FOTOVOLTAIK HÜCRELERIN YAPıSı VE ÇALıŞMA PRENSIPLERI DOĞRUDAN ELEKTRIK ÜRETIMI

Transkript

1 DOĞRUDAN ELEKTRIK ÜRETIMI DOĞRUDAN ELEKTRIK ÜRETIMI Güneş enerjisinden doğrudan elektrik enerjisi üretmek için güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler) kullanılır. Güneş hücreleri yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerden oluşan sistemlerdir. Güneş hücrelerini oluşturan yarıiletken maddeler üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşmaktadır. Sistem iki elktrottan oluşur, elektrotlar güneş ışını aldığı zaman bir potansiyel fark oluşturmaktadır. Güneş ışınları çarptığı elektronun potansiyelini ve elektron düzenini değiştirerek elektrik akımını oluşturmaktadır. Bir çok elektronik üründe (transistörler, doğrultucu diyotlar) kullanılan silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddeler fotovoltaik hücre imalatında da kullanılmaktadır [11]. FOTOVOLTAIK HÜCRELERIN YAPıSı VE ÇALıŞMA PRENSIPLERI Yarı-iletken maddelerin fotovoltaik hücre olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir. Saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen katkı maddelerinin eklenmesiyle n ya da p tipi yarıiletkenin elde edilir. En yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek için silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element, örneğin fosfor eklenir. Kaynak [11] P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element (alüminyum, indiyum, bor gibi) eklenir. Bu tür maddelere de 'p tipi' ya da 'alıcı' katkı maddeleri denir. P ve N tipi katkılandırılmış malzemeler bir araya getirildiğinde yarı-iletken eklemler oluşturulur. Kaynak [11] 1

2 GÜNEŞ HÜCRELERI (PV HÜCRELER) Güneş hücrelerinin alanları genellikle 100 cm2 civarında, Kalınlıkları ise mm arasındadır. Güç çıkışını artırmak amacıyla, çok sayıda güneş pili birbirine paralel veya seri bir durumda bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir. Bu yapıya güneş pili modülü veya fotovoltaik (PV) modül adı verilir. Seri veya paralel bağlanarak güçleri bir kaç W'tan MW mertebelerine çıkarılabilmektedir. Fotovoltaik hücrelerde güneş enerjisi, hücrenin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 30 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilmektedir [11]. Kaynak [11] Modüller seri bağlanarak istenilen gerilim seviyesi elde edilir. Modüller paralel bağlanarak, modülden istenilen akım miktarı elde edilir. FOTOVOLTAIK HÜCRELERININ YAPıMıNDA KULLANıLAN MALZEMELER [11] Modüller seri-paralel (karışık) bağlanarak istenilen güç elde edilir. Fotovoltaik hücrelerinin yapımında en yagın kullanılan maddeler aşağıdaki gibidir. Kristal Silisyum Galyum Arsenit(GaAs) Amorf Silisyum Kadmiyum Tellürid(CdTe) Bakır İndiyum Diselenid(CuInSe2) Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler 2

3 Laboratuar ortamında 1 cm 2'lik hücre alanı için elde edilen en yüksek hücre verimleri [11], Günes pilinde hareketli parçalar olmadığından teorik ömürleri sonsuzdur. Kristalsi güneş hücresi için: %24.5 Polikristalsi : %19.8 Amorfsi : %12.7 Çok Katlı Güneş Hücreleri : %40 Günes pillerinin verimi, yapımında kullanılan malzemenin cinsine göre değisiklik göstermektedir. Tek kristalli yapılarda %15-17,5. Çok kristalli yapılarda %12-14 Silisyumlu yapılarda %5-8 arasında değişmektedir. Kaynak [7] FOTOVOLTAIK SISTEMLERIN UYGULAMA ŞEKILLERI Güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için kurulan sistemler iki şekilde uygulanmaktadır, Şebekeden bağımsız sistemler (Off-Grid) Şebeke bağlantılı sistemler (On-Grid) ŞEBEKEDEN BAĞıMSıZ SISTEMLER (OFF-GRID) Fotovoltaik Sistemler uygulamaya bağlı olarak aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır, akümülatörler, invertörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik devreleri Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir invertör eklenerek akümülatördeki DC gerilim, 220 V, 50 Hz.lik sinüs dalgasına dönüştürülür. ŞEBEKEDEN BAĞıMSıZ SISTEMLER (OFF-GRID) Şebekeden bağımsız sistemlerde yeterli sayıda fotovoltaik panel kullanılması gerekir. Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzere genellikle sistemde akümülatör bulundurulur. Fotovoltaik modüller gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerji akümülatörden alınır. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için kullanılan denetim birimi ise akünün durumuna göre, ya fotovoltaik modüllerden gelen akımı ya da yükün çektiği akımı keser. 3

4 ŞEBEKEDEN BAĞıMSıZ SISTEM UYGULAMA ALANLARı Diesel jeneraörle desteklenmiş off-grid sistem Haberleşme istasyonları, Telsiz ve telefon sistemleri Petrol boru hatlarının katodik koruması Metal yapıların (köprüler, kuleler vb) korozyondan koruması Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, Hava gözlem istasyonları Bina içi ya da dışı aydınlatma Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı Orman gözetleme kuleleri Deniz fenerleri Deprem ve hava gözlem istasyonları ŞEBEKE BAĞLANTıLı FOTOVOLTAIK SISTEMLER (ON-GRID) Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler yüksek güçtesatral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibi daha çok görülen uygulaması binalarda küçük güçlü kullanım şeklindedir. Bu sistemlerde örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken, üretilen fazla enerji elektrik şebekesine verilir, yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen DC elektriğin, AC elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler (on-grid) Şebeke bağlantılı fotovoltaik (on-grid) sistemler yukarıda görüldüğü gibi ayrıca akü grubu eklenerek de kullanılmaktadır On-Grid sistemler yüksek güçte satral boyutunda sistemler veya binalarda küçük güçlü kullanım şeklinde olabilmektedir. Bu sistemlerde ihtiyaç duyulan elektrik gereksinimi karşılanırken, üretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılabilmekte, yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınabilmektedir. Dolayısıyla böyle bir sistemde enerji depolanmasına gerek yoktur. Üretilen DC elektriğin, AC elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir. 4

5 Fransa nın Provans bölgesindeki tepelere kurulan güneş enerjisi çiftliği KIZÖREN SANTRALI [14] Konya Kızören GES, Konya Kızören de bulunan Türkiye nin en büyük güneş enerji santralidir. Toplamda 22,500 kw kapasiteli İlk fazı 18,500 kw olarak devreye alınan, Toplamda m2 lik alana kurulmuştur. Yıllık ağacın kurtarılması ton CO2 salınımının engellenmesini sağlıyor. İngiltere de Thames nehri üzerine yüzen bir güneş enerjisi çiftliği projesi KIZÖREN SANTRALI [14] Kızören santrali özellikleri [14] 5

6 KAYNAKLAR [11] [12] Şahin, B., Yenilenebilir enerji dönüşüm sistemleri. [13] [14] 6