Korszerű naperőművek

Amíg az első fúziós erőmű el nem készül, addig kénytelenek vagyunk a Naprendszer egyetlen fúziós energiaforrását, a Napot használni egyre növekvő energiaigényünk kielégítésére. A földi élet ki sem alakulhatott volna, ha a Nap nem sugározna közel azonos intenzitással sok százmillió éve.

Henry Becquerel már 1860-ban megfigyelte, hogy fény hatására bizonyos anyagokban elektromos áram keletkezhet, de napelemet csak a félvezetők gyártástechnikájának kifejlesztése után kezdtek előállítani. A napsugárzás energiáját közvetlenül elektromos energiává alakító napelemeket egyre szélesebb körben használják főleg családi házak energiaellátására, de kisebb erőművek is üzemelnek úgynevezett "napenergia farmokon".

Korszerű napelemek

A napelemekkel előállított villamos energia rendkívül "tiszta", csak a gyártás és az elhasznált napelemek megsemmisítése, illetve újrahasznosítása terheli a környezetet. Az így előállított elektromos áram azonban nem olcsó, mert a konstrukció bonyolult munkafolyamatokat igényel. A jobb hatásfokkal üzemelő napelemek drága egykristályok, energiahasznosítási hatásfokuk 18-20 százalék. Olcsóbban előállíthatók az amorf szilíciumból készülő konstrukciók, ezek hatásfoka azonban csak 6-8 százalék, és várható élettartamuk is rövidebb.

A hatásfok növelésének egyik útja a napsugárzás alacsonyabb energiájú fotonjainak hasznosítása. A napelemeket működtető fényelektromos effektusnak ugyanis minden anyag esetén van egy küszöbértéke, ami azt jelenti, hogy kisebb energiájú foton nem vált ki elektromos áramot. Ha valamilyen megoldással elérhető, hogy a spektrum infravörös tartománya is részt vegyen az elektronok gerjesztésében, akkor jobb hatásfokú napelemet lehet előállítani. Ígéretesnek tűnik olyan nanorészecskék felhasználása, amelyek az infravörös tartományban érzékenyek, vagyis IR-detektorok. Ha napelemekbe építik be ezeket a részecskéket és a látható fény tartományán túl a napsugárzás infravörös fotonjai is gerjesztik őket, akkor ezeknek a konstrukcióknak a hatásfoka elérheti akár a 30%-ot is. A megoldandó technikai feladat az, hogy megfelelő közegbe ágyazva a szemcsék által keltett erőterek összeadódjanak, és a konstrukció napelemként hasznosuljon.

Angol kutatók ún. kvantum-hullámvölgyeket tartalmazó félvezető rétegeket építettek be a napelemek szerkezetébe, és ezzel megnövelték a hatásfokot. Az új típusú szerkezet előállítási költségeit azonban nem sikerült annyira leszorítani, hogy a minimális hatásfok-növekmény olcsóbban előállítható elektromos energiát jelentene.

Korábban a fosszilis energiahordozók elégetésével előállított villamos energia sokszorosába került a napelemek segítségével nyert energia. A fejlesztések eredményeképpen a legújabb konstrukcióknál már csak 8-9 eurocentbe kerül egy kWóra, ami elfogadható ár, figyelembe véve, hogy környezetbarát energiatermelést valósít meg és a fosszilis üzemanyagok ára is jelentősen emelkedett.

Toronyerőmű

A napelemeknél jobb hatásfokkal, több mint 30%-ban hasznosítják a napenergiát az úgynevezett toronyerőművek. Ezek a konstrukciók tulajdonképpen gőzturbinák segítségével állítanak elő villamos energiát, a Nap sugárzásának felhasználásával. Az energiaátalakítás egy hatalmas terület közepén épített toronyban történik. A torony körül több száz tükröt helyeznek el úgy, hogy a Nap mozgását követve egy kb. 30 méter magasan elhelyezett tartályra (abszorber) irányítsák a napsugárzást. A tartályban levegőt vagy nátriumot keringetnek, amely több száz fokra hevül a koncentrált napenergia hatására. Ezt a hőfelvevő közeget ezután hőcserélőbe vezetik, ahol a primer közeg vízgőzt fejleszt, amivel turbinákat hajtanak meg. A teljes rendszert számítógéppel vezérlik az optimális energiahasznosítás érdekében.

Toronyerőműveket többnyire olyan helyen építenek, ahol a legtöbb a napsütéses órák száma, mint például az USA déli államaiban, Spanyolországban vagy Olaszországban. Ezzel az eljárással 10-30 MW-os erőműveket lehet építeni, amelyek egy kisebb város teljes energiaellátását biztosítani tudják. Hátránya a szakaszos üzemelés, habár nagy hőkapacitású hőfelvevő közeg segítségével és víztömeg magasabb helyre szivattyúzásával tárolni lehet az aktív időszakban felvett energiát. Borús időszakokban általában földgázüzemre állnak át a folyamatos áramellátás érdekében.

A napenergiából nyert elektromos energiát a mindennapi életünkben egyre gyakrabban használjuk. Napelemes lámpával, órával, akkutöltővel, számológéppel mindenki találkozott, ugyanakkor számos tudományos berendezés, például a műholdak energiaellátását is napelemek biztosítják. Szaporodnak a háztetőkre szerelt napkollektorok vagy napelemek, amelyek képesek még borús időben is minimális áramellátást biztosítani. Napelemes autókkal újabb és újabb sebességrekordokat állítanak fel, de már napelemes repülőgép is készült.

Kocza Zoltán