A napenergia a harmadik legnagyobb megújuló energiaforrás jelenleg a vízerőműveket és a szélfarmokat követően. E forrás igen jelentős, hiszen földünk felszínét éves szinten tízezerszer több napenergia éri, mint amennyi az emberiség jelenlegi egyévnyi energiafelhasználása. Ami még fontosabb: az utóbbi esztendőkben elképesztő ütemben gyorsult a napelemcellák fejlesztése, és közben az új napelemek kilowattra vetített ára a töredékére,
az 1977-es 77 dollárról mára mindössze 10 cent körülire zuhant.
Az első cellákat 1954-ben a Bell Laboratóriumban fejlesztették ki, de az elvet már a XIX. század első felében felismerték és a XX. század elején szabadalmaztatták is. A fény árammá alakításában a nagy kihívás a hatékonyság, ami azt jelenti, hogy a napfény energiájának mekkora része alakul a cellában kifejezetten elektromos árammá. A Bell kísérletében ez az arány mindössze 6 százalékos volt, ám az ezt követő évtizedekben ezen a téren is óriási ugrás következett be. Az első, kereskedelmi forgalomba került napelemek 8-10 százalékos hatékonysága a hatvanas évekre 14 fölé nőtt. Ezután évtizedekig nemigen volt érdemi javulás, hiszen a mai napig kereskedelmi forgalomban lévő, kedvező árú napelemek hatékonysága 15 és 20 százalék közötti, a drágább, prémiumfejlesztéseké pedig 22-23. Épp itt volt az ideje az előrelépésnek.
Korlátok
Tudni kell ugyanakkor, hogy a fizika törvényei gátat szabnak az egy cellatípuson elérhető hatékonyságnak, ami a Shockley–Queisser szerzőpárosról elnevezett törvény szerint 33,7 százalékos. Ennél hatékonyabb egyrétegű napelemet elvben nem lehet készíteni.
Ám a kutatók szeretik a kihívásokat: több olyan cellatípus is készült a laborokban, amelyek két vagy akár hat különféle fotovoltaikus réteget is alkalmaznak.
Ezzel ritkán közelítik a rétegenkénti 20 százalékot, de az adott négyzetméterre jutó hatékonyság rétegenként összeadódik.
Például az egyik a meleg színspektrumot, a másik a hideget alakítja árammá, így a rétegek kevéssé árnyékolják egymást.
Ilyen hibrid technológiát fejleszt 2016 óta az Oxford PV nevű vállalat és a San Franciscó-i Swift Solar nevű startup. Az előbbi el is jutott a sorozatgyártás kapujába. Mindkét cég az igen ígéretes, úgynevezett perovszkitszerkezetű, mesterséges, mégis igen olcsón előállítható anyagokkal kísérletezett. Ez egy olyan mesterséges ásvány kristályszerkezete, amely nagyjából megegyezik a kalcium-titanátéval, és képes a hideg fényekből energiát nyerni, miközben a szilícium a melegebb fényspektrumból teszi ezt.
Az idén kapható lesz
A brit Oxford PV német gyárában még az idén elkezdődik e hibrid perovszkit-szilícum alapú új generációs napelemek gyártása, amelyek döbbenetes, közel 30 százalékos hatékonyságot értek el. Ráadásul az előállítási költségük – nagyobb sorozatok, a gyártás felfutása esetén – a töredéke lehet a szilíciumalapú áramtermelő cellákhoz képest. De a perovszkitszerkezetekkel szerte a világon kísérleteznek, így például Izraelben is hasonló hatékonyságot értek el.
De ez még csak a kezdet a hibrid, többrétegű napelem-technológiák területén,
hiszen laboratóriumi körülmények között, prototípusokkal már sikerült jóval túlszárnyalni a 30 százalékot. Az amerikai National Renewable Energy Laboratory intézetben 47,1 százalékos hatékonyságot értek el, azaz ezek a mai legmodernebb, de még elfogadható árú, háztetőre szerelhető rendszerek hatékonyságának a dupláját tudják.
Ez pedig azt jelenti, hogy a háztetőkre vagy napelemfarmokba szerelt rendszerek dupla annyi áramot termelhetnek egységnyi területen, azaz a városokban vagy kisebb tetőkön feleakkora hely is elég a gazdaságos üzemeltetéshez.
És ez még nem minden:
a Szingapúri Nemzeti Egyetem kutatói pár hónapja egy olyan eljárást fejlesztettek ki, amely az árnyékból is képes energiát előállítani. Pontosabban a napos és árnyékos területek határán lévő kontrasztkülönbségekből nyeri az elektromosságot, ezzel pedig ki lehet egészíteni a nagy hatásfokú napelemeket.
Mindebből az következik, hogy akár már 3-5 éven belül a mai napelemtáblák áráért vagy akár az alatt is kaphatunk a mostaniakhoz képest dupla hatékonyságú áramtermelő lapokat. Ez esetben viszont felére rövidülhet egy háztartási napelemfarm megtérülési ideje és még jobban megnőhet a napcellák szerepe a globális áramtermelésben. Pedig ez már most is jelentős, a Nemzetközi Energia Ügynökség előrejelzése szerint 2025-re 1,94 terawattóra szoláráramot termelnek a naperőművek, szemben a 2019-es 720-szal.
Magyar szabályozás
Júliustól a háztáji napelemek tulajdonosainak választaniuk kell, hogy
- szaldós elszámolásba kerülnek, egyúttal lemondanak az állami támogatásról,
- vagy bruttó elszámolással a kötelező átvételi ártól esnek el.
Ugyanis július 1-jével megszűnik a szaldós elszámolás a lakossági napelemes rendszereknél, ezt követően így már nem szerződhetnek azok, akik állami támogatást is igénybe kívánnak venni a beruházáshoz. Jelenleg akár a háztartási napelemes rendszerek beruházási költségének a felét is állja az állam, emellett pedig, ha a tulajdonos szaldós elszámolással szerződik az áramszolgáltatójával, akkor a napelem többlettermelését ugyanazon az egységáron adhatja el, amennyibe a hálózaton vett áram kerül.
Kérdés, hogy sok ezer háztartásnak érdemes volt-e sietnie a beruházással. A napelemes rendszereket ugyanis úgy méretezik, hogy annak a termelése fedezze az adott háztartás éves fogyasztását. Az áramtermelés azonban nyáron a télinek a háromszorosa is lehet, ezért a tulajdonosok csak a teljes fogyasztás harminc-negyven százalékát használják fel közvetlenül a napelemről. A többit feltöltik az elektromos hálózatba, majd visszavásárolják a szolgáltatótól, amikor épp szükségük van a többletenergiára.
Ugyanakkor a júliustól életbe lépő bruttó elszámolásnál az áramszolgáltató kevesebbet fizet majd a feltöltött áramért, mint amennyit a hálózatból vételezett energiáért számláz. Magyarán megnő az otthoni napelemes rendszerek megtérülési ideje, ami már amúgy sem rövid. Egy tipikus háztartás esetén az új bruttó elszámolással nagyjából a villanyszámla kétharmadát lehet havonta megtakarítani.
Ezért cserébe az elérhető állami támogatásokkal a beruházás akár több millió forinttal kevesebbe kerülhet.
Ha valaki befekteti a különbözetet, többet nyerhet a hozammal, mint a szaldós elszámolással, ráadásul a tőkéje is megmarad. Egy optimális rendszer szaldós elszámolással 10-12 év alatt térül meg támogatás nélkül, bruttóval pedig 16-18 alatt, ami az ötvenszázalékos támogatással 8-9 esztendőre csökkenthető a szakértői példaszámítások szerint. Nem véletlen azonban a bruttó elszámolás bevezetése: ez esetben ugyanis az otthoni felhasználónak arra kell törekednie, hogy minél több áramot közvetlenül a napelemről használjon fel. Vagyis érdemes napsütéses órákban otthon tölteni az e-autó(ka)t, illetve a programozható elektromos eszközök (klíma, bojler, szárítógép, mosógép stb.) áramfelhasználásának nagyobb részét a nappali, napsütéses órákra időzíteni. Mindemellett hasznos venni úgynevezett hibrid invertert, amely képes hálózatra és akkumulátorra is termelni. Ehhez később bármikor csatlakoztatható háztartási áramtermelő akkumulátor, ami segít a nappal termelt esetleges többletáram egészének a letárolásában is.
Megugrott a magyar napáramtermelés
A háztartási méretű napelemek teljesítőképessége a 2015-ös 128 MW-ról 2020. szeptember végére 640-re növekedett, ami ötszörös növekedést jelent
– mondta Horváth Péter János, a Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal elnöke. A hatóság tavaly szeptember végén 79 681 úgynevezett háztáji kiserőművet tartott nyilván, amelyek közül több mint 65 ezret természetes személyek telepítettek. Az elnök rámutatott, hogy a növekedési tendencia még erősebb volt a háztartási méret (50 kW) feletti naperőműveknél: a beépített kapacitásuk az elmúlt öt esztendőben ötvenszeresére nőtt, 25 MW-ról 1208-ra. A két kategória kapacitása összesen több mint tízszeresére bővült ez idő alatt, 153-ról 1848 MW-ra.
A cikk a Figyelő hetilap június 3-iki számában került publikálásra.
(Borítókép: Jonathan NACKSTRAND, Europress/AFP)
