Zöld Energia

A napelem történetének áttekintése

Létrehozva:

11 év telt el a létrehozás óta

2016-02-17

Szerző:

Hell

Kétségtelen, hogy a megújuló energiaforrások jelentik az égető energiakérdésre a biztos választ, azt a megoldást, amellyel egy zöldebb, tisztább és egészségesebb világot biztosíthatunk nem csak számunkra, de az utódaink számára is.

Világossá vált, hogy a fosszilis tüzelőanyagok már nem jelentik az első számú megoldást e téren, nem lehet már rájuk olyan szinte hagyatkozni, mint eddig, és bebizonyosodott, hogy váltani kell. Ennek oka a rengeteg káros hatás és az igencsak fogyóban lévő tartalékok. Épp ezért is került a figyelem középpontjába a megújuló energiaforrások, és többek között a napenergia. A napenergiát tekintve mindenképp említést érdemel a napelem és napkollektor, mint a két legideálisabb és legelterjedtebb napenergiát felhasználó, kiaknázó berendezés. Mindkét eszköz a saját működési elvével garantálja a szükséges energiát, ám e cikkünkben a napelemre koncentrálunk, bemutatva történetét, a fejlődési lépcsőit, és azt, hogy mikét is vált az egyik legelterjedtebb eszközzé a megújuló energiaforrásokat tekintve.

A napelem kezdeti lépései a 19. század közepére tehetőek, amikor is világosabbá, érthetőbbé vált, hogy bizony érdemes a napenergia mellett dönteni, hisz az épp olyan biztos és eredményes lehet, mint az emberiség számára tradicionálissá vált fosszilis energiaforrások. A fotovoltaikus hatást Alexandre Edmond Becquerel francia fizikus demonstrálta először sikeresen 1839-ben, mindössze tizenkilenc éves korában. Ez hatalmas fordulópont volt a napelem történetét tekintve, hisz ekkor vált bizonyossá, hogy érdemes a napenergiára építeni. Ebben az évben építette meg a világ első fotovoltaikus elemét az apja laboratóriumában. A későbbi évek is sikeresnek és eredményesnek mondhatóak e tekintetben. Willoughby Smith brit származású elektromérnök az 1860-as években kezdett kísérletezni a fotovoltaikus technológiával. Ennek oka egy véletlen egybeesésnek volt köszönhető. Ezekben az években tenger alatti kábelekkel végzett kísérleteket, melyek közben felfedezte, hogy az ezekhez használt szelén éjszaka máshogyan viselkedik, mint nappal. 1873-ban a Nature tudományos folyóiratban jelentette meg az “Effect of Light on Selenium during the passage of an Electric Current” című tanulmányát, amely a szelén fotovoltaikus tulajdonságát írja le.

A tanulmány nagy sikernek örvendett, és ismét bizonyította, hogy az energiatermelést tekintve nem csak a fosszilis energiaforrásokra lehet hagyatkozni, hisz olyan egészséges és megújuló megoldások is léteznek, amelyeket semmiképp sem érdemes elmulasztani. Ezt követően egy újabb fejlődési lépcsőfok került napvilágra e tekintetben, és mindez egy amerikai feltalálónak volt köszönhető. Charles Fritts nevű feltaláló 1883-ban építette meg az első modern értelemben vett napelemet. Ennek felépítése magában hordozta az esszenciális elemeket: a fontos félvezető szelént vékony, félig átlátszó aranyfilmmel vont be, így mindez képes volt áramot előállítani mindenféle gond nélkül. Az amerikai feltaláló első napelemének hatékonysága nagyjából egy százalék körülire volt tehető.

Négy év múlva ismét egy mérföldkőhöz ért a napelemek története, ugyanis Heinrich Hertz 1887-ben felfedezte a fényelektromos jelenséget, és munkája alapján pedig egymástól függetlenül 1888-ban Alexandr Sztoletov orosz és Wilhelm Hallwachs német fizikusok megállapították, hogy az ultraibolya sugarak negatív töltésű fémlapból negatív töltést szabadítanak ki. Ezt követően egymástól függetlenül megépítették az első fotovoltaikus napelemeket. A kialakítás, megépítés sikeresen volt, és mindenképp igazolta, hogy érdemes a napelemekre időt fordítani e tekintetbe. Ez a fordulópont indította el a napelem evoluciós folyamatát, mely az elején lassan indult, de a később években már egyre töretlenebbé vállt. Az első modern félvezető napelem szabadalmát a tranzisztorok kutatásával foglalkozó Russel Ohl jegyezte be 1946-ban. Az első hatékony, széles körben alkalmazható, szilícium félvezetőn alapuló napelemet 1954. április 25-én mutatták be a Bell Laboratories szakemberei. A fejlesztők Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller és Gerald Pearson amerikai tudósok voltak. 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 áramkörök használatára. 1971-re egy watt napelemmel történő előállításának költsége 100 dollárra csökkent. lliot 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 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. A földi alkalmazásokra előállított napelemek fejlesztése akkor indult igazán be, amikor az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány létrehozta fejlett napenergiás alkalmazások kutatásával és fejlesztésével foglalkozó részlegét, amely 1969 és 1977 között működött. Végezetül pedig, a napelemek történetét tekintve, egy figyelemreméltó, aggasztó esemény adta meg a végső lökést az igazi fejlődést tekintve.

Természetesen az 1973-as olajválságról van szó, amikor is világossá vált, hogy a fosszilis tüzelőanyagok már nem tekinthetőek az első számú energiaforrásnak, hisz számtalan olyan jelleggel bírnak, amelyek ezt lehetetlenné teszik. Az olajválságot követően több olajipari vállalat fektetett napenergiával foglalkozó égek felvásárlásába. Az 1970-es és 1980-as években az Exxon, az ARCO, a Shell, az Amoco 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 és az IBM is.E fejlődési mérföldköveket mindenképp érdemes tudni annak érdekében, hogy a napelemek számtalan pozitív sajátossága világosabbá és érthetőbbé váljon. Ennek segítségével lehet igazán megérteni a számtalan előnyt melyet a remek szerkezet garantálni tud. Többek között ide kell sorolni a környezetbarát jelleget, és a kimeríthetetlen tulajdonságot is.

Forrás: napelemek-napkollektorok.hu

Zöld Energia

Kevesebb gáz, több megújuló: így alakíthatja át Európát az elektrifikáció

A megújulók már terjednek – Európa energiafüggésének igazi problémája máshol van.

Létrehozva:

1 nap telt el a létrehozás óta

2026-09-18

Szerző:

Vanessza

Töltse ki a napelem-kalkulátort, és tudja meg, mennyibe kerülhet az Ön rendszere! Ingyenes kalkulálás itt (x)

Az Európai Unió villamosenergia-termelésének már több mint 70 százaléka alacsony kibocsátású, mégis hatalmas összegeket költünk gáz és olaj behozatalára – írja az alternativenergia.hu. A fő gond egyre inkább a felhasználás oldalán van: a villamos energia a teljes energiafelhasználásnak még mindig csak mintegy 23 százalékát adja. Hogyan lehetne gyorsabban kiváltani vele a fosszilis energiát – és valóban csak a növekvő energiaigényt fedezik a megújulók?

2024 volt az első év, amikor a napenergia megelőzte a szén részarányát az EU villamosenergia-termelésében. Ha 2019 óta nem épült volna ki további szél- és napenergia-kapacitás, az EU-nak csak 2024-ig 92 milliárd köbméterrel több gázt és 55 millió tonnával több feketeszenet kellett volna importálnia – mindez 59 milliárd eurós költséggel járt volna.

Az áramtermelésben a megújulók részaránya 2019 és 2024 között 34-ről 47 százalékra emelkedett, miközben a fosszilis forrásoké 39-ről történelmi mélypontra, 29 százalékra csökkent. Mindeközben a kapcsolódó kibocsátás is jelentősen visszaesett: 2024 volt az első év, amikor a fosszilis áramtermelésből származó EU-s szén-dioxid-kibocsátás kisebb lett, mint az orosz, annak ellenére, hogy az EU lakossága több mint háromszorosa, a gazdasága pedig tízszerese.

2025-ben a megújulók előretörése töretlenül folytatódott a nehézségek ellenére. Jóllehet a víz- és szélenergia szempontjából kedvezőtlen év volt, ezért átmenetileg nőtt a gázerőművek termelése, de így is előállt az a helyzet, hogy hogy az EU-ban először több energiát termelt a nap és a szél, mint az összes fosszilis forrás, azaz a szén, az olaj és a gáz együttvéve. Mindeközben a napenergia gyakorolja a legnagyobb lefelé irányuló hatást az európai áramárakra.

Ha valóban zajlik az átállás, miért nem látszik még jobban?

Gyakran találkozunk azzal az érveléssel, hogy „hiába terjednek a megújulók, sajnos ezek csak a növekvő energiaigényünket fedezik”, és azzal, hogy „Európa energiafüggősége nem szűnik meg, legfeljebb csak átalakul”.

Pedig Európa villamosenergia-mixe egyre így is egyre tisztább, és az atomenergiával együtt az alacsony kibocsátású termelés részaránya már 70 százalék felett jár. A gond az, hogy van egy „üvegplafon”: a villamos energia részesedése a végső energiafelhasználásban évek óta 23 százalék körül stagnál, és minden zöldítési erőfeszítés csak ezen a behatárolt területen érvényesülhet. Az üvegplafon áttörését – vagy magasítását, ahogy vesszük – pedig nem könnyíti meg, hogy a nagy áttekintésben ma is bőven a fosszilis szektor felé billen a támogatások mérlege.

Az EU 2025-ben uniós polgáronként 880 euróval többet költött fosszilis energiahordozók behozatalára, mint a tisztaenergia-szektor fejlesztésére.
A gáz közvetlen fogyasztása továbbra is hatalmas mesterséges árelőnyt élvez az árammal szemben az ipari és lakossági fogyasztók számára a legtöbb EU-s országban.
Ráadásul eközben az ún. békeidőkben is drágább volt a gáz, mint az Egyesült Államokban, és a drága gáz miatt drága az áram Európában, ami egy folyamatos versenyképességi hátrány.

A következő nagy feladat tehát az, hogy a közlekedés, a fűtés és az ipar egyre nagyobb mértékben használja ezt a tisztuló villamosenergia-mixet a közvetlen fosszilisenergia-felhasználás helyett. Ugyanis pusztán azzal is jobban járnánk, ha az elégetett gázból először áramot csinálnánk, és azzal hajtanánk meg hőszivattyút.

Az elektromos energia részaránya az EU végsőenergia-felhasználásában. Forrás: Bright Spots

Erre irányul az idén júliusban bemutatott európai elektrifikációs terv, amely 2040-re 23-ról 46 százalékra emelné a villamos energia részarányát a végső energiafelhasználásban – nagyjából a mai norvég szintre. Ebben marad le ugyanis Európa egyre inkább Ázsiától, ahol több ország 34 százalék körül jár. Kína elektrifikációja hozzájárulhatott ahhoz, hogy az ország kibocsátása 2024 márciusa óta lényegében platózik.

A függőségek eltérő természete

Európa nagy lehetősége abban állna, hogy – első körben legalábbis – fosszilis energiahordozóktól való függőségünkről elmozduljunk a technológiai importfüggőség kevésbé költséges irányába, majd onnan lépjünk tovább. Az importált napelem vagy akkumulátor ugyanis nem vethető össze az importált üzemanyaggal. Az előbbit egyszer kell megvásárolni, utána hosszú éveken át szolgáltat energiát vagy tárolókapacitást. A gázt és az olajat ezzel szemben folyamatosan importálni kell, miközben ismétlődő ár-, ellátási és geopolitikai sokkoknak tesszük ki magunkat, legyen szó az Ukrajnában vagy Iránban indított háborúkról.

Nyilván jobb lenne, ha lenne versenyképes európai napelem- és akkumulátorgyártás, ahogyan szélturbinákat még képes az EU ügyesen gyártani. Ezeket mind ösztönözni kell egy tudatos stratégiával, miközben tennünk kell ezért, hogy legalább a berendezéseket a hálózathoz kapcsoló inverterek európai gyártásban vagy ellenőrzés alatt készüljenek.

Ezért jó hír, hogy például az olasz Eni–SERI hozzálát saját lítium–vas–foszfát (LFP) akkumulátorokat gyártani ipari tárolókba és ipari járművekbe, és hogy európai cégek megpróbálják felvenni a versenyt a hőszivattyúk gyártásában Kínával.

Európa gazdasága a különböző termékek exportjára épül. Tehát a saját jólétünk nagy részben függ attól, hogy a világ más részén élők mennyire veszik meg a termékeinket. Az mára egy mítosz, hogy elektromos autót az európaiak veszik elsősorban. 2021-ben volt utoljára olyan, hogy Európában arányaiban több elektromos autót adtak el, mint Kínában. Közen Etiópia után Laosz is betiltotta a belső égésű új autók forgalmazását a drága fosszilis üzemanyagokra fordított kiadások csökkentése és a devizatartalék megóvása érdekében.

Miért valóban zöld átmenet ez?

Sokszor olvasni a zöld átmenetnek szurkolóktól is, hogy energiaátállás helyett legfeljebb zöldenergia-hozzáadásról beszélhetünk, azaz a megújulók legfeljebb a növekvő energiaigényünket fedezik. Az ilyen érvelések jellemzően a primér energiára koncentrálnak a felhasználó számára hasznos energia helyett, lásd a fogalmakat az Electrotech Revolution blogján az ábrákat, ahol a felhasználótól elindulva mutatják az energia útját.

Az ábra bal oldalán zölddel és narancssárgával a felhasználóknál ténylegesen hasznosuló energia látható: az elvégzett munka, a hasznos hő. A világosszürke az energiaátalakítás során keletkező veszteséget jelöli, amelynek jelentős része hulladékhő. És ezt csökkenthetjük az elektrifikáció gyorsításával radikálisan, miután egy hőszivattyú vagy egy elektromos autó ugyanakkor hozzávetőleg háromszor hatékonyabban hasznosítja az energiát, mint a fosszilis alternatíváik.

Az energia útja a felhasználó számára hasznos energiára fókuszálva. Forrás: The Electrotech Revolution

Az elektrifikáció ezért nem pusztán az egyik energiaforrás lecserélését jelenti egy másikra, hiszen az energiafelhasználásunk sokkal durvábban nőne akkor, ha nem lenne ez a technológiai váltás. És sokkal durvábban nőne a kibocsátásunk is: Zeke Hausfather nemrég megnézte, hogy hogy mi történt volna akkor, ha a világ rajta marad azon a kibocsátási trenden, ami kétezres éveket és a tízes évek elejét jellemezte.

A hasznos energiát nézve Michael Liebreich becslése szerint az 1970-es évekbeli 10 százalékról mára mintegy 30 százalékra nőtt a klíma szempontjából tiszta energia aránya világszerte. Jan Rosenow szerint ezért mégis inkább átmenetről lehet beszélni puszta hozzáadás helyett.

Tehát egy sokkal mélyebb szerkezeti átalakulásról van szó, amely a teljes energiaigényt és az importfüggőséget is jelentősen csökkentheti. Ez még az adatközpontok terjedése mellett is igaz lehet, ha a fenti európai elektrifikációs terv javarészt megvalósul. Az átálláshoz szükséges eszközök gyártásában nehéz lesz Kínával versenyezni, de a kisebb fosszilisenergia-igény és az alacsonyabb energiaárak önmagukban is javíthatják Európa versenyképességét.

Tovább olvasom