Napjainkban már szinte elképzelni is nehéz, hogy létezhet olyan ember, aki nem hallott még a napenergia segítségével történő áramtermelésről. Azonban a napelemek működésének megértéséhez szükséges alapismeretek jellemzően csak általános és középiskolai tanórák során elsajátított fizikai tanulmányaink alapján állhatnak rendelkezésre.

Az ilyen berendezések telepítésével foglalkozó vállalat, a Solarzone honlapján is találhatunk magyarázatot egy napelem működéséről.

Találmányok egész sora

Hosszú idő telt el addig, amíg az elektromosság megismerésétől és használatától eljutott oda az emberiség, hogy központi csillagunk, a Nap segítségével már elő is tudjuk állítani e fizikai jelenséget.

A napelemmel előállított elektromos áram több zseniális felfedezés, találmány összességének eredménye és ezek közül az első, ami az alapját adja az egész mechanizmusnak, az a félvezetők felfedezése volt.

Félvezetők, azaz az alapok

A félvezetők neve tulajdonképpen remekül le is írja ennek a kategóriának az elektromosság tekintetében legjellemzőbb tulajdonságát. Nevezetesen azt, hogy a vezető tulajdonságokkal rendelkező és azt nélkülöző anyagok között helyezkednek el. A félvezetők felfedezése szinte felmérhetetlen jelentőségű volt az ipar, a távközlés, az informatika, az energetika és még számtalan terület számára.

Azért kell ezen anyagokról beszélni itt, mert a napelemek működésének alapját is a félvezetők adják, pl. a számítógépek mellett napelemek sem készülhetnének ezen eszközök nélkül.

Könnyű belátni, hogy a vezető képességekkel bíró anyagok vezetik az elektromos áramot, mint ahogy annak belátása sem okozhat nehézséget, hogy a fenti tulajdonságot nélkülöző anyagok pedig szigetelőként funkcionálnak. A félvezetőknek viszont vannak egészen különleges tulajdonságaik is és ezek között az első, hogy bizonyos körülmények között funkcionálhatnak vezetőként, más körülmények között pedig szigetelőként is.

Két szükséges félvezető típus

A félvezetők között megkülönböztetünk “p” és “n” típusú félvezetőket, mely betűk arra utalnak, hogy az első esetben pozitív, míg a második esetben negatív szennyezést kap. Ezek az anyagok jellemzően szilíciumból készülnek. Az „n” típusú félvezető szabad elektronokkal rendelkezik, míg „a” p típusúban elektronhiány jelentkezik. A két réteg összeillesztésénél a lyukak és elektronok rekombinálódnak, minek hatására feszültség jön létre közöttük.

A napfény vizsgálatával kiderül, hogy az nem másból, mint energiával rendelkező részecskékből, fotonokból áll. Amikor napfény éri a napelemet, a beérkező fotonok átadják energiájukat az elektronoknak, melyek így szabaddá válásuk után elindulnak a negatív irányba. Az elektronok helyén keletkezett lyukak szintén képesek elmozdulni, és ők pedig a pozitív irány felé fognak vándorolni.

A célegyenesben

A fény hatására egyszerre alakul ki pozitív és negatív irányba mutató áramlás, ez pedig már az elektromos tér kialakulásához, az pedig a kívánt feszültséghez vezet, mely már kinyerhető a napelemből.