Ahhoz, hogy megfelelő döntést hozhassunk a napelembe történő beruházásról, mindenképp jó, ha ismerjük annak rejtélyét, hogyan is működik a napelem panel. Ennek ismeretében jobban megérthetjük a teljes rendszer működését is és talán akár a végső döntés meghozatala is könnyebbé válhat a működési elvek ismeretében.
Napelem félvezető rétegei
A napelem cellák két különböző, de egymással összekapcsolt, vékony rétegű félvezető anyagot tartalmaznak. Az egyik félvezető az úgynevezett p-típusú (pozitív) szennyezést, a másik n-típusú (negatív) szennyezést kap.
Ezek a félvezetők általában szilíciumból készülnek, de készülhetnek más anyagokból is. A szilícium stabilitásából adódóan, elméletileg korlátlan ideig változatlan marad, így válhat alkalmassá ilyen célokra történő alkalmazására.
N-típusú félvezető réteg
Az n-típusú félvezetők kristályos szilíciumból készülnek, amiket igen kis mennyiségű foszforral szennyeznek. A szennyezési eljárás által az anyag a rácskötésekben nem résztvevő szabad elektronokkal fog rendelkezni, és éppen ezért lesz ez a negatív félvezető réteg, amiből a nevét is kapta.
P-típusú félvezető réteg
A p-típusú félvezetők is kristályos szilíciumból készülnek, melyet viszont mennyiségű bórral szennyeznek, és ezáltal elektronhiány lép fel benne, és ezen elektronhiányok („lyukak”) miatt lesz ez a pozitív félvezető. A két ellentétes töltésű félvezető réteg összeillesztésénél a lyukak és az elektronok semlegesítődnek s eközben közöttük feszültség jön létre.
Napenergia átalakítása
A napelemre eső napfény, energiával rendelkező részecskékből, úgynevezett fotonokból áll. Amikor a megfelelő hullámhosszúságú fény a napelemre esik a pozitív- és a negatív tartomány közötti semlegesített zónába elnyelődik.
Ekkor a fény fotonjai energiájukat átadják az anyagban az elektronoknak, amelyek szabaddá válnak, és vándorlásuk által vezetik az áramot. Az elektronok helyén „lyukak” keletkeznek, amelyek szintén képesek elmozdulni. Amikor a fotonok gerjesztik az elektronokat, a kiugrott elektronok a negatív félvezető réteg felé, a lyukak pedig a pozitív félvezető réteg felé fognak áramolni, így jön létre az elektromos tér és az ebből adódó feszültség.
Amikor a napelemhez külső áramkört kapcsolunk, akkor a mozgó elektronok a félvezetőn át a cella tetején lévő fém csatlakozó felé áramolnak. Ezzel ellentétben a „lyukak” a másik irányba, a cella alján lévő fém csatlakozó felé mozdulnak, ahol feltöltődnek elektronokkal a külső áramkör másik oldaláról. Ezt a feszültséget a belső elektromos mező (amely a p-n kapcsolódás helyén jön létre) termeli.
A napelem működése egy nap folyamán
A fenti folyamathoz tehát napfény szükséges, ami viszont nem áll rendelkezésre egész nap, ezért a napelem is eltérő működési ciklusokkal rendelkezik egy nap lefolyása alatt.
Éjszaka fény hiányában az áramtermelés magától értetőden 0. Ekkor azonban a fogyasztás is alacsony. Ezt a kis fogyasztást a normál hálózatból is képesek lehetünk felvenni hálózatra visszatápláló rendszer esetén.
A reggeli órákban, amikor a nap már süt, de kis intezitással, kevés a megtermelt energia, de ekkor a fogyasztásunk is általában alacsony. Természetesen nem valószínű, hogy tökéletesen megegyezik a fogyasztás a megtermelt energiával.
A déli órákban nagy mennyiségű energiát termel a napelem, a fogyasztásunk viszont általában alacsony, ezért a megtermelt energiát a rendszer visszatáplálja a (220V-os) hálózatba, vagy a rendszer részét képző akkumulátorokban tárolódnak.
Délutáni időszakban már folyamatosan csökken a napfény mennyisége és ezzel együtt a megtermelt energia is.
Naplemente után a termelt energia újra 0 lesz , viszont a fogyasztásunk ilyenkor megnő, ezért a hiányzó energiát a 220 V-os hálózatból, vagy az akkumulátorokból nyerhetjük. Ekkor használjuk fel annak az energiának az értékét, amit dél körül termeltek a napelemek.
Összegezve:
A napelem működése tehát nem egy bonyolult folyamat, aminek köszönhetően kiváló energiaforrásra tehetünk szert. Ehhez természetesen egy megfelelő napelemes rendszer megtervezésére és kiépítésre van szükség, amihez indokolt lehet szakértői segítség kérése, amihez napelem árajánlat kérésén át vezethet az út.
