Napelem piac és technológia - hírek, elemzések

A napelemek elülső felülete üveg (a vékonyrétegű moduloknál a hátlapja is), és a gyártási költségekben a szilícium cellák után a második legdrágább komponens - már csak azért is, mert speciális üvegről van szó, több szempontból is. Érdemes kicsit ezt a területet is megismerni.

A PV-szektorban szinte mindig úsztatott gyártással készült üveget használnak (angolul "float glass"). Az úsztatott üveg eljárást 1952-ben Pilkington találta fel és rövid idő alatt világszabvánnyá vált a magas minőségű üveggyártásban. Az „úsztatott” kifejezés arra vonatkozik, hogy a gyártás során az 1600 fokra hevített üveget olvasztott ónon úsztatják. Az úsztatott eljárás által rendkívül precíz felszín, sima felület, és a más technikákkal készített húzott és öntött síküvegekhez képest tökéletesebb optikai adottságú üveg jön létre.

Jelenleg négy gyártó dominál a úsztatott-üveg gyártásban: a brit Pilkington (a feltaláló cége még ma is él), a japán Asahi Glass, az amerikai Guardian Insdustries és a francia Saint-Gobain - ez utóbbi egyébként Európa legnagyobb üveggyártója is, és négyük együtt az EU üvegpiacának 80%-át gyártják.

A világ úsztatott-üveg gyártásának csak 1%-át használja a napelem ipar, de ott igen speciálisak az igények, külenleges gyártás mellett az üveglapok további kezeléseken is átmennek, mire a napelemre kerülnek.

Az első speciális igény az üveggel szemben a napelemek esetén, hogy alacsony legyen a vastartalma. Minél több vasat tartalmaz az üveg, annál zöldesebb a színe - természetesen napelemek esetén pedig minél átlátszóbb felületet szeretnénk, hogy minden fény áthatoljon az üvegen.

2009 végén állt munkába Németországban a világ első, kifejezetten napelemgyártásra szánt üveggyártó sora, ahol a normál úsztatott-üveg 700ppm vas arányához képest csak 80-ad részt tartalmaz - ami a fény 90-91%-át átengedi egy 4 vagy 3,2mm-es üvegtábla esetén.

A 3-4mm-es üveg önmagában nem túl erős. A napelemek esetén a szilárdságot a laminálás adja főként, de pl. alpesi házakra szánt napelemeknél az üveglapokat hőkezeléssel is edzik, hogy erősebb nyomást is kibírjanak - ehhez nagyon prezíc hőkezelésre van szükség a gyártás folyamán, ami a rengeteg energia mellett megmagyarázza a napelemes üvegek négyzetméterenkénti 8 eurós árát.

A másik fontos igény a fényvisszaverődés csökkentése. A kezeletlen felületű síküveg fényáteresztő képességét további 2,5%-kal lehet növelni egy speciális nitrites, vagy titánium-dioxidos bevonattal - s ha ezt mindkét oldalon alkalmazzák, már 96%-os fényáteresztésnél tartunk.

A fényvisszaverő rétegeknek főként az alacsony szögben beeső fény esetén van jelentősége (reggel és este), és ez az az időszak, amikor ma még elég kicsik a hozamok napelemek esetén - nem véletlen, hogy itt történt a legtöbb fejlesztés az utóbbi időben az üveggyártás és kezelés kapcsán.

Egy másik érdekesség a portaszító réteg az üvegen, ami jobb öntisztulást eredményez az üvegen szél vagy eső esetén - így természetesen jobb kWh hozamokat biztosít az év folyamán.

Már csak az a kérdés, hogy az ügyfél megfizeti-e az összes speciális réteget (azaz a magasabb árat) a napelemért, vagy megelégszik az egyszerűbb, de olcsóbb változattal - vagy egyszerűen a rétegek színhatása alapján választ-e végül.

Ma tették közzé a Solarbuzz negyedéves összesítését és előrejelzését a globális napelemes piacról.

A tavalyi 7,5 GW-os világpiac az idén elérheti a 15,2 GW kapacitást - ez közel 10 paksnyi telepített kapacitást jelent erre az évre.

A részletes elemzés szerint főként 2010. második felében várható növekedés, elsősorban a növekvő európai (sajnos nem magyarországi) kereslet miatt, de jelentősen bővül az USA, Kína és Japán napelemes piaca is.

Németországban az idén 8GW-nyi napelemes rendszer beüzemelésére számítanak, még úgy is, hogy a hamarosan kezdődő 3. negyedévben  visszaesés várható a német támogatások csökkentése miatt.

Az idén egyébként kilenc országban várható, hogy átlépik az évi 250MW-os telepített napelem mennyiséget, ami az iparágban a jelentős piac kategóriát jelenti (tavaly 6 ilyen ország volt). Az idei előjelzés: 

1. Németország
2. Olaszország
3. Franciaország
4. Csehország
5. USA
6. Japán
7. Kína
8. India
9. Spanyolország

A növekvő és stabil kereslet miatt az árak is tartósan és továbbra is növekednek: főként az ázsiai modulgyártók emeltek, őket a dollár-euró árfolyam jelentős változása érintette rosszul.

Múlt héten tartották a napelemes iparág legnagyobb kiállítását Münchenben: a 2600 kiállító 12 óriási csarnokban fért el, a kinti területeken pedig a rögzítés gyártók és tracker (napkövető rendszer) gyártók mutatkoztak be - s minderre 72.000 látogató volt kíváncsi.

Elsősorban "többet", "magasabb hatásfokon" és "olcsóbban" volt a fő jelszó a legtöbb gyártónál, igazi újdonságok csak a gyártástechnológiában jelentek meg - de ezek a nagyközönségnek már csak a fenti 3 jelszót jelentik a végtermékekben.

Néhány újdonságot azért ki lehet emelni: 

• egyre több gyártó kezd foglalkozni a néhány éve még megmosolygott mikro-inverterekkel: azaz olyan megoldással, amikor gyakorlatilag minden napelem mögött van egy AC/DC átalakító, és már a napelemtől váltóáram érkezik - így pl. kevésbé érzékeny a rendszer részleges árnyékolásra. Azonban a mikro-inverterek még mindig drágák (mert egy központi irányító még mindig kell, ami a hálózattal szinkronizál), de néhány éven belül versenyképes lehet a hagyományos inverterekkel.
• a kiállítás egyik fődíját is hasonló probléma megoldása miatt kapta a ABB Schweiz AG: ők olyan intelligens kapcsolási rendszert dolgoztak ki nagy PV-rendszerekhez, ahol az egyik áramkör meghibásodása esetén a további körök termelni tudnak.
• a mikromorf modulokkal végre-valahára valóban elérték a 10%-os hatásfokot, szeptembertől szállítják az elsőket.

(akit bővebben érdekel, itt találhat még vagy 50, most bejelentett újdonságot)

Volt néhány jól észrevehető átrendeződés, és néhány érdekes nyilatkozat és pletyka is: 

• egyre több kínai cella gyártó kezd saját modul gyártásba; kérdés lesz, hogy honnan vesznek majd alapanyagot azok a gyártók, akik eddig nem fektettek saját cellagyártásba,
• a First Solar elnöke érdekesnek nevezte a CIGS technológiát - mire a pici CIGS fejlesztő cégek riadtan rezdültek fel,
• a német Schott solar állítólag kínai gyártóhelyet keres - ami általános üzenet lehet a német PV iparnak.

S a lényeg talán: mi lesz a hónapok óta emelkedő árakkal, mi várható mostanában. Mindenki azt kérdezte a modulgyártóktól és kereskedőktől, hogy mi lesz július után. És a leggyakoribb válasz: szeptemberben meg tudjuk majd mondani.

Év eleje óta lóg ugyanis a levegőben a német napenergia támogatás csökkenése, és mikor úgy tűnt, hogy kimondták a végső szót a Bundestag-ban és július 1 után normalizálódik a helyzet (ld. jelenlegi inverter hiány), meglepetésre a német felsőház további vizsgálatra küldte - azaz nem lép időben életbe a törvény a júliusi csökkentéshez.

Abban azért egyetértés volt, hogy ez csak azt jelentheti, hogy néhány lekésettnek tűnő projekt még beférhet a mostani szabályozásba, utána az eddig túlfűtött piac le fog nyugodni. Az árakon azonban ez egyelőre nem látszik, vagy legalábbis nem mondták ki: minden napelem gyártó most jóllakott, mindent eladtak augusztus végéig, még a feljövő no-name kínai gyártók is, aki tavaly még kéretlen reklámlevélben és rendkívül alacsony áron kínálták konténernyi terméküket.

És mivel egyre több piac jön föl (USA, Kelet-Európa, Mediterrán országok, Ázsia), és most van a csúcskereslet, így nem is várható gyors árcsökkenés - talán csak a kínálat beéri a keresletet őszre. Ráadásul a kínaiak nagyon panaszkodtak a dollár-euró rég látott árfolyama miatt - s amíg ez így marad, biztosan nem lesz gyors árcsökkenés a napelemes piacon.

Többször esett szó már a betáplálási támogatásokról (feed-in-tariff, FiT), aminek hátterét, és külföldi tapasztalatait szeretném itt egy kicsit boncolgatni.

Korábban kifejtettük, hogy miért rossz a pályázati támogatás – azaz a beruházások támogatása a FiT rendszerekkel szemben. A betáplálási támogatás bevezetéséről  „magát megnevezni nem akaró informátorunk szerint” már folynak a megfelelő intézményeknél elemzések. Pontosabban nem is a bevezetéséről, hanem ésszerűsítéséről, mert ugye a Kötelező Átvételi Tarifa (a hírekből is sokat hallott KÁT) rendszer keretében már van FiT rendszer, csak éppen a napelemes tarifa meglehetősen alacsony (29-30 Ft / kWh). Mi még nem hallottunk olyan napelemes rendszerről Magyarországon, ami ezen rendszer keretében értékesítené a villamos energiát (ha valakinek van ilyenről tudomása, megköszönjük, ha megosztja velünk és többi olvasónkkal).

Azonban a FiT rendszer önmagában még nem csodaszer. Kezdjük a jó példával, ami természetesen Németország, a technológia legnagyobb piaca, tavalyi adatok alapján 3,8 GW kapacitás került átadásra mely a világon átadott kapacitás kb. 50%-át teszi ki:

A német rendszerben 20 évre garantált a FiT, legalább évente a piaci árváltozásokhoz igazítják (csökkenik), 9-11 éves megtérülést becélozva, ez telepítési típusoktól (háztető, zöldmezős, stb…) és mérettől függően jelenleg 29-39 eurocent/kWh.

Mára a németek rendszerét vették át mindenhol, Olaszországtól Bulgáriáig, a britektől a kínaiakig. Több ország kismértékben módosított a rendszeren, és így intő példa (és remek tanulság) lehet megnézni, hogy mások hol hibázták el, mik a lehetséges rossz lépések.

Néhány gyakorlati példa a lehetséges hibákra:

1. Rövid visszavásárlási garancia – Ausztriában 10 év a FiT garancia, a némethez hasonló mértékű FiT árakkal. Tavaly 15 MW kapacitás épült ki, ami a németnek 4 ezreléke (!). Bármilyen torzító tényező kiszűrésével is (országméret, stb…) megkérdőjelezhetetlen, hogy amennyiben a garantált bevételi időtartam nem veszi figyelembe a megtérülési időket a rendszer nem éri el célját. Ebben az esetben vagy hosszabb garancia, vagy arányosan magasabb FiT, ami segíthet.
2. FiT túl magas – Spanyolország a legjobb példája, hogyan lehet ezt elszúrni. Egy korábbi postban szó volt arról, hogy mennyit termel a napelem. A spanyol hatóságok a némethez hasonló nagyságú tarifát határoztak meg a szabályozás indulásakor. Pedig nem kell hozzá sokat gondolkodni, hogy ha valahol sokkal többet süt a nap, akkor ott sokkal többet termel a napelem is (Madridban több, mint másfélszer annyit, mint Berlinben). Ez 5-7 éves megtérülési időket eredményezve aranylázat indított el, amit viszont a spanyol költségvetés nem bírt. Nem is kellett sok idő a drasztikus vágásokhoz a spanyol hatóságok részéről, 2009-ben 200 MW alatt telepítettek napelemeket a 2008-as 3 GW-tal szemben. Egy ilyen kiszámíthatatlanná váló helyzetnek a néhány szemfüles szerencsés projekttulajdonost kivéve mindenki a vesztese. A lakosság, a hatóságok és a piaci szereplők is. Tervezhetetlenek lesznek a projektek, bizalomvesztést szenvednek el a hatóságok, bedugul egy egész iparág. Kisebb mértékben, de hasonló hibát a bolgár kormányzat is elkövetett.
3. Nem csak valós projektek jelentkezhetnek a rendszerbe - a FiT piaci viszonyokhoz történő igazítása mindenképpen előre kiszámítható időpontban kell, hogy történjen – ez jellemzően december 31. Németországban a határidő azt jelenti, hogy amely rendszer eddig csatlakozott az áramszolgáltatói hálózathoz, az jogosult az aktuális tarifára, aki ez után csatlakozik az csak az ezt követő új tarifára lesz jogosult. A francia szabályozás hatalmas hibát követett el mindössze annyival, hogy a határidőt a csatlakozási kérelem benyújtására/befogadására vonatkoztatták. Ez 2009 utolsó két hónapjában, a FiT csökkentés előtt roham szerű, 4,5 GW kapacitás spekulatív regisztrációját eredményezte egy olyan piacon, ahol tavaly valójában csak 185 MW épült ki összesen. Ezáltal tervezhetetlen lett a kormányzat részéről a PV kapacitás, illetve a spekuláció a valós, megalapozott projekteket háttérbe szorította. Kíváncsian várjuk az idei számokat, a valóban megvalósuló projektek összkapacitásáról.
4. Szolgáltatók felkészületlensége – Csehországban, a világ ötödik legnagyobb piacán (tavaly 411 MW) idén februárban a villamos hálózat üzemeltetői (hivatalos kifejezéssel „hálózati engedélyesek”) adták be a kulcsot. Máig tisztázatlan jogi háttérrel átmenetileg leállítatták a telepítéseket a villamos rendszerük várható instabilitása miatt. Több komolyabb piaci szereplő jogi lépéseket fontolgat a hosszú hónapok alatt, sok pénz ráfordításával előkészített projektjeik megtorpanása és kiszámíthatatlan jövője miatt.

Remélhetőleg a magyar döntés-előkészítők és döntéshozók nem hagyják figyelmen kívül az eddigi nemzetközi tapasztalatokat. Ha valamikor végre a beruházás támogatás helyett FiT rendszer kerül bevezetésre, mások hibáiból is tanulva egy jól és gyorsan működő ösztönző rendszert indíthatnánk el.

Napelemekről, technológiákról nagyon sokat írtam már, de még alig esett szó a napelemes rendszerek másik fő komponenséről, az inverterről. Mivel az iparágban még nem látott mértékű hiány van éppen az inverterekből, most aktuális is áttekinteni a piaci helyzetüket.

Először röviden, hogy mi is ez: az inverter egy áram átalakító, a napelemes rendszer "szíve". A napelemek ugyanis egyenáramot termelnek, a nap sugárzásától és beesési szögétől függően elég változó teljesítményben és feszültséggel. Az inverter feladata, hogy ebből a "szabálytalan" egyenáramból egyenletes, és szép szabályos 220V-os és 50Hz-es mezei  váltóáramot hozzon létre - amit már bármely háztartási gépen tudunk használni.

A másik funkciója az inverternek, hogy figyeli az áramszolgáltató hálózatát (mert valójában nem folyton 230V és 50Hz van a hálózaton), és ahhoz szinkronizálja a kiadott váltóáramot. És még sok egyéb szabályozási funkcióval és mérési lehetőséggel is rendelkeznek általában.

Röviden (és mielőtt kikapnék: nem teljesen fizikusi szakszerűséggel) legyen is elég ennyi az inverterről, mert ez a poszt amúgy is inkább a piaci helyzetről akar szólni. És ez különösen aktuális most, hogy mivel Németországban július 1-től 16%-kal csökken a betáplálási támogatás napelemes rendszerekre (és ez év eleje tudható volt, pontos dátum és százalék nélkül), így értelemszerűen aki csak tudta, előre hozza napelemes rendszerének installálását. Az eredmény: napelemet még csak-csak, invertert viszont nagyon nehéz beszerezni jelenleg Európában.

Néhányan már-már az új "szilícium-hiány"-ról beszélnek (2004-2006 között, amikor beindult a napelem piac, hirtelen annyira megnőtt a nagy tisztaságú szilícium iránti kereslet, hogy az árak magasba szöktek, sok modulgyártó fél és negyed kapacitással üzemelt - ami egyébként nagy lökést adott a vékonyrétegű technológiák fejlődésének). Ami miatt mégsem valószínű, hogy hosszú távú lesz a hiány az inverter piacon, az több okra is visszavezethető: 

1. az alkatrészek oldalán óriási és rugalmas elektronikai komponens piac él és virul, ami könnyen tud átállni inverter alkatrészek ellátására (szemben a nagy tisztaságú szilíciumnál, ahol óriási a belépési költség és hosszú az építési folyamat).

2. új belépési pontok sem lehetetlenek, se pénzügyileg, se technológiailag nem olyan komplex, mint a napelem esetén.

3. a legnagyobb piacon, Németországban már látható, hogy július 1 után jelentősen csökkenni fog a kereslet, időközben a csehek is felfüggesztették nagy (MW-os) rendszerek engedélyeinek kiadását - így várhatóan 2010. második negyedévében normalizálódnak a szállítási határidők ("Relief will come at Q3" - volt a legutóbb Photon inverter konferencia fő üzenete).

Addig is remek negyedéveket zárhatnak az inverter gyártók: a piacvezető SMA például a tavalyi 3GW feletti eladáshoz képest idén 10-11GW teljesítményű inverter szállítását tervezi (néhány hete, amikor ott jártunk, egy nagy építkezési gödörre mutatva azt mondták, hogy az ott épülő gyárban 3 hónap múlva beinduló gyártósorok invertereit is eladták már év végéig).

Ahogy a fenti ábrán is látszik, a most vezető gyártók jelenleg még óriási növekedés előtt állnak. A toronymagasan első SMA után a főbb gyártók, sorrendben és méret szerint: Fronius, Kaco, Power-One, Sputnik és Diehl (forrás).

Rajtuk kívül még nagyon sok elektronikai cég igyekszik az inverter piacra: egy friss adatbázisban nemrég 200 feletti gyártó ezernél is több típusát listázták. És olyan mammutcégek indulnak versenybe lassan, mint pl. a Siemens. És ez az a terület, ahol (főként az engedélyezés nehézségei miatt) a kínai gyártók meg se jelentek. Még.

Összegezve még az inverter piac a napelemeknél már látott koncentráción túl, de az ázsiai verseny előtt van még. Jól példázza piciben ezt az itthoni helyzet: ma még csak SMA inverterek kerülnek felszerelésre itthon, de már hallani, hogy több más gyártó termékei is engedélyeztetés alatt vannak. Hosszú távon nagy lesz a verseny ezen a piacon - de 2010 még biztosan az SMA éve lesz.

Régóta érik egy bejegyzés a trackerekről, egyrészt a létező megoldásokról és főbb típusokról, másrészt érdekes lehet áttekinteni piaci helyzetüket. Mivel mostanában egyre több konferencián, beszélgetésen és szakmai cikkekben "temetik" a napelemes trackelést, legalább egy postumus bejegyzés erejéig nézzük meg, miről is van szó.

A trackelés, trackerek egy- vagy több tengelyen mozgó napelemes rögzítést jelentenek, melyek a Nap mozgását követik. Így a napelemek lehetőleg minél nagyobb felületen, minél inkább derékszögben kapják a besugárzást - így növelhető a napelemekből kinyerhető áram mennyiség, azaz a kWh hozam. 

Mára nagyon sok gyártó foglalkozik ilyesmivel, a megoldások alapján több kategóriába is lehet sorolni a napkövető, tracking rendszereket. A két főbb irány, ami a megoldások között kialakult: 

• egytengelyes automata: a napelemek reggeltől estig a napsugarak beesési szögét követik egy tengely mentén fordulva, reggel közel függőleges helyzetből indulva a déli legmagasabb pontig követve a Nap mozgását. Előnyük, hogy egyszerűbbek, így olcsóbbak, és kevesebb karbantartást igényelnek
• kéttengelyes automata: a függőleges mozgás mellett vízszintes irányba is elforduló trackerek esetén mindig tökéletesen derékszögben kaphatják a napelemek a besugárzást, így maximális kWh hozamot lehet elérni, ami a fő előnye. Hátránya, hogy nagyon komplex mechanikai és szoftveres rendszer irányítja, így bonyolult, drágább és nagyobb a karbantartási költsége. Továbbá a pontos követéshez szenzorokat kell elhelyezni, ami ha szennyeződnek (pl. por, falevél, madárpiszok kerül rájuk), akkor félreirányíthatják a rendszert.

Természetesen a legnagyobb előnye a trackereknek, hogy több kWh áramot tudunk megtermelni adott napelemmel. Ez a többlet földrajzi elhelyezkedéstől is jelentősen függ: minél távolabb vagyunk az egyenlítőtől, annál inkább érdemes trackelni. Németországban számos ilyen rendszer is van, a mediterrán országokban viszonylag kevés. Magyarországon egytengelyű rendszerekkel 15-20%-kal több kWh-ra számíthatunk, kéttengelyű rendszerrel 25-35% többlet várható évente.

A trackelésnek azonban vannak hátrányai, nem is egy: 

• nagyobb bekerülési rendszerköltség már az indulásnál
• a mozgó alkatrészek előbb-utóbb biztosan elromlanak, emiatt üzemeltetés közben is kell karbantartási költséggel számolni, tehát ez már a második extra költség, amivel számolni kell
• ha elromlik a rendszer, akkor további kWh áramtermelés és bevétel kiesést jelent, hogy ha nagyon rossz irányban állt le a rendszerünk
• a mozgatáshoz is kell áram, így az is elvesz az extra hozamból
• sokkal sérülékenyebbek ezek a rendszerek, szél és vihar viszontagságainak sokszorosan ki vannak téve.

A fentiekből következően elég komplex számításokat kell végezni, hogy a bekerülési és karbantartási költségek hogyan aránylanak az extra kWh hozam általi extra bevételhez. Értelemszerűen, ha többet nyerünk 20-25 év alatt, akkor érdemes csak trackelés mellett dönteni.

Ami számításokat mi végeztünk Magyarországon, gyakorlatilag sose volt érdemes. Ugyanis itthon nincs érdemi betáplálási támogatás, tehát az egyáltalán nem olcsó tracker bekerülési és üzemeltetési költségeket nem tudja kompenzálni az extra kWh által realizált extra hozam (nettó 29 Ft/kWh ha eladási árat nézzük, vagy megspórolt és így ki nem fizetett áram 35-42 Ft/kWh-val számolva).

Ugyanezeket a számításokat német vagy cseh 40 eurocent/kWh visszavásárlási árakkal számolva már érdemes lehet, de akkor is csak drága (pl. Sanyo) modulok esetén, ahol a magas bekerülési költség miatt megfontolandó, hogy maximális kWh hozamra törekedjünk az egyébként nagy hatásfokú modulok esetén.

És a költségoldal, ami miatt mára a trackelés egyre kevésbé vonzó. Hozzá kell tenni, hogy a trackelés korábban is csak a napelemes piac, a nagy installációk kis részét tették ki. És egyre kisebb részt, az utóbbi hónapokban több, napelemes rögzítést és trackert is kínáló cég jelentette be, hogy beszünteti a trackerek gyártását.

Ez szorosan összefügg a napelemek árának esésével: a csökkenő napelem árak mellett mind gyakrabban döntenek amellett, hogy egyszerűen 15-30%-kal több napelemet helyeznek el fix rögzítéssel, minthogy ugyanannyi modult mozgassanak. Ugyanis a komplikált szerkezetek, szenzorok és az acél ára nem csökkent olyan mértékben, mint a napelemek ára.

Tehát inkább megéri több napelemet venni, mint ugyanazt trackelésre költeni. És akkor nincs mozgó alkatrész, nincs karbantartás. És ez a modulok további várható árcsökkenésével a következő években még inkább így lesz az előrejelzések szerint. Mindez nagyon valószínűvé teszi a trackelés gazdaságilag értelmetlenné válását a következő években. 

A választási hétvégén érdemes lehet újra megnézni a megújuló energiák, és azon belül is a napenergia (és általában az energetika) és a politikai kapcsolatát, azon belül is az EU és Magyarország helyzetét. 

A nem túl sikerenek ítélt Koppenhágai Klímacsúcsra az EU Bizottság ambíciózus tervvel és javaslattal érkezett. A 2010 elején lefektetett direktíva szerint 20%-os szén-dioxid csökkentést irányoz elő 2020-ig. Ennek nagy részét megújuló energiák felhasználásával érnék el.

Azóta nyilvánossá vált részletek alapján az EU vezetői szerint a napelemekkel történő áramtermelésnek jelentős része lehet az európai áramellátásban. A stratégia szerint 390GW teljesítményű telepített napelemes rendszerrel terveznek 2020-ig az EU 27 tagországában. Ma 13,5GW installált napelemes rendszer üzemel a tagállamokban.

Ez évente 35%-os növekedést jelent az EU területén, ami az elmúlt évek expanziós ütemét látva egyébként nem irreális: 2009-ben, a válság által leginkább súlyott évben is 5%-os volt a növekedés, 2008-ban 100% felett volt, 2010-re pedig 40-50%-ot jósolnak az elemzők.

A politikusok célkitűzéseit a gazdasági elemzők se tartják lehetetlennek: a PricewaterhouseCoopers múlt héten publikált előrejelzése szerint 2050-re akár Európa teljes áramellátása megoldható lehet csak megújuló energiaforrásokból.

Most merül fel a kérdés, hogy Magyarország mekkora részt vállal a megújuló energiák kihasználásából. Egyelőre szinte semmit, a hazai megújuló energia aránya a teljes energia mixben 3%, aminek nagy része fatüzelés ("biomassza" kód alatt a megújuló energiák között), a napenergia fél ezrelék körül van. 2020-ig "könnyített" 13%-os megújuló arányt vállaltunk az EU felé, és egyelőre nem nagyon haladtunk előre.

Láttuk, hogy már nem csak nyugaton, de környező országok is szépen tudtak profitálni a megújuló energiákból és az azzal kapcsolatos gazdasági fellendülésből (ld. Csehország, Bulgária).

Az idei kampányban szinte senki se foglalkozott kiemelten a megújuló energiákkal, az LMP-t kivéve talán. A kampány végéig a várhatóan biztos befutó Fidesz sem vette elő a másutt már rendszeres kampánykártyát a zöld energiákkal. 

Egészen e hétig, amikor is Matolcsy György egy 500 milliárd forintos programról nyilatkozott. A részletek egyelőre nem ismertek, bár várható, hogy továbbra is jelentős pénzeket szánnak majd a panelházak korszerűsítésére az első években, és megújuló energiák támogatása a ciklus későbbi részében várható. 

Nagy kérdés lesz még a támogatási forma, amire majd a 2011-12-es költségvetések körül kapunk igazán választ: vajon Magyarország is követi-e az EU-ban mindenhol alkalmazott visszatáplálási ártámogatás formáját, vagy maradunk a 80-90-es évek olasz és görög kormányai által favorizált pályázati osztogatósdinál?

Mert a mai támogatási rendszerünk ehhez hasonlít, erről egy korábbi posztban részletesen írtam - és nem is hozott eredményt nálunk sem, mint az olaszoknál és görögöknél sem, ők át is álltak a feed-in tariff rendszerére az utóbbi években.

Hamarosan meglátjuk, hogy mi kerül a választási programokból a valós kormányprogramba. De ha a következő 1-2 évben is csak a teljes elodázást és felülről irányított pályázatosdit látjuk, biztosak lehetünk, hogy a megújuló energiák terén is végleg leszakadunk Európa többi (és nem csak nyugati) részétől.

Jónéhány innovatív elgondolás született már a napelemek speciális területeken történő hasznosítására, érdemes ezek közül néhány életképes elgondolást áttekinteni.

Az egyik nagyon kézenfekvő lehetőség a parkolók árnyékolása. Ez a megoldás főként Amerikában egyre népszerűbb, ahol jelentős területek válnak így áramtermelésre alkalmassá, ráadásul a nagy parkolók sokszor értékes ingatlanok, és nagyfogyasztók (pl. supermarketek) közelében találhatók. A déli államokban a napelem alatt parkoló vásárló nem csak "környezet tudatosabbnak" érezhetik így magukat, de az autók se melegednek túl a parkolás alatt.

Európában a közlekedéssel kapcsolatos megoldások közül még gyakran alkalmazzák hangfogóként a napelemeket. A legnagyobb ilyen telepítések Németországban vannak, a mellékelt képen ez a hangfogó például a müncheni reptérre vezető autópálya mellett épült, 1km hosszan 500kW teljesítménnyel. Itt a lehetőségeket korlátozza, hogy csak déli oldalra érdemes telepíteni ilyen napelemes hangfogókat.

A másik nagy terület, ahol speciális megoldásokkal találkozhatunk, az újdonságokra mindig is nyitott építészet. Itt mára tucatnyi érdekes elgondolás született - olyannyira, a napelemes piacon egy új szegmens is született: a BIPV (Building Integrated PhotoVoltaics, azaz Épületbe Integrált Fotovoltaikus megoldások).

A BIPV valójában gyűjtőfogalom számos, többé-kevésbé önálló felhasználási mód közül: 
- üveg mennyezetek félig átlátszó napelemes burkolása, mint pl. a berlini főpályaudvar nemrég felújított épületében
- homlokzati üvegburkolat részben átlátszó felületei, pl. nagy épületek, irodaházak homlokzatán
- járófelületbe integrált napelemek,
- a tetőcserepet vagy más tetőfedést teljesen helyettesítő, tetőbe integrált napelemes, vízzáró rendszerek.

Ezek általában jóval drágább megoldások, mint a "hagyományos" napelemek, de speciális építészeti és esztétikai igények (pl. sárga, zöld, piros színű napelemek) mára megteremtették ezek piacát is. (akit részletesebben érdekelnek a napelemes megoldások építész szempontból, egy építészeti blogon már bővebben írtunk erről, ez itt olvasható).

Természetesen a fentieken túl is több tucat ötlet született már, a napelemes fáktól a napelemes ruhákig, a mobil eszközöket töltő táskáktól a hirdogént bontó otthoni töltőállomásig - ezek általában érdekes megoldások, de mivel nem kapcsolódnak hálózatra és így házak vagy irodák áramellátásához, ezért csak kiegészítő megoldások lehetnek a jövőben is.

Az utóbbi hónapokban a napelemes szaklapok egyik fő témája a kínai napelemgyártás. Kína megkerülhetetlen nagyhatalommá vált az elmúlt években, vezet a napelem és az alapanyagok gyártásában is. De legfőképp utolérhetetlennek látszik a gyártási költségek csökkentésében.

A kínai napelemipar felnőtt: szó sincs már arról, hogy olcsó munkaerők hada manuálisan szereli össze a napelemeket. A nagyobb kínai napelemgyártók ugyanúgy automatizált gépeket használnak, mint a német és japán cégek.

Viszont a nyugatiakkal szemben Kína nagyon olcsón tud gyártani, napelemet és alapanyagokat is: a kristályos modulok árát főként a legkomplexebb és legdrágább "alkatrész", a cella határozza meg. Ezt a kínai JS Solar 22-25 eurócent/W áron tudja előállítani, őt követi a szintén kínai Suntech és Trina 25-28 centes költségével. És ez nagy előnyt jelent a taiwani és japán gyártók 30-35 centes árához képest, nem is beszélve a legnagyobb európai gyártó, a Q-Cells 44 centjéről.

De ami leginkább témává tette az utóbbi időben a kínai napelemgyártást, az valójában a minőség. A nagy japán és német gyártók régóta utolsó mentsvárukként emlegették, hogy "jójó, olcsó a kínai napelem, de rossz a minősége". Nos, ez a jelek szerint már nem igaz 2010-ben. Egy példa: a német Q-Cells átlagos monokristályos cellahatékonysága 17%, miközben a taiwani Neo Solaré 17,8%, a Sunteché pedig 18%. És az összeszerelésnél is nagyon sokat javultak, ami pedig a garanciák hosszabodásában is megjelenik, a Canadian Solar pl. már 6 év garanciát ad, miközben a Kyocera csak tavaly emelte fel 2 évről 5 évre a gyártói garancia hosszát.

A nagyobb gyártók, mint a Canadian Solar, Suntech, Trina, Solarfun vagy a Yingli ma már ugyanúgy teljesen automata gyártósorokon készíti moduljait, mint a nagy német és japán gyártók - ráadásul ugyanazoktól a nagy német és amerikai technológiai cégektől szerzik be gépeiket és összeszerelő gyártósoraikat, mint nyugati versenytársaik, így könnyen tudják ugyanazt a minőséget hozni.

Tegyük gyorsan hozzá, hogy nem minden kínai cég gyárt jó minőséget: száznál is több kínai napelemgyártó van már, és főleg az újabbak már nehezebben építik ki saját márkájukat és brandjüket. Nekik így csak az ár marad, amivel versenyezni tudnak - így láthatunk nagyon olcsó napelemeket név nélkül. Egy másik kitörési pont a kisebb kínai gyártóknak az OEM gyártás: nem kevés német cég kínál saját germán márkaneve alatt valójában Kínában gyártott napelemeket (ha megnézzük a TÜV minősítésüket, mindig kiderül a gyártás valós helye).

S hogy mi a titka a kínaiak alacsony ár mellett javuló minőségének? Egyrészt még mindig igaz a régi alapelv, miszerint Kínában könnyű tőkéhez jutni, olcsó az infrastruktúra és alacsony az egyre jobban képzett munkaerő költsége. Ezen túl még hozzátehetjük, hogy a nagy kínai gyártók ügyesen kombinálják a nyugati drága gépeket a nem-kritikus gyártási lépéseknél az olcsó kínai megoldásokkal - és egyre inkább automatizálva. Ráadásul bőségesen válogathatnak a helyi beszállítók közül (az ipari gázoktól az üvegen át a csomagolóanyagokig), és az alkupozíciójuk is jobb, mint amit nyugati cégek külföldiként valaha is elérhetnek.

Összegezve a kínaiak elképesztő fejlődése a napelemgyártásban még sok fejfájást fog okozoni az európai és német versenytársaiknak, és ez a fő téma mostanában: hogy nem is látszik jelenleg a megoldás, hogy hosszú távon hogyan élhetik túl a kínai versenyt. Mert míg a tavalyi év végén számos német és japán gyártó veszteségekről számoltak be a válság miatt kissé megtorpant napelemes piacon, addig a kínai többsége nagyobb szeletet tudtak kihasítani agresszív áraikkal - és végül az összes nagy kínai cég nyereséget tudott felmutatni 2009 végén.

Ezek alapján nem meglepő, hogy a legnagyobb cella gyártók ('C-Si cells' az alábbi listán) között 6 kínai cég, míg és a legnagyobb modul gyártókból ('Modules') öten szintén kínaiak. És nagyon valószínű, hogy a következő években ez az arány még tovább fog nőni.

Az egyik legtermészetesebb kérdés egy nem kis összegű befektetés előtt, hogy mennyi hozamot várhatunk el - azaz napelem esetében hány kWh-t fog megtermelni a rendszerünk. Hiszen ez alapján (az áramárral összevetve) számolhatunk megtérülést.

Mivel itthon nagyon vad számokat is hallottam már, fontos egy megbízható, külső és elfogulatlan forrás a napelem teljesítmény számolásra.

Ez az igény más európai országban már régebben felmerült, olyannyira, hogy az EU Bizottság is foglalkozott vele, pontosabban megbízást adott egy nyílvánosan elérhető kalkulátor kidogozására.

Ennek eredménye itt látható, ezzen a weboldalon mindenki kiszámolhatja, hogy lakóhelyén az éves átlagos  napsugárzással, hőmérséklettel (aminek növekedése bizonyos százalékkal rontja a napelem teljesítményét), beesési szöggel, visszatükrözódéssel, a rendszer veszteségeivel (kábelek, inverterek áramvezetési és átalakítási veszteségével) együttesen  mennyit fog termelni a napelemes rendszere.

Még azzal is játszhatunk a kalkulátorban, hogy ha nem ideális a tetőnk (ami Magyarországon 35 fokos és pontosan déli irányú), hanem pl. 20 fokkal dél-keleti és 45 fokos dőlésszögű, akkor mennyi áramra számíthatunk.

Talán csak annyit fűznék hozzá, hogy ez néhány éves adatok alapján készült, és azóta az technológia (főként az invertereknél) fejlődött, így ma már lehet egy 10% vesztességgel számolni az alapbeállítás 14%-a helyett.

A kalkulátor alapbeállításai alapján 1100 kWh-t termelhetünk átlagosan Magyarországon 1kW-os rendszerrel, konkrétan például Sopronban 1040 kWh-t, míg Gyulán 1150kWh-t (és értelemszerűen egy 2 v. 3kW-os rendszernél ennek két- vagy hároszorosát). Egy száraz és napos nyáron kicsit jobb lehet, egy esős nyár után pedig kevesebb - de ezek a szezonális eltérések 5-10 év távlatában kiegyenlítik egymást.

Az alapbeállítások jók a kalkulátorban, talán egy korszerű 96-97%-os inverter esetén 10%-ra átírható a system losses, de összességében látható, hogy itthon nem nagyon érdemes 1200kWh-nál többre számítani egy évben 1 kilowatt napelemtől.

Az első rész folytatása.

A korai próbálkozások után az 50-es évek elején az amerikai Bell Laboratories-ban Calvin Fuller és Gerald Pearson folytatott kísérleteket szilícium tranzisztorokkal, ők ültették át gyakorlatba az elméletet és hozták létre az első jól működő tranzisztorokat - ami napjainkban szinte minden elektronikus eszközben megtalálható.

Kísérleteik közben figyeltek fel arra, hogy a szilíciumot galliummal vegyítve pozitív, míg lithiummal bevonva negatív töltésűvé válik - és a kettő találkozásakor állandó elektromos mező jön létre.

Fuller és Pearson a tranzisztorokra koncentrált a továbbiakban is, de egy munkatársuk, Darryl Chapin akkumulátorok és áramellátás lehetőségeit kutatta. Ugyanis az akkori száraz-cellás akkumulátorok trópusi környezetben nagyon gyorsan elhasználódtak, és erre kerestek alternatív megoldást a Bellnél. A hő, szél és gőz-alapú áramtermelés mellé Chapin javaslatára a fotovoltaikus lehetőségeket is bevették a kutatásokba.

1953 februárjára Chapin először szelénnel próbálkozott, amivel már az 1800-as évek végén értek el eredményeket. Az első elkészült napelem 0,5%-os hatásfokú volt. Ekkor jutott el a párhuzamos kutatás híre Pearsonhoz (bár egy cégnél dolgoztak, de más területen), aki azt javasolta Chapinnek, hogy szelén helyett szilíciummal próbálkozzon. És igaza volt: a második napelem a Bell Labs mérései szerint már 2,3%-os hatásfokot produkáltak. Chapin meglátta a lehetőséget, és első számításai szerint elméletileg akár 23%-ra is képes lehet a szilícium. Reális célként azonban 5,7%-ot tűzte ki magának, mert az önálló áramtermeléshez és akkumulátorok töltéséhez (alapfeladatához) ez felelt meg.

Itt azonban megtorpantak a kutatások: egyrészt mert a fényes szilícium visszaverte a napfény nagy részét, ahelyett, hogy a fotonok a lazán kötődő elektronokat mozgatnák - azaz áramot termelnének. Chapin fejlesztette ki az első az első tükröződést tompító megoldást: matt, de átlátszó műanyaggal vonva be a szilícium felületét, amivel már 4% közelébe került a hatásfok. Az 5-6%-os cél még mindig messze volt.

Ekkor azonban az RCA, az akkori fő amerikai rivális az elektronikai fejlesztésekben hangzatos bejelentést tett saját fejlesztéséről, ahol szilíciumot stroncium-90-nel vegyítve állítottak elő félvezető és áramtermelő forrást. A biztonságos tárolás hiánya és a stroncium erős rádioaktív sugárzása miatt ez a megoldás sose került mindennapi használatra, de fokozota a nyomást a Bell kutatóin - és Chapin mellé áthelyezték Fullert is.

Fuller kémikus volt, és hónapokon belül megoldotta Chapin több problémáját is, főként a szilícium arzénnal és boronnal való kezelése révén tovább csökkentette a fényvisszaverődést, a vékony rétegek növelték a pozitív töltöttséget. 1954 első napos délelőttjén 3 cellát teszteltek, és az egyik közel 6%-os ért el (ami pl. a mai aSi napelemek hatásfokának felel meg). Chapin, Fuller és hozzájuk csatlakozva Pearson tucatnyi napelem-táblát szerelt össze, és a sikertől és megismételhetőségtől fellelkesülve "elsődleges áramtermelési megoldást" láttak a napelemekben.

A Bell 1954. április 25-én mutatta be a nagyközönségnek napelemeit, kivívva a washingtoni Nemzeti Akadémia elismerését is. A New York Times első oldalon számolt be az eredményről, és egy új korszak kezdetéről írtak, ami "elvezethet az emberiség egyik legfontosabb álmához, a Nap végtelen energiájának használatához a civilizáció szolgálatában". Ezzel kezdődött napelemek felhasználásának rögös útja.

Az egyik előző bejegyzésben szó volt a vékonyrétegű napelemekről, s hogy viszonylag új szereplőnek tűnnek a piacon - pedig valójában már több évtizede kifejlesztették a technológiákat.

Ha arra vagyunk kiváncsiak, hogy mi számít igazán újdonságnak mostanában a napelemes technológiák között, akkor az organikus PV fejlesztése a leggyakrabban előhozott téma.

Az organikus napelem technológiák valójában két fő irányt jelentenek: 
- félvezető organikus polimerek
- fényérzéskeny festett cellák (dye-sensitised cells, DSC).

A félvezető polimerek trükkösen előállított mesterséges molekulaláncok, melyek a vékonyrétegű napelemekhez hasonlóan félvezető tulajdonsággal rendelkeznek, így napelem előállítására alkalmasak.

Ezzel szemben a DSC-technológia sokkal inkább a természetes fotozintézist utánozza, csak a zöld klorofil helyett jellemzően vöröses festékréteg nyeli el a fotonokat és generál elektromos feszültséget - és itt a víz bontása helyett egy fémrétegben (jellemzően ruténium- ban, vagy titán-dioxidban) mozgatja meg az elektronokat, azaz hoz létre elektromos töltést. A bal kép is ezt mutatja be, a piros háttérrel a BSC-technológia működése látható, a zöld háttéren a fotoszintézisé.

Az organikus megoldásokkal ugyanúgy bevonhatók különböző felületek, mint a vékonyrétegű technológiák esetén, tehát nem csak üvegre, hanem fémre, műanyagra is felvihetők.

Az organikus technológia további előnyei, hogy kevésbé érzékeny a fény beesési szögére, így nem pontosan déli tájolás esetén is jól használhatók. Ráadásul kiválóan színezhetők és mintázhatók is.

De a legfontosabb ígéret, hogy nagyon olcsón állíthatók elő, nagy felületek vonhatók be velük szinte festéshez hasonlóan - de egyelőre ezt nagyüzemi gyártás híján nem sikerült a gyakorlatban igazolni.

Az organikus napelemekben ma már nagy energetikai és olajvállalatok is fantáziát látnak, amit jól mutat a francia Total 45 millió dolláros befektetése az amerikai Konarka fejlesztőcégben. A pénz biztosan jól jön majd, mert egyelőre még nagyon alacsony (4% körüli) hatásfokú hajlékony napelemeket viszonylag drágán, 2 $/W áron tudják előállítani a szén-alapú organikus polimer napelemeket. A cég vezetői azonban optimisták, a gyártásméret növelésével 1$/W a cél, és laboratóriumban már 6%-os hatásfokot is el tudták érni - és a cég vezető kutatója és alapítója az az Alan Heeger, aki 2000-ben kémiai Nobel-díjat kapott a félvezető polimerek felfedezéséért.

A magas áron túl egyelőre van még egy megoldandó gond az organikus modulokkal, nevezetesen az alacsony életkorúk. Míg a hagyományos, kristályos és vékonyrétegű napelemeket 20-25 év teljesítménygaranciával árulják, addig az organikus napelemek 3-5 évig működnek a jelenlegi tesztek alapján. Nem véletlen, hogy most még fő piacként gyorsan elhasználódó használati tárgyakat látják, mint pl. a futártáskákba épített telefontöltő.

Egyelőre tehát még bőven akad megoldandó feladat az organikus napelemeket fejlesztő cégek előtt, mire jól eladható és a most használatos napelemes teszteken is megfelelően teljesítő napelemeket sikerül majd nagytételben és tömegtermelésben előállítaniuk.

De kétségtelenül a PV-szektor egyik fejlődő ágáról van szó, amit jól mutat, hogy még a mostani válságos időkben is olyan nagy cégek fektetnek be az organikus fejlesztésekbe, mint a BASF vagy a Bosch.

A Solarbuzz új negyedéves jelentése, és az ezzel módosított éves előjelzése szerint még az idén is 5%-kal nőtt a napelemes piac a tavalyi évhez képest. A korábbi előrejelzések az 2009-re néhány százalékos visszaesést jósoltak (ld alábbi kép), de az év végén megugrott német kereslet végül mégis növekedéshez vezetett.

2009-ben a világban összesen 6.37 GW-nyi napelemet adtak el, annak is 71%-át Európában. A legnagyobb piac újra Németország lett, itt adták el az összes napelem felét a világban. A németek Spanyolországtól vették vissza a vezető helyet, miután a spanyolok jelentősen csökkentették betáplálási támogatásukat az idén.

A további négy legnagyobb európai piac: Olaszország, Belgium, franciaország és Csehország.

Az iparágban várt amerikai fellendülés elmaradt az év elején megjelent előrejelzésektől, de így is 54%-kal bővült a napelemes piac az USA-ban.

A kristályos modulok árának csökkenése meg is növelte ezen panelek részesedését a piacon, miközben a vékonyrétegű modulok hányada csökkent.

Úgy tűnik, a cseh kormány lassítani akar a PV-szektor gyors növekedésén - és várhatóan csökkenteni akarja ezzel járó kiadásait is.

Csehországban 2008. második felétől érhető el a korszerű napelemes támogatási forma, a betáplálási támogatás, ami gyorsan növekedési pályára állította a megújuló energiák felhasználását. 2009-ben a napelemből termelt áramot 20 évre garantáltan 52 eurocentért (kb 140 Ft/kWh áron) köteles visszavásárolni minden cseh áramszolgáltató. 

A garantált és kiszámítható megtérülésre több külföldi befektető is rámozdult, elsősorban természetesen a szomszédos és piacon már nagyon jártas német cégek, aminek meg is lett az eredménye: csak idén közel 80 MW-ot installáltak a csehek (összehasonlításul: Magyarországon az összes, mai napig telepített napelem kapacitás 400 kW körüli, azaz csak idén 200-szor több napelemet telepítettek, mint itthon az elmúlt 10 évben összesen).

És mindemellett csökkennek a cseh áramárak jövőre.

Most a zöldáram visszavásárlási árra 5%-kos csökkentést jelentett be a cseh kormány 2010-től, ami az idén a napelem-piacon látott 30%-os árcsökkenés mellett még nem is jelentős - a megtérülések így bőven megmaradnak, és várhatóan továbbra is szépen fejlődik a cseh napelemes piac. Ez nyilván jót tehet a gazdaságnak is, hiszen az idei válságos év után minden ország szeretne szép növekedési számokat látni jövőre.

Sokak szerint azonban nem is a csehek, hanem a bolgárok lehetnek a következő húzó-ország a napelemes piacon, a nyilván magasabb napsütéses óráival és hasonló támogatási rendszerével - ott csak az lehet kérdés, hogy a csehekénél sokkal romosabb költségvetés bírja-e a támogatást, illetve hogy az eddigi kiadások elkezdenek-e visszafolyni a gazdaságba és sikerül-e tartós növekedési pályára állítani a szektort.

Az egyik kedvenc napelemes szaklapom (PV Magazine) lehozott egy cikksorozatot a napelem történetéről, a pionírok nehéz napjairól - gondoltam hátha mást is érdekel, úgyhogy röviden összefoglalom az egyes cikkeket (a cikkek egyébként John Perlin: From Space to Earth napelem történeti könyvének kivonatai).

A mai napelemek egyeneságú ősét egy véletlen indította útjára az 1860-as években. Willoughby Smith az egyik vezető elektromos munkatárs volt a Trans-Atlantic Telegraph-nak (akkoriban óriási összegeket fektettek a telegráf és a telefon kábelek kiépítésébe és a világszintű telekommunikáció létrehozásába). Smith csak egy olcsó megoldást keresett a tenger alá fektetett kábelek hibáinak keresésére. Kristályos szelénnel való kísérletei során segéde megjegyezte, hogy éjszaka megfelel a céloknak a szelén, de nappal mintha másként viselkedne.

További kísérletek és egy rövid publikáció komoly tudományos érdeklődést váltott ki Európában, de az első igazi pontos ok-okozati kifejtést egy brit professzor, William Grylls Adams végezte a szelén ellenállását vizsgálva, ő jött rá hogy egy szilárd anyagban csak a fény hatására (kizárva a hőt a kísérletek során, ami már akkor ismert volt és termál-elektromosságnak nevezték) elektromos áram kezd áramlani a szelénben - a jelenséget fotovoltaikus elektromosságnak nevezte el.

Az első igazi napelemet Charles Fritts készítette New Yorkban: egy táblán szelén réteget vékony és félig átlátszó aranyfilmmel vont be 1885-ben, ami folyamatosan tudott áramot termelni. Fritts optimistán ki is jelentette, hogy "egy napon még a fotovoltaikus áramtermelés versenyre kelhet a széntüzelésű elektromos erőművekkel" - amiből az elsőt egyébként Thomas Edison építette alig három évvel korábban.

Fritts el is küldte napelem modulját Ernst Werner von Siemens-nek, akinek elismertsége Edisonéhoz volt hasonló az elektromosság területén akkoriban és aki szintén kísérletezett szelénnel. Siemens a "fotovillamosságnak" óriási jelentőséget tulajdonított, azonban igazi magyarázatot a fotovoltaikus jelenségre ekkor még senki se tudott adni, pedig Siemens is sürgette a további kutatásokat.

Azonban a tudományos kutatások inkább a termál-fizika irányába indultak, ráadásul az elektromos áram előállítására sorban érkeztek a megoldások (hő, víz, gázerőművek). De legfőképp akkor még nem volt ismert a Napból érkező teljes energiaspektrum felépítése.

1905-ben Einstein egy akkor tudományos körökben meglepetést keltő tanulmányt tett közzé, melyben a Napból érkező energiacsomagokról írt, melyet ő quanta-nak hívott (és ma mi fotonnak). Felfedezése nyomán számos kutatás indult újra, és a 20-as évekre lett tisztázva, hogy a rövidebb hullámokban érkező fotonok sokkal erősebb fotovoltaikus hatást keltenek, és a félvezető anyagokban a "gyengébben" kötődő elektronokat le tudják szakítani az atom körüli pályáról - és az elektronok mozgása pedig maga az elektromos áram.

A magyarázat tehát meglett, a napelemek mégse indultak gyors fejlődésnek: az akkori kutatások és a felhasznált alapanyagok rendkívül drágák voltak, és ahogy fejlődni kezdett az energetikai üzlet, egyre többen látták be, hogy az akkori napelem modulok sose hozzák be előállítási költségüket az általuk termelt árammal. Ráadásul a szelén modulok gyorsan veszítettek is teljesítményükből.

Így az első próbálkozások után, majd a két világháborúval egy időre háttérbe kerültek a napelemek és a fotovoltaikus kutatások - és csak az 50-es években indultak igazán újra. De ezt majd a következő részben.

Folytatás, 2. rész itt