A világ éves energiaigényét a Nap egy óra alatt lerendezné – Óriási verseny van a kutatásban

Ez a háziállat képes az emberrel is beszélni
2023-01-23
A kényszerszünet után újra játszik a nyíregyházi társulat
2023-01-24
Show all

A világ éves energiaigényét a Nap egy óra alatt lerendezné – Óriási verseny van a kutatásban

Földünk egyik legnagyobb, még korántsem eléggé kiaknázott energiaforrása a Nap. Azt mondhatjuk, hogy még ipari szinten is csak töredékét vagyunk képesek felhasználni a bolygónkat érő sugárzásnak. Nemrég ugyan áttörést értek el a napelemek hatásfokának növelését célzó kutatásokban, de már napjainkban is látszik, nem ez lesz a végső megoldás.

Az általánosan, főként a lakosság körében elterjedt napelemek legfeljebb 22 százalék körüli hatékonysággal működnek, vagyis a beérkező napsugárzás ekkora részét képesek csak átalakítani elektromos árammá. A világ kutatóintézetei ezért éjt nappallá téve dolgoznak azon, hogy a központi csillagunk által nyújtott energetikai lehetőségeket széles körben is jobban kihasználhassuk. Fontos megjegyezni, hogy napelemről és nem napkollektorról beszélünk. Míg előbbi villamos energia termelésére, addig utóbbi közvetlen hőenergia-előállításra alkalmazható.

Napelemek az épület tetején

Napelemek az épület tetején
Forrás: depositphotos.com

Anélkül, hogy kitérnénk a napenergia, valamint az imént említett berendezések fizikai hátterére, általánosan elmondható tény (amely a benne rejlő lehetőséget szemléletesen leírja), hogy azt az energiát, amely az összes, Földön található és jelenleg felszínre hozható kőolajkészletben rejlik, a Nap 1,5 nap leforgása alatt sugározza bolygónk felületére.Ezt tovább bontva, az emberiség jelenlegi, évi energiafogyasztását a Nap egy órányi energiakibocsátása teljes egészében fedezné. Nem véletlen, hogy napjainkban egyre nagyobb iparág (illetve kutatás-fejlesztés) épül ennek a végtelennek tűnő energiának a hatékonyabb kinyerésére.

A fej-fej mellett zajló, állandó versenyben nemrég még úgy tűnt, a svájci Lausanne-i Szövetségi Politechnikai Iskola vezet, ugyanis méréseik szerint kettős felépítésű napelemükkel 31,3 százalékos hatékonyságot tudtak elérni. Örömük azonban nem tartott sokáig, ugyanis a németországi Berlini Helmholtz Központ 32,5 százalékot elérő cellájukkal megelőzte őket. Ám mint bármely eredmény, ez is csak akkor vált hitelessé, amikor a kifejezetten fotovoltaikus (photovoltaic, PV) berendezések tesztelésére szakosodott Európai Uniós laboratórium igazolta az adatokat. Ilyen hatékonyságot persze csak drága félvezető anyagok felhasználásával tudnak elérni.

Napelemek - folyamatosan javul a hatásfokuk

Napelemek – folyamatosan javul a hatásfokuk Forrás: depositphotos.com

Mit jelent a kettős felépítés?

Adott egy napelemcella, melynek alsó rétege szilícium, míg felső rétege perovszkit (kalcium-titanát oxidásvány) kristályokból áll. Előbbi a Napból érkező elektromágneses sugárzásnak az infravörös és vörös, utóbbi azonban a kék színű fény hullámhossz-tartományába eső részét is kiaknázhatóvá teszi. A németországi kutatóintézetben tökéletesítették a felhasznált perovszkit vegyület összetételét, valamint a cella felszínét is átalakították, így tudták csak felülmúlni a svájciakat. A világ összes kísérleti napelemét tekintve a jelenleg elérhető legnagyobb hatásfok egyébként majdnem 50 százalék, ám ezt – részben, mert különösen ritka és drága fémek (gallium, indium) szükségesek hozzá – nem lehet iparszerűen alkalmazni.

A fokozódó költségek eredményeként a hatásfok növelése tehát egyre nehezebbé válik, ezért a kutatási irányok manapság inkább az élettartam, valamint a gyártási ár kedvezőbbé tétele felé tolódnak el, ugyanis az alacsony hatásfokú napelemeket éppúgy a hasznunkra lehet fordítani, mint csillagászati árú társaikat. Hiszen amennyiben minden lehetséges felületet (például városi épületek tetejét) napelemekkel töltünk ki, akkor ugyanolyan hasznot vagyunk képesek elérni, mintha kis alapterületen, de jóval magasabb hatásfokú napelemeket alkalmaznánk.

Borul minden, ha borult az ég

Amikor hatásfokról beszélünk, akkor az elérhető legjobb körülmények és hozzá kapcsolódó teljesítmény maximális értékére, vagyis felhőmentes égboltra, állandó nappali fényre, illetve szennyeződésmentes, vagy a Nap látszólagos járását követő napelemfelületre stb. gondolunk. Mi történik viszont ennél „árnyaltabb” időjárás esetén? Az, hogy a napelem nem, vagy csak igen gyengén fog muzsikálni, tehát ha passzív energiaellátású házban élünk, elmegy az áram. Kivéve, ha rendelkezünk olyan mértékű akkumulátor-kapacitással, amely a borultabb napokra, vagy éjszakára eltárolja számunkra az értékes villamos energiát. Az akkumulátorokkal viszont hasonló a probléma, akárcsak a napelemekkel.

Olyan ritka, fogyatkozó (azaz drága), ráadásul súlyosan környezetszennyező elemekből tevődnek össze, emellett pedig annyira kapacitásigényesek (ugyanis jelenleg az akkumulátor-technológia elérte határait a betárolható energia tekintetében), hogy földi halandó nehezen tud akkora tőkét beleölni, hogy az neki több év megtérüléssel (egy családi ház esetén körülbelül 10 év alatt) is megérje. Így marad az a lehetőség, hogy a napelemekkel megtermelt, ám fel nem használt villamos áramot a felhasználó a közműhálózatba táplálja, majd rossz időjárás esetén, vagy éjszaka az áramszolgáltató hálózatából pótolja az igényeket (több európai országban ehhez megfelelő az infrastruktúra).

A visszatáplálás sematikus rajza

A visszatáplálás sematikus rajza
Forrás: depositphotos.com

Mi, magyarok tavaly őszig – vagyis 2022. október 31.ig – tehettük mindezt, az e dátum előtti tulajdonosokat leszámítva ugyanis a „házi” napelemrendszerek esetén hazánkban egyelőre nem engedélyezett a visszatáplálás, részben a hálózat befogadó-képességének korlátjai miatt, ezért a megtérülési idő becslése még nehezebbé vált. Egyelőre átmeneti intézkedésről szól a fáma, amelynek feloldása ködbe veszik, annyi azonban biztos, hogy nemcsak a lakossági, de a vállalkozói szektort is érinti. Ráadásul 2024-től már az eddig betáplálók számára is megszűnik ez a lehetőség. Akkor nem is érdemes beruházni, gondolhatnánk többen, de a világfolyamatokat sokkal inkább érdemes figyelemmel kísérni, mint a helyi változásokat. Ez alapján pedig, ha lehetőség adódik rá, élni kell vele.

Egyedül később sem fog menni

Elképzelhető ugyanis, hogy valamikor a jövőben annyit csökken majd a napelemek ára (legalábbis ami az átlagos eszközöket illeti), hogy önerőből is képesek lehetünk felszerelkezni belőlük, ám napjainkban az tűnik kézenfekvőbb megoldásnak, ha valamilyen pályázat keretében szerzünk forrást „álmaink” napelemrendszerére. A megtérülés ideje ugyan kiszámíthatatlan, és a válságos időkben jelentősen fontolóra kell vennünk kiadásainkat, viszont a folyamatok mindenképp abba az irányba mutatnak (tekintve a karbonsemlegesség felé vezető utat is), hogy a növekvő energiaárak (lásd gáz) és tartós infláció mellett hosszú távon mégiscsak a saját rendszer lehet a nyerő (persze minden kockázatos). Ha pedig valamilyen csoda folytán sikerülne a hálózatot alkalmassá varázsolni, ismét rákapcsolódva óriási előnyt tudnánk élvezni. Emellett pedig továbbra is lehetőségünk nyílik arra (ha azt látjuk, hogy épp az akkumulátorok ára, technológiája alakul majd kedvezően), hogy áttérjünk szigetüzemű működésre, amelyhez a napelem költségeivel így már nem kell számolnunk.

Cikk küldése e-mailben

Comments are closed.