A napelemet fotovoltikus eszköznek is nevezik, és semmiképpen sem tévesztendő össze a meleg vizet készítő napkollektorral. Az első napelemet 1954-ben az amerikai Bell Laboratóriumban állítottá elő (ugyan ott, ahol hét évvel korábban a tranzisztort). A közös fejlesztőhely nem véletlen, hiszen mindkettő speciálisan szennyezett kristályokból áll.

Az első szennyezett kristályból készített eszköz azonban a dióda volt. Ez két - más-más típusú anyaggal szennyezett - kristály kombinációja, amely az egyik irányba vezeti, míg a másikba lezárja az áramot. A diódában az elektronok áramlása nemcsak feszültség rákapcsolásával, hanem külső "gerjesztéssel" is létrehozható. Például a napsugár fotonjai megindítják a diódában az elektronáramlást, vagyis az áramtermelést.

Kezdetben az ilyen félvezetőket germániumból készítették, de ennél stabilabb kristályrácsa van a szilíciumnak, ráadásul ebből bőven van mindenütt, ahol homok található. A napelem tehát egy nagyméretű dióda, amely 0,7 volt feszültséget állít elő. A magasabb feszültség elérésére sorba, míg az áramerősség fokozására párhuzamosan kapcsolják az alkotó elemeket. A nagyon szabályos kristályrácsú napelemek a legjobb hatásfokúak és a legtartósabbak, nem ritka, hogy a gyártók 25-30 éves garanciát adnak rájuk. A polikristályos napelemek kristályrácsa kevésbé szabályos, viszont az egyszerűbb gyártás olcsóbbá teszi a terméket. Végül az amorf kristályrácsú napelemek a legolcsóbbak, de ezeknek legalacsonyabb a hatásfokuk is.

A legjobb hatásfokú napelemek 20 százalékát hasznosítják a napenergiának, de nemrégiben jelentette be az Egyesült Államokban a Delaware Egyetem, hogy a kutatóinak sikerült feltornászniuk a szilícium napcellák hatékonyságát 42,8 százalékra, céljuk pedig az 50 százalékos hatásfok elérése.

Ez idő szerint az egy kWh teljesítményű korszerű napelem évi 1500 kWh villanyáramot képes előállítani. Vegyünk egy gyakorlati adatot: az 5 fős háztartás havi áramfogyasztása 400 kWh (villanybojler nélkül). A szakirodalom ma nyolc négyzetméter napelemfelületből számol éves 800 kWh villamosenergia-kivételt. Ezzel kalkulálva egy ilyen háztartás ellátásához 48 négyzetméter napelemfelület szükséges.

A napelem használatának van egy nagy hátránya: amikor nem süt a nap, nincs áram. Ez a probléma két módon oldható meg: egyrészt akkumulátorral, amely tárolja az áramot, illetve a napközbeni hálózatba táplálással, majd a sötétedés utáni hálózatból való kivétellel. Ez utóbbi ma még nálunk nem dívik, mivel a szolgáltató nem köteles átvenni az ilyen kis mennyiségű villanyáramot. Az akkumulátorra pedig a környezetvédők néznek ferde szemmel. Ennek ellenére ma nálunk az ilyen, szigetszerű napenergia-termelésnek van létjogosultsága, leginkább ott, ahol távolról és drágán kellene házhoz hozni a vezetékes áramot.

A piaci kínálat változatos, vegyünk néhány példát. Egy 8 négyzetméter napelem-felületű rendszer, amely évi 800 kWh villanyáramot állít elő, kompletten (akkumulátorral, inverterrel és egyébbel) kétmillió forintba kerül. Ehhez jön 30 év alatt egymillió forint karbantartási költség, így egy kWh villamos energia 125 forintba kerül. Másik kínálat: 16 négyzetméter kollektor felületű, évi 2400 kWh-t produkáló komplett berendezés ára 2,7 millió forint, viszont a karbantartására 30 év alatt csak 400 ezer forintot kell költeni. Így egy kWh villanyáram ára csak 43 forint (ez alig több, mint a jelenlegi, nappali tarifás hálózati áram ára).

A példáknál említettük az invertert. Ez egy olyan berendezés, amely a napelem által készített, majd az akkumulátorban tárolt egyenáramot váltóárammá alakítja, így a házban a hagyományos 220-230 voltos berendezések használhatók. Egy hétvégi házban azonban nem kell bajlódni a váltóáramosítással, mivel kapható 12 voltos kompakt fénycső, sőt kávéfőző és vízszivattyú is.

A gyakorlatban a napelemes áramtermelőket kiegészítik szélturbinával. Ezek szintén kis teljesítményű berendezések, de rádolgozva az akkumulátor-telepre, akár éjszaka is töltik azt. A legegyszerűbb változatoknak is van fékjük, amely az erős szélben nem engedi túlpörögni azokat, illetve automatikusan beállnak a szélirányba.

A szélgenerátorokat általában töltésvezérlővel árulják. Például egy 300 W-os egység ára 120 ezer forint, míg a 600 W-osé 300 ezer, de kapható egy kW-os is ugyanennyiért. Egy komplett 600 W-os rendszer (akkumulátorral és inverterrel, de árboc nélkül) 450 ezer forintba kerül. Ugyanezért, de egy kWh teljesítménnyel 680 ezer forintot kérnek. A három kWh teljesítményű szélturbina teljesen kompletten (beleértve a kilencméteres árbocot is) viszont már 3 millió forintba kerül.

A napelem és a szélturbina kombinálásával létre jött komplett rendszerekre egyéni árajánlatokat adnak a forgalmazók. Három évvel ezelőtt egy 4x180 wattos napelem és egy 1 kilowattos szélturbina kombinálásával felépített, működő rendszer beruházási költsége hárommillió forint volt. Ez nagyon szolidan biztosította a kétfős család villamos energiával való ellátását. Ez azt jelentette, hogy világíthattak, nézhettek tévét, számítógépezhettek, és naponta lefuttathattak a mosógéppel egy 40 Celsius-fokos programot. A mikrohullámú sütő bekapcsolását viszont meg kellett gondolniuk. Biztos, ami biztos alapon azért készenlétben tartottak egy benzinmotoros aggregátort is, de ezt csak ritkán kellett bekapcsolniuk.

Miután napenergia "működteti" a fotoszintézist is, végül megemlítünk egy nagyon sajátos áramtermelő berendezést. Egy tavaszi bemutatón figyeltünk fel arra az egyhengeres dízel-motorra, amely képes egész éven át villanyárammal ellátni egy tanyát, nem kell más hozzá, mint egy hektárnyi repce. A motorhoz egy olajsajtoló és egy áramtermelő generátor csatlakozik. A repcéből a sajtoló kipréseli az olajat, amit beöntenek a motor üzemanyag tartályába. Így a hajtóanyagot is maga készíti, miközben áramot termel. A nagyobb energiaigényű berendezéseket illik a motor működése alatt használni, míg a szokványos eszközöket az akkumulátor-inverter páros táplálja árammal. A motor hűtővizét a bojler hőcserélőjére kapcsolják, így az elkészíti a meleg vizet. A sajtolóból kikerülő olajpogácsa pedig elégethető a kazánban. Nincs hulladék, és a berendezés mindössze 600 ezer forintba kerül (igaz, akkumulátor telep és inverter nélkül).

Napelemek egy budapesti társasházon