A napelemes rendszerek kétség kívül egyre nagyobb teret nyernek a megújuló energiákat hasznosító technológiák között. Ugyanakkor sokan nincsenek tisztában azzal, hogyan is működik maga a napelemes rendszer és azok alkotórészei. Az alábbiakban ezzel foglalkozunk részletesebben
Napelemek alapvető működése
A fény az egyik leglenyűgözőbb fizikai tényező, ami csak megtalálható univerzumunkban. Egyszerre viselkedik sugárzásként, hullámként, miközben részecskékből, fotonokból áll. A Nap fényének elektromágneses sugárzása azonban az, ami a napelemes rendszerek működése szempontjából a legfontosabb.
A napelemes rendszer működésének alapvető fizikai működési elve a következő:
A napelem paneleket alkotó napelemes-cellákba a védőüvegen keresztül beérkező sugárzás találkozik az ott található szilíciumréteggel, ott elnyelődik, ezzel szabad elektronokat generálva.
A félvezető szilíciumrétegben, illetve az alatta található vezető, közvetítő rétegben az elektronkilépés következtében elektromos tér keletkezik, ami a felszabadult elektronokat mozgásra kényszeríti, és már létre is jött az elektromosság.
Napelem és a fotovoltaikus jelenség
A fentebb leírt folyamat a z úgynevezett fotovoltaikus jelenséghez, amihez azonban nem feltétlenül szükséges napfény, hiszen bármilyen megfelelő spektrummal rendelkező fényforrás esetén is működhet a rendszer. A Nap azonban nem igényel plusz energiaforrást, és mindössze másfél óra alatt képes lesugározni a Földre az emberiség egész évre elegendő energiafedezetét.
Ezzel kapcsolatban azonban felmerül a hatékonyság kérdése a napelemekkel kapcsolatban
Napelemek hatásfoka
Az esetleges anyaghibákból, a beesési szögből, és még több tényezőből (tájolás, napsütéses órk száma stb) adódóan a jelenleg legszélesebb körben használt szilícium napelemek hatásfoka 11 és 18%-között mozog.
A legfejlettebb monokristályos napelemek már képesek természetes környezetben legalább 18%-os hatékonysággal működni, de laboratóriumi körülmények között azonban ez akár 25%-ig is feltornázható. Tehát jól látható, hogy még bőven van hová fejlődnie a technológiának.
Napelemek energiatermelése
A fotovoltaikus jelenség következtében a napelem panelek úgynevezett egyenáramot termelnek, viszonylag kis feszültséggel, ami viszont közvetlenül még nem hasznosítható felhasználói oldalon. Ennek oka, hogy a háztartásokban található legtöbb elektromos eszköz váltóárammal működtethető, tehát mindenképp szükséges a napelemekkel megtermelt energia átalakítása
Inverter működése
Az inverter az egyik legfontosabb része a napelemes rendszernek, e nélkül nem is igazán lennénk képesek hasznosítani a létrejött elektromosságot.
Mivel a cellák által előállított áram egyenáram, és az általunk használt háztartási berendezések, gépek, vagy azok adapterei váltóáramot használnak, így a közvetlen felhasználás nem lehetséges.
Az úgynevezett inverter, vagy mási knevén feszültség átalakító az az eszköz napelemes rendszerek esetében, ami az egyenáramot a hálózatival megegyező váltóárammá képes alakítani.
Ez úgy lehetséges, hogy a készülékben helyet kapó szenzorok folyamatosan figyelik az elektromos hálózatban mindenkor található áramot, és ahhoz igazítja az átalakított elektromosságot.
Így a végeredmény a szokványos 50 Hz frekvenciájú, 230 V-os feszültséggel rendelkező hálózati áram lesz, amelyet egyaránt lehet hasznosítani belső használatban, és a közműhálózatba is visszatáplálható.
A legkorszerűbb inverterek még több feladatot is elláthatnak: pl.optimalizálják az áramtermelést, biztonsági és védelmi funkciókat látnak el, illetve akár adatgyűjtést és távfelügyeletet is végeznek.
Inverter részei
A feszültségátalakítók két fő egységből állnak, melyeket DC/DC, illetve DC/AC konverternek neveznek.
A DC/DC konverter bemenetére kötik rá az egyenáram forrását, vagyis a napelem paneleket, ez transzformátor segítségével 320-400 Voltos egyenáramot állít elő, és eltárolja a kondenzátorában. Közben kezeli a túlfeszültséget és a melegedést is.
Mindeközben a DC/AC konverter a beszerelt tranzisztorok segítségével az 50 Hz-es frekvenciájú, 230 V-os effektív értékű váltóáramot képes előállítani. Tulajdonképpen az inverter ezen a kimeneten adja le a háztartási eszközök számára is felhasználható feszültséget.
Összegezve:
A napelemes rendszer működése tehát két fontos tényezőn alapszik, a fotovoltaikus jelenség hatására egyenáramot termelnek napelem paneljeink, majd az inverterek ezt váltóárammá alakítják az általunk használt eszközök működtetéséhez.
