Güneş panelleri ve yenilenebilir enerji

Güneş enerjisi son yıllarda dünyanın ihtiyacı olan enerji ve çevre sorunlarına son derece iyi bir çözüm sağlamıştır. Kendini yenileyen enerjilerin başında gelen bu enerji türü fosil kökenli enerjilerin kullanımının azalmasında etki etmektedir. Peki, güneş enerjisinin elde edildiği bu panellerden ısı ve ışık emilimini arttırmak mümkün mü? Bugün bu konudan bahsetmek istiyorum.

GÜNEŞ ENERJİSİNDEN FAYDALANMA YOLLARI

Güneş enerjisinden alet kullanılan ilk uygulama, MÖ 215’te, Syracusa’yı kuşatan gemilere güneş ışınımını odaklayarak yakan Arşimet yapmıştır. Alet kullanarak güneşten faydalanma yolları

1-) Güneş enerjisinin ısıl uygulamaları olarak; • Sıcak su üretimi, • Buhar üretimi, • Sera ısıtma, • Kapalı hacimlerin ısıtılması, • Kapalı hacimlerin soğutulması, , • Saf su üretimi, • Buz üretimi, • Tuz üretimi,

2-) Elektrik enerjisi üretilmesi,

• Pv sistemleri kullanarak,

• Isıl yöntemlerle şeklindedir.

GÜNEŞ ENERİSİNİN AVANTALARI NELERDİR?

1.Güneş Enerjisi Yenilenebilir ve sürdürülebilir bir enerji kaynağıdır. Kaynak Sonsuzdur.

2. Uzak bölgelerde yaşayan ve ulusal şebekeye bağlı olmayan insanlar için elektrik üretebilecek bir enerji kaynağıdır.

3. Güneş enerjisi sessizdir ve CO2 sıfırdır.

4. İhtiyaçtan fazla üretilecek olan güneş enerjisi, şebekeye bağlanarak satılabilir.

6. Güneş panelleri kurulduğunda diğer enerji kaynaklarına göre daha az bakıma ihtiyaç duyar.

GÜNEŞ PİLLERİ

Güneş pilleri güneş ışınlarını arada başka bir süreç olmadan yani barajlarda veya rüzgâr türbinlerinde olduğu gibi bir jeneratör vasıtası ile elektrik üreten sistemler olmayıp doğrudan elektrik üreten sistemlerdir. Güneş pilleri yarı iletken malzemeden yapılmışlardır. Meteorolojik parametreler, coğrafya ve topografya gibi faktörler herhangi bir bölgede birim alana gelen güneş enerjisinin tutarını ve spektrumunu etkileyen değişkenlerdir. Bundan dolayı güneş pillerinin verimliliği güneş enerjisinden üretilen elektriğin miktarını belirler.

GÜNEŞ ENERJİSİNDEN ISIL YOLLARDAN YARARLANILMASI

Güneş enerjisinden ısıl yoldan elektrik enerjisi üretimi iki yöntemle yapılmaktadır. Bunlar;

1-) Işınım odaklamalı sistemler

Bu sistemler, Çizgisel (silindirik – CSP) ve noktasal odaklamalı sistemlerdir. Şekil 1’de, Çizgisel odaklamalı sistemin prensip şeması görülmektedir. Noktasal odaklı sistemde, yüzeye gelen ışınım, Şekil 2’de görüldüğü gibi yüzeyin karşısındaki bir noktaya odaklanmaktadır.

Şekil 1. Şekil 2.

2-) Işınım yansıtmalı sistemler

Bu sistemler iki türlüdür. Bunlar, Şekil 3’de prensip şeması, Şekil 4’de uygulaması verilen normal aynalı sistem ve Şekil 5’da verilen Fresnel aynalı sistemdir. Fresnel aynalı sistemde, geniş yüzeye gelen ışınım, yüzeyin gerisindeki bir noktaya odaklanmaktadır. Böylece yüksek sıcaklık elde edilmektedir. Isıl sistemlerle güneşten elektrik enerjisi üretimi, günümüzde büyük kapasiteler için uygundur.

Şekil 3. Şekil 4.

Şekil 5.

Güneş panellerinin çalışma prensibi kabaca p-n ekleminden oluşan diyota benzer. Fotoelektrik prensibine dayanan PV paneller fontlar tarafından koparılan elektronlar eklemde hareket geçer ve bir elektrik akımı oluşur. PV panelin yapısında en çok kullanılan malzemeler ise silisyum, galyum, arsenit gibi yarı iletken malzemelerdir. Yarı iletken bir malzemenin güneş pili olarak kullanıla bilmesi için n veya p tipi katkılanması gerekir. Katkılanma saf yarı iletken eriyik içerisine katkı maddesini kontrollü olarak işlenmesi ile oluşur.

Güneş ışınlarından gelen fotonlar sayesinde N tipi bölgede bulunun fazla elektronlar. Elektron eksikliği bulunan P tipi bölgeye doğru hareket ederler, bu hareket elektron-hol çiftlerini oluşturur (Şekil 6).

Şekil 6.

P ve N bölgelerinin elektron azlığı ve çokluğu her iki tarafta da elektrik alan oluşmasına sebep olur. Elektrik alan vasıtası ile birbirinden ayrılan elektron hol çiftleri PV panelin kontak uçları arsında bir güç çıkışı meydana getirir.

Panel Teknolojileri

Fotovoltaik hücreler daha yüksek akım, gerilim veya güç seviyesi elde etmek için elektriksel olarak seri veya paralel bağlanırlar. Fotovoltaik modüller çevre etkilerine karşı sızdırmazlık sağlayacak şekilde birbirine eklenmiş fotovoltaik hücreler içerirler. Fotovoltaik paneller elektrik kabloları ile birbirine bağlanmış iki veya daha çok sayıda Fotovoltaik modül içerirler. Fotovoltaik diziler ise belli sayıda Fotovoltaik modül veya panel içeren enerji üretim ekipmanlarıdır (Şekil 7).

Şekil 7.

Kristaline Paneller: Endüstriyel olarak kullanılan en yaygın panellerdir. Yaklaşık 90 yıl ömürleri vardır. Monokristal ve polikristal olarak vardır.

Mono Kristalin: Kalite ve verimlilik açısından mono kristalin güneş pilleri yüksek verimli mono kristalin hücrelerden oluşmuşlardır. Bu Paneller aynı gücü üreten Polikristalin Panellere göre %1-2 daha küçük alana sahiptir. verimlilikle çalışmaktadır.

Polikristalin: Kalite ve verimlilik açısından polikristalin güneş pilleri mono kristalin olanlardan biraz daha düşük verimli hücreler ile üretilmiştir. Ancak buna rağmen kullanım alanı daha yaygındır. Bunun en büyük nedeni ise daha kolay ulaşılabilir ve buna bağlı olarak daha uygun fiyatla bulunabilmesidir.

İnce film: Işık yutma oranı yüksek olan bu hücreler, düşük verimlilikleri nedeni ile pazar payının küçük bir bölümünü oluştururlar. İnce film fotovoltaik malzeme genellikle çok kristalli malzemelerdir.

Esnek Panel: Geleneksel güneş panellerine alternatif olarak, özellikle çatı uygulamaları için geliştirilmiş bir teknolojidir. PV konstrüksiyonlarının çatıya entegresinin zor olduğu uygulamalarda çatı izolasyonuna zarar vermeden monte edilebilir.

Şeklinde çeşitli panel türleri vardır.

Fakat yapılan son çalışmalarda güneş enerjisi hücresi üretmede kullanılan silikonda ilk kullanıldığı saatlerde meydana gelen bir verim kaybı gözlendi. Bununla birlikte normal şartlar altında kullandığımız panel şekillerinin yanı sıra levhalarda kullanılacak derinlik ve desenler ışık ve ısı emilimini büyük oranda arttırabilir. Bunun sebebi de desenli olan panellerde kristal silikonun (c-Si) ürettiği elektrik akımının yükselmesidir (Şekil 8).