Manapság már mindenki hallott a napelemes rendszerekről, és tudja, hogy napelemek elektromos áramot termelnek, viszont azt már kevesebben tudják, hogyan is jön létre elektromos áram a napelemekben. Ebben a cikkben a napelemek működésével foglalkozunk.
Napsugázásból villamos energia
A napelem működését tekintve a nap sugárzási energiáját alakítja át olyan villamos energiává, melyet a megfelelő átalakítások után háztartásunkban is hasznosíthatunk. Így amikor a napsugárzás legkisebb egysége az ún. foton a napelemes félvezető panelre esik, akkor a fotonok átadják töltésüket a napelemes panelban lévő elektronoknak, és elektromos áram keletkezik.
Napelemek felépítése
A napelemes panelek félvezető cellákból épülnek fel, melynek a legfőbb összetevője a szilícium. A cellán belül két egymástól eltérő szennyezettséggel rendelkező félvezető anyag kerül összekapcsolásra. Tehát az egyik szilícium pozitív ún. „p-típusú” szennyezettséget kap, míg a másik réteg egy „n-típusú” negatív szennyező réteg kerül kialakításra.
A p-típusú félvezetőt úgy kapjuk meg, hogy a szilíciumot kis mennyiségű bórral szennyezzük, ezáltal ebben a félvezetőben elektron hiány lép fel „lyukak” keletkeznek, az elektron hiány miatt pedig pozitív félvezető lesz. Az n-típusú félvezetőt kis mennyiségű foszforral szennyezik, így elektron többlet lép fel benne, amely elektronok a rácskötésben nem vesznek részt, az elektron többlet miatt negatív félvezetővé válik. A két réteg találkozásánál egy határréteg jön létre, ahol az ellentétes szennyezettséggel rendelkező félvezetők semlegesítődnek, rekombinálódnak ennek következtében feszültség keletkezik.
Napfény hatása a működésre
A napfény, energiával rendelkező részecskékből, úgynevezett fotonokból épül fel. Amikor a napfény a megfelelő hullámhosszúsággal a napelemre esik, a pozitív, és a negatív tartomány közötti semlegesített rétegben nyelődnek el a sugarak, ekkor a napfény fotonjai a saját energiájukat elektronoknak átadják, így azok a kapott energia bevitel miatt szabadon mozoghatnak, a mozgásuk közben pedig vezetik az áramot. Viszont az így szabaddá vált elektronok helyén lyukak jönnek létre, amelyek hasonlóan elmozdulni képesek. Ha tehát a fotonok gerjesztik az elektronokat, a kiugrott elektronok a negatív oldal irányába, míg a lyukak a pozitív oldal felé fognak áramolni, ennek következtében elektromos teret, és feszültséget létrehozva.
Összegzés
Elmondható tehát, hogy a napelemek működéséhez a napsugárzásból származó részecskékre, fotonokra van szükség, melyek mikor megfelelően érkeznek a napelem panelekre energiaátadással elektronokat indítanak meg, és ez által elektromos áramot hoznak létre.
Az így létrehozott egyenfeszültséget a rendszer további elemi megfelelő minőségű, háztartási berendezések számára használható, váltakozó árammá alakítják.