Az elmúlt években a napenergia-technológia hatalmas ugrásokat tett a napelemek nagyobb hatékonysága, nagyobb teljesítménye és összességében jobb minősége felé. Napjainkban a napelemek átlagosan több mint 20 százalékos hatékonyságúak. Azok számára, akik a leghatékonyabb napelemeket keresik napelemes rendszerükhöz, az első dolog, amit tudniuk kell, hogy mit jelent, mi határozza meg a napelem hatásfokát és hogyan lehet kiszámítani azt.
Mit jelent a napelemek hatásfoka?
A napelemek hatásfoka azt méri, hogy a napelem mennyire képes a napfényt használható villamos energiává alakítani. Ha például a nap egy 20 százalékos hatásfokú, nagy hatékonyságú napelemre süt, akkor a nap energiájának 20 százaléka alakul át napenergiává. Ha ugyanannyi napfény ugyanannyi ideig két különböző hatásfokú napelemre esik, a hatékonyabb napelem több villamos energiát fog termelni, mint a kevésbé hatékony. A napelemek hatékonyságát a napelemek által termelt villamos energia határozza meg, amelyet viszont befolyásol a napelemek összetétele, elektromos konfigurációja, a környező alkatrészek és egyéb tényezők.
Milyen a napelemek hatásfoka?
Napjainkban a legtöbb napelem 15 és 20 százalék közötti hatékonyságú, a tartomány mindkét oldalán vannak kiugró értékek. A nagy hatásfokú napelemek hatékonysága egyes esetekben meghaladhatja a 22 százalékot (és majdnem eléri a 23 százalékot!), de a rendelkezésre álló fotovoltaikus panelek többsége nem több mint 20 százalékos hatékonyságú. Érdemes megjegyezni, hogy a magasabb hatásfokú panelek egy kicsit drágábbak, de segítenek kielégíteni az energiaigényét, különösen, ha kisebb tetővel és korlátozott hellyel rendelkezik.
Ha ezek a hatásfokok első pillantásra kicsit alacsonynak tűnnek Önnek, ne ijedjen meg. Az új technológiák és gyártási lehetőségek megjelenésével 2021-ben a hatékonysági szabvány csak emelkedett. A tudósok ugyanis a különböző fényfrekvenciák befogására optimalizált, többszörös elágazású cellák alkalmazásával 40 százalékos hatékonysági rekordot tudtak elérni. Addig azonban a jelenlegi panelajánlatok több mint elegendő használható villamos energiát biztosítanak a legtöbb kereskedelmi és lakóingatlan számára.
Nagy hatásfokú napelemes trendek 2022-ben
Néhány kínai vállalat 2022-ben dacol a “hatékonyabb = drágább” szabállyal. Olyan vállalatoktól, mint a LonGi, a Canadian Solar és a Trina Solar, olyan nagy hatékonyságú napelemek kerülnek a piacra, amelyek meghaladják a 20 százalékos hatékonysági értéket, de wattonként kevesebbe kerülnek, mint a SunPower, LG és Panasonic panelek. A napelemek minden eddiginél olcsóbbak anélkül, hogy a hatásfokot feláldoznák.
Hogyan különbözik a napelemek hatásfoka termékenként?
Ha ugyanannyi napsugárzás ugyanannyi időn keresztül két különböző hatásfokú, nagy hatékonyságú napelemre esik, a hatékonyabb panel nagyobb teljesítményt fog leadni, mint a kevésbé hatékony. A napelemek hatékonysága határozza meg a napelem hatékonyságát, amelyet többek között az összetétel, az elektromos konfiguráció és a környező alkatrészek befolyásolnak. A napelemek hatékonysága megegyezik az egyes cellákra érkező napfény elektromos árammá alakított százalékos arányával.
Gyakorlatilag két azonos fizikai méretű, nagy hatékonyságú napelem esetében, ha az egyiknek 21 százalékos, a másiknak pedig 14 százalékos a hatásfoka, a 21 százalékos hatékonyságú panel 50 százalékkal több kilowattóra (kWh) villamos energiát termel ugyanolyan feltételek mellett, mint a 14 százalékos hatékonyságú panel. Így az energiafelhasználás és a számla-megtakarítás maximalizálása nagymértékben függ attól, hogy a napelemek hatékonysága a legmagasabb szintű legyen.
Top 5 legjobb hatásfokú napelem gyártó
Íme a legjobb öt legjobb napelemgyártó, az általuk kínált legnagyobb hatékonyságú napelemek alapján rangsorolva:
- SunPower 22,8% monokristályos
- LG 22,0% monokristályos
- REC Solar 21,7% monokristályos
- CSUN 21,2% monokristályos
- Panasonic 21,2% monokristályos és amorf szilíciumcella
A piacon ma kapható leghatékonyabb napelemek hatásfoka eléri a 22,8 százalékot, míg a panelek többsége 16-18 százalékos hatásfok között mozog. A SunPower nagy hatékonyságú napelemek arról ismertek, hogy a piacon kapható leghatékonyabb napelemmárka. Bár magasabb árcédulával járnak, a SunPower gyakran lesz a fogyasztók kedvence mindazok számára, akiket a hatékonyság mint elsődleges érdekmérő érdekel.
Maximális termelés vagy maximális ellentételezés:
Ha az a célja, hogy maximalizálja a rendszer által termelt villamos energia mennyiségét, vagy biztosítani szeretné, hogy a lehető legkevesebb villamos energiát vásárolja a közműszolgáltatótól, de a napelemek telepítéséhez rendelkezésre álló tetőfelület mérete korlátozott, akkor a nagyobb hatékonyságú napelemek telepítése mellett dönthet. Ez biztosítja, hogy maximális tőketeljesítményt kapjon a napelemes rendszeréből, és a lehető legtöbb megújuló energiát termelje. .
Költség vs. érték:
Az egyes típusok által használt szolártechnológia miatt a nagy hatékonyságú napelemek általában többe kerülnek, mint a kevésbé hatékony társaik. Érdemes lehet elemezni, hogy az előzetes költségkülönbséget igazolja-e a napelemes rendszer élettartama alatt a több villamos energia előállításával elért nagyobb megtakarítás. A megnövekedett megújulóenergia-termelés azt jelenti, hogy kevesebb energiát kell vásárolnia a közüzemi szolgáltatótól, és egyes államokban magasabb SREC-bevételeket is generálhat.
Mi határozza meg a napelemek hatékonyságát?
Számos tényező határozza meg, hogy egy napelem mennyire hatékony. A napelemcellák hatékonyságát alapvetően az határozza meg, hogy a beérkező napfényt a cella mennyi használható villamos energiává tudja alakítani. De mi befolyásolja ezt a végső konverziós arányt? A fotovoltaikus (PV) cellák kutatói és gyártói számos elemet vesznek figyelembe a nagy hatékonyságú napelemes technológiák tervezésekor és gyártásakor:
Anyag – Az anyag típusa (monokristályos szilícium, polikristályos szilícium, kadmium-tellurid, vékonyréteg stb.) befolyásolja, hogy a fény hogyan alakul át villamos energiává.
Vezetékek és vezetékezés – A napelemen lévő vezetékek és “sínsávok” szervezése, amelyek az elektromosságot ténylegesen összegyűjtik és továbbítják, befolyásolja a hatékonyságot.
Visszaverődés – Ha a fény visszaverődik a napelemről, csökkenhet a hatékonysága. Ezért olyan fontos a szilícium napelemek tetején lévő üvegréteg.
A fény hullámhossza/frekvenciája – A fény fotonoknak nevezett részecskékből áll, amelyek a Napból kibocsátott látható és láthatatlan fényt alkotó széles frekvenciatartományban rezegnek. Amikor a fény a PV-cella felületére ér, a fotonok egy része visszaverődik, más részük áthalad, más részük pedig elnyelődik, frekvenciájuktól és hullámhosszuktól függően. Az elnyelt fény egy része hővé alakulhat, míg a fennmaradó, átjutó fotonok megfelelő energiával rendelkeznek ahhoz, hogy elektronokat válasszanak ki az atomi kötésekből, ami elektromos áramot hoz létre. Minél nagyobb a fotonok tartománya (infravörös, ultraibolya és a “látható tartomány”), amelyet egy napelemes rendszer el tud nyelni, annál nagyobb a napelem hatásfoka.
Elhelyezés és szög – A napfény maximális mennyiségének befogásához kulcsfontosságú a napelemek megfelelő elhelyezése és az optimális szög.
Hőmérséklet – A magasabb hőmérséklet valójában csökkenti az energiatermelést és a hatékonyságot, ezért egyes paneleket kifejezetten melegebb éghajlatra terveztek.
Éghajlat – Attól függően, hogy hol él, és milyen időjárás uralkodik, a napelemek hatékonysága pozitívan vagy negatívan befolyásolhatja. A napelemek például leállnak, ha több mint öt centiméter hó gyűlik össze a panelen. Ezenkívül különösen szeles napokon a hatékonyság kis mértékű csökkenése tapasztalható.
Árnyék – Egyetlen panelre vetülő kis árnyék is csökkentheti a rendszer teljes hatékonyságát. Bár az árnyékot maguk a panelek gyártói nem veszik figyelembe, ez fontos tényező, amelyet napelemek telepítésekor figyelembe kell venni és lehetőség szerint mérsékelni kell.
Emellett az olyan tényezők, mint a fény elnyelésére való képesség a cella mindkét oldalán (bifaciális napelemek) és a változó hullámhosszúságú fény elnyelésére való képesség (multifunkciós napelemek) megváltoztatják a napelemek hatékonysági egyenletét. Mindent egybevetve, a tudósok és kutatók számos eszközt megmozgathatnak, amikor a napelemcellák hatékonyságának javításán dolgoznak. Végső soron az egész arról szól, hogy több beérkező napfényt alakítsunk át elektromos árammá.
A napelemek különböző típusairól szóló cikkünkből többet megtudhat.
Hogyan számítják ki a napelemek hatékonyságát?
A napelemek hatékonysága úgy számítható ki, hogy a rendszer teljes teljesítményét elosztjuk a napelem négyzetméterének és a beeső sugárzási fluxusnak a szorzatával, mindezt 100-szal megszorozva. A beeső sugárzási fluxus az Ön területén a földfelszínre eső fénymennyiségre utal. A napelemek szokásos vizsgálati feltételei 1000 watt/négyzetméteres beeső sugárzási fluxust feltételeznek.
Tegyük fel például, hogy ki szeretné számítani a 400 wattos napelem hatékonyságát. Ha a panelje 2 négyzetméteres, és szabványos vizsgálati feltételeket feltételez, akkor ez 2000 wattot jelent. Ha ezt a számot elosztja 400-zal, és megszorozza 100-zal, akkor 20%-os hatásfok marad:
400 watt kimenő teljesítmény / (1000 watt négyzetméterenként x 2 négyzetméter) = 20%-os hatásfok.
Gyakran feltett kérdések a nagy hatásfokú napelemekkel kapcsolatban
Milyen hatékonyak a napelemek a valóságban?
Számos tényező befolyásolhatja a napelemek hatékonyságát, többek között az időjárás, a panelen lévő törmelék vagy a telepítési problémák. Ennek ellenére minden napelemet szabványos tesztelési körülmények között tesztelnek, hogy pontos és szabványosított hatékonysági árajánlatot adjanak. A panelje hőmérsékleti együtthatója segíthet megérteni, hogy a hatékonyság hogyan ingadozhat a külső hőmérséklettől függően, vagy hogyan reagálnak a panelben lévő PV-cellák a nyári melegre vagy a téli hidegre.
Elérik-e valaha a napelemek az 50 százalékos hatásfokot?
Talán! Egy világrekordot jelentő napelem már elérte a 47 százalékos hatékonyságot laboratóriumban, és ugyanez a panel a terepen is elérte a 40 százalékos hatékonyságot. NREL tudósai hat kollektor, azaz fotoaktív réteg egyetlen panelen belüli kombinálásával a nap energiájának 40 százalékát tudták elektromossággá alakítani “egy nap”, azaz egy nap besugárzását utánzó körülmények között.
Az egyes fotovoltaikus rétegeket úgy gyártották, hogy különböző hullámhosszúságú energiát hasznosíthassanak, így a panel a felületét érő sugarak nagyobb százalékából képes energiát átalakítani. Ez a technológia különbözik a hagyományos napelemes eszközöktől, mivel a hat kollektoranyagból 140 rétegből áll ez a nagy hatékonyságú panel. A kutatók szerint ez a technológia finomhangolható, hogy a jövőben elérje az 50 százalékos hatékonyságot.
