A napelem hatásfoka: mit jelent, és milyen feltételekkel mérik?

Röviden: a napelem hatásfoka azt adja meg, hogy a cellára érkező napenergia mekkora hányada alakul át villamos energiává. A számot csak akkor lehet másikkal összehasonlítani, ha ugyanolyan feltételek mellett mérték.

Mi a hatásfok?

A hatásfok a leggyakrabban használt mutató arra, hogy egyik napelemcella teljesítményét összevessük a másikéval. Meghatározása szerint a cella kimenő energiájának és a Napból érkező bemenő energiának az aránya.

A hatásfok azonban nem csak a cella saját tulajdonsága. Függ a ráeső napfény spektrumától és erősségétől, valamint a cella hőmérsékletétől is. Ezért a méréskor a feltételeket szigorúan szabályozni kell, különben két eszköz eredménye nem hasonlítható össze.

Szabványos mérési feltételek

A földi felhasználásra szánt napelemcellákat AM1.5 feltételek mellett és 25 °C hőmérsékleten mérik. Az AM1.5 egy szabványos napfény-spektrum, amely a légkörön áthaladó sugárzásra vonatkozik. Az űrbeli használatra szánt cellákat ezzel szemben AM0 feltételek között mérik, vagyis a légkör hatása nélkül.

A bemeneti teljesítmény a hatásfok számításához 1 kW/m², azaz 100 mW/cm². A forrás példái: egy 100 × 100 mm²-es cellára így 10 W, egy 156 × 156 mm²-es cellára 24,3 W bemeneti teljesítmény jut.

A hatásfok kiszámítása a görbéből

A hatásfok az I–V görbe jellemzőiből számolható: az üresjárási feszültség, a rövidzárási áram és a kitöltési tényező szorzatát osztjuk a bemeneti teljesítménnyel. A tényezők jelentéséről az I–V görbéről szóló cikkben írtunk. A maximális teljesítmény a görbe teljesítménycsúcsánál adódik.

Egy szemléltető példa (nem mért adat): ha egy 10 W bemeneti teljesítményű cella a bemenet ötödét alakítaná át, akkor kb. 2 W-ot adna le. Ez azt is megmutatja, hogy két azonos hatásfokú cella közül a nagyobb felületű ad nagyobb teljesítményt, mert több fényt fog fel.

Mit érdemes észben tartani?

Először: a hatásfok mindig feltételhez kötött szám. A laboratóriumban megadott érték AM1.5 spektrumra és 25 °C-ra vonatkozik, a valós működés ettől eltérhet. A hőmérséklet hatásáról és a fényintenzitás hatásáról szóló cikkek bemutatják, mi változik, ha a feltételek mások.

Másodszor: a PVEducation külön oldalon, a „Solar Cell Efficiency Results” oldalon közli a legújabb, élvonalbeli hatásfokeredményeket. Egy ilyen rekordszám nem azonos azzal, amit egy háztartási panel a valós működésben nyújt, mert a hatásfok mindig a mérés feltételeitől függ.

Harmadszor: a hatásfok a felhasználónak elsősorban azt jelzi, mekkora felület kell egy adott teljesítményhez. A magyarországi termeléshez a Mit termel egy 800 W-os rendszer Magyarországon cikk ad támpontot.