Napenergia útmutató

Ez a napenergiáról szóló kalauz, a Dezeen Solar Revolution sorozatának része, a fotovoltaika különböző típusait ismerteti a jól beváltaktól a kísérletező jellegűekig.

A napenergia tiszta, megújuló és viszonylag olcsó energiaforrás, amely várhatóan egyre szélesebb körben elterjed, ahogy a világ leszokik a fosszilis tüzelőanyagokról. Amikor az emberek a napenergiáról beszélnek, gyakran a fotovoltaikus folyamatra utalnak, amelynek során a napsugarakat befogják és elektromos árammá alakítják.

A fény részecskéi, az úgynevezett fotonok egy félvezető felületre csapódnak, aminek hatására az atomok elektronokat bocsátanak ki, és ezáltal elektromos áramot hoznak létre. A félvezető anyagokat tartalmazó napelemek azok, amelyek a nap energiáját ilyen módon fogják be, de többféle típus létezik.

Az alábbiakban a napelem-technológia különböző fajtáit ismertetjük, amelyet a Dezeen Theo Hobsonnal, a Liverpooli Egyetem napfizikai posztdoktori kutatójával együttműködve állított össze:

Szilícium

A szilíciumalapú napelemek messze a legelterjedtebbek, a kereskedelmi fotovoltaikus piac mintegy 95 százalékát teszik ki. Előállításukhoz homokból nyert kristályos szilíciumot használnak, bár néhány ritkább elemet, például ezüstöt is igényelnek.

A szilícium napelemek jelenleg a leghatékonyabb napelemek, amelyek a rájuk érkező napsugarak energiájának mintegy 24 százalékát alakítják át villamos energiává. Egy megfelelő helyre helyezett szilícium napelem általában kevesebb mint két év alatt képes megtéríteni az előállításához felhasznált energiát, élettartama pedig körülbelül 25 év.

Mivel a szilícium napelemek merevek, általában lapos panelekbe rendezik őket, amelyeket háztetőkre szerelnek vagy napelemfarmok formájában helyeznek el. A közeljövőben várhatóan továbbra is ezek a formátumok fogják uralni a napenergia piacát.

Vékony film

A vékony filmrétegű napelemek, amelyek a fotovoltaikus piac fennmaradó öt százalékát teszik ki, általában kadmium-tellurid vagy réz-indium-gallium-szelén (CIGS) felhasználásával készülnek.

A kadmium és a tellúr egyaránt a bányaipar mellékterméke, így viszonylag könnyen hozzáférhető és olcsó – bár az előrejelzések szerint a ritkább tellúrból a jövőben egyre nehezebb lesz hozzájutni. A CIGS napelemek előállításához használt elemek nehezebben beszerezhetők, mivel azokat az érintőképernyőkben is használják, így sokkal nagyobb a kereslet rájuk.

A tudósok a kadmium-tellurid és a CIGS vékony fényelnyelő alternatíváit kutatják, például a kesteritet, amely olyan gyakori elemekből áll, mint a réz, az ón, a cink és a szelén. A vékonyrétegű napelemek kevésbé hatékonyak, mint a szilíciumcellák, a maximális energiaátalakításuk körülbelül 19 százalékos, bár eleve kevesebb energiát igényel az előállításuk. Fő előnyük, hogy sokkal rugalmasabbak, mint a szilíciumcellák, így a lehetséges alkalmazások szélesebb skáláját kínálják.

Szerves napelemek

Szerves, szénalapú molekulákból is lehet napelemeket előállítani – bár ez a technológia még mindig a kutatás és fejlesztés stádiumában van. Ha kereskedelmi szempontból életképessé válnak, a szerves napelemek előnye, hogy előállításukhoz sokkal kevesebb energiára van szükség, és nem függnek véges elemektől, így előállításuk potenciálisan olcsóbbá válhat.

Ezenkívül a szerves napelemeket különböző fényhullámhosszúságokra, például infravörösre lehet hangolni, így átlátszóak lehetnek, de mégis befoghatják a napsugarakat. A technológia azonban továbbra is viszonylag kevéssé hatékony és megbízhatatlan. A szerves napelemeket többnyire polimerekből, például műanyagokból állítják elő, bár néhány kutató továbbfejlesztette az ötletet.

Tandem napelemek

A napenergia-technológia egyik gyorsan fejlődő területe a tandemcellák koncepciója. Itt a fentiekhez hasonló napelemeket egymással kombinálva, a fény különböző hullámainak elnyelésére optimalizálva használják, így az egyes napelemek hatékonyabban tudják kihasználni a napsugárzás spektrumát.

A cél az, hogy áttörjük a 24 százalékos hatékonysági küszöböt, és sokkal több energiát nyerjünk a napból, ami még versenyképesebbé teszi a napenergiát a fosszilis tüzelőanyagokkal szemben. A tandemtechnológia a szerves napelemeket is praktikussá teheti, ha az átlátszó, különböző hullámhosszúságú fény befogására hangolt cellákat egymásra helyezik.

Eddig a tandem napelemek előállítása olyan drága volt, hogy egyáltalán nem volt költséghatékony, de az új konstrukciók megjelenése hamarosan megváltoztathatja ezt a helyzetet.

Hőtermikus napenergia

A napenergia kifejezés néha a naphőre is utalhat. Míg a fotovoltaika a napból termel villamos energiát, addig a naphő a napsugarakat használja fel hőtermelésre. Ez egy kevésbé kifinomult technológia, amely általában egy folyadék, általában víz közvetlen felmelegítését jelenti a napfény segítségével.

Háztartási környezetben a napkollektorokat a nap felé néző tetőre lehet felszerelni, hogy egy tartályban tárolt vizet melegítsenek, amelyet aztán melegvíz- és fűtéskészítésre lehet használni.

Forrás: www.dezeen.com