A fotovoltaikus rendszer eredete – Honnan származik a napelem ötlete?

ápr 21, 2022Napelem felhasználása, Napelem működés

Mi az a fotovoltaikus rendszer?

Azzal a kifejezéssel, hogy “fotovoltaikus rendszer” ritkábban találkozni, pedig tulajdonképpen minden napelem ezen elv alapján működik. Így hát a fotovoltaikus rendszer alapvetően szükséges, hogy a napelem modulok közvetlenül termeljenek villamos áramot a napsugárzásból. Rövidítve PV-ként lehet találkozni vele, amely az angol megfelelőjéből a photovoltaic szóból ered. De akármelyiket is látod feltüntetve, ugyanarról a technológiáról van szó.

A fotovoltaikus rendszer alapja az a folyamat, melyben a napsugárzás eléri a napelem modulokat, a cellák védőüvegén keresztül áthatol, majd az alatta elhelyezett szilíciumrétegekben elnyelődik. Ez az elnyelődés szabad elektronokat generál, melyek azonnal elektromos teret hoznak létre, és mozgásba lendülnek. A félvezető szilíciumréteg alatt további vezető rétegek találhatók, amik az így létrejött elektromosságot továbbítják majd a vezetékeken keresztül az inverter felé.

A jelenség létrejöttéhez, nem kizárólag a napfény alkalmas, ellenben a napfény korlátlan mennyiségben és szabadon áll rendelkezésünkre. A Nap ráadásul másfél óra leforgása alatt annyi energiát sugároz a Földre, amely az emberiség éves energiaszükségletét fedezné. Érdemes tehát a szolár energia és a fotovoltaikus rendszerek fejlesztésébe fektetni. Jelenleg maguk a berendezések is korlátozott – bár a technológia fejlődésével egyre magasabb – hatásfokkal bírnak, de ezt tovább befolyásolják a modul esetleges sérülései, koszolódása, a napsugarak beesési szöge, avagy a tájolás.Különböző technológiákkal és cellaösszetétellel akár 47,1 %-os hatásfokot is el lehet érni, de a gyakorlatban inkább 18% körüli működésre számíthatsz. Munkánk során mindig a legmodernebb technológiákat és legjobb minőségeket alkalmazzuk, hogy a lehető legmagasabb hatásfokot és legkorszerűbb rendszert nyújtsuk át neked.

 

Hogyan fedezték fel a fotovoltaikus rendszer jelenségét?

A megújuló energiákra modern technológiaként tekintünk, holott a napelem története egészen a 19. század első feléig nyúlik vissza, és egymástól függetlenül több jeles tudós nevéhez fűződik. 1839-ben egy 19 éves francia fizikus, bizonyos Alexandre Edmond Becquerel bemutatta a fotovoltaikus rendszer alaphatását, és nem sokkal később nekiállt megépíteni a világ legelső fotovoltaikus elemét is. Pár évtizeddel később egy brit elektromérnök is érdekes megfigyelést tett, és kezdett ezzel a technológiával kísérletezni, noha teljesen más okból és megközelítésből. Willoughby Smith-nek ugyanis feltűnt, hogy a tengeralatti használatra tervezett kábelekben másképpen reagál a szelén nappal, mint éjjel, ennek megfelelően pedig az áramot is máshogyan vezeti. A német Heinrich Hertz már kimondottan ebben a témában kutatott, és az 1887-ben olyan fotovoltaikus cellákat épített, melyek 1-2%-os hatásfokkal bírtak. Az ő munkája alapján egymástól függetlenül az orosz Alexandr Sztoletov és a német Wilhelm Hallwachs is megállapította, hogy az ultraibolya sugarak negatív töltésű fémlapokból negatív töltést szabadítanak fel, mely gyakorlatilag a fotovoltaikus rendszer jelenségét jelenti. Megfigyeléseik alapján ez a két fizikus is megépítette a maga fotovoltaikus napelemét.

 

A fotovoltaikus rendszer tökéletesítése

Az első mai értelemben vett napelemet azonban New Yorkban, bizonyos Charles Fritts találmányaként mutatták be 1885-ben. Ez a berendezés egy szelén rétegből állt, melyet vékonyan fedtek be egy félig áttetsző aranyfilmmel. Az eszköz folyamatosan képes volt az áramtermelésre, igaz, csupán 1%-os hatásfokkal. Ám az optimista Fritts már akkor kijelentette, hogy szerinte “egy napon még a fotovoltaikus rendszer áramtermelése versenyre kelhet a széntüzelésű elektromos erőművekkel”. Hiába azonban az egyértelmű érdeklődés és, hogy világszerte több fizikus jutott ugyanarra a következtetésre, a napelem megépítése még sokáig nem volt elég kifizetődő ahhoz, hogy megvesse a lábát a piacon. Pár évtizedre a nagy lehetőségeket rejtő technológia mintha feledésbe is merült volna.

1905-ben azonban maga Albert Einstein tett közzé egy tanulmányt, melyben azt, amit mi ma fotonnak hívunk, quanta nevű energiacsomagként azonosított és magyarázta el működését. Ezzel többek között a napelem működésének fizikai, és elméleti hátterét is tisztázta, melyért később Nobel díjjal jutalmazták. Tanulmánya számos újabb kutatást ihletett a témában, melynek nyomán tisztázódott, hogy a rövidebb hullámokban érkező fotonok erősebb fotovoltaikus hatást hoznak létre, illetve, hogy a félvezető anyagok “gyengébb” kötésű elektronjait képesek is leszakítani. A második világháború ugyan átmenetileg megtorpanásra késztette a kutatásokat, a törekvések azonban szárnyra keltek az ötvenes években.

Az első igazán “modern” félvezető napelem szabadalmát Russel Ohl jegyezte be 1946-ban. Többek között az ő munkássága nyomán kísérletezett Calvin Fuller és Gerald Pearson az egyesült államokbéli Bell Laboratories számára szilícium tranzisztorokkal, melyek eredményeképp létrehozták azokat a jól működő modern tranzisztorokat, melyek ma szinte minden elektronikus eszközben megtalálhatóak. Ugyancsak a Bell Laboratories szakemberei mutatták be 1954-ben az első igazán hatékony, és ezáltal kereskedelmi forgalomban is alkalmazható szilícium félvezetővel működő napelemet. Így, hogy már a technológia úgy-ahogy készen állt a fotovoltaikus rendszer elméleti meghatározása mögött, megindulhatott a gyakorlati felhasználás kialakítása is. A kifejlesztők között számos amerikai tudós jeleskedett, köztük Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller és Gerald Pearson, ám a széleskörű népszerűséget és nyilvánosságot az hozta meg, mikor az USA haditengerészete a Vanguard-1 műhold megépítésekor napelemeket használt fel 1958-ban.

 

Miért olyan népszerű a fotovoltaikus rendszer napjainkban?

1969-ben Elliot Berman azzal a jóslattal alapította meg cégét, a Solar Power Corporation-t, hogy az ezredfordulóra a villamos energia drágul majd annyira, hogy az olyan alternatív energiaforrások használatát tegye vonzóvá, mint a fotovoltaikus rendszer. Ezzel a feltételezéssel nem volt egyedül, az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány 1969 és 1977 között külön részleget tartott fenn a napenergiás alkalmazások kutatására és fejlesztésére. A gondolatnak pedig csak még több tápot adott az 1973-as olajválság. Egyértelművé vált, hogy veszélyes és felelőtlen is kizárólagosan fosszilis energiahordozókra alapozni az emberiség jövőjét.

Az azóta eltelt kutatások és fejlesztések hatására a fotovoltaikus rendszeren alapuló napenergia felhasználás nem csak iparilag, de lakossági szinten is széles körben elérhetővé vált. A folyamatos fejlődésnek hála a technológia megtérülési ideje is egyre rövidebb, az államok pedig egyre nagyobb mértékben biztosítanak támogatást és pályázatokat, hogy napelem rendszerek épülhessenek ki. Csapatunk ingyen helyszínfelméréssel segít meghatározni, számodra mik a lehetőségek: mekkora napelemet éri meg telepítened és milyen támogatást vagy pályázatot vehetsz ehhez igénybe? Ha érdeklődni szeretnél, örömmel várjuk hívásodat!

Legutóbbi cikkek

AJÁNLATKÉRŐ

Olvassa el az adatvédelmi tájékoztatót!

1 + 9 =

Kérj tőlünk ajánlatot még ma!