Ingyen termelne a hatékonyabb napelem 20 év után

Nagy hatással lehet a napelempiac egészére az az olcsó, új technológia, mellyel többé nem veszhetnek kárba az elemek felületéről visszaverődő fénysugarak. A találmánnyal 9-10 év alatt már megtérülhet egy családi ház napelemesítésébe fektetett több millió forint. Egy kilowatt kapacitású napelemrendszerrel száz napnyi energiafogyasztást lehet fedezni egy átlag háztartásban.

A napelemek hatékonyságának növelésére nap mint nap jelennek meg új elméletek és megoldások. A legutóbbi elkészült találmány egy átlátszó matricához hasonlít, melyet a napelemek felületére kell ragasztani, hogy nagyjából tíz százalékkal növelje a teljesítményt. A megoldást az amerikai nemzeti energiahivatal megújuló energia laboratóriuma, a NREL tesztelte.

Bár elsőre talán nem hangzik soknak, a napelemek világában a tíz százalékos növekedés is nagy dolognak számít, különösen a nagy méretű telepek esetében. Ráadásul a ráfordítás is alacsony: egy wattnyi kapacitásra leosztva mindössze tíz cent, vagyis kevesebb, mint húsz forint pluszköltséggel felszerelhető a polimer film.

Több áramot olcsóbban

A Fusion névre keresztelt találmány az amerikai Genie Lens Technologies SolOptics nevű, napenergiával kapcsolatos fejlesztésekre szakosodott részlegének újítása. A napelem felületére rögzítve növeli a fény árammá alakításának hatásfokát, vagyis a napelemes áram matricával kevesebbe kerül. A technológia alapját különleges mikrostruktúrák képezik, melyeket vagy dombornyomással, vagy a vékony polimer filmbe öntve tapaszthatnak a napelemek felületére. Egy másik módszerrel egyenesen abba a napelemet védő üvegrétegbe szerkesztenék a mikrostruktúrákat, mellyel a manapság gyártott elemek mindegyikét felszerelik.

A polimer matricán lévő mikrostruktúrák megtörik a napfényt és máshová irányítják. Több fényt nyelnek el, ezáltal több energia termelődik. A módszer előnye az is, hogy nem csak a gyártás alatt lévő, de a már működő napelemeket is fel lehet szerelni a vékony filmréteggel, mivel az eljárás nem igényel különleges felszerelést, gyakorlatot vagy laboratóriumi körülményeket. (A találmány működési elvéről lásd cikkünk zárórészét.) A teszteken elért, tíz százalékkal nagyobb teljesítménnyel az új technológia elterjedése a fejlesztő cég számításai alapján legalább 5 milliárd dollárral fogja növelni a napelempiac éves bevételeit 2015-re.

Lehet, hogy itthon nem fog nagyot szólni

A hazai napelempiac még viszonylag kicsi, bár az utóbbi években lassan növekszik. Több hazai gyártó és külföldi napelemeket forgalmazó cég is működik itthon, ennek ellenére Magyarországon egyelőre nem rejt átütő üzleti lehetőséget a találmány, mivel a hazai beépített napelemkapacitás nem túl nagy. Egyébként a tíz százalékos teljesítménynövekedés valóban nagy dolognak számít a napelemek körében - mondta el kérdésünkre a megújulóenergia-rendszerek gyártásával és forgalmazásával foglalkozó Energiacentrum képviselője.

^{Magyarországon is folyik napelemkutatás a MTA anyagtudományi intézetében (MTA MFA)}

Egyelőre azonban - mint több korábbi találmánnyal - ezzel szemben is szkeptikus a hazai szakma, és lehet, hogy ez addig nem is változik, amíg hazai mérésekkel nincs dokumentálva a mikrostruktúrás polimer film eredményessége. Ezek után azonban valószínűleg itthon is többeket érdekelne a termék a gyártók és forgalmazók közül - tette hozzá Lőrinc László, a cég ügyvezetője.

A napelemes áram ára

Az 1980-as évek napelemes számológépei óta sokat fejlődött a technológia. A korszerű modulok élettartama ma már legalább 30 év, sok gyártó 10-20 éves teljesítménygaranciát is ad a termékeihez. Karbantartási költségekkel nem nagyon kell számolni, mert a rendszer elemeiben szinte egyáltalán nincsenek kopó, mozgó alkatrészek. A beszerzési költség viszont egyelőre igen magas: több millió forintos tételt jelenthet például egy átlagos, négyfős családi házban.

Megéri-e napelemet telepíteni? Erre mindenki megkaphatja a választ, ha felhasználja az EU Bizottsága napenergia-kutatóközpontjának itt elérhető számológépét. A befektetés megtérülése nagyban függ a napelem típusától, a földrajzi elhelyezkedéstől és a hagyományos technológiával előállított elektromos áram fogyasztói árától is.

Itthon a napelemet leginkább 35 fokos dőlésű és déli irányú tetőre érdemes felszereltetni. Az angol nyelvű kalkulátor használatához előbb meg kell adni a település nevét, majd a napelem típusát, beállítani a tető dőlésszögét és tájolását. A kalkulátor azt is számolja, mi lenne az ideális elhelyezés a megadott településen.

Az átlagokat nézve kiderül, nem érdemes évi 1200 kWh áramnál többre számítani egy kilowatt teljesítményű napelem felszerelése után - informál egy napelempiaccal foglalkozó blog. Egy átlagos háztartás éves áramfogyasztása 4430 kWh, ami azt jelenti, hogy egy ekkora napelemmel száz napnyi energiafogyasztást lehetne fedezni egy magyar háztartásban. (Az egy kilowattos napelemrendszer - ha 100 W teljesítményű táblákból állítják össze - 8-8,5 négyzetméternyi felületet foglal el a tetőn, súlya 95-100 kilogramm.)

A napelem áramát nem mindig használják fel azonnal, és olyan is előfordulhat, hogy többre van szükség, mint amennyit a napelem szolgáltat - például éjszaka vagy télen. Néhány éve a fel nem használt áramot Magyarországon is vissza lehet vezetni a szolgáltató hálózatába (a másik lehetséges megoldás, az áram akkumulátorokban való tárolása meglehetősen környezetszennyező lenne). A többletenergiáért jóváírás jár, így az eredeti ár töredékébe kerül az a kiegészítő árammennyiség, melyet a napelemes házban lakók is kénytelenek időnként a szolgáltatótól venni. Magyarországon jelenleg 35-50 százalékos állami támogatásra is lehet pályázni a napelem-telepítéshez, ráadásul néhány forgalmazó a keresésben és pályázatírásban is segítséget nyújt.

^{A találmány a napfény visszaverődését gátolja (forrás: Soloptics.com)}

Egy átlagos, 150 négyzetméteres családi házat ellátó (4 kW-os) napelemtelep mindennel együtt nagyjából bruttó 4 millió forintba kerül. Egyes számítások szerint állami támogatással és a felesleges áram visszavezetésével együtt a befektetés 12-13 év alatt térül meg, de ha egy, a Fusion matricához hasonló kiegészítő 10 százalékkal megnöveli a napelemek hatékonyságát, a megtérülési időszak akár 9-10 évre is lecsökkenhet. A napelem a háztetőn pedig ezután még nagyjából húsz évig valóban ingyen termeli az áramot.

Így működik a hatékonyságnövelő film

A Genie Lens gyakorlatilag egy szoftvert fejlesztett, mellyel segítségével a fénytörő mikrostruktúrák megtervezhetők és előállíthatók. A számítógépes program rugalmasan alkalmazkodik a különféle igényekhez, akár a változó fényviszonyok, akár a napelemgyártók egyéni követelményei érvényesíthetők benne. A technológia licencét a közeljövőben valamely nagy napelemgyártó cégnek szeretnék eladni.

A mikrostruktúrákkal ellátott matrica megakadályozza a fényvisszaverődést a napelem felületén. Gyakorlatilag csapdába ejti a fényt a félvezető anyagok belsejében, melyek elnyelik és energiává alakítják. Működés közben úgy irányítja a bejövő fénysugarat, hogy az a félvezető anyag felszínén terjedjen és ne csak keresztülhaladjon rajta, ezzel is növelve a fényelnyelés mértékét.

A film megnöveli a fény útjának hosszát: minél hosszabb a fénysugár, annál több elektront stimulál, így annál több elektromosság termelődik. Képes azokat a fénysugarakat is begyűjteni, melyek nem a megfelelő szögben érkeznek. A cél az, hogy a napfény egyáltalán ne verődhessen vissza a felületről. A film minden körülmények között egyenesen a napelem belseje felé irányítja a fénysugarakat. A megoldás akkor is működik, ha történetesen felhős az ég.

Átment a teszten

A különféle kutatóintézetek és cégek napelemes fejlesztései nap mint nap kecsegtetnek nagyobb teljesítménnyel vagy hatékonysággal. Ami a sok új technológia közül ezt a polimer filmet kiemeli, az az átfogó és sikeres hivatalos teszt. Az amerikai nemzeti energiahivatal coloradói kutatóközpontjában idén márciusban részletesen megvizsgálta a SolOptics teljesítményfokozó matricájának gyakorlati teljesítményét.

A fejlesztők állítása - miszerint a polimer film nagyjából tíz százalékkal nagyobb hatékonyságot biztosít - valósnak bizonyult, akár tizenkét és fél százalékos hatékonyságnövekedést is tapasztaltak a laboratóriumi kísérletek során, függetlenül attól, hogy milyen anyagból készült napelemre szerelték fel a Fusion filmet. Az amerikai energiahivatal szerint a termék kiemelkedő fejlesztésnek számít a napelempiac jelenleg létező technológiáihoz képest, és különösen az alacsony fényviszonyok között működő napelemek terén hozhat jelentős változást.