FOTOVOLTAİK PİL EZGİ KUBİLAY CEYHUN BOSTANCI ÇAĞLA GİZEM ACAR

PV NEDİR PV’NİN TARİHÇESİ P VE N TİPİ YARI İLETKENLER FOTOVOLTAİK PİLİN YAPISI FOTOVOLTAİK PİL NASIL ÇALIŞIR? PV ÇEŞİTLERİ PV’NİN ÖNEMİ GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİ PV İLE İLGİLİ TASARIM ÖRNEKLERİ

Günümüzde çeşitli yerlerde elektrik üretimi güneş enerjisinden elde edilmeye başlandı. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde ediyoruz. Peki nasıl oluyor da güneş ışınlarından elektrik elde ediliyor? Güneş pilleri ya da diğer bir deyişle Fotovoltaik piller güneş ışığından elektriği nasıl üretiyor?

Günlük güneş enerjisinin seyreltik ve kesikli olması, bu enerjinin daha etkin ve verimli kullanılmasında sorun olmaktadır. Oysa, bugün dünya ya gelen güneş enerjisi, dünyada kullanılan tüm enerjinin 15-16 bin katı dolayındadır. Bu durumda, dünya üzerinde bu enerjiyi olabildiğince verimli ve etkin kullanabilme yolunu bulmamız gerekmektedir. Bunun yanı sıra, en akıllıca yollardan biri de güneş enerjisini dünyanın dışında yakalayarak bunu bir şekilde elektrik enerjisine çevirerek dünyaya aktarmaktır.

PV TARİHÇESİ 19.yüzyılın başlarında güneş pillerinin buluşunu yaklaştıran ilk gelişmeler sağlandı. A.Edmond Becquerel 1839 yılında platin tabakalar üzerinde yaptığı çalışmayla fotovoltaik etkiyi buldu. 1884 yılında Charles Fritts ilk güneş pili hücresini geliştirmesiyle güneş pili teknolojisine doğru büyük bir adım atılmış oldu. 1954 yılında ise Bell Laboratuvarlarındaki bilim adamları tarafından iyon yüklü silisyum (diğer bilinen adıyla silikon) ile güneş pilleri oluşturularak bugünkü güneş pili teknolojisini belirlediler.

PV NEDİR? Güneş ışığı foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşur. Her dakika güneşten gelen fotonlar dünyanın bir yıllık enerji tüketimine yetecek kadar enerjiyi dünyamıza ulaştırırlar.  Güneşten gelen bu enerjiyi kullanarak elektrik üretme amacı ile güneş panelleri, başka bir deyişle fotovoltaik paneller kullanılır. Güneş pili hücrelerinin üst tabakaları çatlamaların, kırılmaların ve enerji kaybının önlenmesi için yansımayı önleyici kaplama ve korumalardan oluşur. Bu katmanların altında ise N tipi ve P tipi yarıiletken maddeler bulunur.

p tipi ve n tipi yarı iletkenler Yarı iletken malzemeler, akımı iyi iletmezler. Aslında ne iyi bir iletken, nede iyi bir yalıtkandırlar. Çünkü valans bandındaki boşlukların ve iletim bandındaki serbest elektronların sayısı sınırlıdır. Saf silisyum veya germanyum’un mutlaka serbest elektron veya boşluk sayısı artırılarak iletkenliği ayarlanmalıdır. İletkenliği ayarlanabilen silisyum veya germanyum, elektronik devre elemanlarının yapımında kullanılır. Germanyum veya silisyumun iletkenliği ise ancak saf malzemeye katkı maddesi eklenmesi ile sağlanır. Katkı maddesi eklenerek oluşturulan iki temel yarı iletken materyal vardır. Bunlara; N-tipi madde ve P-tipi madde denir. Elektronik devre elemanlarının üretiminde bu iki madde kullanılır.

FOTOVOLTAİK PİLİN YAPISI

Güç çıkışını arttırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir,bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir.Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak birkaç W’tan MW’lara kadar sistem oluşturulur.

FOTOVOLTAİK PİL NASIL ÇALIŞIR 1) Güneş ışığı güneş pili üzerine düşer ve fotovoltaik hücreler tarafından absorbe edilir. Güneş pilinde çok elektrona sahip P tipi yarı iletken madde ve az elektrona sahip N tipi yarı iletken madde bulunur.  2) Güneş ışığı P tipi yarı iletken maddeden elektron koparır. 3) Enerji kazanan elektronlar N tipi yarıiletken maddeye doğru akarlar. 4) Bu sabit tek yönlü elektron akışı doğru akımı (DC) yaratır. Elektronlar kurulan devreler boyunca akarak pillerin şarj edilmesinde ya da farklı alanlarda kullanılır ve P tipi yarı iletken maddeye geri döner.

FOTOVOLTAİK PİLLERİN ÇEŞİTLERİ Güneş pilleri üretim şekillerine göre gruplandırılabilir. 

Monokristalin Güneş Pilleri: Monokristalin güneş pillerinde malzemenin atomik yapısı homojendir. Monokristalin güneş pilleri verimlilik kapasitesi diğerlerine göre en yüksek olan (%20) güneş pili çeşididir. Monokristalin güneş pillerinin üretimleri teknik açısından daha zor olduğundan ve daha çok zaman aldığından dolayı bu tip güneş pillerinin fiyatları da verimlilik kapasiteleri gibi diğer güneş pili çeşitlerinden daha yüksektir. Ancak uzun süreli kullanımlar için düşünüldüğünde monokristalin güneş pilleri dayanıklılık ve verim açısından daha iyi bir seçenek olacaktır.  Güneş pilleri üretim şekillerine göre gruplandırılabilir.  Monokristalin Güneş Pilleri: Monokristalin Güneş Pilleri: Monokristalin güneş pillerinde malzemenin atomik yapısı homojendir. Monokristalin güneş pilleri verimlilik kapasitesi diğerlerine göre en yüksek olan (%20) güneş pili çeşididir. Monokristalin güneş pillerinin üretimleri teknik açısından daha zor olduğundan ve daha çok zaman aldığından dolayı bu tip güneş pillerinin fiyatları da verimlilik kapasiteleri gibi diğer güneş pili çeşitlerinden daha yüksektir. Ancak uzun süreli kullanımlar için düşünüldüğünde monokristalin güneş pilleri dayanıklılık ve verim açısından daha iyi bir seçenek olacaktır. 

Polikristelin Güneş Pilleri Polikristalin güneş pillerinde malzeme birçok monokristalden oluşur ve atomik yapı homojen değildir. Poikristalin güneş pillerinin verimlilik kapasitesi yaklaşık %16 olup monokristalin güneş pillerine göre daha düşük, CIS güneş pillerine göre ise daha yüksektir. Polikristalin güneş pillerinin maliyeti monokristalin güneş pillerinden daha düşük olduğu ve verimlilik kapasitelerinin maliyete oranı yüksek olduğu için bu tip güneş pilleri en sık üretilen güneş pilleridir.

Amorf Silikon Güneş Pilleri Amorf silikon güneş pilleri kristal yapılı olmayan güneş pilleridir. amorf güneş pillerinin yapısı nedeniyle veimlilik kapasiteleri %5 ile %8 aralığında diğer güneş pillerine göre düşük olan değerlere sahiptir. 

CIS Güneş Pilleri CIS (Copper-Indium-Diselenid - Bakır-İndiyum-Diselenid) güneş pilleri diğer güneş pillerine göre çok daha ince tabakalı ve verimlilik kapasitesi %10 civarında olan güneş pilleridir. CIS güneş pillerinin ince yapılı olması montajının kolay olması, maliyetinin düşmesi, geniş yüzeylerde uygulamasının kolaylaşması, hafiflik gibi birçok avantaj sağlamaktadır.

Pv önemi Güneş takibi yapan sistemler alan darlığı olan; güneş enerjisi ile su ısıtma sistemlerinde, panel maaliyetinin çok yüksek olduğu güneş enerjisi ile elektrik üreten sistemlerde ve hem elektrik hem de ısı üreten parabolik aynalı sistemlerde maaliyetin azaltılması ve kullanıla bilirlik açısından oldukça önem taşımaktadır.

Güneş Pili Sistemleri Güneş pili sistemi uygulamaları iki ana gruba ayrılabilir. Şebeke bağlantılı güneş pili sistemleri Bağımsız güneş pili sistemleri

Şebeke Bağlantılı Güneş Pili Sistemleri İlk tür sistem temelde bir yerleşim biriminin elektrik ihtiyacını karşılar. Bu sistemlerde üretilen fazla elektrik şebekesine satılır. Yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda şebekeden enerji satın alınır. Böyle bir sistemde enerji depolanması yapmaya gerek yoktur,yalnızca üretilen DC gerilimin, AC’ye çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir.

İkinci tür şebekeye bağlı güneş pili sistemleri kendi başına elektrik üretip, bunu şebekeye satan büyük güç üretim merkezleri şeklindedir. Bunların büyüklüğü 600-700 Kw’tan MW’lara kadar değişir. Depolama maliyetini ortadan kaldırdığı için bu sistemlerde üretilen enerji nispeten daha ucuzdur. Fakat konveksiyonel kaynaklarla karşılaştırıldığında halen pahalıdır.

Bağımsız Güneş Pili Sistemleri Bu sistemlerde yeterli sayıda güneş pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzere sistemde akü bulundurulur. Güneş pili modülleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu aküde depolar, yüke gerekli olan enerji aküden alınır. Akünün aşırı şarzj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için kullanılan regülatör ise akünün durumuna göre, ya güneş pillerinden gelen akımı ya da yükün çektiği akımı keser.

Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir inverter eklenerek aküdeki DC gerilim, 220V, 50Hz.’lik sinüs dalgasına döüştürülür. Benzer şekilde, uygulamanın şekline göre çeşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir. Bazı sistemlerde,güneş pillerinin maksimum güç noktasında çalışmasını sağlayan maksimum güç noktası izleyici cihazı bulunur.

FOTOVOLTAİK PİL İLE İLGİLİ ÇALIŞMALAR Kırıkkale üniversitesinde yapılan bir öğrenci çalışmasında, güneş enerjisi ile çalışan araç yapılmak istenmiştir. Tasarım sürecinde; Temel olarak maksimum güneş etki alanı sağlarken, ağırlığı azaltmak ve aracı mümkün olan en güvenli hale getirmek amaçlanmıştır. Yapılan araştırmalar ve proje sonuçları güneş enerjisinin taşıtlarda kullanımının önündeki engelleri ortaya koymuştur. Fotovoltaik pillerin verim düzeyleri ve bataryaların enerji kapasiteleri taşıtların bağımsız seyir mesafesini birinci dereceden etkilemektedir. Bu kısıtların iyileştirilmesi güneş enerjisinin taşıtlarda kullanımını artıracak, güneş enerjisinin taşıtlarda ikincil enerji kaynağı olarak kullanılması ise elektrikli araçlarda menzil artırıcı ek bir tedbir olarak geliştirilecektir.

FOTOVOLTAİK GÜÇ DESTEKLİ MİKRO SULAMA SİSTEMİ Bu çalışmada; Şanlıurfa ilinin yüksek güneş enerjisi potansiyelinden yararlanmak amacıyla fotovoltaik (PV) güçle çalışan bir mikro (damla) sulama sistemi (MSS) kurulumu önerilmektedir. Fırçasız doğru akımlı (DC) pompa kullanılan PV-MSS sistemi, belirlenmiş bir alanda, yörede yetiştirilen yerli biberin sulama gereksinimine yönelik olarak boyutlandırılmış olup, tarla etkinliği deneysel olarak araştırılmaktadır. Ayrıca kullanılan DC pompanın, klasik alternatif akım (AC) pompalarla teknik ve ekonomik açıdan deneysel kıyaslamasının yapılmasında hedeflenmektedir. Kıyaslama için aynı boyutlarda, aynı toprak ve bitki desenine sahip iki arazi seçilmiştir. Her iki pompa, aynı dizilime sahip mikro sulama hattına bağlı olup, aynı debide sulama yapılacaktır. Her iki pompa ile ilgili ölçülen deneysel veriler kullanılarak; tarla etkinlikleri ve sistem performansları, teknik ve ekonomik yönlerden araştırılacaktır. Çalışma sonunda gerçek tarla koşullarında elde edilmiş sonuçlar kullanılarak yöredeki çiftçilerin doğru bir şekilde yönlendirilmesi mümkün olabilecektir.

AC MOTOR MSS SİSTEMİ DC MOTOR MSS SİSTEMİ

Sonuç olarak; Güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kullanımlarına ülke enerji politikalarında yer verilmesi, enerji dış alımlarını azaltabileceği gibi fosil yakıtlardan kaynaklanan çevre kirliliğinin azaltılmasını da sağlayacaktır.Tuzluluk ve çoraklaşma sorununa çözüm olacak mikro sulama yönteminin bu sistemlerde kullanılması ile çiftçilere örnek teşkil edecek ve böylece yaygınlaşarak, tuzluluk ve çoraklaşma sorununun azaltılmasına katkıda bulunacaktır.