Van új a nap alatt - Napelem fejlesztések, újdonságok

A napelemek fejlődése olyan ugrásszerűen változik, hogy lassan a hagyományos és jól bevált szilíciumlapkás táblákat említeni szinte korszerűtlen. Mielőtt sorolnánk a jobb és ígéretesebb, zseniális újdonságokat, tegyünk említést a hagyományos és jelenleg is általánosan használatban lévő szilícium napelemekről.

• Szilícium lapkás napelemek
• Monokristályos vagy polikristályos?
• Új utak, fejlesztések
• Tovább puhul a napelem

Szilícium lapkás napelemek

A gyártás lényege mindkét hagyományos alaptípus (monokristályos, polikristályos) esetén is lényegileg ugyanaz, hogy hatalmas kristály hengereket növesztenek. A szilíciumot megolvasztják 1400 °C-on, argongázzal vegyítik a szennyeződések megkötésére. Az olvadékba egy szilárd szilícium kristályt lógatnak, ez lesz a tömb magja, amire kikristályosodik az anyag. A szilícium hengereket hosszan növesztik, amíg az átmérőjük 156 mm lesz. A hengereket formázva és vékonyan felfűrészelve kapjuk a napelem lapkákat.

Monokristályos vagy polikristályos?

A polikristályos lapkákat 6-8 évvel ezelőttig rosszabb minőségűnek számítottak, mivel a Siemens-eljárással nehezebb volt a szennyező anyagokat megkötni, így a szilíciumkristályok között gyengébb lett a kölcsönhatás. Könnyebben kialakulhattak repedések, egyes darabjai leváltak, kiestek az energiatermelésből. A fejlesztések során azonban már a monokristályos eljárásúhoz hasonló minőségű lapkákat lehet előállítani.

Érdekes, hogy a forró égövön a monokristályos modulok teljesítenek kicsit jobban, viszont északon a polikristályos lapkák adnak nagyobb teljesítményt.

Új utak, fejlesztések

Habár a napelemek ára az elmúlt években is meglehetősen gyorsan csökkent, sokan azért nem váltanak otthoni napenergiára, mert a jelenlegi panelek beszerzése és telepítése hazai bérviszonyok mellett eléggé költséges, így legtöbben el sem tudják kezdeni. Az új fejlesztések és az olcsóbb gyárthatóság ígérete, talán kézzelfoghatóbbá teszi a hazai igényeket is.

Hibrid megoldások

A hibrid kollektor tartalmazza a szilícium lapkás napelemtábla blokkot és a termikus egységet, azaz egy hőcsöves síkkollektort. A felületi hőmérséklet hűtő folyadékkal történő csökkentésével a hatásfok jelentősen növelhető. A hűtésre használt közeg hőtartalma a csatlakozó épületgépészeti rendszerben tovább hasznosítható fűtésre, vagy használati meleg víz előállítására.

A napelemek hatásfoka erősen hőmérsékletfüggő, hiszen a hőmérséklet emelkedésével meredeken növekszik a belső ellenállás, így a villamos áram termelése csökken, amely azonban javítható, ha ezt a nemkívánatos hőt hűtő folyadékkal elvezetjük. A hibrid napkollektorban a hűtés intenzitásának változtatásával a napelem lapok hőmérséklete szabályozható, hatásfoka optimalizálható.

Perovszkit napelemek gyártása

A hagyományos szilícium helyett az új generációs, úgynevezett perovszkit réteggel készült napelemek az energiamegtakarítás terén mára átlépték a 20%-s hatékonyságot.

Az oxfordi egyetemen jelentették be a mostani áttörést jelentő fejlesztést. A nagyobb hatékonyság mellett a korábbi oxigén és hő próbákat is sikerrel leküzdötték.

Az új fejlesztésű napelemekhez perovszkit elemeket használnak aktív energia-gyűjtő rétegként. Egy perovszkit réteget (metilammónium- vagy formamidinium-ólom halogenid perovszkit) használó berendezés jelentősen olcsóbb az általánosan használt szilícium lapkáknál és az előállítási árhoz viszonyított energiatermelő hatásfoka is lényegesen nagyobb, gyártásuk is sokkal egyszerűbb. Az eddig megfigyelt perovszkit panelek tízszer annyi napenergiát képesek abszorbeálni, mint a hagyományos szilícium lapkák, előállítási költségei egy ötöde azokénak. Egyesek szerint az egész ipar rövidesen erre az alapanyagra fog áttérni, amitől a napenergia alkalmazásának ugrásszerű növekedését várják.

A perovszkit napelemek alkalmazásának fő akadálya, hogy víz, oxigén vagy hő hatására jelentősen veszítenek a hatékonyságukból.

Az energiaátalakítás hatásfoka a szilícium alapon készült napelemek hatásfokának közelében van, viszont ennek a napelemnek az előállítási költségei ötöde azokhoz képest.

A 30-szor olcsóbb napelem

Egy új Ausztrál fejlesztés úgy tűnik mindent felborít a napelemek piacán. Az eddigi gyártástechnológiától teljesen eltérő módon összerakott új napelem radikálisan megváltoztathat mindent, amit a napelemekről eddig gondoltunk.

A hagyományos napelemek nagy súlyos üvegtáblák közé zárt, szilícium lapkákat jelentenek, viszont az új megoldásban egy vékony műanyag filmrétegre szó szerint rányomtatják az energiafelvevő réteget, amit így tetszőleges folyóméterben tudnak előállítani. Az új technológia további előnye, hogy a hagyományos napelemeknél több áramot termel akkor is, amikor nem ideálisak a fényviszonyok. Ez azt jelenti, hogy a tető fekvésétől függetlenül csak fel kell rá tenni és kész.

A járulékos költségeket is figyelembe véve az újfajta napelem radikálisan olcsóbb lesz. Az új technológia már a tesztelés utolsó szakaszában jár, az első tényleges használatra szánt 100 m2-nyi panelt le is gyártották és tesztelik, hogyan bírja a valódi időjárási körülményeket. A szakmai bemutatók után pedig több iparági partnerrel is belekezdenek a tömeggyártásról szóló tárgyalásokba.

Tovább puhul a napelem

A hagyományos napelemek egyik hátránya, nagy méretük miatt nem igazán kedvező a hordozhatóságuk. Egy amerikai cégnek sikerült megoldania ezt a problémát, sikeresen miniatürizálta a cellákat és így nemcsak kicsi, hanem rugalmas is lett a termék, gyakorlatilag törhetetlen. Külső megjelenésben leginkább valamilyen strukturált, hajlékony műbőrre emlékeztet.

Felhasználási lehetőségei elképzelhetetlenül szélesek, akár a járműiparban, az űrkutatásban, az öltözködésben, árnyékolástechnikában, vagy épp újfajta elektronikai eszközök használatában.

A fejlesztők szerint az ezzel a technológiával készült napelemek idővel leválthatják a háztetőkre szerelt paneleket, a szerelésük, rögzítésük is gyorsabb, a rugalmasságuk miatt pedig az élettartamuk is hosszabb lehet.