A napelemek szilícium kristályokból felépített elektromos eszközök, amelyek a fotonok becsapódásakor egyirányú elektron-mozgásból adódóan áramot termelnek. Közkedvelt nevük a fotovoltaikus elemek, vagy a napelemek, vagy az elektromos napkollektorok. Lényegük végül is az, hogy a fényből elektromos áramot állítanak elő. A legjobb üzemmódot persze a napsütésnek kitett napelem valósítja meg. Ennek egyszerű oka van, a viszonylag alacsony hatásfok. Ez a szám kissé alacsonynak tűnik (6-20%), de ha belegondolunk, hogy a Nap energiája egyetlen nap alatt fedezné a föld egy éves energiaszükségletét, akkor ez a szám már nem is olyan elhanyagolható. A napelemek alapanyaga a szilícium, ami bolygónkon szinte korlátlanul rendelkezésre áll. A technológia azonban kissé bonyolult, ezzel magyarázható a napelemek viszonylag magas ára. Úgynevezett sziget üzemmódban azonban már napjainkban is megoldás lehet egy-egy háztartás elektromos energia-szükségletének fedezésére. Meg kell alkudni azzal, hogy ez az energiaforrás nem áll rendelkezésre mindig, tárolni viszont lehet akkumulátorokban, az egyenáramból pedig lehet váltóáramot generálni ma már elektronikus úton is igen jó hatásfokkal. A monokristályos szilícium napelemek igen drágák, általánosan nem is használják, bár a legnagyobb hatásfoka ezeknek van. A polikristályos és az amorf szilíciumkristályos napelemek használatosak általánosan. Néhány, ma még nem alkalmazott típus az adalékolt polikristályos napelem, a fém félvezető alapú, vagy a szerves polimerekből készült napelemek. Közös tulajdonságuk, hogy igen alacsony a hatásfokuk, bár olcsó az előállításuk. A napelemes rendszereknek ma is lehetne komoly részük az energiatermelésben, hiszen pl. a sivatagos területeken nagy mennyiségben fel lehetne állítani őket kettős haszonnal: energiát termelhetnének és árnyékot adhatnának a talajnak. Számtalan, kisteljesítményű napelemmel találkozhatunk az utak mentén meteorológiai állomások energiaellátásaként, forgalomfigyelő rendszerekben, sebességmérőkben, de már a kertekben, kisebb számítógépekben, számológépekben, órákban és még megannyi helyen. Alkalmazása azonban az otthonokban lenne igazán jó, de az érdeklődők jobbára az energiafaló berendezéseiket szeretnék ellátni ezzel az energiával, ami, lássuk be igen rossz ötlet. A megfelelő hozzáállás az lenne, hogy az energiafelhasználásunkat először a minimumra csökkentjük, majd ennek jelentős részét kiváltjuk viszonylag kis beruházással. Nem mondom azt, hogy ne legyen vasaló, vagy hajszárító, vagy akár mosógép, de ezeket nem kellene napenergiával működtetni. Tulajdonképpen rengeteg hasznos megoldással lehetne próbálkozni, de az ötletek megvalósítására még az ipar a felhasználók által nincs rákényszerítve. Csak néhány gondolat: a főzéshez elég egy parabola-tükör, ez melegíthet vasalót is, vagy akár abszorpciós hűtőt is működtethet. A napkollektor melegvizet készíthet, a szélenergia mosógépet hajthat, felhúzhatja a vizet a kútból, nappal a fényt világítóablakok biztosíthatják. Akkor mi is marad még? Hát a világítás és a kütyüink, ezeknek az energiaellátást meg már tényleg szolgáltathatja a napelem. Persze le kell mondani cserébe a teljes mozgáshiányról és a tespedésről és valamelyest igazodni kellene a rendelkezésre álló energia működéséi idejéhez. Rengeteg energia vész kárba csak azért, hogy akkor működtessük készülékeinket, amikor csak akarjuk. Tehát ésszerű igényeket már most is érdemes napenergiával fedezni, hiszen ez az energiaforrás mindenkinek rendelkezésére áll, csak használni kell! Meg kell említeni, mert igen fontos: a magyar fejlesztésű napelemes tetőcserép elősegítheti az elektromos napenergia-hasznosítás elterjedését. Tóth Miklós nagyot alkotott a napelemek terén, a világ fel is kapta a fejét!
Nos, amiben nagyot alkotott, az a napelemes rendszerek kollektorainak telepítése, érthetőbben: nem kell nagy táblás napelemekkel a tetőn botladozni, a cserepeket fel kell rámolni a tetőre, gondolom az előre elkészített elektromos csatlakozórendszerre. Ez sem kis munka ám. Akkor mi is a szuper dolog ebben? A vásárló szempontjából van igazán nagy jelentősége, mégpedig azért, mert ugye a napelemek telepítése előtt meg kell lennie a tetőnek, erre kerül fel a napelemek mezője. Tehát van a tetőcserép és a felrakás fajlagos költsége és a napelem installációjának költsége. Ráadásul párhuzamos tetőburkolat alakul ki, a cserép szerepe szinte megszűnik a vízzárási tulajdonságát kivéve, mert a havat már nem az tartja, hanem a napelem. A kettő integrációja egyszerűvé teszi a napelemek telepítését és az elhivatott vásárló olcsóbb rendszer-elemhez jut. Egészen egyszerűen olcsóbb a beruházás, azaz a megtérülési idő is rövidül, és van egy igen fontos dolog is, a befogott napenergia mennyisége is nő kis mértékben, mert a nem sík felület nem csak szemből tud energiát gyűjteni. A másik fontos dolog az, hogy ha egy napelem táblában néhány cella elromlik, az egész tábla cserére szorul, míg ennél a megoldásnál csak egy cserép, mert hát kicsi a valószínűsége, hogy a többi is elpusztul
körülötte. A viharkárokat talán nem is kell tovább ecsetelni. Meg kell azonban említeni, hogy a rendszer többi eleme ugyanúgy kell, tehát a hálózati visszatápláló egység és az akkumulátorok sziget üzemmódban nem hagyhatók el. Egy hátránya is van: nem szabad a cserepeken mászkálni, bár a napelemtáblákon meg nem is lehet 🙂 Viszont lehetséges a tetőbe utólag kéményt, árbocot, szellőzőnyílásokat építeni, a napelem által takart felületbe meg nem. A napelemek többféle üzemmódban használatosak (a fentiekben már említésre került), ám két nagy területre oszthatók: A sziget üzemmód és a hálózati visszatápláló mód. Mindkettőnek van előnye és hátránya is. Elemezzük most a sziget üzemmódot: Ebben a megoldásban akkor érdemes gondolkodni, ha a villamos hálózatot a szolgáltatók nem tudják megfelelő áron biztosítani. Mit is jelent ez? A lakott településektől messze vásárolt telekre el kell juttatni a villamos közművet, ennek vannak kiépítési költségei, amik az oszlopok felállítását, az esetleges transzformátor telepítését, a vezetékek felszerelését, a hálózatra kötést tartalmazzák. Persze a szolgáltatónak is üzleti érdekei vannak, így pl. egy 10km-re levő telekre nem szívesen viszi el a közművet, hiszen a kiépítés költségei több millióra rúghatnak, amit az igénylő jobbára nem akar kifizetni, mert azt gondolja, hogy „jár” neki. Ilyenkor az igénylő jobban teszi, ha elgondolkodik és mégis a hálózat mellett dönt, mert ugye az éjjel-nappal, télen-nyáron rendelkezésre áll, főleg akkor, ha az igények nagyok: több hűtő, mosógép, számítógépek, komoly világítástechnika kerül beépítésre. Amennyiben a kiköltözőknek normális, vagy visszafogott elektromos energiaigényük van, akkor a sziget üzemmód számításba jöhet, de önállóan ez sem, hiszen a téli hónapokban (pl. az idén is) előfordul, hogy akár hetekig nincs napsütés. Ilyenkor marad a generátor, a szélenergia. Egyik sem olcsó, tehát az energiaigénynek bizony alacsonynak kell lennie. Célszerű elővenni a hagyományos „józan észt” és hűtő helyett vízszigetelt pince (verem) kialakítása szükséges, mosógép helyett a napi kismosás kézzel, világításnak pedig a kisfeszültségű hálózati LED-es világítás jöhet szóba, melegvíz előállítására a napkollektor, a vízteres kandalló, vagy a szilárd tüzelésű kazán, de akár a pellet kandalló, ill. kazán is jó választás lehet. A keringtető szivattyúk is lehetnek 12, 24V-osak, vagy igen kis fogyasztású korszerű szivattyúk kis fogyasztással. Gondoskodni kell az akkumulátorokról, azok töltéséről az év nagy részében napelemről, a sötét télben aggregátorról, vagy szélenergiával. Az akkumulátorok nem élnek örökké, azokat néhány évenete cserélni kell. Az elektronikus eszközök általában nem szorulnak cserére, de a karbantartásról nem szabad megfeledkezni. A kellő körültekintéssel kiválasztott eszközök és akkumulátorok garantálják a sokáig gond nélkül üzemelő rendszereket. Vizsgáljuk meg most a visszatápláló rendszert, amely ugyebár a hálózatba táplál vissza, tehát törpe naperőmű is lehetne az elnevezése. Igaz a napelem sem elem 🙂 . No, ez a megoldás nagyon kényelmes, arról szól, hogy ha van napenergia, akkor nem akkumulátort tölt, hanem egy különleges elektronikus szerkentyű a hálózati feszültség tulajdonságait követve rácsatlakozik a hálózatra és közkinccsé teszi a napenergiát, amit a mi napelemes erőművünk termelt meg. Ebben a pillanatban szolgáltatóvá válunk és eladhatjuk a termékünket, azt az ELMŰ, vagy E-ON, vagy ÉDÁSZ, DÉDÁSZ, stb. megvásárolja és a fogyasztásunk és termelésünk különbségét számlázza nekünk.
Jó ez a megoldás és jó lehet költségeink csökkentésére.