Zöld Energia
A napelem történetének áttekintése
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
Az energiahatékony működés a vállalatok számára rendkívül fontos, hiszen a környezetvédelem mellett nem elhanyagolható szempont, hogy ezáltal jelentős energia- és költségmegtakarítás érhető el.
A fiatal munkatársak szemléletformálása és érzékenyítése a témában rendkívül fontos feladat napjainkban. Erre kínál hatékony megoldást a Young Energy Europe 2.0 (YEE 2.0) projekt Junior Energiagazda képzése a Német-Magyar Tudásközpont (DUWZ) szervezésében. Ez a komplex energetikai workshopsorozat fel nem tárt energiamegtakarítási lehetőségekre hívja fel a munkavállalók figyelmét. A képzés során a résztvevők vállalatuknál optimalizálási lehetőségeket keresnek, amelyek az energiafogyasztás, valamint az energiaköltségek csökkentését szolgálják. A magyarországi Junior Energiagazda képzéseken eddig összesen 34 vállalattól 102 munkatárs vett részt. A képzés magában foglalja a vállalati energiahatékonyság szempontjából legfontosabb, legaktuálisabb témákat. A résztvevők ingyenesen kölcsönözhető mérőeszközök segítségével gyűjtenek fogyasztási adatokat és energiahatékonysági projekttervet készítenek, amelyhez segítséget kapnak a választott szakoktatótól.
A Junior Energiagazda képzés záróeseményén a résztvevő csapatok bemutatják az elkészített energiahatékonysági projekttervüket, mely a megvalósítást követően jelentős megtakarítást eredményez a vállalat számára az alábbi videókban látható módon:
– a SCHOTT Hungary Kft. energiahatékonysági projektje:
– a gyöngyösi Városgondozási Zrt. energiahatékonysági projektje:
A 2020-as magyarországi képzésen a legjobb projektnek járó díjat a DENSO Manufacturing Hungary Ltd. nyerte sűrített levegős rendszerük optimalizálásával, amelynek keretében fúvókákat szereltek fel, pneumatikus membrán pumpákat váltottak ki saját fejlesztésű elektromos pumpával, továbbá megszüntették a szivárgásokat a hálózaton és a termelő gépeken egyaránt. A fenti intézkedésekkel éves szinten 1781,3 MWh villamos energiát és 53.440.320 Ft-ot takaríthat meg a vállalat, valamint 407,92 tonnával csökkentheti széndioxid-kibocsátását. A projekt megtérülési ideje rendkívül rövid, mindössze 0,27 év.
Egy másik sikeres projekt az FGSZ Földgázszállító Zrt. Veszprém I. gázátadó állomás fűtésrendszerének korszerűsítésére irányult. A résztvevők megállapították, hogy a fűtéscsövek és hőcserélők szigetelésével jelentősen csökkenthető a túlfűtés miatti veszteség, valamint a szivattyúk villamosenergia-felhasználása. Elérhető költségmegtakarítás: 2.000.000 Ft, megtérülési idő 0,75 év. Emellett korszerű vezérlés, frekvenciaváltós szivattyú, kondenzációs kazánok beépítésével további jelentős megtakarítás realizálható.
A Junior Energiagazda képzés különlegessége annak jövőbeli hatásaiban rejlik. A résztvevők nem csupán egy energiahatékonysági projektet állítanak össze, amelynek segítségével jelentős költségcsökkentést érhetnek el a vállalat számára, de mindezeken felül rengeteg tapasztalatot gyűjtenek, és felelősségteljes munkatárssá válnak. Olyan energetikai szemléletet sajátíthatnak el, amellyel a vállalatot energiahatékonyabbá, környezettudatosabbá tehetik.
A YEE 2.0 projekt Junior Energiagazda képzése a németországi Környezet-, Természetvédelmi és Nukleáris Biztonsági Minisztérium támogatási kezdeményezése, az „Európai Klímavédelemi Iniciatíva” (EUKI) által támogatott projekt. A központi koordinációt a DIHK Service GmbH biztosítja. A projekt összefoglaló videója megtekinthető itt.
Szeptember 8-án indulő képzésről itt találhat bővebb információt.
A kriptovalutákkal kapcsolatban jelenleg az egyik legnagyobb beszédtéma az energiahatékonyság, ami nem is csoda: a legismertebb Bitcoin éves villamosenergia-fogyasztása több, mint amennyit például Argentína, az Egyesült Arab Emírségek vagy Hollandia fogyaszt, írta az alternativenergia.hu.
Erre megoldást hozhat egy másik valuta, az Ethereum 2.0, ami 99,95 százalékkal kevesebb energiafelhasználással járhat, mint az elődje. Az Ethereum jelenleg a legnagyobb altcoin, vagyis a Bitcoinhoz hasonló kriptovaluta. Szakértők szerint hamarosan népszerűbb lehet, mint a piacon először megjelenő társa, mivel már most több szempontból jobb: az Ethereum ugyanis egy olyan számítástechnikai platform is, ahol a fejlesztők új alkalmazásokat hozhatnak létre, ezen kívül támogatja az intelligens szerződéseket, és megvan benne a lehetőség, hogy megbízható információk nagy piacává váljon decentralizált működése jóvoltából. Ez persze csak a jéghegy csúcsa, elemzők millió szempontból hasonlították már össze a Bitcoint az Ethereummal, és leginkább a jövő zenéje lesz, hogy melyik milyen téren lesz népszerűbb – az viszont biztos, hogy utóbbi energiahatékonysági területen nagyot lép előre azzal, ha megjelenik és elterjed az Ethereum 2.0. A kriptovaluták ugyanis jelenleg nagyon alacsony energiahatékonysággal működnek, a Bitcoin éves villamosenergia-fogyasztása például több, mint amennyit Argentína, az Egyesült Arab Emírségek, vagy éppen Hollandia elhasznál.
A kriptovaluta előállítása energiaigényes folyamat, nagy teljesítményű számítógépek szükségesek hozzá. 2021-es adatok szerint a Bitcoin működése éves szinten 121,36 terrawattórát (TWh) tesz ki, amit érdekes összevetni a magyar lakossági villamosenergia-felhasználással, amely ugyanekkora időintervallum mellett 11,7 terawattóra.
Kérdés, hogy hol lehet ezen faragni – az Ethereum, úgy tűnik, megtalálta a megoldást. A valuta és platform jelenleg a Proof of Work (PoW) protokoll alapján működik, ugyanúgy, mint a Bitcoin: ez tulajdonképpen egy algoritmust takar, amelynek segítségével a decentralizált rendszer felügyelői biztosíthatják, hogy a konszenzus megszületik olyan nagyon fontos témákban, mint a számlaegyenlegek, vagy a tranzakciók sorrendje. Ez gyakorlatilag lefekteti a szabályokat, amelyek alapján a bányászok dolgoznak.
Az algoritmus biztosítja, hogy mindig annyi Ethereum mozogjon a tranzakciókban, amennyi ténylegesen létezik, és azt is, hogy az Ethereum láncát nagyon nehéz legyen feltörni vagy átírni. Az Ethereum erről áll át az úgynevezett Proof of Stake (PoS) protokollra, amely szintén egy konszenzusos mechanizmus, és lehetővé teszi, hogy a decentralizált blokklánc-hálózatok jól tudjanak együttműködni. A Proof of Stake előnye, hogy drámaian növeli a rendszer energiahatékonyságát, mivel a bányászokat nem a kapacitásuk, hanem az általuk birtokolt Ethereum-állományok mennyisége alapján jutalmazza, ami véget vet a bányászok jutalmáért folytatott áramégető versenynek. Ez az oka annak, hogy az ETH2.0 annyival energiahatékonyabb lehet: Carl Beekhuizen, az Ethereum Alapítvány egyik kutatója szerint a legkonzervatívabb becslések szerint is 99,95 százalékos energiamegtakarítással jár majd.
Jelenleg az Ethereum is annyi energiát fogyaszt évente, mint egy közepes méretű ország, ez a 2.0-val drámaian lecsökken majd, Beekhuizen számításai szerint 2,62 megawattra. Ez már nem országos szint, hanem 2100 amerikai háztartás energiafogyasztása. A kutató szerint egy ETH2.0 tranzakció 20 percnyi tévénézés során elhasznált energiával ér fel, míg a mostani Ethereum-tranzakciók 2,8 napig tudnának árammal ellátni egy átlagos háztartást. Ehhez képest egy darab Bitcoin-tranzakció 38 napnyi áramfelhasználását fedezhetné egy háztartásnak.
A PoW protokollal alapvetően az volt a probléma, hogy a rendszer biztonságosságát az garantálta, ha a bányászó hardver hatékonyságát növelték, vagy ha több hardvert használtak. Ha egy sikeres támadást akartak megakadályozni, a bányászoknak többet kellett dolgozniuk, mint a támadóknak, és mivel a támadók valószínűleg hasonló teljesítményű eszközökkel rendelkeznek, mint a bányászok, ez egyértelműen több hardver használatát jelentette, ami több energiát is fogyasztott. A PoS azonban ezt a látszólag véget nem érő fokozást értelmetlenné teszi, és úgy növeli a biztonságot, hogy az energiafelhasználás nem növekszik vele együtt.
Hátránya is van azonban a megoldásnak: a PoS protokollok biztonsági aggályokat vetnek fel, mivel az ellenőrzési folyamatban megbízható felügyelőkre van szükség.
Bár az ETH2.0 még kezdeti stádiumban van, a felhasználók már most 4 millió tokent szereztek. Az Ethereum egyébként nem is időzíthette volna jobbkor az energiahatékonysági bejelentését: Elon Musk nemrég bejelentette ugyanis, hogy a Tesla nem fogad el többet Bitcoint az autóiért, méghozzá leginkább azért nem, mert a bányászat ennyire környezetszennyező. Bár a Tesla-guru a februárban bevásárolt 1,5 milliárd dollárnyi Bitcoinját nem adta el, a kriptovaluta a bejelentésre így is elkezdett drámaian visszaesni a piacon. Az Ethereum tehát tökéletesen használta ki a piaci helyzetet, és adott alternatívát a most éppen gazdaságilag nem a legjobb helyzetben lévő, környezetszennyező, energiaigényes Bitcoinra egy olyan valutával, aminek bányászata már teljesen elfogadható energiafelhasználással jár.
A napsütötte órák számából kiindulva azt hihetnénk, hogy Finnországban nem igazán terjedtek el a napelemek, a piac azonban elképesztő ütemben bővül.
Mindez serkenti a vállalatokat, kedvez a technológiai innovációnak, aminek a fogyasztók is örülhetnek. Az egyik legjelentősebb fejlesztés, amelyet a helyi cégek az utóbb időkben elkezdtek ajánlani, az úgynevezett virtuális akkumulátor. Sok szakértő véli úgy, hogy a megoldásnak komoly szerepe lesz a jövő energetikájában. A finnországi piacnak is megvannak ugyanakkor a maga nehézségei. Ilyen többek között a más országokban is problémás telepítés, amely viszonylag gyakran nehezíti meg a szakemberek munkáját – szerencsére ezen a területen is egyre jelentősebb a fejlődés.
A piac egyik, ha nem a leggyorsabban telepíthető rendszere a Rauli vállalaté. Ville Tiainen, a cég vezérigazgatója szerint már több mint ezer napelemes rendszert építettek ki, amikor felismerték, hogy az installációs megoldások használata nem mindig egyszerű, és változásra van szükség. Ennek egyik oka az, hogy a bevett rendszert egy elektronikai vállalat dolgozta ki, amely nem igazán gondolkodott a telepítők fejével. Tiainen hozzátette, mivel egyre több a fekete napelem a piacon, olyan elegáns rögzítőt akartak készíteni, amely passzol a panelekhez.
A Rauli termékeit Finnországban gyártják napelem-telepítő és tetőbiztonsági szakemberek segítségével. A rögzítőknek több olyan egyedi tulajdonságaik is vannak, melyek más, korábbi gyártmányokban nem voltak jelen, és amelyek megkönnyítik a napelemek felszerelését.
Ilyen többek között az Easy Click, amely lehetővé teszi, hogy a sín és a tartóelemek között ne kelljen csavarokat használni. Tiainen szerint telepítettek már olyan száz panelből álló rendszert is, ahol a síneket csupán 20 perc alatt szerelték fel. A Rauli emellett olyan egyedi rögzítőket is gyárt, amelyeket kifejezetten az extrém, északi időjárási körülményekre terveztek. Tiainen úgy véli, az esetek 90 százalékában a különálló házakra egy nap alatt lehet telepíteni a napelemeket. Mint mondta, a Rauli termékeivel jelentősen felgyorsulhat a folyamat.
További információ: raulibrackets.fi
Képek: raulibrackets.fi
Szarvasmarhák gyomra lebontja a műanyagot
Hibrid vaddisznók élnek a fukusimai katasztrófa környékén
Milliós megtakarítás és energiahatékonyság a Junior Energiagazda képzéssel
Bemutatták az újahasznosított műanyagból készült Lego kockát
