentes, drágább a nyitott kivitelűnél, akár belső térben is üzemeltethető   

-          szabályozó illetve irányítórendszer: A napelemek által termel energia azonnali felhasználása esetén a szabályozó elektronikán keresztül akár közvetlenül a fogyasztóhoz csatlakoztatható. Akkumulátor megléte esetén az áramkör megszakításával képes védeni az energiatároló egységet a túltöltődéstől/teljes lemerítettségtől. 

Amennyiben szükséges a töltésszabályozót egy inverter helyettesíti, 230V váltóáramú fogyasztók is elláthatók (mint ahogy a 7. ábra is mutatja)



 2. áramtermelés hálózatra kapcsolt PV berendezésekkel

Az előzőekkel ellentétben ez a rendszer azokon a területeken hódított teret, amelyek esetében az elektromos hálózat kiépítettsége magas fokú. A rendszer magas kiépítési költsége miatt hazánkban (még) nem elterjedt.   

A hálózatra való rácsatlakozás előtt egy invertert (azaz egy váltóirányítót) kell a rendszerbe építeni, amely az egyenáramot váltóárammá alakítja át. A rendszer nagyütemű fejlődésének köszönhetően az invertert ma már akár egybeépítik a szolármodulokkal, ezeket váltóáram-szolármoduloknak nevezzük.

Az inverter beépítésével a hálózati áram csak akkor kerül felhasználásra, ha a napelemekből érkező villamos energia mennyisége nem elegendő. Abban az esetben, ha a szolármodulokból többletáram keletkezik, az a hálózatba folyik vissza a fogyasztásmérőn keresztül.

(A hálózatba történő visszatápláláskor szabályozóra van szükség, amely meggátolja, hogy esetleges hálózati hibák esetén a napelem károsodjon.)

Két fogyasztásmérő beépítésével megállapítható a hálózatból felvett, illetve a hálózatba táplált energia különbsége. (ld. 8. ábra)






Ez az oldal a "Tudásbázis a fenntartható fejlődésért..." projekt keretében készült.
A projektet támogatta Izland, Liechtenstein és Norvégia, az EGT Finanszírozási Mechanizmuson és a Norvég Finanszírozási Mechanizmuson keresztül.

NFÜNorway Grants - norwegian financial mechanismeea grants - EEA Financial Mechanism - Iceland, Liechtenstein, NorwayKörnyezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium

Nem publikált oldal: Ezt az oldalt a FÖK munkatársai nem ellenőrizték.
Készítette: Priegl Szandra, 2009.06.30. 16:22
Utoljára módosítva: ddekanyadm, 2009.10.05. 12:54


Creative Commons License

A fenntarthato.hu oldalainak tartalma Creative Commons Nevezd meg!-Ne add el!-úgy add tovább! 2.5 Magyarország Licenc alatt van.
Ha az itt található anyagokat ezzel ütköző módon szeretné felhasználni, lépjen velünk kapcsolatba!