A napelem olyan berendezés, amely képes a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítani. Működése az Albert Einstein által 1905-ben leírt fényelektromos jelenség (fotoelektromos effektus) elvén alapul. Einstein ezért a felfedezéséért (és nem a speciális relativitáselmélet megfogalmazásáért, mint ahogy azt sokan tévesen tudják) kapott 1921-ben Nobel-díjat.
Elméletének alapja az, hogy a fény részecskékből, ún. fotonokból áll, melyeknek energiája arányos a fény frekvenciájával, azaz E = h x f, ahol „E” a foton energiája, „h” a Planck-állandó (6.626 x 10-34 Js), „f” pedig a fény frekvenciája.
Ha egy anyagra (általában fémre) küszöbszintnél nagyobb frekvenciájú elektromágneses sugárzás, esetünkben fény vetül, akkor a szóban forgó anyag felszínéről elektronok válnak ki. Ahhoz, hogy egy anyag felületéről elektron lépjen ki, az adott anyagra jellemző minimális energiára, más néven kilépési munkára van szükség. Ha az anyag felszínének ütköző foton energiája nagyobb, mint ez az érték, akkor elektron lép ki az anyagból.
Ez a törvényszerűség a következő egyenlettel foglalható össze: Ekin = h x f – W, ahol tehát „Ekin” a kibocsátott elektron maximális mozgási energiája, „h” a Planck-állandó (6.626x10-34 Js), „f” az elektromágneses hullám (fény) frekvenciája, „W” pedig a kilépési munka.
A napelemek gyakorlati alkalmazása már széles körben elterjedt, bár az energiatermelés területén igazából a közeljövőben várható áttörés. Előnyük, hogy ingyen áramot termelnek bárminemű káros anyag kibocsájtása nélkül, hátrányuk, hogy viszonylag borsos áruk mellett a legkorszerűbb napelemek hatásfoka is csak körülbelül 20 százalékos.
Szolárcellákkal működik a mindenki által jól ismert napelemes számológép, vagy például a napelemes kerti lámpa és egyre több helyen látható, hogy a parkolóórák működéséhez is a napenergiát használnak fel, sőt léteznek már olyan „bio” lakóépületek is, ahol az energiát döntően a napsugárzásból nyerik. A nagy remények természetesen a naperőművek elterjedéséhez fűződnek, melyek 2003-ban már több mint 700 megawatt energiát állítottak elő világszerte.
forrás: geographic.hu
