Így lesz elektromos áram a napfényből

 

Bár a napelemes áramtermelés áldásos hatását a mögöttes technológia ismerete nélkül is ki tudjuk használni, azért érdekes lehet megismerni azt a működési elvet, fizikai folyamatot, ami ezt lehetővé teszi.

 

A napelemek tulajdonképpen fotovoltaikus cellák melyek a fotovoltaikus jelenségen alapulva működnek. Fotovoltaikus jelenség az, amikor fény hatására az elektronok alapállapotból magasabb energiájú szintre kerülnek, és az atommagoktól kissé „szabadulva” szabadon áramolhatnak. Minden egyes napelem-alapegységben, cellában kétféle anyaggal – foszforral és bórral – szennyezett szilíciumkristály-réteg van. A foszforral szennyezett felén ott elektrontöbblet alakul ki, a másik oldalán bórral elektron hiányt idézünk elő. Az egyik fele így negatív lesz, a másik pozitív töltésű lesz. A napfény hatására a két felület eltérő módon reagál, köztük feszültség jön létre és elektronáramlás kezdődik, vagyis elektromos áram jön létre. Ezt az áramot lehet munkára fogni. A folyamat során egyébként nagyobb mértékben hő keletkezik és csak kisebb arányban áram.

Ha egy laboratóriumban akarnánk modellezni a folyamatot, így is leírhatnánk: egy szilícium darabot bór atomokkal egy másikat foszforral szennyezünk és összeillesztjük őket. Az összeillesztésnél kapunk egy p-n átmenetet, mivel a bór elektronhiányos állapotot, illetve lyukvezetésnek kedvező körülményeket (n-típusú félvezető), a foszfor pedig elektron többletet, illetve elektronáramlást biztosít (p-típusú félvezető). Az elektronok beilleszkednek az elektronhiányos helyre, ezáltal a töltéshordozók kioltják egymást), a helyhez kötött részecskék pedig olyan elektromos teret hoznak létre, mely megakadályozza a további töltésáramlást egyensúlyi állapotban. Amikor a p-n átmenetet fénnyel besugározzuk, az elektronjait gerjesztjük. Az elektronok pozitív lyukakat hagynak maguk után. A p-n átmenetben az állandó elektromos tér szétválasztja a pozitív és negatív töltéshordozókat, így elektromos áramot hozva létre: az elektronok elindulnak a pozitív pólus felé (n-típusú félvezető rész), a lyukak pedig a negatív pólus felé (p-típusú félvezető rész).

 

Felhasználóként számunkra talán az a legfontosabb tanulság, hogy a folyamat előidézéséhez tényleg csak napfényre van szükség, ami – remélhetőleg – kifogyhatatlan energiaforrás. Tehát amíg süt a nap és a cellák működnek (a panelek garanciaideje alatt biztosan), addig az áramtermelés zavartalan.

 

Többféle is van

Bár a működési elvük megegyezik, többféle technológiával készülnek napelemek. A mai lakossági napelemes piacon alapvetően háromféle érhető el.

A „vékonyrétegű” vagy vékonyfilmes napelemeken (szinte teli fekete panelek, vékony csíkok formájában látható lézeres bevágásokkal) a félvezetőréteget közvetlenül a hordozó üvegtáblára viszik fel. Ezek a panelek olcsóbbak, mint a kristályos táblák, viszont nem olyan nagy a teljesítményük, így nagyjából pont annyival kell több belőlük, mint amennyivel olcsóbbak, és a rendszer helyigénye is nagyobb. A vékonyrétegű napelemeket leginkább forró klímájú, sivatagos vidékeken alkalmazzák, mert stabilan működnek nagy melegben is.

A „monokristályos”, általában nyolcszögletű cellákból álló panelek valamivel jobban teljesítenek direkt fényben, mint a polikristályos panelek.

A határozott csíkokkal téglalapokra osztott „polikristályos” panelek szórt fényben – felhősebb napokon – teljesítenek jobban. A gyakorlatban az tapasztalható, hogy a hazánkban jellemző napfény besugárzási viszonyok mellett nincs kimutatható különbség a két típus éves hozamai között.

Bitmap-4

További bejegyzések

Kérje ingyenes árajánlatunkat!