Napelemek

A nap sugárzását villamos árammá lehet alakítani a fotóeffektus során ( ang. photovoltaic). Ehhez a folyamathoz félvezető elemből készült napelem cellákat használnak. Ezeket az egységnyi cellákat , táblákba, azaz panelekbe kötik. Igy kapjuk a napelemet. Több napelem összekötésével kapjuk a napelem sorokat. A napelem sorokat rendszerint napkövetők mozgatják ( nem feltétlenül szükséges a napkövető ) a nagyobb hatásfok eléréséhez. Egy vagy több napelem sor szoláris (PV) rendszert képez. A napelemek gyártástechnológiája hasonló mint a félvezető integrált áramkörök gyártástechnológiája. Ez rendkívül bonyolult és drága folyamat ami több lépésből áll. A napelem cellák valójában egy solid-state diódák, amelyek villamos elzárócsapként funkcionálnak és csak egyik irányba engedik az áram folyását. A fotóeffektus lényege az, hogy a félvezető elemre eső napfény szabad elektronokat üt ki a kristályszerkezetből, amelyek szabadon mozoghatnak a kristályszerkezeten belül, igy alkotva az áramot. Ez az áram ellentétes irányba folyik, mint azt a külső lezáró dióda engedné. Egy-egy napelem cella kb. 1V feszültséget generál a napfény hatására. Több cellát kapcsolnak sorba, ezzel a feszültséget növelve illetve több cella kerül párhuzamos kapcsolásba, ezzel az áramot növelve. Több cella vegyes kapcsolásával tehát a napelem teljesítményét növelhettük meg. A napelemek névleges feszültsége 12V teljes napsugárzás esetén, amikor a Nap a horizonton van. Abban az esetben a napsugárzás energiasűrűsége kb. 1kW/m2. Ezt a teljesitmény sűrűséget hivják az iparban  „standard napsugárzásnak“ .

Napelem tipusok

A napelemek gyártéstechnológiája alapján feloszthatók; kristály szerkezetű és vékonyrétegű napelemekre. A kristályszerkezetűeket pedig feloszthatjuk egykristályos és polikristályos napelemekre. A múltban helyes volt az az állítás, hogy az egykristályos napelemek hatékonyabbak a polikristályosoknál, amennyiben ugyanazon méretekkel és elektromos jellemzőkkel rendelkeznek. Ma már nem teljesen ez a helyzet, a technológia fejlődésnek köszönhetően ez a különbség nem jelentős. Azt is mondhatnánk, hogy bizonyos körülmények között a polikristályos napelemek jobban és hatékonyabban működnek az egykristályos napelemeknél. Például diffúz fénysugárzás esetén a poliskristályos napelemek a hatásosabbak, mig közvetlen napsugárzás esetén a monokristályos napelemek mutatnak jobb hatásfokot, de ezek minimális különbségek. A két napelem típus között a különbség inkább a gyártás technológiájában és a   kinézetben van. Az árban ma már elenyésző a különbség a két napelem típus között, amennyiben egyazon teljesítményről beszélünk. Elmondhatjuk, hogy a hatásfoki különbségek ott tapasztalhatóak, hogy az egykristályos napelemek a meleg, trópusi helyeken jók, a polikristályos napelemeket pedig az enyhébb, inkább északi időjárási viszonyok uralkodta területekre érdemes telepíteni. A mai modern napelemek kb. 30-35 év élettartalommal rendelkeznek. A hatásfokuk olyan 13-18% között mozog. A gyártók általában 2 év jótállást adnak arra, hogy a napelem 100%-os hatásfokkal fog működni és kb. 20-25 évre garantálják, hogy a napelem megfelelő hatékonysággal fog működni, ami a garantált hatásfoknak a 80% alá nem esik.