A napelem – típusok, funkció és hatékonyság

A fotovoltaikus rendszerek ma már számos épület és tulajdonság mindennapi képét alakítják. Fontos részét képezik az energetikai átállásnak. A napelemek alapvető alkotóelemei. Hogyan működnek, milyen típusok vannak, és mi a hatékonyságuk, a következő cikkben megtudhatja.

Hogyan épülnek fel a napelemek?

A szilícium napelemek három rétegből állnak. A fő összetevőt a két különböző doppingolt szilíciumréteg alkotja: az n-doped réteg és a p-doped réteg. A foszfort összekeverik az n-dopping rétegbe, ami negatívvá teszi (szabad elektronokkal rendelkezik). A bórt összekeverik a p-dopping rétegbe, ami pozitívvá teszi (hiányzik az elektronok). A két réteg között van egy határréteg, amely felszabadító töltések csak napfény segítségével haladhatnak át. A napelem ezen magjában az elektronmozgások elektromos mezőt hoznak létre - más néven p-n csomópontot.

Hogyan működnek a napelemek?

A napelemekben használt félvezető szilícium az elektronok leválasztásával reagál a nap sugarára, amely fotonokat tartalmaz. A pozitív töltéssel töltött lyukak ott maradnak. Töltésüktől függően az elektronok a negatív vagy pozitív elektródára mozognak. Ahogy az elektronok a szilícium tetejére vándorolnak, a lyukak az aljára mozognak. A töltések felfelé áramlanak a vezetőképes fémrétegeken keresztül, és így elérik a fogyasztót, akinek szüksége van az energiára - ezek lehetnek lámpák, számítógépek vagy elektromos hálózatok. Ezt követően az aktuális áramkört a hiányzó elektronokkal visszaáramlott elektronok zárják le a rétegbe.

Az elülső és hátsó fém érintkezők, amelyek kábelen keresztül csatlakoznak egymáshoz, biztosítják, hogy a tápellátás a fogyasztók számára is használható legyen. A háton lévő holisztikus érintkezési réteg eloszlatja az elektronokat, és kábelen keresztül áramlik. Ez egy elektromos áramkört hoz létre. Az elülső oldalon az érintkezőket vékony rács formájában alkalmazzák, hogy a fény a felületre essen.

Milyen típusú napelemek vannak?

A napelemek a fotovoltaikus rendszeregyik legfontosabb alkotóelemei, mivel döntően meghatározzák, hogy a PV És mennyi villamos energiát tud termelni. Jelenleg három különböző típusú napelem van, amelyek érdekesek az otthoni felhasználók számára: monokristályos napelemek, polikristályos napelemek és vékonyfilmes cellák.

• Monokristályos napelemek

  A monokristályos napelemek monokristályos szilíciumból készülnek. Ez a cellatípus nagyon magas szilíciumtartalommal rendelkezik, és körülbelül 20 százalékos hatékonysággal a leghatékonyabb napelem közvetlen napfényben. A komplex gyártás miatt azonban a monokristályos modulok viszonylag drágák.

• Polikristályos napelemek

  A polikristályos napelemek is szilíciumból készülnek, bár az ilyen típusú szilícium nem olyan tiszta. Mivel a modulgyártás kevésbé bonyolult, és csak alacsony hulladék keletkezik a cella négyzet alakú alakja miatt, a polikristályos napelemek olcsóbbak és jobbak a fotovoltaikus rendszer környezeti egyensúlyához. Gyakran a legjobb ár-teljesítmény aránnyal rendelkező napelemeknek tekintik őket. A hatékonyság azonban alacsonyabb, körülbelül 15 százalék, mivel kevésbé tiszta szilíciumot használnak.

• Vékony filmcellák

  A vékonyfilmes sejtek az amorf, azaz nem kristályos napelemekhez tartoznak. Szilíciumból is készülnek, amelyet más anyagokkal kevernek, és nagyon vékony rétegben elpárolognak egy hordozóanyagra, például üvegre. A hatékonyság mindössze 5-7 százalék, ezért nagyobb modulterülettel kell kompenzálni. A hordozóanyagtól függően a vékonyfilmes cellák nagyon rugalmasak, és akár hengerelhetők és összecsukhatók is. A gyártási folyamat viszonylag egyszerű, ami olcsóbbá teszi ezeket a sejteket, mint a kristályos sejtek (vastagfilmes cellák).

Milyen hatékonyságú a napelemek?

A hatékonyság (amelyet a görög η betű képvisel) jelzi a napelem működésének hatékonyságát. Ezt a kibocsátott elektromos energia és a fényenergia besugárzása közötti arány alapján számítják ki. Minél közelebb van ez az érték a maximum 1-hez (100 százalék), annál nagyobb a napelem hatékonysága. A hatékonyság azt referenciája, hogy a napelem mennyire jól használja fel a rendelkezésre álló energiát fényként. A napelemek hatékonyságának alapvető tényezője a felhasznált anyag. Jelenleg szinte minden napelemmodul szilíciumból készül.

A jelenlegi veszteségek mellett a modulok hőmérséklete és a fényspektrum feldolgozott frekvenciája is befolyásolja a napelemek hatékonyságát. Ez utóbbi határozza meg a monokristályos szilícium hatékonyságának fizikailag lehetséges határát. Elméletileg 33 százalék lehetséges, de ez a gyakorlatban nem érhető el. A napelem mindig nagyobb hatékonysággal rendelkezik, mint egy fotovoltaikus rendszer, mivel a rendszer összes összetevőjének veszteségeit figyelembe veszik az általános hatékonyságban. Az inverterben az egyenáram váltakozó árammá alakul át, ami szintén veszteségekkel jár. Ezenkívül a csatlakozó kábelek hossza és keresztmetszetei, valamint a váltakozó áram hosszú kábelei csökkentik a hatékonyságot.

A befektetés veszteségeinek összege elérheti a négy százalékot vagy annál többet, ami befolyásolja a teljes hozamot. Ezért a naprendszer építésekor a megfelelő napelemek / modulok kiválasztása mellett más összetevők kiválasztása is fontos. A fotovoltaikus rendszer napelemtípusának kiválasztásához a hatékonyság önmagában nem meghatározó. Meg kell figyelnie az összes határfeltételeket, és használja a napelemeket, amelyek a leghatékonyabb hozamot ígérik az Ön számára.