Güneş Paneli Nasıl Yapılır?

[berturk2002]

Önceki yazımda güneş paneli nasıl yapılır hakkında bir giriş yazısı yazmıştım. şimdi bu yazıyı biraz genişletmek istiyorum. Sizlere yazıda bahsettiğim Transistörlerden Güneş Paneli yapımını anlatacam.
Güneş paneli yapmak için 2N3055 silisyum power transistörlerden bozuk yada sağlam bulabildiğimiz kadar topluyoruz. Silisyum yarı metal ve bu iş için ideal bir atomdur. Transistörün şekildede görüldüğü gibi tepelerini açıyoruz, neden güneş ışığının silisyumla etkileşmesi gerekiyor. Transistörlerin 3 bacağı vardır ortadaki beys(B) yanlardaki ise emiter(E) ve kollektör(K). Şimdi E ve K yı birbirine bağlıyoruz. Artık elimizde B-, EK+ uç olan 0,7volt 2mA bir güneş paneli var. Bu transistörleri seri bağlayarak voltajı artırabilir, paralel bağlayarak ise akımı artırabiliriz.
Görüldüğü gibi güneş paneli yapmak oldukça zor bir iş, aklımıza hemen bunun daha kolay bir yolu yokmu diye gelebilir...

 

[guven_1986]

2. Fotovoltaik Düzeneklerle Güneş Elektriği

-Fotovoltaik Hücre Nedir?
Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır…
Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.
Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel yada 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 yada paralel bağlanarak bir kaç Watt’tan megaWatt’lara kadar sistem oluşturulur.
Fotovoltaik piller ilk olarak 1839 yılında Fransız fizikçi Edmond Becquerel tarafından bulunmuştur.


Fotovoltaik Hücre Yapıları
Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar. Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Yarı-iletken maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde edilen yarı-iletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır. 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. Silisyum’un dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir. Bu nedenle V. grup elementlerine “verici” ya da “n tipi” katkı maddesi denir.
P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element (alüminyum, indiyum, bor gibi) eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektron olduğu için kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yük taşıdığı varsayılır. Bu tür maddelere de “p tipi” ya da “alıcı” katkı maddeleri denir. P ya da n tipi ana malzemenin içerisine gerekli katkı maddelerinin katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur. N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler çoğunluk taşıyıcısıdır. P ve n tipi yarıiletkenler bir araya gelmeden önce, her iki madde de elektriksel bakımdan nötrdür. Yani p tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir. PN eklem oluştuğunda, n tipindeki çoğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, p tipine doğru akım oluştururlar. Bu olay her iki tarafta da yük dengesi oluşana kadar devam eder. PN tipi maddenin ara yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, N bölgesi tarafında pozitif yük birikir. Bu eklem bölgesine “geçiş bölgesi” ya da “yükten arındırılmış bölge” denir. Bu bölgede oluşan elektrik alan “yapısal elektrik alan” olarak adlandırılır. Yarıiletken eklemin güneş pili olarak çalışması için eklem bölgesinde fotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekir. Bu dönüşüm iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-hol çiftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır. Yarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur. Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar. Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha büyük enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını sağlar. Böylece, elektron-hol çifti oluşur. Bu olay, pn eklem güneş pilinin ara yüzeyinde meydana gelmiş ise elektron-hol çiftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır. Bu şekilde güneş pili, elektronları n bölgesine, holleri de p bölgesine iten bir pompa gibi çalışır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri, güneş pilinin uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. Bu süreç yeniden bir fotonun pil yüzeyine çarpmasıyla aynı şekilde devam eder. Yarıiletkenin iç kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektron-hol çiftleri oluşturulmaktadır. Fakat gerekli elektrik alan olmadığı için tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar.
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.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.
Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çok kristal 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.
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.
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 plastik malzemeden yapılmaktadır. 1980’li yılların ortalarından evvel, PV güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren üniteleri ve kapsülleri (modül) bazı dayanıklılık problemleri göstermiş olmalarına rağmen, bu sıkıntılar genellikle aşılmıştır ve bunların büyük çoğunluğu şimdi memnun edici bir şekilde görevini yapmaktadır. İtibarlı üreticiler ürettikleri kapsüllerin simdi 1-20 yıl ömürlü olmalarına güvenebilmektedir. Birçok üretici en az on yıllık bir garanti vermektedir. Buna karsın, amorf güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren üniteler için garanti genellikle 2-3 yıl arasındadır.
Silikon güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren üniteler ilk piyasaya çıktığında, 1970’lerdeki son derece yüksek seviyede olan, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren ünitelerin fiyatları sürekli aşağıya düşmüştür. Su anda, oldukça büyük kristalli silikon kapsülleri siparişleri için fabrika dışı fiyat yaklaşık 4.00 – 5.00 ABD$/Wp’dir. Donatıların monte edilmiş (kurulu) fiyatları tasıma ve isçilik maliyetleri,kâr hadleri, siparişin büyüklüğü ve bir sürü diğer faktörlere bağlıdır ve 7.00 – 8.00ABD$/Wp’dan aşağı olması mümkün değildir. Gelişmekte olan ülkelerin kırsal alanlarından gelen küçük siparişler için, fiyatlar muhtemelen 10.00 ABD$/Wp’ın üzerinde ayarlanacaktır. Donatıların Bakım ihtiyaçları basittir. Yapılması gereken temel bakım, yüzeyi temiz tutmak olacaktır. Yüzeyin çok az tozlanması bile toplam elektrik akımının azami çıkış gücünü önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca, donatıların üzerine düşebilen kus pislikleri ve yaprak gibi küçük nesnelerin ortadan kaldırılması da önemlidir. Söz konusu nesneler sadece bazı güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren üniteleri gölgelemekle kalmaz, aynı zamanda üniteler diğer güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren ünitelerin sağladığı enerji ile aşırı ısınmış hale gelebilir ve bu durum her zaman için zarar verebilir . Yine donatının tamamen bir şeylerle karartılmamış olduğundan emin olmak esastır; Küçük bir karartılmış alan bile elektrik akımının azami çıkış gücünü %50’ye kadar azaltabilir.
Fotovoltaik Modül,Panel Ve Diziler
Fotovoltaik hücreler daha yüksek akım,gerilim veya güç seviyesi elde etmek için elektriki 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.

Fotovoltaik Hücrelerin Teknik Analizleri

V-I denklemi Kirchoff’un akım(birinci) yasasından türetilerek elde edilmiştir.

Burada;
IPh: : Işık Akımı
ID: Diyot Akımı
IS: Diyot Ters Doyum Akımı
m: Diyot “ideal faktörü” m = 1…5VT Termal gerilim: ; VT = 25,7mV at 25°C.
k s: Boltzmann sabiti k = 1,380658 • 10-23 JK-1
T: mutlak sıcaklık; [T] = K (Kelvin) 0 K = -273,15°C
e: bir elektronun yükü e = 1,60217733 • 10-19 As

 

[guven_1986]

3.7.3.1. Güneş Pilleri ( Fotovoltaik Piller )
GüneĢ pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneĢ ıĢığını doğrudan elektrik enerjisine dönüĢtüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire Ģeklinde biçimlendirilen güneĢ pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2–0,4 mm arasındadır. GüneĢ pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalıĢırlar, yani üzerlerine ıĢık düĢtüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluĢur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneĢ enerjisidir. GüneĢ enerjisi, güneĢ pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkıĢını artırmak amacıyla çok sayıda güneĢ pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneĢ pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç watt'tan mega watt'lara kadar sistem oluĢturulur.
ġekil 2.21. Fotovoltaik Pilin Yapısı Şekil 3.22. Bir fotovoltaik hücrenin eĢdeğer devresi 45
Şekil 3.23. Bir fotovoltaik hücre diyagramı Şekil 3.24. Fotovoltaik hücre, modül, panel ve diziler Şekil 3.25. GüneĢ pili 46
Şekil 3.26. GüneĢ pili Modülü Şekil 3.27. Fotovoltaik paneller 47
Şekil 3.28. Fotovoltaik paneller
3.7.3.1.1. Güneş Pillerinin Yapısı ve Çalışması
Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneĢ pilleri de, yarı iletken maddelerden yapılırlar. Yarı iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneĢ pili yapmak için en elveriĢli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir.
Yarı iletken maddelerin güneĢ pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde edilen yarı-iletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır. En yaygın güneĢ pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek için silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element, örneğin fosfor eklenir. Silisyumun dıĢ yörüngesinde 4, fosforun dıĢ yörüngesinde 5 elektron olduğu için, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir. Bu nedenle V. grup elementlerine "verici" ya da "n tipi" katkı maddesi denir. P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element (alüminyum, 48
indiyum, bor gibi) eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektron olduğu için kristalde bir elektron eksikliği oluĢur, bu elektron yokluğuna hol ya da boĢluk denir ve pozitif yük taĢıdığı varsayılır. Bu tür maddelere de "p tipi" ya da "alıcı" katkı maddeleri denir. P ve N tipi katkılandırılmıĢ malzemeler bir araya getirildiğinde yarıiletken eklemler oluĢturulur. N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler çoğunluk taĢıyıcısıdır. P ve N tipi yarıiletkenler bir araya gelmeden önce, her iki madde de elektriksel bakımdan nötrdür. Yani P tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eĢit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eĢittir. PN eklem oluĢtuğunda, N tipindeki çoğunluk taĢıyıcısı olan elektronlar, P tipine doğru akım oluĢtururlar. Bu olay her iki tarafta da yük dengesi oluĢana kadar devam eder. PN tipi maddenin ara yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, N bölgesi tarafında pozitif yük birikir. Bu eklem bölgesine "geçiĢ bölgesi" ya da "yükten arındırılmıĢ bölge" denir. Bu bölgede oluĢan elektrik alan "yapısal elektrik alan (Ey)" olarak adlandırılır. AĢağıda PN eklemin oluĢması Ģematize edilmiĢtir. Şekil 3.29. PN ekleminin oluĢması Yarı iletken eklemin güneĢ pili olarak çalıĢması için eklem bölgesinde fotovoltaik dönüĢümün sağlanması gerekir. Bu dönüĢüm iki aĢamada olur, ilk olarak, eklem bölgesine ıĢık düĢürülerek elektron-hol çiftleri oluĢturulur, ikinci olarak ise, bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır.
Yarı iletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluĢur. Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar. Bu yasak enerji aralığına eĢit veya daha büyük enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman,
enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını sağlar. Böylece, elektron-hol çifti oluĢur. Bu olay, pn eklem güneĢ pilinin ara yüzeyinde meydana gelmiĢ ise elektron-hol çiftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır. Bu Ģekilde güneĢ pili, elektronları n bölgesine, holleri de p bölgesine iten bir pompa gibi çalıĢır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri, güneĢ pilinin uçlarında yararlı bir güç çıkıĢı oluĢtururlar. Bu süreç yeniden bir fotonun pil yüzeyine çarpmasıyla aynı Ģekilde devam eder. Yarıiletkenin iç kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektron-hol çiftleri oluĢturulmaktadır. Fakat gerekli elektrik alan olmadığı için tekrar birleĢerek kaybolmaktadırlar.
3.7.3.1.2. Güneş Pili Türleri
GüneĢ pili teknolojisi, kullanılan maddeler ve yapım türleri açısından son derece zengindir. GüneĢ pili yapımı için Ģu anda kullanılmakta olan bir düzineden fazla maddenin yanı sıra, yüzlerce maddenin de üzerinde çalıĢılmaktadır. Belli baĢlı güneĢ pili türleri aĢağıda anlatılmaktadır.
3.7.3.1.2.1. Kristal Silisyum Güneş Pilleri
Silisyum yarı iletken özellikleri tipik olarak gösteren ve güneĢ pili yapımında en çok kullanılan bir maddedir ve uzun yıllarda bu konumunu koruyacak gibi görünmektedir. Fotovoltaik özellikleri daha üstün olan baĢka maddeler de olmakla birlikte, silisyum hem teknolojisinin üstünlüğü nedeniyle hem de ekonomik nedenlerle tercih edilmektedir.
3.7.3.1.2.2. Monokristal Silisyum Güneş Pilleri
Ġlk ticari güneĢ pillerinde, Chrozalski kristal çekme tekniği ile büyütülen tek kristal yapılı silisyum kullanılmıĢtır. Fotovoltaik endüstride hala en çok kullanılan yöntem olan bu teknikte öncelikle ark fırınlarında silisyum oksit çeĢitli kimyasal ve termal reaksiyonlardan geçirilerek saf silisyum elde edilir. Daha sonra silisyum eriyiğe çekirdek denen tek kristal yapılı bir silisyum parçası batırılır. Bu çekirdek eriyikten çıkarıldığında soğuyan silisyum eriyik, çekirdeğin üzerine külçe Ģeklinde yığılmıĢ olur. Bu silisyum külçe olmaz bir keski ile dilimlere ayrılır. Bu, iki aĢamada olur. Önce külçe dikdörtgen bloklar Ģeklinde kesilir. 50

 

[guven_1986]

Daha sonra bu bloklar dilimlere ayrılarak pil Ģeklinde iĢlenir. Verimleri %15 civarındadır. Yapım sırasında malzeme kaybının çok fazla olması bu pillerin dezavantajıdır.
3.7.3.1.2.3. Semisristal (Yarı kristal) Silisyum Güneş Pilleri
Bu tip piller, sıvı silisyumun soğutulmasıyla elde edilen kümelenmiĢ küçük silisyum kristallerinden oluĢur. Bu pillerin verimleri %14 civarında olup, kümelenmiĢ silisyum taneciklerinin sınırlarındaki kayıpları bağlıdır.
3.7.3.1.2.4. Ribbon Silisyum Güneş Pilleri
Bu piller, malzeme kaybının azaltılması amacıyla levha halinde silisyum tabakalarından yapılırlar. ÇeĢitli yöntemlerle (Efg, Dendritik ağ) elde edilen bu piller, halen geliĢtirme aĢamasındadır. Verimleri laboratuar Ģartlarında %13–14 arasındadır.
3.7.3.1.2.5. Polikristal Silisyum Güneş Pilleri
Bu piller de ribbon silisyum teknolojisiyle yapılıp, yapıları polikristal özellik gösterir. Halen laboratuar aĢamasındaki bu pillerin verimleri %10‟dur.
3.7.3.1.2.6. İnce Film Güneş Piller
Bu teknikte, absorban özelliği daha iyi olan maddeler kullanılarak daha iyi olan maddeler kullanılarak daha az kalınlıkta (tek kristalin 1-500‟ü kalınlığında) güneĢ pilleri yapılır. Örneğin amorf silisyum güneĢ pillerinin absorbsiyon katsayısı kristal silisyum güneĢ pillerinin katsayısından daha fazladır. Dalga boyu katsayısı 0,7 mikrondan küçük bir bölgedeki güneĢ radyasyonu 1 mikron kalınlığında amorf silisyum ile absorblanabilirken, kristal silisyumda ise aynı radyasyonu absorblamak için 500 mikron kalınlıkta malzeme kullanılması gerekmektedir. Bu yüzden amorf yapılı güneĢ pillerinde daha az malzeme kullanılır ve montaj kolaylığı nedeniyle bir avantaj sağlar. 51
3.7.3.1.2.7. Amorf Silisyum Güneş Pilleri
Amorf silisyum güneĢ pilleri (a-Si), ince film güneĢ pili teknolojisinin en önde gelen örneğidir. Ġlk yapılan a-Si piller Schottky bariyer yapısında iken, daha sonraları p-i-n yapıları geliĢtirilmiĢtir. P-i-n yapısındaki pillerin fabrikasyonu kalay oksitle kaplı iletken bir yüzeyin üzerine çöktürme yöntemi ile yapılır, bu yüzeyin arkası daha sonra metalle kaplanır. Verimleri %5–8 arasındadır. Ancak bu piller, kısa zamanda bozunuma uğrayarak çıkıĢları azalır.
3.7.3.1.2.8. Diğer Yapılar
Bakır indiyum diselenit (CuInSe) maddesinden yapılan ve verimleri %13 civarında olan piller halen geliĢme aĢamasındadır ve daha kararlı çıkıĢa sahip olduğu için absorban özelliği yüksek, verimleri de %12 civarındadır. Bu güne kadar elde edilen en yüksek verime (%24) galyum arsenitten yapılan piller ulaĢmıĢtır. Bu madde ile çeĢitli türde piller elde edilebilmekle birlikte, pahalı olduğu için pillerin, güneĢ spektrumunun daha büyük bir bölümünden yararlanabilmesi amacı ile denenen bir yöntem ise, birden fazla ince film yapısının üst üste konmasıyla elde edilen çok eklemli film yapılarıdır.
Bunların dıĢında, güneĢ ıĢınımının yüksek verimli pillerin üzerine optik olarak yoğunlaĢtıran sistemler üzerinde çalıĢmalar yapılmaktadır. Bu tür sistemlerde güneĢin hareketini izleyen düzeneklerin yanı sıra, güneĢ ıĢığını kıran (mercek) ya da yansıtan (ayna) eleman kullanılır.
3.7.3.1.3. Güneş Pili Çeşitleri
Bakır – bakır oksit ve gümüĢ yarı iletkenleri ile yapılan güneĢ pilleri, selenyum pilleri ve silisyum güneĢ pilleri en çok kullanılanlarıdır.
3.7.3.1.3.1. Selenyum Güneş Pili
Saf selenyum, alkali metallerle veya klor, iyod gibi halojenlerle karıĢtırılıp P tipi yarı iletken oluĢturulur. Bunun üzerine iyi iletken ve yarı iletken / yarı geçirgen bir gümüĢ tabaka birkaç mikron kalınlığında kaplanarak P-N kavĢağı oluĢturulur. ġekil 2.30‟da bir 52
selenyum güneĢ pilinin yapısı görülmektedir. Bu pillerin 50°C‟nin üzerinde kullanılmamaları tavsiye olunur.
Şekil 3.30. Selenyum güneĢ pilinin yapısı
3.7.3.1.3.2. Silisyum Güneş Pili
Uzay araĢtırmalarında kullanılan pillerin çoğu bu türdendir. Silisyum SiO2 halindeki kumdan elde edilir. Küçük bir kristal özünüm, eritilmiĢ potaya daldırılır. Belli hızda döndürülerek potadan çıkarılırken soğuması temin edilir ve kristalin büyütülmesi ile güneĢ pili elde edilir. Eriyik içine P tipi yarı iletkenlik malzemeleri katılır. P tipi kristaller dilimler Ģeklinde kesilir. Sıcaklığı kontrol edilen P2O5 „li difüzyon fırınında N tipi yarı iletkenle 104 – 105 m. derinliğe kadar difüzyon temin edilerek P-N kavĢağı oluĢturulur. Silisyum pilleri germanyumla yapılan pillere göre, daha büyük açık devre direnci sağlar. Buna karĢı silisyumlu pillerin spektral cevabı daha azdır ve kızılötesi ıĢınlara kadar uzanmaz. Akkor ıĢık kaynağı kullanılması halinde, Ge uçlarındaki gerilim küçük olmasına rağmen daha büyük akım sağlar. GüneĢ ıĢınları için ise silisyum pil daha uygundur. GüneĢ pilleri, pahalı oldukları için ulaĢılması güç yerlerde kullanılmaktadır. Metalik iletkenlerin normal sıcaklıktaki özdirençleri 1,6x106–150x106 ohm.cm aralığında değiĢtiği halde iyi bir yalıtkanın özdirenci 1012–1018 ohm.cm arasında değiĢir. Özdirençleri 103 –107 ohm.cm arasında olan elemanlar da yarı iletkenlerdir. Yarı iletkenlerin özdirençleri çok düĢük sıcaklıklarda yalıtkanlarınkine yakındır. Metallerin aksine, yarı iletkenler sıcak bir ortamda, soğukta olduklarından daha iletkendirler. BaĢka bir deyiĢle yarı iletkenlerin özdirençleri sıcaklık arttıkça azalır ve değiĢim katsayısı metallerinkinden 10 kat daha büyüktür. 53

 

[guven_1986]

GüneĢ pillerinin çalıĢmaları ile ilgili teoriyi kısaca Ģu Ģekilde özetleyebiliriz. Metallerde atom sayısı kadar serbest elektron iletkenliği temin eder. Yalıtkan kristallerde ise elektronlar düĢük enerjili valans bandında bulunur. Bunları iletken hale getirmek için elektron bulunmayan yasak enerji bantlarını geçecek Ģekilde elektronlarına enerji verilmelidir. Bu enerji 5–9 eV civarındadır. Birbirleriyle kovalent bağ teĢkil ederek bağlanmıĢ yalıtkan kristal atomları içine (milyonda birkaç değerinde) III veya V. grup elementlerden katılırsa bazı kristal atomlarının yerini bu elementler alacaktır. V. grupla oluĢan yapıda, katkı elemanlarının 4 elektronu, yalıtkan kristal atomunun 4 elektronunu müĢterek kullanarak, dıĢ devresini tamamlayıp kovalent bağ oluĢturacak ve bir elektronu açıkta kalıp iletkenliğe katılacaktır. Yarı iletken N tipidir ve elektronun iletkenlik bandına geçmesi için gerekli enerji bir elektron volt civarındadır. KristalleĢme III. grup elemanları ile yapılırsa elementin 3 elektronu yalıtkan kristal atomunkilerle müĢterek bağ kuracak ve yakın komĢu atomdan bir elektron kapıp 4. bağını tamamlarken orada bir elektron boĢluğu bırakacaktır. Bu da P tipi yarı iletkendir ve iletkenlik için 1,2 – 1,5 eV enerji gerekir.
3.7.3.1.4. Son Yıllarda Üzerinde Çalışılan Güneş Pilleri
Ticari ortama girmiĢ olan geleneksel Si güneĢ pillerinin yerini alabilecek verimleri aynı ama üretim teknolojileri daha kolay ve daha ucuz olan güneĢ pilleri üzerinde de son yıllarda çalıĢmalar yoğunlaĢtırılmıĢtır. Bunlar; foto elektrokimyasal çok kristalli Titanyum Dioksit piller, polimer yapılı Plastik piller ve güneĢ spektrumunun çeĢitli dalga boylarına uyum sağlayacak Ģekilde üretilebilen enerji band aralığına sahip Kuantum güneĢ pilleri gibi yeni teknolojilerdir.
3.7.3.1.5. Güneş Pili Sistemleri
GüneĢ pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. GüneĢ pili modülleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler, akü Ģarj denetim aygıtları ve çeĢitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneĢ pili sistemi (fotovoltaik sistem) oluĢtururlar. Bu sistemler, özellikle yerleĢim yerlerinden uzak, elektrik Ģebekesi olmayan yörelerde, jeneratöre yakıt taĢımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar. Bunun dıĢında dizel jeneratörler ya da baĢka güç sistemleri ile birlikte karma 54
olarak kullanılmaları da mümkündür. Bu sistemlerde yeterli sayıda güneĢ pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. GüneĢin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzere genellikle sistemde akümülatör bulundurulur. GüneĢ pili modülleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerji akümülatörden alınır. Akünün aĢırı Ģarj ve deĢarj olarak zarar görmesini engellemek için kullanılan denetim birimi ise akünün durumuna göre, ya güneĢ pillerinden gelen akımı ya da yükün çektiği akımı keser. ġebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir invertör eklenerek akümülatördeki DC gerilim, 220 V, 50 Hz‟lik sinüs dalgasına dönüĢtürülür. Benzer Ģekilde, uygulamanın Ģekline göre çeĢitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir. Bazı sistemlerde, güneĢ pillerinin maksimum güç noktasında çalıĢmasını sağlayan maksimum güç noktası izleyici cihazı bulunur. AĢağıda Ģebekeden bağımsız bir güneĢ pili enerji sisteminin Ģeması verilmektedir. Şekil 2.31. GüneĢ pili sistemleri
ġebeke bağlantılı güneĢ pili sistemleri yüksek güçte santral boyutunda sistemler Ģeklinde olabileceği gibi daha çok görülen uygulaması binalarda küçük güçlü kullanım Ģeklindedir. Bu sistemlerde örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karĢılanırken, üretilen fazla enerji elektrik Ģebekesine satılır, yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda ise Ģebekeden enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen DC elektriğin, AC elektriğe çevrilmesi ve Ģebeke uyumlu olması 55

 

[guven_1986]

yeterlidir. GüneĢ pili sistemlerinin Ģebekeden bağımsız (stand-alone) olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aĢağıda sıralanmıĢtır.
Ø HaberleĢme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri
Ø Petrol boru hatlarının katodik koruması
Ø Metal yapıların (köprüler, kuleler vb) korozyondan koruması
Ø Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, hava gözlem istasyonları
Ø Bina içi ya da dıĢı aydınlatma
Ø Dağ evleri ya da yerleĢim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıĢtırılması
Ø Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı
Ø Orman gözetleme kuleleri
Ø Deniz fenerleri
Ø Ġlkyardım, alarm ve güvenlik sistemleri
Ø Deprem ve hava gözlem istasyonları
Ø Ġlaç ve aĢı soğutma

Grafik 3.1. 2012 yılına kadar Dünya genelinde PV kurulu gücü değiĢim öngörüsü 56
Geçtiğimiz son beĢ yılda dünya genelinde PV üretimi yıllık bazda %30 civarında bir büyüme oranına sahip olmuĢtur. 2007 yılı dünya fotovoltaik pazarı 2826 MW‟a ulaĢmıĢtır. Grafik 3.2. Dünya‟da kurulu güneĢ pilinin kullanım alanlarına göre dağılımı Grafik 3.3. 2020 yılına kadar Dünya genelinde PV üretim öngörüleri(Dyesol) 57
Geçtiğimiz son on yılda dünya genelinde PV üretimi yıllık bazda %30 civarında bir büyüme oranına sahip olmuĢtur. 2006 da dünya genelindeki toplam kurulu güç kapasitesi 2000 MW' a yaklaĢmıĢtır. Grafik 3.4. Dünya‟da kurulu güneĢ pilinin kullanım alanlarına göre dağılımı
3.7.3.2. Güneş Pili Uygulamaları
GüneĢ pilleri her ne kadar yüksek verimle çalıĢmasa da belirli bir maliyeti göze alarak evlere bu sistemi kullanarak enerji ihtiyacımızı karĢılamamız mümkündür. Bilindiği gibi güneĢ pilinden gelen elektriğin elektrikli aletlere ulaĢtırılması sırasında voltaj farklılıkları görülülebilir. Bunu önlemek için Ģarj kontrol üniteleri kullanılır GüneĢ enerjisinin elektrik enerjisi olarak depo edildiği bataryayla elektrikli aletler arasında bu sarj kontrol üniteleri bulunur.
Şekil 3.32. DC-AC çevirici 58

 

[guven_1986]

3.7.3.2. Güneş Pili Uygulamaları
GüneĢ pilleri her ne kadar yüksek verimle çalıĢmasa da belirli bir maliyeti göze alarak evlere bu sistemi kullanarak enerji ihtiyacımızı karĢılamamız mümkündür. Bilindiği gibi güneĢ pilinden gelen elektriğin elektrikli aletlere ulaĢtırılması sırasında voltaj farklılıkları görülülebilir. Bunu önlemek için Ģarj kontrol üniteleri kullanılır GüneĢ enerjisinin elektrik enerjisi olarak depo edildiği bataryayla elektrikli aletler arasında bu sarj kontrol üniteleri bulunur.
Şekil 3.32. DC-AC çevirici 58
Şekil 3.33.. Çatısı güneĢ pili kaplı ev Şekil 3.34. GüneĢ pilleri ile sokak aydınlatması 59
Şekil 3.35. GüneĢ pilleri ile bahçe aydınlatması Şekil 3.36. GüneĢ pillerinin karayollarında kullanımı 60
Şekil 3.37. ġebekeye elektrik veren güneĢ pili (PV) sistemi
3.7.3.3. Basit Bir Güneş Pil Yapımı
Günümüzde kullanılan güneĢ pilleri eskilerine oranla çok yol aldı. Özellikle verimlilik alanındaki artıĢlar güneĢ pillerinin rahatlıkla birçok alanda kullanılmasına olanak verdi. GüneĢ pili alanında yapılacak farklı teknolojik çalıĢmaların da artmasıyla ilerleyen yıllarda güneĢten elektrik üretmek yaygın bir yöntem olacak gibi görünüyor. Bu bölümde "acaba bir güneĢ pili elle yapılabilir mi" sorusuna cevap arıyoruz. Malzemeler: Bakır levha, oksitlenmiĢ bakır levha (bakır oksit), lehim, CD kabı, silikon tutkal. Bakır oksit üretmek için bakır levhayı yüksek sıcaklıkta ısıtmak gerekecek. Bunun için elektrikli bir ocak daha uygun olacaktır. 61
Şekil 3.38. Elektrikli ocak Ġyice kızaran bakır levha aĢağıdaki görünümü almalıdır. Bu hali alana kadar bakır üzerinde oluĢabilecek katmanların temizlenmesi gerekecektir. Şekil 3.39. KızarmıĢ bakır Burada üretilen bakır oksitin resimde gösterilen yapıda olması çok önemlidir. Bu aĢama atlatıldıktan sonra U Ģeklinde Bakır levha yapmak gerekecek. Bakır levha ve bakır oksit levhaya aĢağıdaki gibi bağlantı kabloları lehimleniyor. 62
Şekil 3.40. Bakır oksit ġimdi sırada güneĢ pilimizi CD kutusu içine monte etmeye geldi. Bu iĢlemi yaparken silikon tutkalı da kullanmak gerekiyor. U Ģeklindeki Bakır levhanın iki yüzeyi bağlantı kablosunun birleĢtiği yer de kapalı olacak Ģekilde çizgi halinde silikonla kaplanıyor.
Şekil 2.41. CD kutusu 63

 

[guven_1986]

<strong>3.7.3.2. Güneş Pili Uygulamaları </strong><br>GüneĢ pilleri her ne kadar yüksek verimle çalıĢmasa da belirli bir maliyeti göze alarak evlere bu sistemi kullanarak enerji ihtiyacımızı karĢılamamız mümkündür. Bilindiği gibi güneĢ pilinden gelen elektriğin elektrikli aletlere ulaĢtırılması sırasında voltaj farklılıkları görülülebilir. Bunu önlemek için Ģarj kontrol üniteleri kullanılır GüneĢ enerjisinin elektrik enerjisi olarak depo edildiği bataryayla elektrikli aletler arasında bu sarj kontrol üniteleri bulunur. <br><strong>Şekil 3.32. </strong>DC-AC çevirici 58 <br><strong>Şekil 3.33.</strong>. Çatısı güneĢ pili kaplı ev <strong>Şekil 3.34. </strong>GüneĢ pilleri ile sokak aydınlatması 59 <br><strong>Şekil 3.35. </strong>GüneĢ pilleri ile bahçe aydınlatması <strong>Şekil 3.36. </strong>GüneĢ pillerinin karayollarında kullanımı 60 <br><strong>Şekil 3.37. </strong>ġebekeye elektrik veren güneĢ pili (PV) sistemi <br><strong>3.7.3.3. Basit Bir Güneş Pil Yapımı </strong><br>Günümüzde kullanılan güneĢ pilleri eskilerine oranla çok yol aldı. Özellikle verimlilik alanındaki artıĢlar güneĢ pillerinin rahatlıkla birçok alanda kullanılmasına olanak verdi. GüneĢ pili alanında yapılacak farklı teknolojik çalıĢmaların da artmasıyla ilerleyen yıllarda güneĢten elektrik üretmek yaygın bir yöntem olacak gibi görünüyor. Bu bölümde "acaba bir güneĢ pili elle yapılabilir mi" sorusuna cevap arıyoruz. Malzemeler: Bakır levha, oksitlenmiĢ bakır levha (bakır oksit), lehim, CD kabı, silikon tutkal. Bakır oksit üretmek için bakır levhayı yüksek sıcaklıkta ısıtmak gerekecek. Bunun için elektrikli bir ocak daha uygun olacaktır. 61 <br><strong>Şekil 3.38. </strong>Elektrikli ocak Ġyice kızaran bakır levha aĢağıdaki görünümü almalıdır. Bu hali alana kadar bakır üzerinde oluĢabilecek katmanların temizlenmesi gerekecektir. <strong>Şekil 3.39. </strong>KızarmıĢ bakır Burada üretilen bakır oksitin resimde gösterilen yapıda olması çok önemlidir. Bu aĢama atlatıldıktan sonra U Ģeklinde Bakır levha yapmak gerekecek. Bakır levha ve bakır oksit levhaya aĢağıdaki gibi bağlantı kabloları lehimleniyor. 62 <br><strong>Şekil 3.40. </strong>Bakır oksit ġimdi sırada güneĢ pilimizi CD kutusu içine monte etmeye geldi. Bu iĢlemi yaparken silikon tutkalı da kullanmak gerekiyor. U Ģeklindeki Bakır levhanın iki yüzeyi bağlantı kablosunun birleĢtiği yer de kapalı olacak Ģekilde çizgi halinde silikonla kaplanıyor. <br><strong>Şekil 2.41. </strong>CD kutusu 63 <br>

 

[karindesen77]

bu sitede basit bir güneş pili yapımı anlatılmış :
Gne Pili Yapm ALTERNATURK

 

[enerjimüh]

Hocam sizler ne yapmışsınız böyle her şey güzel hoş da güneş pili yapımından anlamayan birinin bu yazıları okuyarak kafasında bir şeyler canlanması imkansız hadi onuda geçtim yazılarda bir düzen de yok