A napelem működése és teljesítménye
Napelem kalkulátorHogyan működik a napelem?
A kereskedelemben kapható napelemek döntő többségének alapanyaga a szilícium. A tisztított szilícium alapanyagot egy kristállyá húzzák vagy polikristályos szerkezetnél grafit, illetve kerámiaformába öntik, majd ezt követően felszeletelik. A gyártás során a szilíciumot foszfor és bór atomokkal dúsítják, melyek a Nap elektromágneses sugárzásának hatására a szilíciumlemezben pozitív és negatív töltéshordozókká alakulnak.
A napelem működése
A szokásos diffúziós félvezető technológiai eljárásokkal alakítják ki a töltésszétválasztó réteget, és vákuum-, illetve szitanyomásos eljárással hozzák létre az áramelvezető kontaktusokat. A két töltéshordozó a szilíciumlemezhez rögzített kontaktusokon keresztül egyenáramot generál.
A napelemek cellákból állnak, egy cella üresjárati feszültsége kb. 0,6 V. Több cellát sorba kötve állítják elő a napelemmodulokat. A cellák darabszáma határozza meg a napelemmodul névleges feszültségét. A napelemmodulok mérete a néhány száz négyzetcentimétertől a néhány négyzetméteres tartományba esik. Névleges teljesítménye néhány watt és néhány száz watt között van.
Egy napelem teljesítményét három tényező határozza meg:
- a cella anyaga, típusa és mérete
- az üvegezés anyaga és fény áteresztő képessége (pl. antireflexiós üveg)
- a fény intenzitása
- a fény hullámhossza
A leadott teljesítmény szinte egyenesen arányos a napsütés intenzitásával. A napelemek egyik fontos tulajdonsága, hogy a cella feszültsége nem függ a méretétől, és nem befolyásolja a fény intenzitásának változása sem. Így a cella áramerőssége szinte egyenes arányban van a cella méretével és a fény intenzitásával. Tehát a különböző napelemek összehasonlítására az áramerősség/felületegység (A/cm2) mérőszám ad felvilágosítást.
Az egyes gyártók egymástól általában eltérő konstrukciójú és méretű modulokat hoznak forgalomba. A napelemmodulokban a napelem cellák hermetikusan el vannak zárva a környezettől, és az alkalmazott konstrukciós anyagok megválasztásánál a komoly gyártók gondosan ügyelnek a tartósságra.
Hőkezelt, nagy szilárdságú és kis vastartalmú üveget használnak az első, megvilágított oldalon és szintén üveget, alumíniumot vagy speciális műanyagokat a hátsó oldal lezárására és védelmére. A napelem cellák az első és hátsó oldal között speciális, optikailag illesztett és időtálló műanyagba vannak beágyazva [etilvinilakrilát (EVA), polivinilbutirál (PVB) vagy speciális szilikongyanta].
A napelemmodulokat általában alumínium profilkeret zárja le, amelyen kialakított furatok vagy kiépített kötőelemek teszik lehetővé a tartószerkezethez való rögzítésüket. Készülnek azonban alumíniumkeret nélküli vagy egyéb kialakítású – mint pl. tetőfedőelem (zsindely, cserép) – modulok is, ezek rögzítése vagy speciális rugalmas megfogási, ragasztási, ill. egyéb, a gyártó által javasolt rögzítési technológia alkalmazását teszi szükségessé. A napelemmodulok villamos csatlakozása általában a hátsó oldalon kialakított, hermetikusan zárható csatlakozódobozban van, és a villamos vezeték sarusan vagy közvetlenül csatlakoztatható, csavaros szorítással. Készülnek azonban csatlakozó doboz nélküli napelemmodulok is, amelyek vagy csatlakozó vezetékkel vannak ellátva, vagy a modulon olyan kontaktusokat alakítanak ki, amelyekhez ellendarabbal vagy közvetlenül csatlakozhatók.