Napelem forrásának megtekintése

{{egyért0|Ez a szócikk a napenergia egyik lehetséges felhasználási módjáról szól. A többi erőműtípust a [[Naperőmű]] szócikk mutatja be!}}
[[Fájl:solar cell.png|bélyegkép|jobbra|200px|'''Napelemcella''' (egykristályos)]]

A '''napelem''' vagy '''fotovillamos elem''', amit az angol photo-voltaikus kifejezésből a magyar szakirodalom olykor PV elemnek is nevez, olyan szilárdtest eszköz, amely az [[elektromágneses sugárzás]]t ([[foton]]befogást) közvetlenül [[elektromos energia|villamos energiává]] alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az [[elektrokémiai potenciál]]ok, illetve az [[elektron]] kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített [[Elektromos mező|elektromos tér]] rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség bármilyen megfelelő fényspektrummal rendelkező fényforrás esetén is lezajlik, nem szükséges kizárólagosan napfény.

A napelemekre általában 20-25 év a garancia, jellemzően 20-40 év az élettartamuk. A [[napenergia]] hasznosításában hosszabb távon számottevő növekedés várható.

A napelemek eltérnek a ma létező nagy teljesítményű [[naperőmű]]vektől. Ezek jellemzően más technológiát alkalmaznak; a [[naphőerőmű]]vek esetén a Nap sugárzó hőenergiáját folyadéknak adja át [[hőtan|sugárzó hőátadás]]sal ami túlhevítéssel [[gőzturbina]] meghajtásos villamos generátorral szolgáltat áramot.
A napelemmel való áramelőállítás előnye, hogy működése nem jár semmiféle melléktermék kibocsájtásával, így környezetkímélően működik és a napsugárzás kifogyhatatlansága miatt [[megújuló energiaforrás]], hátránya a magas telepítési költség, valamint a napsugárzástól függő rendkívül váltakozó teljesítmény és az egyenetlenül [[Megújuló energiaforrás#Egyenetlen termelés, az energia nehéz tárolhatósága|előállított energia nehéz tárolhatósága]].

[[Fájl:Mafate Marla solar panel dsc00633.jpg|200px|thumb|right|Nappanelek a [[Réunion]] szigetcsoporthoz tartozó Mafate szigeten (Marla)]]

== Története ==

A fotovoltaikus hatást [[Alexandre Edmond Becquerel]] francia fizikus demonstrálta először sikeresen 1839-ben, 19 éves korában. Ez évben építette meg a világ első fotovoltaikus elemét apja laboratóriumában.

Willoughby Smith brit elektromérnök az 1860-as években kezdett kísérletezni a fotovoltaikus technológiával egy véletlennek köszönhetően. Ezekben az években tenger alatti kábelekkel végzett kísérleteket, melyek közben felfedezte, hogy az ezekhez használt [[szelén]] éjszaka máshogyan viselkedik, mint nappal.<ref>{{CitWeb |url=http://vu2063.server.g-art.hu/napenergia-hasznositas-hazilag-a-napenergia-felhasznalasa/napelem-keszites-hazilag-napelem-gyartas/218-a-napenergiarol-ii-resz-a-napelem-i |cím=A napenergiáról, II. rész – A napelem I. |dátum=2010-02-09 |elér=2015-09-07 |archívurl=https://web.archive.org/web/20150929180937/http://vu2063.server.g-art.hu/napenergia-hasznositas-hazilag-a-napenergia-felhasznalasa/napelem-keszites-hazilag-napelem-gyartas/218-a-napenergiarol-ii-resz-a-napelem-i |archívdátum=2015-09-29 }}</ref>  1873-ban a ''Nature'' tudományos folyóiratban jelentette meg ''"Effect of Light on Selenium during the passage of an Electric Current"'' című tanulmányát, amely a szelén fotovoltaikus tulajdonságát írja le.

Charles Fritts amerikai feltaláló 1883-ban építette meg az első modern értelemben vett napelemet: [[félvezető]] szelént vékony, félig átlátszó aranyfilmmel vont be, így képes volt áramot előállítani. Fritts napelemének hatékonysága nagyjából 1% körül volt.<ref>{{cite book |last=Vita-Finzi |first=Claudio |title=The Sun: A User's Manual |url=https://books.google.hu/books?id=_lCFQkM2i_4C&pg=PA128&lpg=PA128&dq=fritts+1%25+effective+1883&source=bl&ots=xfodrJrZGd&sig=lD06FBpFHpUOK40yH7zg3hWeKx0&hl=hu&sa=X&ved=0CEsQ6AEwBmoVChMIl9O6_froxgIVwpUsCh2pcAOJ#v=onepage&q=fritts%201%25%20effective%201883&f=false |accessdate=2015-09-07 |date=2008-12-15 |publisher=Springer Science & Business Media |language=angol |pages=128}}</ref>

Heinrich Hertz 1887-ben fedezte fel a fényelektromos (fotovoltaikus) jelenséget, munkája alapján pedig egymástól függetlenül 1888-ban Alexandr Sztoletov orosz és Wilhelm Hallwachs német fizikusok megállapították, hogy az [[ultraibolya]] sugarak [[Elektromos töltés|negatív töltésű]] fémlapból negatív töltést szabadítanak ki és megépítették az első fotovoltaikus napelemeket.<ref>{{CitWeb |url=http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/2011_0001_519_04292_3_Fizika3/ch02s06.html |szerző=Dr. Budó Ágoston |szerző2=Dr. Mátrai Tibor |szerző3=Hornyák László |cím=KÍSÉRLETI FIZIKA III. KÖTET - (OPTIKA ÉS ATOMFIZIKA) |kiadó=Nemzeti Tankönyvkiadó Rt. |elér=2015-09-07}}</ref><ref>{{cite book |last=Gevorkian |first=Peter |title=Sustainable Energy System Engineering |origyear=2007 |url=https://books.google.hu/books?id=i8rcHsOfPScC&redir_esc=y |accessdate=2015-09-07 |publisher=McGraw Hill Professional |language=angol id=978-0-07-147359-0}}</ref>

A fotoelektromos hatást [[Albert Einstein]] magyarázta meg 1905-ben, amiért megkapta az 1921. év [[fizikai Nobel-díj]]át.<ref>{{CitWeb |url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/index.html |cím=The Nobel Prize in Physics 1921 |weblap=Nobelprize.org |nyelvkód=en |elér=2015-09-07}}</ref>

Az 1930-as években a Brown, Boveri & Co. már fotózáshoz használható fénymérőben használt napelemet, de nem volt sikeres, horribilis ára miatt alacsony maradt a gyártás szintje, a BBC lapja nem is említi.

Az első modern félvezető napelem szabadalmát a [[tranzisztor]]ok kutatásával foglalkozó Russel Ohl jegyezte be 1946-ban.<ref>{{CitWeb |url=http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1006/rekai1006.html |szerző=Rékai János |cím=Adalékok a tranzisztor előtörténetéhez |kiadó=Fizikai Szemle |év=2010 |elér=2015-09-07 |archívurl=https://web.archive.org/web/20150402090943/http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1006/rekai1006.html |archívdátum=2015-04-02 }}</ref><ref>{{CitWeb |url=https://www.google.com/patents/US2402662 |cím=Light-sensitive electric device |elér=2015-09-07}}</ref>  Az első hatékony, széles körben alkalmazható, [[szilícium]] félvezetőn alapuló napelemet 1954. április 25-én mutatták be a Bell Laboratories szakemberei; kifejlesztői Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller és Gerald Pearson amerikai tudósok voltak.<ref name=tsokos>{{cite book |last=Tsokos |first=T. A. |title=Physics for the IB Diploma Full Colour |url=https://books.google.hu/books?id=uWVQrIZqz_MC&redir_esc=y |accessdate=2015-09-07 |date=2010-01-28 |publisher=Cambridge University Press |language=angol |id=978-0-521-13821-5}}</ref>

A nyilvánosság csak később figyelt fel a napelemekre, amikor [[az Amerikai Egyesült Államok Haditengerészete]] felhasználta azokat a [[Vanguard-1]] [[műhold]] megépítésekor 1958-ban.

A következő két évtizedben fokozatos fejlesztések történtek, éppen a haladás miatt azonban a napelemek ára magasan maradt. Azokat ugyanis elsősorban az űrtechnológiában történő felhasználás irányába fejlesztették, a lehető legnagyobb hatásfokú megoldást keresve, akár nagy költségek árán is. Így a kevésbé hatékony, egyben kevésbé költséges megoldásokkal ebben az időben nem foglalkoztak a kutatók. Az árakat elsősorban a félvezető ipar határozta meg, s a költségcsökkentést végül azt tette lehetővé, hogy az 1960-as években átálltak az [[integrált áramkör]]ök használatára. 1971-re egy [[Watt (mértékegység)|watt]] napelemmel történő előállításának költsége 100 dollárra csökkent.<ref>{{cite book |last=Perlin |first=John |t@itle=From Space to Earth: The Story of Solar Electricity |url=https://books.google.hu/books?id=xHFK9cM77a8C&redir_esc=y |accessdate=2015-09-07 |year=1999 |publisher=Earthscan |language=angol |id=0937948144}}</ref>

Elliot Berman 1969-ben alapította meg a Solar Power Corporationt, amely 30 évre előre tekintve azzal számolt, hogy az elektromos energia az ezredforduló idejére nagymértékben drágul majd, ami vonzóbbá teheti az [[Megújuló energiaforrás|alternatív energiaforrások]] használatát. Berman kutatása ekkor azt mutatta, hogy ha képesek volnának a wattonkénti előállítási árat 20 dollárra leszorítani, azzal már számottevő kereslet támadna a technológia iránt. Új fejlesztésű, olcsóbb terméküket 1973-ban mutatták be, használatukról pedig sikerrel győzték meg [[az Egyesült Államok Parti Őrsége]] számára navigációs bójákat gyártó Tideland Signal vállalatot.<ref>{{cite book |last=Williams |first=Neville  |title=Chasing the Sun: Solar Adventures Around the World |url=https://books.google.hu/books/about/Chasing_the_Sun.html?id=gT-QfHoRdsMC&redir_esc=y |accessdate=2015-09-07 |date=2005-01-01 |publisher=New Society Publishers |language=angol |id=1550923129}}</ref>

A földi alkalmazásokra előállított napelemek fejlesztése akkor indult igazán be, amikor az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány létrehozta fejlett [[napenergia|napenergiás]] alkalmazások kutatásával és fejlesztésével foglalkozó részlegét, amely 1969 és 1977 között működött.<ref>{{CitWeb |url=https://www.nsf.gov/about/history/nsf50/nsf8816.jsp |cím=The National Science Foundation: A Brief History |nyelvkód=en |kiadó=National Science Foundation |dátum=1994-06-15 |elér=2015-09-07}}</ref>
 
Az [[1973-as olajválság]]ot követően több olajipari vállalat fektetett napenergiával foglalkozó cégek felvásárlásába. Az 1970-es és 1980-as években az [[ExxonMobil|Exxon]], az ARCO, a [[Royal Dutch Shell|Shell]], az Amoco (amelyet később a [[British Petroleum|BP]] vásárolt fel) és a Mobil saját napenergia-részlegeket üzemeltettek és ezekben az években ők voltak a legnagyobb termelők. A fejlesztésekben részt vett a technológiai szektor több vállalata is, így például a [[General Electric]], a [[Motorola, Inc.|Motorola]] és az [[IBM]].<ref>{{cite book |title=New Scientist |url=https://books.google.hu/books?id=x3w5ZfGUS_0C&redir_esc=y |accessdate=2015-09-07 |date=1979-10-18 |publisher=Reed Business Information |language=angol |id=ISSN 0262-4079}}</ref>

=== Napelemek Magyarországon ===
{{bővebben|Napenergia Magyarországon}}
A napelemek első magyarországi megjelenéséről és a kezdeti időszakban történő elterjedéséről, lakossági felhasználásáról nincsenek megbízható adatok, a pontos dokumentáció hiányában nehéz meghatározni, hogy mikor telepítették az első napelemeket. A világ és a térség építészeti, energetikai trendjeit figyelembe véve valószínűsíthető, hogy Magyarországon is az 1980-as évek végén, az 1990-es évek elején jelent meg az ipari-kereskedelmi célú napelemes felhasználás.

Nagyméretű napelemes erőmű üzemel többek között Bükkábrányban (Mátrai Erőmű Zrt. 22,6 MW), továbbá Pakson (20,6 MW), a MET Dunai Solar Park (Százhalombattán) 17,6 MW, Monoron 4 MW (Alteo Nyrt) teljesítményű. A telepített teljesítmény 2018-ban 640 MW volt, a 2017-ben kiadott engedélyek összteljesítménye 2000 MW, amelyeknek 2019 végére meg kellene épülniük.<ref>[https://www.napi.hu/nemzetkozi_gazdasag/napelem-zoldenergia-megujulo-energia-klimaterv.687385.html Még nagyobbat robbant a napelempiac, mint ahogy eddig gondolták, 2019-07-05]</ref>  A háztartási méretű kiserőművek létesítése (max. 50 kVA) az igénybejelentésre adott előzetes áramszolgáltatói tájékoztató feltételei szerint lehetséges.

=== Az első magyar napelemgyár ===

Magyarországon az első napelemgyárat 1997-ben nyitották meg, a Dunasolar Napelemgyártó Rt. 1997 tavaszán kezdte meg a működését. A beruházás részben amerikai, részben magyar tőke bevonásával valósult meg, a budapesti telephelyen működő gyár egy magyar feltaláló szabadalmát alapul véve folytatta tevékenységét.<ref name=nape>{{CitWeb |url=https://www.napelemek-napkollektorok.hu/magazin/napenergia/elszalasztott-esely-memoriam-dunasolar/ |cím=Elszalasztott esély |alcím=In memoriam Dunasolar |közreműködők= |weblap= |nyelvkód=|hely= |kiadó= |dátum=2016-11-28 vagy év= |oldal= |elér=2016-12-07 |formátum=|méret= |archívurl= |archívdátum= |doi= |egyéb= |idézet= }}</ref>

A 9,2 millió dolláros beruházás induló tőkéjét az amerikai Energy Photovoltaics Inc. 51%-ban, a Magyar Fejlesztési Bank Rt. 49%-ban állta.<ref>{{cite news |author= |authorlink= |coauthors= |title=Dunasolar-Napelemgyár |url=http://24.hu/fn/gazdasag/1998/05/06/dunasolar_napelemgy_r/ |work= |publisher= |date= |accessdate=2017-01-03 }}</ref>

A technológia a maga idejében forradalminak számított, a Dunasolar gyárában csúcstechnológiának számító eljárással készültek a napelemek. Az 1990-es évek közepén a budapesti gyárban használt amorf szilícium (a-Si) vékonyréteg-technológia valóban forradalminak volt mondható a napelemek gyártási folyamata során.

A Dunasolar Napelemgyártó Rt. fennállása csúcsán 150 embert foglalkoztatott (vezetőket és alkalmazottakat egyaránt beleértve), termelési csúcsteljesítménye 5 MW volt. Ez körülbelül 125 000 napelemnek felelt meg az akkori 40 wattos DS40 főtermék szerinti bontásban. Annak idején nemcsak európai, hanem világviszonylatban is jelentősnek számított ez a mennyiség, a Dunasolar a világ összes gyártókapacitásának 0,5-1%-át tette ki.<ref name="nape"/>

2000-ben még komoly kapacitásbővítést tűztek ki célul a Dunasolarnál, azonban a csökkenő európai és magyarországi kereslet miatt nem lett nyereséges a vállalat. Kóbor Miklós cégvezető szerint akkoriban még nem volt elég fejlett a magyar piac a környezetbarát technológia alkalmazására és az állami támogatás is jelentősen elmaradt a kívánatos mértéktől.<ref>{{cite news |author=Vasali Zoltán |authorlink=http://valasz.hu/szerzo/ujsagiro/vasali-zoltan-105 |coauthors= |title=Lemerülő napelemgyártás |url=http://valasz.hu/itthon/lemerulo-napelemgyartas-7601 |work= |publisher= |date=2003-07-04 |accessdate=2017-01-03 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20170103165336/http://valasz.hu/itthon/lemerulo-napelemgyartas-7601 |archivedate=2017-01-03 }}</ref>

A gyár többször cserélt tulajdonost, az utolsó 2003-ban adta el a Dunasolart, ekkor végleg bezárták Magyarország első napelemgyárát, a vezetőket és az alkalmazottakat elbocsátották. Ebben az időben a cég 90 százalékos részesedéssel bíró tulajdonosa a Wallis Rt. volt, a gyártósorokat egy thaiföldi vállalat vette meg, amely a megállapodás szerint el is vitte a napelem gyártásához szükséges berendezéseket.<ref>{{cite news |author= |authorlink= |coauthors= |title=Leállt a Dunasolar, eladják a gépsorokat |url=https://index.hu/tech/hirek/135475/ |work= |publisher= |date=2003-06-16 |accessdate=2017-01-03 }}</ref>

=== A Dunasolar öröksége ===
A Dunasolar működése során 1997 és 2003 között jelentős technológiai tapasztalat gyűlt össze, amely a Dunasolar kereskedelmi igazgatója és társai által 2003-ban alapított - és 2015-ben megszűnt - GAIASOLAR Kft.-ben öröklődött.<ref name="szolártörténelem">{{Cite web |url=https://www.eu-solar.hu/blog/egy-kis-magyar-szolartortenelem/ |title=Egy kis magyar szolártörténelem |accessdate=2021-01-07 |language=magyar |date=2015-11-24}}</ref><ref>{{Cite news|title=Felvásárolta a Dunasolart a Wallis-csoport|url=https://www.napi.hu/belfold_vallalatok/felvasarolta_a_dunasolart_a_wallis-csoport.61343.html|author=Hőnyi Gyula|work=napi.hu|accessdate=2021-01-10|date=2001-01-30|language=magyar}}</ref>

2005. október 8-án hálózatra kötötték Magyarország első szolárerőművét. A Gödöllői Szent István Egyetem kollégiumi épületére telepített, nagyjából 10 kWp teljesítményre képes szolárerőműnek a 2/3 része a Dunasolar gyártósorán készült DS40 napelemből áll.<ref>{{Cite web |url=http://fft.szie.hu/10kW.htm |title=10 kWp hálózatra kapcsolt fotovillamos rendszer |accessdate=2021-01-12 |date=2005-10-10 |language=magyar |archiveurl=https://web.archive.org/web/20210131234353/http://fft.szie.hu/10kW.htm |archivedate=2021-01-31 }}</ref> A kísérleti projekt keretében megvalósult  fotovillamos minierőmű kivitelezésére a Gaiasolar kapott megbízást.<ref>{{Cite news|title=Bealkonyulhat a napenergia-hasznosításnak|url=https://www.origo.hu/gazdasag/hirek/hazaihirek/20051027bealkonyulhat.html|date=2005-10-27|accessdate=2021-01-10|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220410144821/https://www.origo.hu/gazdasag/hirek/hazaihirek/20051027bealkonyulhat.html|archivedate=2022-04-10}}</ref>

Az erőmű az átadást követő 10 évben hibamentesen üzemelt és körülbelül 83 500 kWh energiát termelt.<ref name="szolártörténelem"/>

== Összehasonlítás ==
[[Fájl:Buerstädter sonnensegel.jpg|bélyegkép|jobbra|200px|Napelemek és napraforgók ([[Németország]]) „Csak természetesen!”]]

Azt az [[energia|energiát]], amely az összes [[Föld]]ön található és kitermelhető [[kőolaj]]készletekben rejlik, a [[Nap]] 1,5 nap alatt sugározza a Földre. {{refhely|Jéki}} Az emberiség jelenlegi, évi energiafogyasztását a [[Nap]] egy órányi energiakibocsátása teljes egészében fedezné.

Ugyanakkor a napelemek elterjedését nagymértékben hátráltató tényező az áruk, aminek két fő oka az előállításuk energia- és csúcstechnológia-igényessége, a kis széria, továbbá, hogy csak napsütésben képesek hatékonyan működni. Az utóbbi években azonban (főként a kínai napelemgyártás felfutása, és a tömegtermelés megjelenése miatt) folyamatosan csökken a napelemek ára. Korábbi szakmai előrejelzések 2010 utánra várták, hogy a napelemmel termelt áram ára megegyezzen a fosszilis energiatermelés költségével, {{refhely|photoconsulting}} de ez eddig még nemcsak nem következett be, hanem a [[2014]]-ben bekövetkezett nagymértékű nyersolajár-csökkenés az áregyenérték elérését, legalábbis ideiglenesen, jobban eltávolította.

== A napelemek fajtái ==

Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg:
* Kristályos napelemek: a mono- és polikristályos technológiával készülő napelemek napjainkban a legelterjedtebb napelem-technológiának számítanak. A szilícium félvezetőn alapuló elemeket 1954-ben mutatták be.<ref name=tsokos /><ref>{{CitWeb |url=http://fft.szie.hu/fizika/Turkalo/napenergiahaszn/G04%20-%20Napelem%20technologiak%20es%20jellemzoik.pdf |szerző=Armin Räuber |cím=Napelem technológiák és jellemző�ik |elér=2015-09-07 |formátum=PDF |archívurl=https://web.archive.org/web/20150929090507/http://fft.szie.hu/fizika/Turkalo/napenergiahaszn/G04%20-%20Napelem%20technologiak%20es%20jellemzoik.pdf |archívdátum=2015-09-29 }}</ref>
** [[Egykristály|Monokristályos]] szilícium napelemek: a szilíciumok drágák, de hatékonyak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25% (az elméleti határ 33,7% az egy p-n átmenettel rendelkező napelemek esetében). Legnagyobb teljesítményét merőlegesen beeső napfénynél képes leadni, így gyakran használják ún. napkövető berendezések részeként.<ref>{{CitWeb |url=http://www.napelemguru.hu/napelem-tipusok/kristalyos-szilicium-napelem/ |cím=A kristályos szilícium napelem |elér=2015-09-07}}</ref> 
** Polikristályos szilícium napelemek: Némileg olcsóbbak, ám kevésbé hatékonyak. Hatásfokuk 13-18% között van, az átlagos hatásfok kb. 15%<ref>{{Cite web |url=https://a1solar.hu/miben-kulonbozik-a-polikristalyos-napelem-a-monokristalyostol/ |title=Miben különbözik a polikristályos napelem a monokristályostól? |accessdate=2023-02-17}}</ref>. A gyengébb (reggeli, esti, szórt) fényt is viszonylag jó hatásfokkal képes hasznosítani.
* [[Gallium-arzenid]] vegyületen alapú napelemek: Bár eddig főleg műholdakon használták, és egyetlen rétegben alkalmazva nem gazdaságosak, de akár 8 db réteget (p-n átmenetet) is építhetnek egymásra. Így a hatásfok eléri a 46%-ot is koncentrált napfényben: ilyen már alkalmazásban volt 2014. november végén.<ref>http://finance.yahoo.com/news/soitec-world-record-solar-ml{{Halott link|url=http://finance.yahoo.com/news/soitec-world-record-solar-ml |date=2019-02 }}</ref><ref>http://finance.yahoo.com/news/soitec-world-record-solar-cell-190936450.html {{Wayback|url=http://finance.yahoo.com/news/soitec-world-record-solar-cell-190936450.html |date=20141219134330 }} Új világrekordja a Soitec francia, és a Fraunhofer ISE német vállalkozásoknak és a francia CEA-leiti kutatóintézetből álló csoportnak.</ref>
* Amorf szilícium napelemek: olcsóbbak, de hatásfokuk csak 5-8%. Kevesebb szilícium kell a gyártáshoz, mint az egykristályos esetében, mert az aktív réteg csak 1&nbsp;µm vastag.
* Egyéb vegyület-félvezető alapú napelemek: A hatásfokuk kevesebb mint 15%. Példa: kadmium-tellurid, a réz-indium-diszelenid (CIS) és a réz-indium-gallium-szelenid napelemek. Előállításukhoz kevés félvezető alapanyag szükséges, mert az aktív réteg csak 1-2&nbsp;µm vastag.
* Szerves festék alapú napelemek: [[Elektrokémia]] elven működnek, a fényelnyelő anyag egy szerves festék. A hatásfoka csak 2-4%, azonban a gyártása rendkívül olcsóvá válhat a jövőben.
* Szerves anyagokból ([[polimer]]ekből) készült napelemek: olcsók, de hatásfokuk csak 2-5%
* Szerves-szervetlen [[perovszkit]]ek alapján készült [[Perovszkit napelemek|napelemek]] kísérleti teljesítménye elért 20%-ot, nagyon gyors fejlődéssel, alacsony gyártási költséget ígérve. Ezek egyes fejlesztők szerint már [[2017]]-ben piacon lesznek.<ref>Audrey Boehly: La Perovskite, futur de l'énergie solaire, Sciences et Avenir No.813, nov. 2014, 48-50 o.</ref> Lásd a Hatásfok fejezet ábráját is, ahol a piros színű vonalak üres körökkel ábrázolják a fejlődést. (Az angol nyelvű Wikipédia grafikonja)
*Az [[Európai Unió]] által finanszírozott CPVMatch projektben  (kilenc (német, olasz, spanyol és francia) kutatóintézet, illetve ipari cégek kutatómunkáját – a freiburgi Fraunhofer ISE koordinálta) a fényt optikai lencsékkel kis napelemekre koncentrálják. A kísérleti rendszer két tengelyes napkövető mechanizmussal a Napra irányul. Hatásfoka 41,4%.<ref>{{Cite web |url=https://ec.europa.eu/inea/en/horizon-2020/projects/h2020-energy/photovoltaics/cpvmatch |title=CPVMatch {{!}} Innovation and Networks Executive Agency |accessdate=2022-12-04}}</ref>

A hatásfok növelésére van lehetőség, ami bonyolultabb technológiát igényelhet; logikusan ez drágább lenne elhanyagolva a technológia ugrásszerű fejlődésének lehetőségét. Így az elméleti hatásfok limit (33,7%) átléphető, ha például több vékony napelem réteget (p-n átmenetet) építünk egymásra, melyek lépésenként egyre rövidebb fényhullámhosszra érzékenyek. A hatásfok tovább növelhető, ha nagyobb fénykoncentrációval (500X) üzemelünk optikai lencsék,<ref>[http://inhabitat.com/rawlemon%E2%80%99s-spherical-solar-energy-generating-globes-can-even-harvest-energy-from-moonlight/ Rawlemon’s Spherical Solar Energy-Generating Globes Can Even Harvest Energy from Moonlight Rawlemon’s Spherical Solar Energy-Generating Globes Can Even Harvest Energy from Moonlight] angol nyelvű forrás</ref> vagy tükrök alkalmazásával.

Manapság a kutatás és fejlesztés nem korlátozódik kizárólag nagyobb hatásfok elérésére, inkább a hatásfok x élettartam/gyártási költség irányába terjed azzal a céllal, hogy a megtérülési idő minél rövidebb legyen. Ez a cél vékony-filmek alapján készített elemek alkalmazásával érhető el: ezek egyedi hatásfoka alacsonyabb, de több réteg is összeépíthető és előállítási költségük sokszorta kisebb mint a hagyományos szilíciumra alapozott elemeké.

== Kinyerhető teljesítmény ==
[[Fájl:Kyocera-hq-01.jpg|balra|bélyegkép|180px|[[Kyocera]] székház. A PV cellák az épület oldalán napfényből generálnak áramot]]
[[Fájl:Gleisdorf.Solarbaum.jpg|thumb|200px|right|Fotovillamos 'fa' [[Stájerország]], [[Ausztria]] ]]
[[Fájl:Naperőmű, Visonta.jpg|250px|bélyegkép|jobb|Napelemekből álló naperőmű, Visonta]]

A napelemekből kinyerhető [[teljesítmény]] függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt [[ellenállás (elektronika)|terheléstől]]. A fény intenzitását kevéssé tudjuk befolyásolni, míg a másik két paraméter elméletileg kézben tartható.

A napelem beépítése szerint lehet fix vagy napkövető jellegű.

A napkövető rendszerekkel a magyarországi éghajlati viszonyok mellett 30-40%-kal nagyobb teljesítmény érhető el.

A fixen beépített napelem megfelelő tájolás esetén (déli irány, [[Magyarország]]on 35 fokos dőlésszög) reggeltől estig tud áramot termelni tiszta idő esetén. Természetesen reggel és este már csak kisebb teljesítményre képes a napelem, mivel fix rögzítés esetén a napsugárzás kis beesési szögben kisebb áramerősséget tud megtermelni. Ahhoz, hogy egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel tudjuk gyűjteni a napenergiát, a nappal folyamán vízszintesen forgatnunk, függőlegesen bólintanunk kell a napelemet úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől. Ehhez plusz elektronikát és mechanikus elemeket kell felhasználnunk, és a telepítési hely megválasztására is nagyobb gondot kell fordítani, továbbá karbantartási költségekre is számítani kell. Ellenben a fix beépítésnél elegendő a (tervezéskor már jól betájolt) ház tetőszerkezetét felhasználnunk a napelemek tartójának.

Az optimális besugárzásra beforgatott napelem-modul sem fog mindig teljesítményt szolgáltatni, mivel a besugárzás mértéke több okból is változhat, lecsökkenhet. Ennek oka lehet, hogy lemegy a Nap, a felhős idő vagy hó, különféle tárgyak (fa vagy más növényzet, építmények stb.) árnyékolása, légköri szennyeződés és a pára, vagy akár a napelem táblák felmelegedése is.<ref>{{CitWeb |url=http://www.solarside.hu/termekeink/napelem/napelemrol-muszaki-szemmel/ |cím=Napelem műszaki szemmel |elér=2015-09-07}}</ref> Mivel az elektromos fogyasztókat folyamatosan szeretnénk üzemeltetni, viszont a napelem nem tud folyamatosan energiát biztosítani, valamilyen energiatároló puffert kell alkalmaznunk a rendszerben, amivel áthidalhatjuk az alacsonyabb napfény-intenzitású időszakokat. (puffer=átmeneti energiatároló). Az energia hasznosításának másik útja, amikor invertert alkalmazunk. Az inverter a napelem [[egyenáram]]át [[váltakozó áram]]má alakítja át, és visszatáplálja a hálózatba. A visszatáplálás természetesen csak a hálózat periódusával szinkronizálva lehetséges és az elektromos művek engedélye is szükséges hozzá.

A teljesítmény növelésének egyik módja sok apró [[Optikai lencse|lencse]] alkalmazása, amelyek a napfényt, a beesési szögtől függetlenül, a napelemekre fókuszálják. A lencsés használat további előnye, hogy magát a fotovillamos panelt az optikai fókuszálás miatt sokkal kisebbre lehet venni, így földi körülmények között is lehetőség nyílik kiváló hatásfokú, de egyébként drága, az űrtechnológiában alkalmazott fotovillamos egységek gazdaságos használatára.

{{clear}}

== Hatásfok ==
A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A [[hatásfok]] (<math>\eta </math>, "eta") százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává.

A hatásfokot a következő képlet szerint számítják:

<math>\eta = \frac{P_{m}}{E \times A_c}</math>,

ahol
* ''P<sub>m</sub>'' a [[fényelem]] által leadott maximális teljesítmény,
* ''E'' a napsugárzás felületi teljesítménysűrűsége (W/m²),
* ''A<sub>c</sub>'' a napelem felülete (m²)

[[Fájl:Best-research-cell-efficiencies-rev220126_pages-to-jpg-0001.jpg|thumb|upright=1.8|Kutatási fejlesztési fokon álló, maximális bejelentett napelem energia-átalakítási teljesítmény fejlődése 1976 óta. (Az Egyesült Államok [[National Renewable Energy Laboratory]] (=nemzeti megújuló energia laboratóriuma) ábrája)]]

A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát, a megvilágítás erősségét is. A hatásfokot elsősorban az korlátozza, hogy a Nap sugárzása széles hullámhosszspektrummal rendelkezik (300&nbsp;nm-2500&nbsp;nm), azonban a napelemet egy hullámhosszra lehet könnyen optimalizálni. A több hullámhosszra történő optimalizálást több félvezető p-n átmenet egymásra építésével valósítják meg, ami bonyolultabb napelem szerkezetet eredményez.

A szilícium napelem feszültsége félvezető zárórétegben a töltéshordozók felszabadulása és szétválasztása révén keletkezik. A keletkező forrásfeszültség egy minimális fényerősségnél nagyobb megvilágításnál állandó. A forrásfeszültség jellemző az adott napelem típusra, ez szilícium estén 0,68&nbsp;V körül van. A rövidzárási áram a fényerősséggel arányos. A szilícium napelemek hatásfoka 11-18%. Max sugárzásnál kb. 10&nbsp;mW/cm2. A maximális teljesítményt egy bizonyos elektromos terhelés (fogyasztó teljesítmény) esetén adja le, ezt nevezzük maximális teljesítményhez tartozó munkapontnak.

A szilícium napelemek hatásfoka 2013-ban 11-18% közötti volt, a legkorszerűbb – egykristályos – napelemek 25%-os hatásfoka már csúcsnak számított. Az áttörést a [[nanotechnológia|nanotechnológiától]] remélték a kutatók.<ref>[http://www.origo.hu/tudomany/20070322ananotechnologia.html www.origo.hu: nanotechnológia]</ref> Ugyanakkor a Delaware Egyetem kutatóinak már 2007-ben sikerült a szilícium napcellák esetén 42,8%-os hatékonyságot elérni hagyományos földi napfényben.<ref>[http://www.sg.hu/cikkek/53923/50_hoz_kozelit_a_napcellak_hatasfoka www.sg.hu: közel az 50%-os hatásfok]</ref>

== Az árnyékolás negatív hatása a napelem panelre ==
Az árnyékolás egy általános, a gyakorlatban a legtöbb családi ház tető felületén előforduló probléma.  Az árnyékolás nagy gondot is okoz a több panelből álló napelemes rendszereknél. Mivel a napelemek sorba vannak kötve és a leggyengébb láncszem elve érvényesül. Ha az egyik panel teljesítménye csökken (például az árnyékolás hatására), akkor az összes többi, vele egy munkapontra kötött panel teljesítménye is csökkenni fog. Ha a napelem cella árnyékba kerül, akkor azon csak nagyon kicsi áram tud átfolyni, ez jelentősen visszafogja a teljes napelem teljesítményét. Hogy ez ne fordulhasson elő, árnyékhatás esetén a cella sorban lévő dióda kinyit, így az áram, rajta keresztül, ki tudja kerülni a „dugulást”. Természetesen ebben az esetben az egész cellasor (tehát mind a 20 cella) teljesítménye kiesik, vagyis a napelem már csak maximum a teljesítményének kétharmadát fogja tudni. Összességében azért ez még mindig jobb, mintha a teljes napelem termelését visszafogná.

Ha az egyik napelem egy cellája árnyékba kerül, akkor a „dugulás” elkerülése végett a bypass dióda kinyit és így a napelem teljesítménye leesik nagyjából a kétharmadára.

Az árnyékolás negatív hatásának mérséklésére kifejlesztett első megoldás a microinverter volt. Ez azonban drágasága és bonyolultsága miatt nem tudott elterjedni. A következő lépés, hogy a hagyományos egy munkapontos invertert felváltották a két munkapontos társaik, így már ketté lehetett bontani a napelemes mezőket. Tehát árnyék esetén csak az egyik munkaponton lévő napelemek teljesítménye csökkent.<ref>{{Cite web |url=https://napelem-tech.hu/ |title=Napelem rendszerek |accessdate=2022-07-20}}</ref>

== Alkalmazási példák ==

A napelemek alkalmazását meghatározó legfőbb szempont, hogy bár bevezetésük magas egyszeri kiadást igényel, üzemeltetési költségük igen alacsony.

<gallery class="center">
Fájl:Solarlight.JPG| Napelemes kerti lámpa
Fájl:TicketParkingMeter.jpg|Napelem a mindennapi használatban
Fájl:FX-77.JPG|Korai napelemes számológép
Fájl:Solar Powered Lake Profiler.jpg|Napelemmel hajtott vízi jármű
Fájl:Three men installing solar panels on a house.jpg|Napelemtáblák szerelése háztetőre
</gallery>

=== Fotovoltaikus erőművek ===
A [[Serpa fotovillamos naperőmű]] Portugáliában 2007-ben kezdett működni. A SunEdison 2010-ben bejelentette, hogy még abban az évben felépít egy [[fotovoltaikus erőmű]]vet Északkelet-Olaszországban, [[Rovigo]] mellett. {{refhely|SunEdison}}

=== Egyéb alkalmazások ===
A napelemek alkalmazása megjelent az ún. [[intelligens ruházat]]ok egyes típusain is, ahol célja a ruházatba beépített elektromos működtetésű készülékek (pl. [[Global Positioning System|GPS]], [[iPod]], az emberi szervezet különböző működéseit érzékelő készülékek stb.) áramellátása.<ref>{{cite web|url=http://www.iafnet.com/files/iaf_03_presentations/Smart%20Clothing-%20a%20new%20life.pdf|title=Az intelligens ruházat|language=angol|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110812220944/http://www.iafnet.com/files/iaf_03_presentations/Smart%20Clothing-%20a%20new%20life.pdf|archivedate=2011-08-12}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.proetex.org/final%20proetex%20learning/jackets.htm|title=ScotteVest iPod jacket|language=angol|accessdate=2009-11-01|archiveurl=https://web.archive.org/web/20140323111705/http://www.proetex.org/final%20proetex%20learning/jackets.htm|archivedate=2014-03-23}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.ptj.com.pk/Web%202004/08-2004/Smart%20Textiles.html|title=A korszerű intelligens ruházat|language=angol|accessdate=2009-11-01|archiveurl=https://web.archive.org/web/20100706175315/http://www.ptj.com.pk/Web%202004/08-2004/Smart%20Textiles.html|archivedate=2010-07-06}}</ref>{{clear}}

Annak érdekében, hogy az intelligens ruházatokon minél könnyebb legyen napelemeket elhelyezni, intenzív kutatások folynak olyan megoldások kifejlesztésére, amelyekben a napelem textil alapon készül.<ref>{{cite web|url=http://www.lazarky.hu/08pub/6_Napelem.pdf|title=Textil alapú napelemek|accessdate=2021-5-30}}</ref>

A sanghaji Fudan Egyetemen például kísérletképpen olyan újszerű, szál formájú napelemet (fotovoltaikus szálat) fejlesztettek ki, amelyből [[szövet (textilipar)|textilszövet]] készíthető. Az anód finom rozsdamentes acélhuzal, amely egy tömör félvezető titán-dioxid réteggel van bevonva. Ennek tetejére egy porózus nanokristályos titán-dioxid réteg kerül, amely nagy felületet biztosít a félvezető szerepét betöltő perovszkit réteg felhordásához. A következő réteg speciális szerves anyagból készül. A külső burkolatot, amely katódként szolgál, egy átlátszó, szén nanocsövekből álló réteg alkotja.<ref>{{cite web|url=http://solargreenenergy.hu/hu/Textilkent-hasznalhato-napelemek|title=Textilként használható napelemek|accessdate=2021-4-11|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210411195346/http://solargreenenergy.hu/hu/Textilkent-hasznalhato-napelemek|archivedate=2021-04-11}}</ref>

A Fraunhofer kutatóintézeti csoport üvegszálszövet alapú napelem-textília kifejlesztésén dolgozik, amelyre textilkikészítő eljárásokkal viszik fel a fotovoltaikus hatás eléréséhez szükséges különböző rétegeket.<ref>{{cite web|url=https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2019/august/photovoltaic-power-from-textiles.html|title=Photovoltaic power from textiles|accessdate=2021-4-12}}</ref>

Holland kutatók kifejlesztettek egy újrahasznosított poliészterből szőtt szövetet, amelyet fotovoltaikus tulajdonságú, hajlékony filmmel vontak be és ezt a textilépítészetben próbálták ki, annak érdekében, hogy ezzel az épület áramellátását biztosíthassák. A fejlesztés eredményét egy utrechti irodaépületen demonstrálták, amelynek felső három emeletét burkolták be ezzel a ''Suntex'' elnevezésű anyaggal.<ref>{{cite web|url=https://www.researchgate.net/publication/366081351_Suntex_weaving_solar_energy_into_building_skin|title=Suntex: Weaving SolarEnergy Into Building Skin|accessdate=2023-12-17}}</ref>

== Jegyzetek == 
{{jegyzetek}}
==Források ==
* {{hely|Jéki}}[http://hetedhethatar.hu/hethatar/?p=2560/ Napenergia hasznosítás-1]
* {{hely|solar cell central}} {{cite web|url=http://solarcellcentral.com/limits_page.html|title=napelemek hatásfokának a határai |accessdate=2013-4-01}}
* {{hely|új energiák}} {{cite web|url=http://ujenergiak.hu/napenergia-hasznositas-hazilag-a-napenergia-felhasznalasa/napelem-keszites-hazilag-napelem-gyartas/219-a-napenergiarol-ii-resz-a-napelem-ii|title=napelemek típusai|accessdate=2013-4-01|archiveurl=https://web.archive.org/web/20130405133624/http://ujenergiak.hu/napenergia-hasznositas-hazilag-a-napenergia-felhasznalasa/napelem-keszites-hazilag-napelem-gyartas/219-a-napenergiarol-ii-resz-a-napelem-ii|archivedate=2013-04-05}}
* {{hely|napelem tények}} {{cite web|url=http://www.solar-facts-and-advice.com/thin-film.html|title=vékonyréteg napelemek |accessdate=2013-4-01}}
* {{hely|photoconsulting}} {{cite web|url=http://www.photonconsulting.com/the_true_cost_of_solar_power.php|title=The true cost of solar power (azóta fizetőssé tett cikk)|publisher=photoconsulting.com|accessdate=2010-05-08}}{{Halott link|url=http://www.photonconsulting.com/the_true_cost_of_solar_power.php |date=2019-02 }}
* {{hely|SunEdison}} {{cite web|url=http://www.solarpowerninja.com/solar-power-government-industry-news/sunedison-builds-photovoltaic-solar-power-plant-in-italy-91914/|title=SunEdison Builds Photovoltaic Solar Power Plant in Italy|publisher=solarpowerninja.com|date=2010-04-13|accessdate=2011-12-20|archiveurl=https://web.archive.org/web/20111229213220/http://www.solarpowerninja.com/solar-power-government-industry-news/sunedison-builds-photovoltaic-solar-power-plant-in-italy-91914|archivedate=2011-12-29}}
== További információk ==
{{commonskat|Solar cell}}
* [http://napelemek.blog.hu/2009/11/28/napelem_tortenelem_1_resz A napelem története]
* [https://web.archive.org/web/20111219172335/http://www1.eere.energy.gov/solar/ USA Energiaügyi Minisztériuma: Energiahatékonyság, újrahasznosítható energia, és napenergia program (angol)]
* [http://www.muszakiak.com/energia/napenergia.html A napenergiáról általában] - muszakiak.hu
* [http://napelem.lap.hu/ Napelem.lap.hu - linkgyűjtemény]
* [http://nagysandor.eu/AsimovTeka/solarcell_hu/index.html Magyarított flash prezentáció a szilícium napelem működéséről]. Szerző: Don Ion
*[https://www.eon.hu/hu/hmke.html/ Háztartási méretű kiserőmű]
*[http://www.lazarky.hu/08pub/6_Napelem.pdf Textil alapú napelemek]

==Kapcsolódó szócikkek==
* [[fényelem]]
* [[fotovoltaikus napelemek fényvisszaverése]]
* [[Szerves napelem]]

{{Erőművek}}
{{Nemzetközi katalógusok}}

[[Kategória:Félvezető eszközök]]
[[Kategória:Energetika]]
[[Kategória:Napenergia]]
[[Kategória:Tápegységek]]