A napenergia az egyik legjobban hozzáférhető megújuló energia Magyarországon, és ez magán, családi vagy akár ipari energiaigény kiszolgálására is alkalmas. De hogyan lesz a napsütésből elektromos áram? Összefoglalónkban röviden bemutatjuk a folyamatot.
Egy teljes napelemrendszer nem csak a feltűnő panelekből áll, összesen három fő komponens kell a működéséhez.
Bár nem áll sok elemből, elég bonyolult rendszer, nézzük meg részletesebben a működését.
Maga a fotovoltaikus panel kisebb cellákból épül fel, amelyek pedig kétfajta félvezetőből készülnek. Ezeket p-típusú és n-típusú szilíciumnak hívják. Kristályos szilíciumból készülnek, ezt szennyezik bórral a p-típusúnál és foszforral az n-típusúnál. A kialakuló rácsos kötésekben a negatív rétegben eggyel több elektron van, a pozitívban pedig egy üres lyuk, ahova be tudna ülni egy elektron. Ezeket összeillesztve az ellentétes töltés megsemmisül, és feszültség jön létre.
Amikor a napfény eléri a napelem celláját, a fotonok energiája elegendő ahhoz, hogy elektronokat szabadítson fel a szilícium kristályszerkezetéből. Ezek az elektronok az elektromos mező hatására az n-típusú réteg felé mozognak, míg a pozitív töltésű lyukak a p-típusú réteg felé vándorolnak. Ennek eredményeképpen a napelemcellán belül elektron-lyuk párok keletkeznek, amelyek hozzájárulnak az elektromos áram generálásához. A külső áramkörben az elektronok áramlása hozza létre az elektromos áramot.
Az egyes napelemcellák által generált feszültség soros kapcsolással összeadódik, így magasabb feszültségű egyenáram (DC) keletkezik. Ám ez az egyenáram közvetlenül nem hasznosítható a legtöbb háztartási és ipari alkalmazásban, mivel ezek jellemzően váltóáramot (AC) igényelnek. Itt lép működésbe az inverter, amely átalakítja az egyenáramot váltóárammá, lehetővé téve ezzel a napenergia hatékony felhasználását. Ha a napelemek az energiatermelő "izmok", akkor az inverter az átalakítási folyamatot irányító "agy".
Az alábbi feladatokat mind az inverter végzi el.
Egyenáram váltóárammá alakítása: Az inverter legalapvetőbb funkciója, hogy az egyenáramot váltóárammá alakítja.
Teljesítmény maximalizálása: Az inverter folyamatosan figyeli a rendszer feszültségét, hogy meg tudja határozni a lehető legnagyobb energiakiadást, viszont ha egy panel megsérül vagy be van árnyékolva, akkor rossz csúcsot fog kijelölni, és csökken a termelés. Ezért érdemes kisebb “napelemcsoportokat” kialakítani.
Összeköt a hálózattal: Ahol lehetséges, érdemes hálózatba tápláló invertert alkalmazni, amely vissza tudja táplálni a fel nem használt áramot a közműhálózatba megfelelő frekvencián és feszültségen. Szigetüzemű inverter esetén az akkumulátorban tárolt egyenáramot fogja váltóárammá alakítani.
Teljesítményjelentés: A modernebb inverterek Wi-Fi-n keresztül tudnak külön alkalmazáson keresztül hibaüzeneteket, teljesítményi mutatókat és sokféle diagnosztikát mutatni.
A napelemek működésének megértése fontos szerepet játszik a napenergia hasznosításában és az energiatermelés ökológiai terhelésének csökkentésében. A napelemek telepítésével nem csak a lakossági felhasználók, de a vállalkozások is nagy mennyiségű zöld energiát állíthatnak elő, a karbonlábnyom jelentős növelése nélkül.
