A napelemipar „leg”-jei I. rész

Úgy gondoljuk, hogy a „leg-ek” számbavételezése jelentheti az egyik legjobb mérőszámot a napelemipar növekedési sebességének meghatározására és „leg”-jeink jelzik legjobban a napelemiparban elért rekordokat is egyben. 

A legkorábbi „napelem”, amely még alig volt napelem

Melyik a legkorábbi feljegyzés, amely a napenergia hasznosításra vonatkozik, és amely letette a napelem kialakulásához vezető utat? Kétségtelen, hogy itt Becquerel neve merül fel először. Pontosabban Alexandre Edmond (az apa) neve, aki az első kísérleteket végezte. A napelemek történelme azzal kezdődött, hogy 1839-ben Edmond Becquerel felfedezte; az elektrolit oldatban az áramerősség megváltozott (erősebb lett az áram), ha fénnyel világította meg kezdetleges szerkezetét.

A legelső napelemes rendszer

Sokan úgy vélik, hogy a legelső napelemes rendszer a ’60-as, ’70-es évek korában születhetett annak okán, hogy az űrkutatásnak szüksége volt olyan forrásokra, mint a napelem, de ez így helytelen. Az első napelemes rendszert Charles Fritts készítette 1884-ben, mely New Yorkban volt kiállítva.

A legelső napelem az űrben

A legelső űrhajó felbocsátása, mely napelemet használt energia forrásként, 1958 március 17.-én történt (Vanguard műhold). Ez egyben egy úttörő kísérlet is volt, hiszen korábban nem volt tapasztalat arra, miként kell napelemet használni az űreszközökön. Az ezt követő űrhajók szinte kivétel nélkül napelemmel működnek. A mai űrhajók és űrállomások napelemes energia ellátói szárnyszerűen kiképzettek és az űrben automatikusan kinyílnak.

A NASA részére készülő napelemes energiaforrások.

A legnagyobb hatásfokú napelem

Több olyan paraméter is ismert a napelemiparban, mellyel eldönthetjük, hogy egy napelem jó vagy rossz, egyáltalán milyen minőségű. Az egyik ilyen napelem paraméter a hatásfok. Az amerikai NREL kutató laboratórium (a DOE fenntartásában) évek óta figyelemmel kíséri a különféle napelemes technológiák által elért hatásfokot. Utóbbi alatt azt értjük, hogy a napelem a beeső fény energiájából mekkora hányadot alakít át villamos árammá.  A hatásfok a napelem gyártási technológiájától is függ. Az első napelem (kristályos napelem,1954, Bell lab.) hatásfoka mintegy 2,5% volt. A mai napelemek (monokristályos napelem, kereskedelmi piaci átlag) 18-22% körül van. Léteznek 30-40%-os hatásfokú napelemek is, de ezeket az űrtechnológia használja. A napelemek hatásfokának felső határa nehezen állapítható meg. A modern elméleti napelem kutatások -  Shockley-Querssier limit - szerint a monokristályos „alap” napelem hatásfoka 33,7% körül van. Azonban a napelemiparban a fantázia nincs korlátozva. Többrétegű napelemeket alkalmazva, és koncentrált sugárzással (több 10 – 100 NAP energiáját koncentrálva) elértek 86,8%-ot is. Ez azonban nem kereskedelmi napelem.

Melyik a legérdekesebb napelem felhasználás?

A napelemeket tulajdonképpen az élet minden területén felhasználhatjuk. Napelemeket tehetünk házainkra, környezetünkbe (ipari közösségi napelemek), autókra,  hajókra, repülőgépekre, sőt ruházatunkra is (napelemes ing, napelemes hátizsák). Azonban a két legérdekesebb alkalmazási forma még a napelemiparban is különlegesnek és meghökkentőnek számít. Az egyik ilyen a napelemes teveülés. A napelemek által gyűjtött energiát egy különleges Peltier- elem hasznosítja. Ez a napelem energiájával hűtést valósít meg. A másik érdekes alkalmazás, amikor a napelemeket hűtésre használják északi területen a perma-frost zónában. A mikrohullámú átjátszó állomások szűk sávban sugároznak, ezért a torony stabilitása fontos. A nyári időszakban a talaj felső rétege mocsaras, ingoványos lesz és a sugárzási irány nem tartható. De ha a torony köré telepített Peltier elemekkel lefagyasztjuk a talajt, akkor a stabilitás helyreáll. Az energiát célszerű a napból  - amely melegével egyben a problémát is okozza - kinyerni. Átjátszó tornyok esetében gyakori a napelem alkalmazás ilyen működtetési célra (napelemes adóállomás, napelemes világítótorony).

Melyik az az ország, ahol a legtöbb napelem alkalmazás?

Sokan kíváncsiak arra, hogy melyik ország az, ahol a legtöbb napelem alkalmazás van. Korábban (4-5 évvel ezelőtt) Németországot, Spanyolországot, Amerikát, esetleg Japánt lehetett volna említeni, de mára gyökeresen megváltozott a helyzet a napelemek telepítése területén. Az az ország, ahol a legtöbb napelemet telepítették: Kína. Itt ma (2018-as adat) 130 GW teljesítményű napelem van.

Melyik a legrégebbi működő napelem?

A napelemipar, a kereskedelmi jellegű tömegszintű termelést a 70-es 80-as években kezdte elérni. Ekkor már voltak több éve stabilan működő napelem gyárak, és a napelemes technológia bizonyos ágazatai is fejlettek voltak. Az ipar készen állt a kereskedelmi akciókra. Ma nincsenek tömegével olyan feljegyzések, hogy milyen gyárak működtek, egy két felhasználó azonban elérhető, akiknek „nagyon régóta” működő napelemeik vannak. A képen látható napelem több mint 30 éves. A tulajdonosa az erdőben élt, visszavonultan a civilizációtól és 1980-ban vásárolt egy napelemet. (Napelem gyártó: az Arco Solar napelemet  (model 16-2000 Chatsworthben, California állam.)

A 33 Wattos napelem adatai Feszültsége: 16 Vdc Áram: 2 A (teljes napsütésben) Ára: 275 USD/db (8,3 USD/Wp) A napelem adatai a visszamérés során (2010-ben) Feszültsége: 14,9 Vdc (Fluke kéziműszer) Áram: 2,015 A (teljes napsütésben) Ez meglepő volt egy olyan napelem esetében, mely legalább 30 évet töltött a legviszontagságosabb körülmények között. Ebből következik egy fontos szakértői konklúzió: a napelemek élettartama pontosan nem állapítható meg, legfeljebb becsülni tudjuk a várható élettartamot. Ez a napelem feltehetően ma is működik.

Melyik a leggyakoribb napelem konstrukció?

A napelemes piacon ma az egyik leggyakoribb típus az alumínium keretes, kristályos napelem. Ez egyben a legrégebbi (értsd, a legjobban kiforrott napelem technológia) típus is. A legkorábbi napelemek formája kerek, mert akkor a félvezető ipar által kínált kerek szilícium öntecsek voltak a legjobban hozzáférhetőek a napelem gyártás részére. (Mindemellett -  szakértői szempontból -  jegyezzük meg, hogy geometriai értelemben az alak stabilabb, jobb mechanikai ellenállóságot mutat, mint a mai, négyzetes formában gyártott napelemek.)

Melyik a leggyakoribb fém a napelem gyártásban?

A napelemipar sokféle anyagot használ a gyártásban. Ismeretesek a napelem gyártás fő alapanyagai, és segédanyagok. A fő anyagok és a segédanyagok, mindig a napelem gyártásban alkalmazott technológia szerint változnak. A szelet alapú napelem gyártás (mono-kristályos és poli-kristályos típusú napelemek) fő alapanyaga a szilícium és a napelem hordozó üveg, mely maga is szilícium. A napelem gyártás szilícium alapon kezdődött el, és mai is ez a technológia uralja a piacot. Az alábbi ábrán a periódusos rendszer segítségével bemutatjuk a napelem gyártás anyagait.

Ezen felül ma már többféle (mintegy 10) napelem gyártási technológia létezik: Monokristályos napelem Polikristályos napelem Multikristályos napelemek HIT napelemek Kétoldalas (bifacial) napelemek Vékonyréteg napelemek (6-8 fajta) Szerves (organikus, festék, DYE) alapú napelemek Perovskite napelemek PERC napelemek MEG  (multiple exciton generációs) napelemek Quantum dot napelemek

Melyik a legnagyobb napelem?

Mint minden iparban, a napelemiparban is kialakulnak szokások és berögződések. Hogy mekkora egy napelem, számos tényező befolyásol. Úgymint: Gyárthatóság, megbízhatóság, szállíthatóság, szerelhetőség, tárolás, költségek, árak. Az igazi mércét a napi szerelési gyakorlat állította fel: egy - legfeljebb -, két ember viszi fel a tetőre, ezért mérete, súlya igazodott az emberhez (kb. 22-27 kg, 0,9 m x 1,6 m). Létezik a napelemiparban is egy úgynevezett méretszabóság (custom-made solar PV), ahol különleges napelemeket gyártanak: Az átlagosnál nagyobb napelemet, az átlagosnál kisebb napelemet, háromszögletű napelemet, kör alakú napelemet, tetszőleges alakú napelemet, átlátszó napelemet, színes napelemet. Az ábrán látható napelem, valószínűleg a világ egyik legnagyobb („méretszabóságban”) készült napeleme. Üveg-üveg lezárású, áltranszparens monokristályos napelem. Méretei az emberhez képest lenyűgözőek (több mint 4m a magassága szélessége több mint 3 m!).

A leghajlékonyabb napelem

A napelemipar fejlődésével egyre nagyobb igény jelenik meg aziránt, hogy a napelemek hajlékonyak legyenek. Korábban 300-400 mikron volt a napelemek vastagsága. Ez szilíciumból kialakítva egy rugalmatlan, merev testet jelent. A szilícium törékeny anyag, így a belőle hagyományos eljárással készült „hagyományos napelem” is érzékeny. De a technológia fejlődésével megvalósíthatóvá váltak a hajlékony napelemek. Az egyik ilyen nagy napelem gyártó az egy amerikai cég volt, ahol a különleges, hajlékony napelemeket hajóra (vitorlára) és egyéb „görbült” felületekre tették. A mai vékonyréteg technológia egyik kiemelkedő alakja a CIS (CIGS, réz indium diselenid) technológia, így a CIGS napelemek hajlékony napelemek.

A legnagyobb napelem katasztrófa

A napelemiparban nem szívesen emlegetjük fel a katasztrófákat, ennek ellenére foglalkoznunk kell az eseményekkel. A szél, vihar, orkán, jégeső bizonyos területeken folyamatosan fennálló veszélyt jelentenek. A természeti fenyegetések ellenére  - mint általában - a tüzet tartják a legnagyobb veszélynek. A napelemipar két nagy tűzeseti katasztrófája a Bakersfieldben (2009) és Mount Hollyban (2011) történt a földelési védelmi rendszerek (GFDI, blind spot) miatt. Viszont a piac tanult a leckéből és azóta különös gondossággal gyártják a nagy napelem erőművek invertereit. A házi, otthoni napelemes rendszerekben a tűz keletkezésének veszélye – kellő szerelés esetén – minimális, ettől nem kell tartanunk. A napelemipar „leg”-jei cikksorozatot hamarosan folytatjuk.