Tudj meg többet: Napkollektor, Napelem, Napcella

A Napból érkező energia hasznosításának két alapvető módja létezik: a passzív és az aktív energiatermelés. Naperőművekben alakítják át a napenergiát elektromos árammá.
Passzív hasznosításkor az épület tájolása és a felhasznált építőanyagok a meghatározóak. Ilyenkor az üvegházhatást használjuk ki hőtermelésre. Alapjában véve passzív napenergia-hasznosító minden olyan épület, amely környezeti adottságai, építészeti kialakítása következtében képes használni a Nap sugárzását, mint energiaforrást. A passzív napenergia-hasznosítás főként az átmeneti időszakokban működik, vagyis akkor, mikor a külső hőmérséklet miatt az épületen már/még hőveszteség keletkezik, de a napsugárzás még/már jelentős.
Az aktív energiatermelésnek két módja van. Első módszer, hogy a napenergiát hőenergiává alakítjuk. A jellegzetes napenergia hasznosító épületeken nagy üvegfelületek néznek déli irányba, melyeket estére hőszigetelő táblákkal fednek. Az üvegezésen keresztül a fény vastag, nagy hőtároló képességű padlóra és falakra esik, melyek külső felületei szintén hőszigeteltek, így hosszú időn át képesek tárolni az elnyelt hőt. A hőenergia gyűjtése és tárolása főképp napkollektorokkal történik. Ez az a berendezés, ami elnyeli a napsugárzás energiáját, átalakítja hőenergiává, majd ezt átadja valamilyen hőhordozó közegnek.
A másik módszerrel - az ún. fotovoltaikus eszköz (PV), vagyis napelem segítségével - a napsugárzás energiáját elektromos energiává alakítjuk.
Magyarországon 2007 augusztusában telepítettek először napkollektort panelházra, a miskolci Avas egyik 50 lakásos házára.

Előnyei:
- Ha már egy napenergia hasznosító szerkezet telepítve van, maga az energia "ingyen van".
- Nem függ beszállítótól, nem vonható embargó alá, csökkenti a más országoktól való energiafüggőséget.
- mindenki számára könnyen elérhető,
- tiszta, környezetkímélő energiaforrás,
- még sok millió évig rendelkezésre fog állni ,
- kíméli a nyersanyagkészletet,
- kedvezően hat a helyi gazdaságra,
- nem kell szállítani, hozzájutásához nem kell költséges közműhálózat,
- átalakítási, felhasználási költségei minimálisak

Hátrányai:
- A napenergia időbeli eloszlása és intenzitása csak korlátozott mértékben tervezhető előre
- Megoszlása szezonális (legnagyobb mennyiségben nyáron áll rendelkezésre)
- A napenergia hasznosítása jelentős beruházásigénnyel jár, ami komoly megtérülési számításokat követel, úgy pénzügyi, mint környezetterhelési szempontból.

Környezetterhelés alatt értjük a beruházás kivitelezése, működtetése, leszerelése folyamán szükséges összes erőforrást, illetve keletkező környezetszennyezést.

A napkollektor olyan épületgépészeti berendezés, amely a napenergia felhasználásával közvetlenül állít elő fűtésre, vízmelegítésre használható hőenergiát. Fűtésre való alkalmazása az épület megfelelő hőszigetelését feltételezi és általában csak tavasszal és ősszel, mint átmeneti, illetve télen mint kisegítő fűtés használatos. Hőcserélő közege jellemzően folyadék, de a levegőt használó változatai is elterjedtek. A hétköznapi nyelvben gyakran összetévesztik a napelemmel, amely a napsugárzást elektromos energiává alakítja.
A napkollektor fényelnyelő (matt fekete, fényt nem visszaverő festékkel bevont) rétegét abszorbernek is nevezik. Ez a réteg a fény elnyelése által melegszik fel, majd a hőt egy csőkígyón át vezetik el, általában szivattyúval. A csőkígyó másik oldalán hőszigetelő réteg van fokozandó a hatékonyságot, illetve megakadályzandó az átégetést.
Derült, napos időben hozzávetőleg 1 kW erősségű sugárzás érkezik minden négyzetméternyi felületre. Az éves, átlagos napsugárzás Magyarországon 3,17 kWh négyzetméterenként naponta.

Tipusai: A napkollektorok hőcserélő közege rendszerint folyadék, ritkábban levegő, ez utóbbi esetben légkollektorról beszélünk. Azon rendszerek, amelyekben a közeg keringéséhez nem használnak szivattyút (légkollektor esetén ventilátort), termoszifonnak nevezzük. Ezek különböző hőmérsékletből eredő fajsúly-különbséget használják ki.

A fekete színű, néha tükrökkel is megvilágított kollektor (1) elnyeli a napsugár által közvetített hőt és azt átadja a kollektorban keringő folyékony, fagyálló, jó hőközvetítő folyadéknak. A kollektor felmelegedését egy automatika (2) figyeli, amely a rendszernél magasabb hőmérséklet esetén elindítja a szivattyút (3). Ez a folyadék egy zárt hőcserélő tartályban (5) átadja a többlet hőt a bojlerben (6) tárolt víznek. A rendszert nyomásszabályozó (4) egészíti ki, illetve közvetlen a hőcserélőből (5) is lehet melegvizet nyerni fűtési célokra.

A légkollektor olyan napkollektor, amely napenergiával történő légfűtésre, más néven szoláris légfűtésre használható. Ezek a kollektorok rendszerint a téli nappályát figyelik, ezért általában függőlegesen szokták felszerelni őket a házak falára.

A levegő a kollektor belsejében halad, a hőcserélőn keresztül felmelegszik, majd beáramlik a fűtendő területre. A levegő mozgatását általában ventilátor(ok) végzi(k), ez esetben a melegítő csövek alul és felül egy közös csőben érnek véget. A szerkezet belsejében szabályozó tag található, amely csak abban az esetben engedélyezi a működést, ha fűtésre alkalmas a rendszer hőmérséklete. A légkollektorokat általában fűtésre alkalmazzák, bár vannak csőhálózattal kombinált típusok, amelyek használati melegvizet is készítenek.

Kevésbé összetett szerkezetek, mint a vizes napkollektorok, ezért áruk alacsonyabb, szerviz- és üzemben tartási költségük kisebb, előállításuk egyszerűbb. A házilag készített napkollektorok többsége így légkollektor, gyakran háztartási hulladékból, ezen belül is elsősorban üres alumínium italos palackokból összeállítva: ez utóbbiak gyakran használt neve a sörkollektor. Ezek hobbiszintű építői időnként rendezvényeket, építőversenyeket rendeznek; Magyarországon az első ilyet 2007 augusztusában tartották Solton, "Sörkollektor verseny" név alatt.

A napelemek olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítják. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít.
A fotovoltaikus elemek abban különböznek a napelemektől, hogy árnyékban is képesek áramot termelni, nem csak napsütésben.
A napelemekre általában 25 év a garancia, de ez sokszor 40 év is lehet. A napenergia hasznosításában hosszabb távon számottevő növekedés várható.

Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre. 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 napon képesek működni. Az utóbbi években azonban (főként a kínai napelemgyártás felfutása, és a tömegtermelés megjelenése miatt) folyamatosan csökken a napelemek ára, és szakmai előrejelzések szerint 2010 után várható, hogy a napelemmel termelt áram ára megegyezzen a fosszilis energiatermelés költségével. Másrészt a Föld jelenlegi legnagyobb naperőműve 40 MW-os, ami mindössze tizede a Paksi Atomerőmű egyetlen blokkja teljesítményének, és ezt a teljesítményt is csak ideális időben produkálja.

Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg:
Napelem cella (egykristályos)

- Egykristályos szilícium (Si) napelemek: drágák, de hatékonyak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25%, az elméleti határ 31%.
- Polikristályos Si napelemek
- Amorf szilícium napelemek: olcsóbbak
- Fém ? félvezető ? fémszerkezetek: festékanyagokkal érzékenyített félvezető-oxidok. A hatásfokuk kevesebb, mint 10%. Példa: kadmium-tellurid és a réz-indium-tellurid napelemek
- Adalékolt amorf félvezető napelemek
- Szerves anyagokból (polimerekből) készült napelemek: olcsók, de hatásfokuk csak 2-5%.

A napsugárzás koncentrálásával (többfotonos technológia; vagyis apró lencsék alkalmazása) a hatásfok 66%-ra növelhető.

A napelemekből kinyerhető teljesítmény függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt terheléstől. A fény intenzitását kevéssé tudjuk befolyásolni (nem takarjuk el a napelemet szándékosan), míg a másik két paraméter elméletileg kézben tartható.

A napelem beépítése szerint lehet fix vagy napkövető jellegű.

A fixen beépített napelem maximum 6 órán keresztül képes napfényt elnyelni. 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 kellene felhasználnunk, és a telepítési hely megválasztására is nagyobb gondot kell fordítani. 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 (például lemegy a Nap vagy eltakarják a felhők stb.). Mivel a fogyasztóinkat 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 egyenáramát váltakozó árammá alakítja át, és visszatáplálja a hálózatba. A visszatáplálás természetesen a hálózat periódusával szinkronizálva lehetséges.

A teljesítmény növelésének egyik módja sok apró lencse alkalmazása, amelyek a napfényt, a beesési szögtől függetlenül, a napelemekre fókuszálják.