GÜNEŞ PİLLERİ (FOTOVOLTAJİK PİLLER) REŞAT KARATEPE

Güneş Enerjisi Güneşin uzaya yaydığı enerji aslında güneşin çekirdeğinde gerçekleşen nükleer tepkime (füzyon) süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir. Füzyon; güneşteki 2 hidrojen atomunun yüksek sıcaklık altında birleşmesidir. Bu reaksiyon neticesi Helyum meydana gelirken ciddi bir enerji de açığa çıkar.Işınım şeklinde uzaya yayınan bu ışık (radyasyon) milyonlarca kilometre kat ederek dünyamıza ulaşır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m2 değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat ve kat fazladır.

Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir: Isıl Güneş Teknolojileri: Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir. Güneş Pilleri: Foto-voltaik piller de denen bu yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler

GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİ Tarihçe Güneşten yararlanma çok eskilere dayanır. Bilinen ilk uygulamalardan biri, Arşimed’in Sirakuza’da güneş ışınlarını büyük aynalarla yoğunlaştırarak düşman gemilerine odaklaması ve onları yakması olarak bilinir.

güneşle çalışan buhar makinası, baskı makinası A.B.D.‘de Mojave çölünde kurulmuş bir Güneş enerjisi santrali. Kulenin çevresine 1.818 toplayıcı yerleştirilmiştir . 19.yy da güneş enerjisi uygulamaları artmıştır. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi ile metal eritme Su dağıtma, buhar üretme, güneşle çalışan buhar makinası, baskı makinası

20.yy da insanların yaşamına giren petrol, güneş enerjisi kullanımıyla ilgili gelişmeleri bir ölçüde frenlemiştir. 1974’deki yapay petrol bunalımı ve petrol fiyatlarının artması sonucu güneş enerjisi üzerindeki çalışmalar, yeniden hız kazanmıştır. Özellikle evlerde sıcak su  sağlanmasında güneş kolektörleri kullanımı bu yüzyılda yaygınlaşmıştır. Yine, yoğunlaştırılmış güneş enerjisinin kullanıldığı güneş santralleri bu yüzyılda yapılmaya başlanılmıştır.

Bugün dünyaya 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.

1954 yılında Bell laboratuarında güneş pillerinin geliştirilmesi ile güneş pilleri güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlar olarak giderek yaygın kullanım alanları bulmuşlardır. Güneş pillerinin ilk büyük ölçekli uygulama alanı, uzay çalışmalarında olmuştur.

Çalışma İlkesi Güneşten yer yüzüne gelen ışıma ortalama 1000 W/m2 %10 verimli pillerden oluşan panel varsayalım 1m2 panel çıkış gücü 100 W/m2 100 wattlık ampul yakmak için 1 m2 panel gerekli 2400 wattlık fırın için 24 m2

Güneş Pili Sisteminin Yapısı ve Sistemin Gelişimi

Tarihsel Gelişme Birinci nesil güneş pilleri Silisyum tabanlı (tek kristal) Tek eklemli Geniş alanlı Verim %20’nin altında Ticari piyasanın %86’sına hakim

Tarihsel Gelişme İkinci nesil güneş pilleri İnce film teknolojisi Taban kafes yapısına uyumlu Uzay/uydu uygulamalarında yaygın AM0 şartlarında %28-30 verim Pahalı Yeryüzü uygulamalarında AM0 şartlarında %7-10 verim Ucuz

Tarihsel Gelişme İkinci nesil piller (devam) Silisyum malzeme Amorf silisyum Çok kristalli silisyum Mikro kristalli silisyum Kadmiyum Tellürid Bakır İndiyum Selenid GaAs tabanlı (%37 verim amaçlanıyor) Esnek tabanlara ince film yapı

Tarihsel Gelişme Üçüncü nesil güneş pilleri Çok eklemli Kuantum noktası Karbon nano boru Nanokristal yapı Elektrokimyasal yapı Organik yapı AM0 şartlarında %45 verim hedefleniyor

Çalışma ilkesi Yarıiletken yapıya giren bir fotonun enerjisi yeteri kadar yüksek ise, bir valans elektronunun bağını koparabilir (elektron-delik çifti üretme) Bu şekilde üretilen elektronlar bir tarafta, delikler de karşı tarafta toplanırsa, güneş pili elde edilir. Toplama için bir elektrik alanı gerekir. PN ekleminde bu alan kendiliğinden oluşur.

Çalışma İlkesi elektrik alanı fakirleşme bölgesi p - + n - + n Aktif bölgede oluşacak elektron-delik çiftleri fakirleşme bölgesine girdiğinde elektrik alanının yardımıyla ayrılarak karşı tarafa geçirilir. aktif bölge

Güneş pili, güneş enerjisini doğrudan doğruya elektrik enerjisine dönüştüren bir aygıttır. S10 Antirefleks tabaka Kontak ucu n - Silisyum P - Silisyum Al -Tabaka R Silisyum Güneş Pilinin Yapısı

GÜNEŞ PİLİNİN AVANTAJLARI : • Güneş ışığı hariç herhangi bir yakıta veya şebeke bağlantısına gerek kalmadan elektrik üretebilirler. • Kullanılan yakıtı her yerde ve bedava bulmak olasıdır. • Bakım gerektirmezler. • Güneş pilleri güçlü rüzgarlara, dolu fırtınalarına, sıcaklık değişimlerine dayanıklıdırlar. • 2400 N/m2 gibi çok yüksek basınçlara dayanacak şekilde dizayn edilmişlerdir. • Güneş pilleriyle her yerde elektrik üretebilirsiniz. • Üretim yeri / kullanım yeri arasında uzun kablolar ve bağlantı elemanları olmadığı için kayıplardan kaçınılmış olur. • Modüler bir sistem olduğu için gerektiğinde, yeni modüller eklenerek güç çıkışı arttırılabilir. Elektrik kesintilerine çözüm ve elektrik faturasında indirim.

DEZAVANTAJI: Güneş enerjisinden yararlanmak için yapılması gereken düzeneklerin yatırım giderleri bugünkü teknolojik aşamada yüksektir. Güneş enerjisinin yoğunluğu azdır ve sürekli değildir.istenilen anda istenilen yoğunlukta bulunamayabilir. Güneşten gelen enerji miktarı bizim isteğimize bağlı değildir ve kontrol edilemez. Yıldırım düşmesi… verimleri düşük

VERİM: NEDEN %100 DEĞİL? Fotonların bir kısmı dışa yansıyor Elektrik gücü VERİM = Güneşten gelen güç Fotonların bir kısmı dışa yansıyor Bir kısmı aktif bölge dışında soğruluyor Bir kısmının enerjisi az Fazlalık enerji ısıya dönüşüyor Kontak dirençleri/kaçak akımlar

Güneş Pillerinin Katkısı 2006 Toplam elektrik enerjisi tüketimi 174 637 000 MWh 2006 Güneş Pilleriyle üretilen enerji 3942 MWh Oran = milyonda 22.5 (“devede kulak”)

GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPIMINDA KULLANILAN MALZEMELER :  Güneş pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır: Kristal Silisyum: Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modüllerde ise %15'in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Çokkristal Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır.

Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu çokkristal pilde laboratuvar şartlarında %17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise %10,2 verim elde edilmiştir. Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çokkristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde %16, ticari tip modüllerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir. Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler: Gelen ışığı 10-500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araçlarla modül verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un üzerine çıkılabilmektedir. Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz

Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır Amorf Silisyum: Kristal yapı özelliği göstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modüllerde ise %5-7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum güneş pilinin bir başka önemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir

TÜRKİYE'DE GÜNEŞ ENERJİSİ GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı

Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası Türkiye”nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu bölgesi olup bunu Akdeniz bölgesi izlemektedir. 49 49

DÜNYADA FOTOVOLTAİK DURUM ve PAZARI Güneş enerjisinin çevreye zarar vermeden kullanılmasını sağlayan fotovoltaik panellerin dünyadaki pazarı inanılmaz bir hızla artmakta olup 2007 yılında sektör %62 gibi bir büyüme göstermiştir.Yapılan çalışmalar hızlı artışın önümüzdeki on yıllarda da devam edeceğini göstermektedir. Şekil fotovoltaik pazarın ülkelere göre dağılımını göstermektedir.

BEKLENTİLER: PV pazarı büyümeye devam edecek İnce film PV nin Pazar payı gittikçe artacak Önümüzdeki 5-6 sene süresinde PV nin destek ve teşvik politikalarına ihtiyacı devam edecek 2015 sonrasında sistem fiyatlarının $2-3/W seviyesine inmesi ile PV şebeke eşitliğine ulaşacak