A múlt heti bejegyzés kommentjei között böngészve szúrt szemet, hogy keveredés van a napelemhez használt ásványkincsek és az akkumulátorokhoz használt anyagok terén. Nosza jött is az ötlet, hogy kicsit ássunk a mélyére annak, hogy milyen technológiák mentén, milyen anyagokból épülnek fel a napelemek a ma leginkább használt technológiákban. A bejegyzés közel sem lesz teljes és tudományos, de talán segít a laikusoknak is kicsit jobban eligazodni a fotovoltaikus technológiák között. Következzen tehát a napelemes gyorstalpaló laikusoknak!

Kezdjünk is rögtön egy apró, ám annál lényegesebb dologgal: a köznyelvben gyakran előfordul a napelemes technológia kapcsán a napelem panel és a napelem cella fogalmak keverése, holott ez a kettő nem ugyanaz. A napelem cella egy fotovoltaikus (a napfény energiáját elektromos árammá alakítani képes) tulajdonságokkal rendelkező eszköz. Ezeknek az összekapcsolásából és keretbe foglalásából épül fel a fotovoltaikus panel, amely jellemzően 1,5m X 1m területű és fajtától, valamint gyártótól függően 70-120 napelemcellát tartalmaz. Ha ezeket a paneleket összekapcsoljuk és mondjuk egy tetőre, szántóföldre telepítünk, akkor alkotunk egy napelemrendszert. A vizuális típusoknak, íme egy ábra minderről:

És akkor, ha már ennyire benne vagyunk, jöjjön még egy ábra, mégpedig arról, hogy milyen technológiák határozzák meg ma a fotovoltaikus iparágat. Természetesen ezeken belül is rengeteg technológia és gyártmány létezik, és folyamatosan jönnek a hírek az újabb és újabb fejlesztésekről, amelyek minden korábbinál nagyobb hatásfokról számolnak be, de ezekkel van egy kis probléma: jellemzően „már csak két apró lépés” hiányzik ahhoz, hogy tökéletessé és ipari méretben is gyárthatóvá váljanak. Csakhogy a két apró lépés megtétele jellemzően akár 10 évet is kitehet…

És egy disclaimer így az ábra utánra: ebben a bejegyzésben elsősorban az első két kategóriával foglalkozunk, az egyéb technológiák ismertetésére egy külön posztban kerülhet sor.

A legnépszerűbb technológia: a szilíciumkristályos napelem

Nagyrészt ezeket a paneleket lehet országszerte látni mind a háztetőkön, mind a gomba módra szaporodó napelemparkokban is. Ennek több oka van: egyrészt ezt a technológiát fejlesztik leginkábba gyártók (nem hobbiból, hanem mert ennek a fejlesztése a legkönnyebb és leggyorsabb köszönhetően a rendelkezésre álló temérdek tapasztalatnak), így ennek a hatásfoka, és ezzel együtt az ár-érték (költség-megtérülés) aránya a legmagasabb; másrészt ennek az alapanyaga nem mérgező (szilícium), amely a természetben nagy mennyiségben előforduló szilícium-oxidokból nyerhető ki.

Nem is gondolnánk, hogy a technológia idén ünnepli 65-ik életévét, hiszen a szilíciumkristályos fotovoltaikus paneleket először 1954-ben gyártották és kezdték használni. A szilíciumos félvezető réteggel készült paneleket azóta is fejlesztik, növelik élettartamukat és hatásfokukat. A szilíciumkristályos napelemeknek két nagy csoportját különböztetjük meg: a monokristályos és a polikristályos technológiát képviselő eszközökét. A két csoport egyébként ránézésre is jól megkülönböztethető egymástól, hiszen a polikristályos napelemekben a cellák jellemzően téglalap alakúak, míg a monokristályos egységekben nyolcszögletűek.

De miben is különbözik technológiailag a két napelemtípus?

Ahhoz, hogy erre a kérdésre megadhassuk a választ, látnunk kell, hogy miben hasonlítanak. Először is mind a két típushoz nagy, közel 100 százalékos tisztaságú szilíciumra van szükség. Másodsorban a panelek felépítésének módja is azonos, azaz a cellákat egy jellemzően erős műanyag hátlap és egy edzett üveglap közé laminálják, majd ezeket a lapokat foglalják alumínium keretbe a gyártók.

A hatásfok mellett a legnagyobb különbség maguknak a celláknak a gyártási folyamatában rejlik. A monokristályos napelemek esetében a nagy tisztaságú szilíciumot 1300-1400 Celsius-fokon megolvasztják, majd az olvadékba egy fémrudat dugva, erős elektromos térben a megszilárduló olvadékot hengeres formájúra húzzák. Ennek köszönhetően a tiszta szilíciumrúd egyetlen nagy kristályként szilárdul meg.

Ezzel szemben a polikristályos cellák alapanyagát jelentő szilíciumolvadékot egy négyzetalapú sablonba öntik és lassan hagyják kihűlni, amely ugyan szintén egy kristályszerkezetben szilárdul meg, hiszen minden egyes önálló kristálynak ugyan az lesz a kristályszerkezete, de a folyamat során több egyedi kristály képződik, amelyek különböző módon helyezkednek el egymáshoz képest, azaz más-más kristályorientációban érintkeznek egymással

Ezt követően mind a mono-, mind a polikristályos szilíciumtömböket körülbelül egy milliméter vastag lapokra vágják, formára igazítják, majd panelekbe helyezik őket.

 Forrás:www.civicsolar.com

Kérdésként még felmerülhet, hogy melyik technológia a jobb. A válasz röviden: attól függ. A szakértők egyetértenek abban, hogy a monokristályos napelemek átlagosan 2-4 százalékkal nagyobb hatásfokkal képesek működni ideális körülmények között, azonban mint tudjuk a körülmények sosem ideálisak. Összességében elmondható, hogy a monokristályos technológiát szerencsésebb direkt napfénynek kitett, melegebb helyekre telepíteni, míg a polikristályos technológia igazán az északibb területek szórt fényét kedvelik jobban. Magyarország esetében azonban az éves termelést nézve nincs érdemi különbség a kettő között.

Vékonyfilmes napelemek

A vékonyfilmes technológiának is több fajtája létezik: ide sorolják például az amorf szilícium cellákat, a réz-indium diszelenid cellákat vagy éppen a festett fényérzékeny nano-kristályos cellákat. Ezeknek közös tulajdonsága, hogy jellemzően egy nagyon vékony fotovoltaikus tulajdonságokkal rendelkező anyagot visznek fel, majd „égetnek rá” fizikai vagy kémiai úton egy üveglapra, amelyet végül a megfelelő formára alakítanak.

A technológiára jellemző, hogy hatásfokában nem éri el a szilíciumkristályos technológia hatásfokát – technológiától függően 8-15 százalék –, ráadásul ennek a fejlesztése és a kapcsolódó K+F+I tevékenység intenzitása is csökken. Ma már elsősorban a szilíciumalapú technológiákba fektetnek a vállalatok, leginkább azért, mert a vékonyfilmes technológia során számos súlyosan mérgező anyagot is használnak a gyártók, amelynek a kezelése odafigyelést igényel, illetve a későbbi hulladékkezelés során is komoly gondokat okozhatnak, növelhetik a megsemmisítés költségeit. A technológia alig 18-20 százalékos részesedéssel bír a globális fotovoltaikus piacon.

Van azonban létjogosultsága a vékonyfilmes napelemeknek is, hiszen ezek hőtűrő képessége kiváló, elsősorban forró égövi területekre telepítik, főleg olyan helyekre, ahol megfelelően nagy szabad területek állnak rendelkezésre. Háztartási méretben Magyarországon nem is nagyon találkozni ezzel a technológiával, de ipari méretekben is elenyésző a részesedésük a magyar fotovoltaikus áramtermelésben.

Egyéb technológiákról

Az elmúlt évtizedekben valóban számtalan műszaki megoldást dolgoztak ki a napsugarak begyűjtésére, azonban fontos megjegyezni, hogy a napi sajtóban gyakran olvasható szenzációs bejelentések mögött jellemzően nincs gyártási tapasztalat és pláne nem létező kapacitás. Vagyis ha a tengerentúli egyetem világmegváltó sajtóközleménye piacképes termékké válik egyáltalán, biztosak lehetünk benne, hogy jónéhány év fog eltelni, hogy a garanciális, logisztikai és egyéb praktikus szempontokat ne is említsünk. Vagyis mindenkit kellő józanságra intenék a témában.

És egy gondolat még a végére

Egy pillanat erejéig visszatérve az előző bejegyzésünk kommentjeire: a mindenfelé látható napelemek gyártására szilíciumot és nem lítiumot használnak nagy mennyiségben. A lítiumra az akkumulátoros energiatároló megoldások gyártása során van szükség. A kettő tehát nem összekeverendő!