A földi élet folyamatainak (fotoszintézis, idojárás) energiáját túlnyomó részben ? közvetve vagy közvetlenül ? a Nap szolgáltatja. A civilizációk által felhasznált energiahordozók is a Napsugárzás energiáját konzerválják, vagy alakítják át legtöbbször, valamilyen formában. A fosszilis energiahordozók évezredekkel ezelott élt növényekbol keletkeztek, melyek fotoszintézissel építették fel anyagukat a napsugárzásból táplálkozva. A megújulónak nevezett energiaformák legtöbbször a Napból kapják energiájukat. A szélenergia a légkör egyenlotlen felmelegedése révén kialakuló nyomáskülönbségekbol ered, ami napsugárzás nélkül szintén nem létezne. A vízenergia is csak akkor létezhet, ha a folyók a csapadék miatt nagy vízhozammal egy magasabb helyrol lefelé folynak. A csapadék kialakulásáért is a Nap párologtató hatása a felelos. A biomasszában rejlo energia szintén a Nap energiáját használja. Abban különbözik a fosszilis energiától, hogy nem kell évezredeket várni, cserébe az energiasuruség is kisebb. Az emberi léptékben mérve nem kifogyó geotermikus energia, amely részben a Föld belsejében lévo elemek radioaktív bomlásából táplálkozik, az egyik példája a nem Napsugárzásból származó energiának. További ilyenek az árapály energia (Hold Föld körüli keringésébol származik), és a nukleáris energia (a Föld anyagát felépíto szupernóva-robbanásból származik az urán atommagok energiája). A Föld felszínét éro napenergia intenzitásának napi csúcsértéke (tiszta idoben) 0,7 ? 1 kW/m2 között változik, a tengerszint feletti magasság függvényében. A légkör felso szélén ez az érték 1,370 kW/m2, ezt szokás napállandónak nevezni. [1] A felszínre eso napenergia mennyiségét természetesen befolyásolja még a napszak, az idojárás, leginkább a felhozet, és az hogy milyen szögben felállított felületen vizsgáljuk a napsugárzást. A megújuló energiaforrások egyik fo problémája innen adódik, ?a rendelkezésre állás? idoben és térben erosen ingadozik. Továbbá az a szerencsétlen tulajdonságuk van sokszor, hogy akkor van sok belolük, amikor nincs igény a felhasználásukra. (Senki sem gyújt lámpát nappal, nyáron semmi szükség a melegre, sot?) Ezért raktározni kell az energiát. A megújuló energiaformák energiasurusége kisebb, mint társaiké (fosszilis, nukleáris), ezért eromuvi felhasználásuk nehézkes, nagy területen szétterjedt energiafarmokat kell építeni általában. A mennyiségük azonban háztartási felhasználásra kiválóan alkalmas. A lakásokban szokásos 230 V-os, 16 A-es elektromos hálózat maximális teljesítménye 3,7 kW. Ezt pusztán a Napenergia felhasználásával kb. 4 m2 felületrol ? ha ki tudnánk nyerni mind a 100%-ot, folyamatosan ? elo lehetne állítani. Az energia raktározására számos technológiát kidolgoztak napjainkra. Ilyenek a hidrogéncellák, akkumulátorok. A vízeromuvekben is tudják tárolni az energiát, a duzzasztókban csúcsra járatással (ilyen lett volna a Pilisben, a Prédikálószékre tervezett eromu). A biomasszában a biológiai folyamatok útján befektetett energia (a fotoszintézissel létrehozott) könnyen és jól tárolható. A fosszilis energiahordozók évezredek napenergiáját tárolják és surítik magukban. Ez a laboratóriumi gyakorlat az elektromos energia napelemmel való létrehozását (napelem) és akkumulátorokban való raktározását vizsgálja meg.
A napelemek anyaga ? miért a szilícium? A napelemek szilícium egykristályokból készülnek, ami egyike a napjainkban nagy technológiai sikereket eléro félvezetoknek. A félvezetok gyártására korábban germániumból használtak. A germánium legnagyobb hátránya, hogy szobahomérsékleten nagy benne az ionok mozgékonysága, kristályrácsa kevésbé stabil. Nehéz germániumból hosszú idore ? több tíz év ? stabil eszközt készíteni. A szilícium ugyancsak négy vegyértéku elem, ugyanolyan kristályrácsban helyezkedik el, mint a germánium és a szén a gyémántban. A szilícium a vas után az emberiség által a második legjobban megismert anyag. Elonyös tulajdonsága, hogy a földi elemek közül az egyik leggyakoribb. A tengerpartokon és sivatagokban például nagyon nagy mennyiségben található, hiszen a homok (SiO2) alkotórésze. Az egykristályok eloállításuk során általában 3 vagy 5 vegyértéku elemekkel szennyezettek. Így két típusa van a félvezetoknek: n-típusú (5 vegyértéku elemmel szennyezett, ezért eggyel több elektron van lokálisan a szennyezodések helyén, így negatív) és a p-típusú félvezeto (3 vegyértéku elemmel szennyezett). A szilícium elterjedést a rajta kialakítható stabil, jól kezelheto oxidrétegnek köszönheti. Ebben fotokémiai eljárással ablakot nyitva, ide különbözo, 3 vagy öt vegyértéku elemeket bediffundáltatva lehet a félvezeto típusát megváltoztatni. Így alakítható ki például a dióda, ami egy olyan félvezeto eszköz, amely egy p- és egy n- típusú félvezeto átmenete. Újabb rétegeket (szigetelo, félvezeto esetleg vezeto) létrehozva többrétegu elemek felépítése is lehetséges, tetszés szerint készítheto tranzisztor, kis kapa
Napelem 