Hogyan működik a napelem?

Röviden: a napelem cellája szilíciumból készül, amely félvezető. Amikor fény éri, a fény energiája elektronokat szakít ki a helyükről, a cella belső elektromos tere pedig egy irányba tereli őket: így folyik áram. Ezt a jelenséget fotovoltaikus hatásnak nevezzük, innen a napelem másik neve, a PV (photovoltaic). Mozgó alkatrész, üzemanyag és zaj nincs, a panel csak addig termel, amíg fény éri.

A működés 4 lépése

1. A fény elnyelődik a cellában. A napfény energiacsomagokból, fotonokból áll. A szilícium cella elnyeli őket.
2. Elektronok szabadulnak fel. A foton energiája kilöki az elektront a helyéről. A cella két rétege (az n- és a p-típusú szilícium) határán elektromos tér van, amely a szabad elektronokat az egyik oldalra, a helyükön maradt „lyukakat” a másikra tereli.
3. Egyenáram (DC) folyik. A cella két oldalán lévő fémérintkezőket vezetékkel összekötve az elektronok körbefolynak: ez az egyenáram. Egy cella feszültsége kicsi, ezért egy panelben sok cella van sorba kötve, és a paneleket is sorba kötik egymással.
4. Az inverter váltóárammá (AC) alakítja. A háztartási gépek és a hálózat váltóárammal működnek, ezért a panelek egyenáramát az inverter alakítja át. Hogy ez hogyan történik, és mit tud még az inverter, az inverterről szóló cikkünkben olvashatod.

Milyen napelemtípusok vannak, és mennyi a hatásfokuk?

A hatásfok azt mutatja meg, hogy a panelre eső fény energiájának hány százaléka lesz áram. A ma kapható szilícium panelek hatásfoka 18,9 és 24,8% között van, a piacon eladott modulok súlyozott átlaga 22,7%. Az elmúlt tíz évben a monokristályos panelek hatásfoka ~17%-ról majdnem 25%-ra nőtt.

Családi házra ma szinte kizárólag monokristályos panel kerül (a különbségről: monokristályos vs. polikristályos napelem). A hatásfok a helyigényt befolyásolja: nagyobb hatásfokú panelből ugyanakkora teljesítmény kisebb felületen elfér. A megtermelt áram mennyiségét a teljesítmény (kWp), a tájolás és a hely dönti el.

Mennyit veszít a napelem melegben?

Meglepő, de a napelem a hidegben termel jobban: a cella hatásfoka a hőmérséklet emelkedésével csökken. A panelek névleges teljesítményét 25 °C-os cellahőmérsékleten mérik, és a hőmérsékleti együttható mondja meg, hány százalékot veszít minden további fokkal. Független tesztek átlagai:

Példa egy nyári délre. 30 °C van, a panelre teljes napsütés (~1.000 W/m²) esik. A tetőn, sínen álló, hátul szellőző panel cellája ilyenkor ~25 °C-kal melegebb a levegőnél, vagyis ~55 °C-os.

1. A különbség a névleges 25 °C-hoz képest: 55 − 25 = 30 °C.
2. TOPCon panelnél: 30 × 0,29% = ~8,7% teljesítménycsökkenés.
3. Egy 400 W-os panel tehát abban a pillanatban ~365 W-ot ad a 400 helyett. PERC panelnél ~9,6%, HJT-nél ~7,5% a veszteség.

Ez a pillanatnyi veszteség a legmelegebb órákra vonatkozik, nem az egész évre. Ezért jó, ha a panel alatt szabadon áramlik a levegő: a tetőhöz szorosan simuló vagy szigetelt felületre fektetett panel melegebb lesz, és többet veszít.

Mi történik éjszaka és télen?

Éjszaka a napelem nem termel, mert nincs fény. Ilyenkor a ház a hálózatból vételez, vagy ha van akkumulátor, abból, amit napközben eltárolt. Az akkut a hibrid inverter kezeli.

Télen termel, csak kevesebbet. Nem a hideg, hanem a rövid nappal, a laposan beeső napsugár és a felhős idő miatt. Egy déli tájolású, 30°-os dőlésű, 1 kWp-os rendszer Magyarországon átlagosan így termel:

Decemberben tehát a júliusi termelésnek csak ~negyede jön. A hideg önmagában segít (lásd fent), a hó viszont amíg a panelen marad, eltakarja a fényt. A ferde panelről általában lecsúszik.

Hogy a te címeden és a te fogyasztásodhoz mekkora rendszer kell, azt a kalkulátor a helyi adatokkal számolja ki.

Hova megy a megtermelt áram?

Az inverter után az áram három helyre mehet, ebben a sorrendben:

1. A házba: amit a gépek éppen fogyasztanak, azt a napelem közvetlenül fedezi. Ez a legértékesebb kilowattóra, mert ezt nem kell megvenni.
2. Az akkumulátorba, ha van: a többletet eltárolja estére.
3. A hálózatba: ami ezután megmarad, azt a mérőn keresztül betáplálod.

Hogy a betáplált és a vételezett áramot hogyan számolják el (szaldó vagy bruttó), és ez mennyit számít, a szaldó-elszámolásról szóló cikkünk írja le. A napelemes kiserőmű bekötésének menetét a HMKE-cikk mutatja be.

Gyakori kérdések