Gyerekkoromban a napelem széleskörű alkalmazása még kvázi sci-fibe illő ötlet volt. Akkoriban a kezdeti szárnypróbálgatások már felbukkantak az iparágakban is, azonban a napelemek még főként iszonyatos fejlesztésű költségű koncepciókban voltak jelen. Idővel persze a gyártástechnológia fejlődésével olcsóbbá és elérhetőbbé váltak. Amikor sok évvel később közelebb kerültem a napelemek témájához, még mindig koncepcióautókról volt szó, viszont ekkor már jóval hétköznapibb megoldásnak számítottak. A technológia napjainkra pedig már egy széles körben, akár magánszemély által is elérhető megoldássá fejlődött, legyen szó akár fűtésről, akár az általános energiaszükséglet fedezéséről.

A napelem és napenergia előnyei

A különböző média felületeken rengeteg érvet hallhatunk a napenergia hasznosítása, illetve a napelemek használata mellett. Néhány fontosabb közülük:

• - A napenergia kifogyhatatlan energiaforrás.
• - Sokoldalúak: az általános háztartási eszközök működtetése mellett elektromos fűtéshez is használható.
• - A napelem élettartama alatt viszonylag kevés karbantartást igényel. A leggyakoribb karbantartási feladat a felületének megtisztítása.
• - Folyamatosan fejlődik a technológia: az utóbbi évtizedekben hatalmas “trenddé” nőtte ki magát ez az iparág. A környezettudatos gondolkodás elsajátítását segítő társadalmi törekvések további lendületet adnak neki.

Hátrányok

Az összképhez azonban hozzátartoznak bizonyos negatívumok is, amelyek mellett nem szabad elmenni:

• - Habár a napelem rendszerek az egyszeri halandók számára is elérhetővé váltak, még mindig viszonylag magas a kezdeti befektetés összege. Szerencsére léteznek támogatások, amelyek ezt a terhet enyhítik a magánszemélyek és vállalkozások számára is.
• - Függ az időjárástól.
• - Az energiatárolás drága.
• - Nagy helyet foglal.
• - A napelemfarmok nem feltétlenül jelentenek környezetkímélő megoldást.

Így termel áramot a napelem

Richard Komp TED-Ed videója szerint bolygónkat 173 000 terawattnyi napenergia éri, ez tízszer annyi, mint amennyit a Föld lakossága felhasznál. Hogyan hasznosítják ezt az energiát a napelemek?

A napelemek kis egységekből, cellákból épülnek fel, amelyeknek az alapanyaga általában szilícium. A szilícium egy úgynevezett félvezető, azaz alacsony hőmérsékleten szigetel, magas hőmérsékleten viszont vezeti az áramot. Bolygónk második leggyakrabban előforduló eleme, azonban nem található meg nyers formában.

Egy cella két rétegnyi vezetőből áll, amelyek közé kristályos formájú szilícium kerül. A szilícium atomok között 4-4 kötés található, ami helyben tartja az elektronjaikat. A cellában kétféle szilícium található meg: a N-típusú plusz elektronokkal rendelkezik, a P-típusú pedig üres elektronhelyekkel, „elektronlyukakkal”. A két különböző töltésű félvezető találkozását p-n átmenetnek hívják.

A Napból fényrészecskék, fotonok érkeznek. Amikor egy foton becsapódik a szilikonrétegbe, felszabadít egy elektront, ami a jelen lévő elektromos mező miatt csak egy irányba tud haladni. A felszabadult elektronok mozgásba lendülnek, elektromos árammal ellátva a cellára kapcsolt fogyasztót, például egy fűtőeszközt, majd visszatérnek a szilíciumba az alumíniumrétegen áthaladva.
A cellák önmagukban csak kis feszültséget képesek előállítani, azonban az összekötésükkel nagyban növelhető teljesítményük.

Sokoldalú felhasználás

A technológia fejlődésével egyre kisebb méretűvé váltak a napelemek. Egyre népszerűbbek a napenergiával működő apró töltőkészülékek is, amelyek tökéletesek például egy mobiltelefon akkumulátorának feltöltésére.

Cikkünk témája szempontjából viszont fontosabb az épületek tetejére kerülő napelemek, amelyek kiegészítik, vagy akár teljesen el is látják a háztartás / egyéb alkalmazás energiaigényét. Ezeknek a megoldásoknak az az egyik nagy előnye, hogy képesek visszatermelni is az elektromos hálózatba. Az okos otthon elvből kiindulva a rendszerek rendelkezhetnek okostelefonról használható távmonitorozó appal is.

Az erőművek funkcióját ellátó napelemfarmok főként napsütéses síkságokon fordulnak elő, róluk egy kicsit lentebb írunk.

A napelemek helyzete napjainkban

A napelemek elterjedését több tényező akadályozza, amelyek között szerepelnek az iparági helyzeteket fenntartó érdekek és technikai kihívások is.

Az egyik technikai nehézséget az okozza, hogy a Föld különböző területein eltér a napsütéses idők mennyisége. Ez azt jelenti, hogy az energiát komplex hálózatokon keresztül kell továbbítani a napsütésben gazdag helyekről. Ráadásul az energiát még tárolni is kell közben. Magyarország ebből a szempontból szerencsés helyzetben van: az éves napsütéses órák száma 1700 és 2100 között van, így a feltételek ideálisak a napelemek alkalmazására.

További problémát jelent a napelemek hatékonysága és elhelyezése is. Ha a napelem nem nyeli el, hanem visszaveri a napfényt, vagy az elektronok nem képesek kiszakadni a helyükről, az eszköz hatásfoka jelentős mértékben csökken. Napjaink leghatékonyabb napeleme csak 46 százalékban képes hatékonyan felhasználni a beérkező napsugarakat. Ez a szám pedig tovább csökken, ha a jelenleg forgalmazásban lévő napelemeket nézzük, ahol a hatékonyság általában csak 15 és 20 százalék közé esik. (A forrás szintén a Ted-ED videó.)

Amit viszont fontos kiemelni: a technológia hatékonysága folyamatosan javul, ráadásul a gyártás árának csökkenése miatt egyre inkább elérhetővé válik.

A napelem árnyoldala

Ez a kis nyelvi csavar adta magát, azonban a problémát, amelyet takar, rendkívül fontos komolyan venni.

Michael Shellenberger hosszú évtizedek óta dolgozik környezetvédelmi projekteken, így testközelből tapasztalta a napelemfarmot valós árát. TED előadásában egyértelműen a nukleáris energia mellett kötelezi el magát, mivel a napelemfarmok telepítése és alkalmazása rendkívüli mértékben környezetpusztító hatással van, pont, mint a szélerőművek.

A napelemfarmok egyik problémája a napelemek viszonylag alacsony hatásfokából származik. A hatékony alkalmazáshoz rengeteg hatalmas napelemre van szükség, azaz hatalmas helyigénye van. És bár azt gondolhatnánk, hogy például egy sivatag csak nagy, üres, homokkal borított terület… egyáltalán nincs így. A napsütéses területek egyáltalán nem biztos, hogy kietlen helyek: a napelemfarm telepítése a természetes élőhely megsemmisítését, élőlényeinek relokalizációját jelenti. Apró teknősöket hoz fel példaként, akiket egy amerikai napelemfarm kiépítése előtt kellett összeszedni és elszállítani, a művelet azonban sokuk életét követelte. A napelemek által visszavert hő pedig a madarakra van veszéllyel.

További gondként említi a napelemfarmok által biztosított teljesítmény ingadozó jellegét. Vannak időszakok, amikor túl sok és vannak olyanok is, amikor túl kevés. Megpróbálták azt is, hogy gátak segítségével speciális energiatárolókat hozzanak létre, a szükséges konfiguráció viszont csak nagyon kevés helyen van jelen. Előadásában felhívta a veszélyt a panelek nehéz újrahasznosíthatóságára is.

A szociális élmény

Scott Nguyen előadásában a lakóházakra szerelhető napelemek előnyeiről és fontosságáról beszélt, az ő véleménye azonban egyértelműen pozitív volt. Beszédének fő motívuma az egyéni és szociális élmény volt, illetve a fogyasztói társadalom és a napelemek személyi célú alkalmazásának… pozitív kapcsolatáról is beszélt.

Kiemelte, hogy ha valaki napelemet szerel a házára, akkor legalább részben a maga urává válik, ha az energia előállításáról van szó. A napelemek segítségével a vásárlók tudatosabbá válhatnak, ráadásul a „divatnak”, a „trendnek” is sok befektetőt köszönhetnek az ezzel foglalkozó cégek, illetve az iparág is. 

Napelem: igen vagy nem?

A klímaváltozás napjaink egy fő problémája, amelyre a nagy szervezetek, kormányok még nem igazán találtak megoldást. A környezettudatos gondolkodás elsajátítása, és legfőképpen az aszerint való cselekvés azonban a hétköznapi ember számára is ad egy lehetőséget, hogy tegyen valamit a környezetért, a bolygó jövőjéért. A napelem, pontosabban a napenergia felhasználása sokak szerint éppen ennek a célnak az egyik leghatékonyabb eszköze. Most Téged kérdezünk: Te mit gondolsz erről a témáról?