A napelemről
Mi az a napelem?
A napelem olyan eszköz, amely az elektromágneses sugárzást (fotonbefogást) közvetlenül villamos energiává alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség ívkisüléses lámpák esetén is lezajlik, nem szükséges kizárólagosan napfény.
Hogyan készül?
A napelemek működése
A napelemek működése:
Hogy megértsük a napelem működési elvét, meg kell ismernünk azok építő elemeit és a fény természetét. A napelemek két fajta anyagot tartalmaznak, ezeket gyakran p-típiusú és n-típusú félvezetőknek nevezzük.
Bizonyos hullámhosszú fény képes a félvezető atomjainak ionizációjára, ezáltal a beeső fotonok többlet töltéshordozókat keltenek. A pozitív töltéshordozók (lyukak) a p-rétegben, míg a negatív töltéshordozók (elektronok) az n-rétegben lesznek többségben. A két ellentétes töltésű réteg töltéshordozói habár vonzzák egymást csak egy külső áramkörön keresztül áramolva képesek rekombinálódni, a köztük lévő potenciál lépcső miatt.
Egy fotoelektromos cella teljesítményét a következő három dolog határozza meg:
- a típusa és mérete a napelem anyagának
- a fény intenzitása
- a fény hullámhossza
A szimpla Si kristály alapú napelemek például nem képesek a napsugárzás energiájának 25 % - nál többet elektromos árammá alakítani, mivel az infravörös tartományban a fénynek nincs elég energiája, hogy ionizálja a félvezető atomjait. Polikristályos Si szolár cellák hatásfoka 15% körüli, az amorf Si celláké 10 %.Egy tipikus Si kristály alapú szolár cella 1.5 W / 100 cm2 teljesítményt ad le 0.5 V DC feszültség és 3 A áram formájában teljes nyári napsütésnél (1000 W / m2). A leadott teljesítmény szinte egyenesen arányos a napsütés intenzitásával. A szolár cella áramerőssége szinte egyenes arányban van a cella méretével és a fény intenzitásával. Tehát a különböző napelemek összehasonlítására a áramerősség / felületegység (A / cm2) mérőszám ad felvilágosítást. A szolár cellákat sok különböző méretben és formában állítják elő, a felhasználási területnek megfelelően. A kisebb bélyeg méretűektől a néhány 10 centiméteresig. A cellák összekapcsolásával szolár modulokhoz jutunk. Ezekből a modulokból állítják elő a felhasználó számára a szolár rendszert. A napelemes rendszerek mérete egyebek közt függ a napsugárzás mennyiségétől, az elhelyezéstől és a felhasználói igényektől. A polikristályos napelemek élettartama 30-40 év körül van.