Türkiye’de Güneş Pilleri

... konulu sunumlar: "Türkiye’de Güneş Pilleri"— Sunum transkripti:

1 Türkiye’de Güneş Pilleri
Hasan Hüseyin Erkaya Eskişehir Osmangazi Üniversitesi UGHEK’2008

2 Türkiye’de Güneş Pilleri
Tarihsel Gelişme Çalışma İlkesi Kullanıcıya Maliyeti Ekonomideki Yeri Piyasa ve Teşvikler AR-GE Çalışmaları Beklentiler

3 Tarihsel Gelişme 1839: Alexandre-Edmond Becquerel 1883: Charles Fritts
Işıktan elektrik üretmenin keşfi 1883: Charles Fritts Altın-Selenyum kontağı (%1 verim) 1946: Russel Ohl Modern güneş pili patenti 1954: Bell Laboratuvarları Silisyum güneş pilleri yapımı (Kaynak: Wikipedia)

4 Tarihsel Gelişme 1958: Peter Iles 1970: Zhores Alferov
İlk uydu için güneş pili yaptı Çeşitli ülkeler arasında ortak güneş pili araştırması başladı Silisyum, %6 verim 1970: Zhores Alferov GaAs Hetero-eklem güneş pili

5 Zhores I. Alferov: “Heterostructure-based solar cells were created by us as far back as And when American scientists published their early works, our solar batteries have been already mounted on the satellites (sputniks) and their industrial production was in full swing. The cells, when being employed in space, proved their efficiency.”

6 Tarihsel Gelişme 1973-74: Petrol Krizi
Alternatif enerji kaynakları arayışı Güneş pillerine artan ilgi Petrol firmaları güneş pili AR-GE ve üretimi yapıyor Kriz geçtikten sonra ilgi ve AR-GE yavaşladı. (Son yıllarda artan petrol fiyatları, güneş enerjisini ön plana çekti.)

7 Tarihsel Gelişme 1988: Applied Solar Energy Corp.
GaAs seri üretim (%17 verim) 1989: Applied Solar Energy Corp. Ge taban üzerinde GaAs (%19 verim) 1993: Applied Solar Energy Corp. İki-eklemli pil seri üretim (%20 verim) 2000 Üç-eklemli pil (%24 verim) 2002 Üç-eklemli pil (%26 verim) 2005 Üç-eklemli pil (%30 verim)

8 Tarihsel Gelişim 2007: Yüksek verimli piller üreten iki firma var:
Emcore Photovoltaics

9 2007: Yüksek verimli piller üreten iki firma var:
Spectrolab

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

11 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

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

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

14 Kaynak: Martin Green

15 Tarihsel Gelişme Türkiye’de güneş enerjisi
1960’lı yılların başında akademik ilgi başladı Bilgen,E., “Güneş Işınlarından Enerji Elde Edilmesi ile bu Enerjinin Soğutmada Kullanılması,” Doktora Tezi, İTÜ, 1966. Selçuk, M. K., “Solar Stills for Agricultural Purposes,” Solar Energy, V17,2:pp ,1975 İlk çalışmalar Güneş enerjisi potansiyeli tespiti İlgili teknolojinin geliştirilmesi

16 Tarihsel Gelişme Türkiye’de güneş enerjisi
1975: İlk ulusal kongre (İzmir) 1975: ODTÜ’de pasif güneş enerjisi uygulaması 1978: Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü kuruluşu 1982: Meteoroloji + Elektrik İşleri Etüd İdaresi ortak çalışma (potansiyel tespiti) TÜBİTAK MAM

17 Tarihsel Gelişme Türkiye’de Güneş Pilleri
1989: Güneş pili ile çalışan ısı pompası (Ege) 1990lar: Haberleşme sistemlerinde güç kaynağı (50 kWp güç) 1998: EİE Didim Lab Güç Santralı Şebeke Bağlantılı 4,8 kWp Güneş Pili Sistemi 2005: 1.3 MWp kapasite 2010: 3 MWp kapasite hedef

18 10 Mayıs 2008 Türkiye'nin Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası hazırlandı
Yıllık elektrik üretim potansiyeli 380 milyar kWh Güneş piliyle elektrik üretim maliyeti 20 cent gibi yüksek bir rakam olduğu için tüm potansiyel değerlendirilemiyor. %20 verim ile 56 bin MW (megavat) kurulu gücünde bir doğalgaz çevrim santraline denk Bundan sonra güneş tarlaları olacak Yenilenebilir Enerjisi Yasası ile bu yatırımlara 10 yıl alım garantisi var. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Hilmi Güler:

19 Çalışma İlkesi Işık Tanecikleri Elektrik Enerjisi (Fotonlar)
Güneş Pili (Yarıiletken)

20 Çalışma İlkesi yarıiletkenler yalıtkanlar iletkenler Ge Si GaAs
özgül iletkenlik - Yarıiletkenlerin iletkenliği katkılama ile “ayarlanır.” Katkılama p veya n tipi olabilir. Bir parça yarıiletkenin bir kısmı p diğer kısmı n tipi katkılanırsa pn-eklemi oluşur.

21 Çalışma İlkesi Katkısız silisyum 1 cm3 silisyumda 1022 atom var
Her bir silisyum atomu 4 komşusuyla kovalent bağ oluşturur. 0 derece Kelvin sıcaklığında bu bağların hepsi tamam Oda sıcaklığında (300 K) 1.5x1010 valans elektronu bağını koparır ve yapı içinde dolaşabilir. Kopmuş valans bağa “delik” adı verilir (hole, deşik, boşluk diyenler de var). Delikler de yer değiştirebilir.

22 Çalışma İlkesi Katkısız silisyum Katkılı silisyum
Valans elektronunun bağını koparmak için alması gereken en az enerji =“enerji bant aralığı” Silisyum bant aralığı 1.12 eV (elektron volt). Katkılı silisyum Periyodik cetvel 5. sütun elementleri: n-tipi Periyodik cetvel 3. sütun elementleri: p-tipi cm-3 gibi katkılamalar kolay

23 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.

24 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

25 Çalışma İlkesi

26 Çalışma İlkesi

27 Güneş Pili Eşdeğer Devresi

28 Çalışma İlkesi Akım gerilim ilişkisi karanlıkta i + - v P N i v
aydınlıkta

29 Çalışma İlkesi Verim = Neden %100 değil?
Fotonların bir kısmı dışa yansıyor Bir kısmı aktif bölge dışında soğruluyor Bir kısmının enerjisi az Fazlalık enerji ısıya dönüşüyor Kontak dirençleri/kaçak akımlar Elektrik Gücü Güneşten Gelen Güç

30

31 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

32 Akla gelen sorular: Panel kaç volt verecek? DC mi AC mi?
Hava kararınca ne olacak? Buzdolabını çalıştırır mı? Elektriği depolamak mümkün mü? TEDAŞ’a da satılıyormuş, doğru mu? Kilowatt-saati kaç kuruş olacak?

33 Kullanıcıya Maliyeti Güneş pili paneli doldurma sistemi evirici
Doldurucu . . $$ Evirici $$ Akü grubu . .$$$ Destek yapısı $ İşçilik $$ _____________ Toplam $$$$ Güneş pili paneli doldurma sistemi evirici AC yükler Akü grubu DC yükler

34

35

36 Kullanıcıya Maliyeti Günlük enerji gereksiniminden panel miktarı belirlenir: Buzdolabı watt, 3 h çalışma: kWh Aydınlatma 100 watt, 6 h çalışma: kWh Televizyon watt, 10 h çalışma: 0.80 kWh Fırın watt, 0.5h çalışma: 1.20 kWh Diğer kWh Toplam: kWh

37 Kullanıcıya Maliyeti Panel Miktarı
Günlük enerji gereksinimi, güneşin olduğu süre içerisinde üretilecektir (kısa günlerde 6 saat) günlük kWh (3.20 kWh) Panel gücü= = 0.53 kW günlük güneşli süre (6 h) Yaklaşık panel alanı = panel gücü (kW) x 10 m2 = 5.3 m2 (%10 verimli panel)

38 Kullanıcıya Maliyeti Akü miktarı Akü kapasitesi
Depolanacak enerji miktarına göre Çekilecek en fazla güç miktarına göre Akü kapasitesi 12 V,150 Amper-saatlik akü ne kadar enerji depolar? (1 saat süreyle 150 amper verebilir demek) Enerji = 12 V x 150 A x 1 h = 1.8 kWh

39 Kullanıcıya Maliyeti Akü Doldurma Sistemi ve Evirici çekilecek güce göre hesaplanacak Verimler hesaba katılacak İnce hesap için EİE verileri kullanılabilir:

40 Güneş Enerjisi Potansiyeli

41 Güneş Enerjisi Potansiyeli
BÖLGE TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ (kWh/m2-yıl) GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl) ORTALAMA GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/gün) G.DOĞU ANADOLU 1460 2993 8.2 AKDENİZ 1390 2956 8.1 DOĞU ANADOLU 1365 2664 7.3 İÇ ANADOLU 1314 2628 7.2 EGE 1304 2738 7.5 MARMARA 1168 2409 6.6 KARADENİZ 1120 1971 5.4 Kaynak: EİE

42 Güneşli Su Isıtıcı Kullanımı
Yıl Güneş Enerjisinden Isı Üretimi (bin TEP ) 1998 210 1999 236 2000 262 2001 290 2004 375 2007 420 TEP: 1 ton petrol enerjisine denk enerji Isıtıcı panel kullanımı: 12 milyon m² Isıtıcı panel üretim kapasitesi: yılda 750 bin m² (bir kısmı dışa satılıyor) Kaynak: EİE

43 Energy Sources and Proven Reserves in Turkey as of December 2006
Ekonomideki Yeri Energy Sources and Proven Reserves in Turkey as of December 2006 Source Reserve / Potential Comments Wind MW Present electric power production potential in terms of “installed capacity”.  The potential is expressed in different numbers as high as MW. Coal 9 Billion ton Present economical reserve Geothermal 550 MW Estimated potential for electric power production (Total potential MW) Hydro 129 Billion kWh/year Maximum power production if all known sources are utilized. Solar 76 Mtep/year Usable total potential (mtep: million ton equivalent of petroleum) Natural Gas 8 Billion m3 Proven reserve Oil 43 Million ton

44 Ekonomideki Yeri 2007 de güneş enerjisinden faydalanma (Su ısıtmada) TEP Potansiyel: TEP Oran: %0.55 1 TEP = kWh = MWh

45 Ekonomideki Yeri Güneş Pilleri ile Enerji Üretimi
1.5 MWp kapasite, günde 7.2 saat, 365 gün Yıllık üretim = 3942 MWh Petrol dengi: 339 TEP Potansiyel: TEP Oran: milyonda 4.46 (“devede kirpik”)

46 Shares of Fuels in Electricity Generation
RESOURCES 2000 2002 Million kWh % COAL 38.186,40 30,6 32.149,30 24,8 OIL 9.531,00 7,6 10.917,40 8,4 NATURAL GAS 46.216,90 37,0 52.496,50 40,6 HYDRO 30.878,50 24,7 33.683,70 26,0 NON-HYDRO RENEWABLES 108,90 0,1 152,60 TOTAL PRODUCTION ,70 ,50 IMPORT 3.791,30 3.588,20 EXPORT 437,30 435,10 TOTAL CONSUMPTION (TURKEY) ,60 ,70

47 Shares of Fuels in Electricity Generation
RESOURCES 2004 2006 Million kWh % COAL 34.448,00 22,9 46.649,70 26,5 OIL 7.774,00 5,2 4.494,40 2,5 NATURAL GAS 62.242,00 41,3 80.691,20 45,8 HYDRO 46.083,50 30,6 44.244,00 25,1 NON-HYDRO RENEWABLES 150,80 0,1 220,50 TOTAL PRODUCTION ,30 ,80 IMPORT 463,40 573,20 EXPORT 1.144,00 2.235,70 TOTAL CONSUMPTION (TURKEY) ,40 ,40

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

49 2020 Yılına Kadar Dünya Genelinde Güneş Pili Üretim Öngörüleri
Kaynak: EİE

50 Dünyada Güneş Pili Satışları
Kaynak: EİE

51 Kullanım Yerleri Şebekeden uzaktaki binalar Sulama tesisleri
Sokak aydınlatması Karayolu sinyalizasyonu Yol şeridi ikaz lambası Otomobiller (Formula-G Yarışları)

52 Panel Fiyatları Modül Tipi Boyutlar (UxGxD)mm Hücre Sayısı Fiyat (USD)
20W 530*360*28 36 145 30W 630*430*28 205 40W 624*300*28 275 50W 1000*460*28 335 80W 1200*570*35 535 90W 1200*553*35 590 100W 1200*694*35 45 655 150W 1575*814*35 72 975 200W 1650*1000*35 60 1300 245W 1250*1625*50 216 1595

53 Bazı Firmalar

54 Bazı Firmalar

55 AR-GE Çalışmaları Ege Üniv Güneş Enerji Enstitüsü Muğla Üniversitesi
Tübitak MAM

56 Beklentiler Şebekeden uzak yerlerde Güneş pilleri kullanımı artacak
Eskişehir Osmangazi Üniversitesinde spray prolysis ile güneş pilleri üretilecek

57 Sürç-i lisan ettikse affola.
Hasan Hüseyin Erkaya Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü 13 Haziran 2008 UGHEK’2008