Vincze István
1188 Budapest Címer u. 16/B
Tel / Fax: 291-7744
Napjainkban a fosszilis energiahordozók a világgazdaság tüzelőanyagai. Pedig a szén, olaj, gáz, stb. hasznosítása nem más, mint az erőforrások átalakítása, megsemmisítése – az ember és környezet számára egyaránt, végzetes következményekkel. Az új gazdaság ; a 2. ipari forradalom a nap soha el nem fogyó energiájára alapul.
Így a 2. ipari forradalom valamikor akkortól számítható, amikor megkezdődött a napenergia hasznosítása és elterjedése a napkollektorok, ( hőtermelés ) és a napelem-modulok ( villamos energiatermelés ) alkalmazásával.
Az ipari forradalom energetikai forradalom volt. A gőzgép! Erre az indíttatásra alapozható a 2. ipari forradalom - kifejezés. Mint az ipar legtöbb felfedezését, a fényelektromos ipart is az űrkutatás hozta magával.
Civilizációtörténeti szempontból a szoláris energiafelhasználás azt jelenti, hogy már nem kell függeni a központi energiaellátástól, mivel a Napot nem lehet privatizálni.
Ezt az elvet felhasználhatjuk bármely elektronika rendszerek energiaellátásának, az ellátására. Alkalmazható, mind a terepen vagy “városi környezetben” telepített berendezések táplálására, mind rádióamatőr gyakorlatban.
Néhány éve Magyarországon is működik napelem-modulokat gyártó üzem. A “sarki” boltban még nem, de kicsi utánajárással beszerezhetők a napelemes energiaellátó részegységek.
A napelemek olyan eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává képesek alakítani.
Az elektronikai alkatrészeket már ismerő szakemberek számára tény a foto-tranzisztor és annak működése. Röviden összefoglalva: ha a tranzisztor bázis – emitter diódáját fény éri, azaz fotonok csapódnak a dióda PN átmenetébe, azok szabad elektronokat indítanak meg. Ugyanez, a jelenség fény nélkül csak külső energia közlésével érhető el. Tehát a tranzisztor bázis – emitter diódájában, ami egy PN átmenet, a becsapódó fotonok hatására töltések mozdulnak el, ami azt jelenti, hogy a dióda anódján és katódján potenciálkülönbség, (feszültség) keletkezik.
Röviden: az úgynevezett fotoeffektus kihasználásával a napelemben a nap sugárzási energiája közvetlenül elektromos energiává alakul át.
A napelem is, hasonlóan egy félvezető PN átmenetből áll. Ez a napelem cella a fényerősségtől függően 0,5 – 1 Volt közötti feszültséget produkál, amely a cella méretétől függően maximálisan pár Amper -nyi árammal terhelhető. Ezt a cellát tulajdonképpen egy galvánelemhez lehet hasonlítani: üresjárati feszültségről, rövidzárási áramról beszélhetünk. Metszeti ábrázolás és elektromos helyettesítő kapcsolása az 1. ábrán látható. A napelem cellák az áramgenerátoros üzemmódot szeretik, tehát nyugodtan rövidre lehet zárni őket.
Az Rs soros ellenállás fizikailag a félvezető tartományok ohmos ellenállása, amelyeken az áram átfolyva csökkenti a levehető feszültséget. Ez veszteséget okoz a teljesítményben, és melegíti a szerkezetet. A párhuzamos RSh átvezetési modellezi azt, hogy a becsapódó fotonok hatására generált elektron-lyuk párok egy része már a napelemben rekombinálódhat. Ezen az ellenálláson fellépő teljesítmény szintén hővé alakul.
A kicsi üresjárati feszültség miatt a cellákat modulokban kapcsolják össze, akként hogy névleges
12 vagy 24 Voltos napelem-modulok jöjjenek létre. Egy 12 V névleges feszültségű 50 Watt teljesítmény leadására képes modul felülete: ½ m2. A jelenlegi technológiákkal / vastagrétegű és vékonyrétegű / gyártott cellákból épülő modulok hatásfoka 15-22%.
A napelem-modulok működéséhez fényre van szükség. Ezért pl. január 7-én borús időben is termel energiát, csak jóval kevesebbet a teljes megvilágításhoz képest. A modulok felszerelése Magyarországon optimálisan déli tájolással 60°-os dőlésszöggel. Ettől a teljesítmény csökkenést elfogadva el lehet térni. / Valamely déli irányba álló falfelületre szerelhetjük függőlegesen. /
A rendszer a fény hatására megtermelt villamos energiát egy akkumulátorban tudja eltárolni, ami onnan felhasználható. Váltakozó áramú fogyasztók esetén egy inverter közbeiktatásával.
Nagyobb teljesítmények esetén a rendszer egyik fontos eleme a töltő/szabályozó modul. Ez biztosítja, hogy teljes megvilágítás esetén a 20-28 Voltot produkáló modul ne “forralja” el az akkumulátor elektrolitját. A töltő/szabályozó figyeli az akkumulátor feszültségét, és a töltöttségi szintnek megfelelően vagy rövidre zárja a modult vagy engedi tölteni.
Az alacsonyabb teljesítményű moduloknál, 5 – 10 Watt esetén elegendő egy áramkorlátozó ellenállás beépítésével korlátozni a töltőáramot. Készülnek ún. önszabályozó modulok is 30 – 50 watt teljesítményben amelyek töltő szabályozó nélkül akkumulátorra kapcsolhatók. A korrekt megoldás / az akkumulátor szempontjából / mindenképpen a töltő/szabályozó egység alkalmazása.
Reményeim szerint sikerült felkelteni a felhasználók és amatőrök figyelmét az energiaellátás alternatív megoldására.
Ha valakinek konkrét problémái vannak, akkor kérem, keressen meg. Szívesen segítek a napelemes technika elsajátításához, akár csak napelemes energiaellátás / hálózati alátámasztás nélkül / méretezésében, anyagok beszerzésében.
Magyarországon a napsütéses órák számát tekintve átlagos Európában, mégsem jellemző itthon a napenergia arányos mértékű felhasználása. Végül azt is érdemes tudni: Ausztriában állami támogatás jár önálló napelemes energiaellátó rendszerek létrehozására, Magyarországon pedig van Napenergia bizottság. Ha jól megnézzük a térképet, akkor látható, hogy mindkét országnak hasonlóak a Nap elérési lehetőségei.
Sharp Siemens
Kyocera Dunasolar
Photocomm Inc. BP Solar
Photocomm Inc. Design Guide and catalog
Siemens és Sharp katalógusok
Dr. Nemcsics Ákos: A napelem működése, fajtái és alkalmazása. / KKVMF jegyzet /
Photocomm Inc. modul (SV8500) adatlap ( sv8500.djvu , 55KB)
Vincze István
HA 5 GY
villamosmérnök-tanár
Eötvös Loránd Szakközépiskola
vincze@server.elg-bp.sulinet.hu