Napelemek az űrben és a Földön
(Rovat: Új eszközök és anyagok - 2007.10.05 07:35.)

A műholdakról is ismerős napelemek félvezetőből készülő eszközök, amelyek a napsugárzás fotonjainak energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítják át.

A napelemek – bár működési elvük már a 19. század végén is ismert volt – gyors fejlődésüket elsősorban az űrkutatási alkalmazásoknak köszönhetik az 1960-as évektől.

Napjaink leggyakrabban használt napelemeinek alapanyaga monokristályos vagy polikristályos szilícium. A szilícium egykristály jó hatásfokú energia-átalakítást biztosít, de készítése költséges és időigényes, tömeggyártása nem gazdaságos. A kemencében elkészült egykristályt vékony szeletekre vágják és ostyaszerű rétegekben rendezik el. (A művelet során az anyag feléből hulladék lesz.) A polikristályos szilícium az anyag megolvasztásával és formába öntésével készül. Ez a technológia egyszerűbb, viszont az így előállított napelemek hatásfoka rosszabb.

A napelemek egy harmadik, egyelőre kevésbé elterjedt típusához amorf szilíciumot használnak. A vékony félvezetőrétegeket valamilyen hordozódelületre (üveg, műanyag, fémfólia) párologtatják. A gyártáshoz lényegesen kevesebb tiszta szilíciumra van szükség. Az amorf szilícium negyvenszer hatékonyabban ejti csapdába a napsugarakat, mint a kristályos. Mindössze 1 mikrométeres vastagságú rétegben alkalmazva, a beeső napsugárzás 90%-át elnyeli. Az amerikai űrhivatalban folyó kutatás-fejlesztési munka az amorf szilíciumból készült napelemekre koncentrál, amelyek sokkal kevesebb félvezető anyag felhasználásával képesek ugyanakkora teljesítményre. Az űrkutatási alkalmazásoknál is számít a gyártási hatékonyság, de a legfontosabb nyereség mégis a nepelemek – s ezzel együtt a pályára állítandó űreszközök – tömegének csökkentése. A fejlesztések kereskedelmi hasznosítása magáncégekkel együttműködve már most is folyik: ilyen napelemek találhatók például mobil rádiós fejhallgatókban, akkumulátortöltőkben vagy napenergiát használó sátrakon.

A fejhallgatóval egybeépített rádióban nem kell gyakran elemet cserélni: napsütésben feltölti magát, akár működés közben is. Egy órányi töltés 1-3 órányi zenehallgatáshoz elegendő.

A strapabíró, szőnyegszerű hajlékony napelemmel hordozható számítógépek, televíziók, mp3-lejátszók működtethetők akár kempingezés közben. Természetesen katonai alkalmazások is szóba jönnek. (NASA Spinoff 2006)