guneş enerjisi ile elektrik uretimi nasıl yapılır
guneş enerjisi ile elektrik kullanımı nasıl yapılır
guneş enerjisinden elektirik enerjisi nasıl elde edilir
GUNEŞ IŞINIMI
Guneş enerjisi, guneşin cekirdeğinde yer alan fuzyon sureci ile acığa cıkan ışıma enerjisidir, guneşteki hidrojen gazının helyuma donuşmesi şeklindeki fuzyon surecinden kaynaklanır Bu enerjinin dunyaya gelen kucuk bir bolumu dahi, insanlığın mevcut enerji tuketiminden kat kat fazladır Guneş enerjisinden yararlanma konusundaki calışmalar ozellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, guneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından duşme gostermiş, guneş enerjisi cevresel olarak temiz bir enerji kaynağı
olarak kendini kabul ettirmiştir
Guneşten Gelen Işınımın Dağılımı
· Dunya ile Guneş arasındaki mesafe 150 milyon kmdir
· Dunyaya guneşten gelen enerji, Dunyada bir yılda kullanılan enerjinin 20 bin katıdır
· Guneş, 5 milyar yıl sonra tukenecektir
Guneş ışınımının tamamı yeryuzeyine ulaşmaz, %30 kadarı dunya atmosferi tarafından geriye yansıtılır
Guneş ışınımının %50si atmosferi gecerek dunya yuzeyine ulaşır Bu enerji ile Dunyanın sıcaklığı yukselir ve yeryuzunde yaşam mumkun olur Ruzgar hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur
Guneşten gelen ışınımının %20si atmosfer ve bulutlarda tutulur
Yeryuzeyine gelen guneş ışınımının %1den azı bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır Bitkiler, fotosentez sırasında guneş ışığıyla birlikte karbondioksit ve su kullanarak, oksijen ve şeker uretirler Fotosentez, yeryuzunde bitkisel yaşamın kaynağıdır
Dunyaya gelen butun guneş ışınımı, sonunda ısıya donuşur ve uzaya geri verilir
GUNEŞ PİLLERİNİN YAPISI VE CALIŞMASI
Gunumuz elektronik urunlerinde kullanılan transistorler, doğrultucu diyotlar gibi guneş pilleri de, yarıiletken maddelerden yapılırlar Yarıiletken ozellik gosteren bircok madde arasında guneş pili yapmak icin en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellur gibi maddelerdir
Yarıiletken maddelerin guneş pili olarak kullanılabilmeleri icin n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir Katkılama, saf yarıiletken eriyik icerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollu olarak eklenmesiyle yapılır Elde edilen yarıiletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır En yaygın guneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek icin silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5 grubundan bir element, orneğin fosfor eklenir Silisyum'un dış yorungesinde 4, fosforun dış yorungesinde 5 elektron olduğu icin, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir Bu nedenle V grup elementlerine vericiya da n tipikatkı maddesi denir
P tipi silisyum elde etmek icin ise, eriyiğe 3 gruptan bir element (aluminyum, indiyum, bor gibi) eklenir Bu elementlerin son yorungesinde 3 elektron olduğu icin kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yuk taşıdığı varsayılır Bu tur maddelere de p tipiya da alıcıkatkı maddeleri denir
P ve N tipi katkılandırılmış malzemeler bir araya getirildiğinde yarıiletken eklemler oluşturulur N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler coğunluk taşıyıcısıdır P ve N tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden once, her iki madde de elektriksel bakımdan notrdur Yani P tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir PN eklem oluştuğunda, N tipindeki coğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, P tipine doğru akım oluştururlar Bu olay her iki tarafta da yuk dengesi oluşana kadar devam eder PN tipi maddenin ara yuzeyinde, yani eklem bolgesinde, P bolgesi tarafında negatif, N bolgesi tarafında pozitif yuk birikir Bu eklem bolgesine geciş bolgesiya da yukten arındırılmış bolgedenir Bu bolgede oluşan elektrik alan yapısal elektrik alan (Ey)olarak adlandırılır
Yarıiletken eklemin guneş pili olarak calışması icin eklem bolgesinde fotovoltaik donuşumun sağlanması gerekir Bu donuşum iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bolgesine ışık duşurulerek elektronhol ciftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bolgedeki 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 buyuk enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına cıkmasını sağlar Boylece, elektronhol cifti oluşur Bu olay, pn eklem guneş pilinin ara yuzeyinde meydana gelmiş ise elektronhol ciftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır Bu şekilde guneş pili, elektronları n bolgesine, holleri de p bolgesine iten bir pompa gibi calışır Birbirlerinden ayrılan elektronhol ciftleri, guneş pilinin uclarında yararlı bir guc cıkışı oluştururlar Bu surec yeniden bir fotonun pil yuzeyine carpmasıyla aynı şekilde devam eder Yarıiletkenin ic kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektronhol ciftleri oluşturulmaktadır Fakat gerekli elektrik alan olmadığı icin tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar
GUNEŞ PİLLERİ ( FOTOVOLTAİK PİLLER )
Guneş pilleri (fotovoltaik piller), yuzeylerine gelen guneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine donuşturen yarıiletken maddelerdir Yuzeyleri kare, dikdortgen, daire şeklinde bicimlendirilen guneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,20,4 mm arasındadır
Guneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak calışırlar, yani uzerlerine ışık duştuğu zaman uclarında elektrik gerilimi oluşur Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yuzeyine gelen guneş enerjisidir
Guneş enerjisi, guneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine cevrilebilir
Guc cıkışını artırmak amacıyla cok sayıda guneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yuzey uzerine monte edilir, bu yapıya guneş pili modulu ya da fotovoltaik modul adı verilir Guc talebine bağlı olarak moduller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kac Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur
Guneş Pili
Guneş Pili Modulu
Guneş Pillerinin Yapımında Kullanılan Malzemeler
Guneş pilleri pek cok farklı maddeden yararlanarak uretilebilir Gunumuzde en cok kullanılan maddeler şunlardır:
Kristal Silisyum: Once buyutulup daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan uretilen guneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modullerde ise %15'in uzerinde verim elde edilmektedir Dokme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Cokkristal Silisyum guneş pilleri ise daha ucuza uretilmekte, ancak verim de daha duşuk olmaktadır Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modullerde ise %14 civarındadır
Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan cok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir GaAs guneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır
İnce Film:
Amorf Silisyum: Kristal yapı ozelliği gostermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modullerde ise %57 mertebesindedir Gunumuzde daha cok kucuk elektronik cihazların guc kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum guneş pilinin bir başka onemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yuzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji ureteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir
Kadmiyum Tellurid (CdTe): Cokkristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile guneş pili maliyetinin cok aşağılara cekileceği tahmin edilmektedir Laboratuvar tipi kucuk hucrelerde %16, ticari tip modullerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir
Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu cokkristal pilde laboratuvar şartlarında %17,7 ve enerji uretimi amaclı geliştirilmiş olan prototip bir modulde ise %10,2 verim elde edilmiştir
Optik Yoğunlaştırıcılı Hucreler: Gelen ışığı 10500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araclarla modul verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un uzerine cıkılabilmektedir Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır
Son Yıllarda Uzerinde Calışılan Guneş Pilleri:
Ticari ortama girmiş olan geleneksel Si guneş pillerinin yerini alabilecek verimleri aynı ama uretim teknolojileri daha kolay ve daha ucuz olan guneş pilleri uzerinde de son yıllarda calışmalar yoğunlaştırılmıştır
Bunlar; fotoelektrokimyasal cok kristalli Titanyum Dioksit piller, polimer yapılı Plastik piller ve guneş spektrumunun ceşitli dalgaboylarına uyum sağlayacak şekilde uretilebilen enerji band aralığına sahip Kuantum guneş pilleri gibi yeni teknolojilerdir
Guneş Pili Sistemleri
Guneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir Guneş pili modulleri uygulamaya bağlı olarak, akumulatorler, invertorler, aku şarj denetim aygıtları ve ceşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir gunes pili sistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar Bu sistemler, ozellikle yerleşim yerlerinden uzak, elektrik şebekesi olmayan yorelerde, jeneratore yakıt taşımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar Bunun dışında dizel jeneratorler ya da başka guc sistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mumkundur
Bu sistemlerde yeterli sayıda guneş pili modulu, enerji kaynağı olarak kullanılır Guneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da ozellikle gece suresince kullanılmak uzere genellikle sistemde akumulator bulundurulur Guneş pili modulleri gun boyunca elektrik enerjisi ureterek bunu akumulatorde depolar, yuke gerekli olan enerji akumulatorden alınır Akunun aşırı şarj ve deşarj olarak zarar gormesini engellemek icin kullanılan denetim birimi ise akunun durumuna gore, ya guneş pillerinden gelen akımı ya da yukun cektiği akımı keser Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir invertor eklenerek akumulatordeki DC gerilim, 220 V, 50 Hzlik sinus dalgasına donuşturulur Benzer şekilde, uygulamanın şekline gore ceşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir Bazı sistemlerde, guneş pillerinin maksimum guc noktasında calışmasını sağlayan maksimum guc noktası izleyici cihazı bulunur
Şebeke bağlantılı guneş pili sistemleri yuksek guctesatral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibi daha cok gorulen uygulaması binalarda kucuk guclu kullanım şeklindedir Bu sistemlerde orneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken, uretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılır, yeterli enerjinin uretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır Boyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca uretilen DC elektriğin, AC elektriğe cevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir
Guneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (standalone) olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır
Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri
Petrol boru hatlarının katodik koruması
Metal yapıların (kopruler, kuleler vb) korozyondan koruması
Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik olcumler, hava gozlem istasyonları
Bina ici ya da dışı aydınlatma
Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların calıştırılması
Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı
Orman gozetleme kuleleri
Deniz fenerleri
İlkyardım, alarm ve guvenlik sistemleri
Deprem ve hava gozlem istasyonları
İlac ve aşı soğutma
2020 Yılına Kadar Dunya Genelinde PV Uretim Ongoruleri(Dyesol)
Gectiğimiz son beş yılda dunya genelinde PV uretimi yıllık bazda %30 civarında bir buyume oranına sahip olmuştur 2006 da dunya genelindeki toplam kurulu guc kapasitesi 2000 MW' a yaklaşmıştır
TURKİYE'DE GUNEŞ ENERJİSİ GUNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ
Ulkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu guneş enerjisi potansiyeli acısından bircok ulkeye gore şanslı durumdadır Devlet Meteoroloji İşleri Genel Mudurluğunde (DMİ) mevcut bulunan 19661982 yıllarında olculen guneşlenme suresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan calışmaya gore Turkiye'nin ortalama yıllık toplam guneşlenme suresi 2640 saat (gunluk toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWhm²yıl (gunluk toplam 3,6 kWhm²) olduğu tespit edilmiştir
Turkiye'nin en fazla guneş enerjisi alan bolgesi Guney Doğu Anadolu Bolgesi olup, bunu Akdeniz Bolgesi izlemektedir Guneş enerjisi potansiyeli ve guneşlenme suresi değerlerinin bolgelere gore dağılımı da Tablo2' de verilmiştir
Ancak, bu değerlerin, Turkiyenin gercek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan calışmalar ile anlaşılmıştır 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, guneş enerjisi değerlerinin daha sağlıklı olarak olculmesi amacıyla enerji amaclı guneş enerjisi olcumleri almaktadırlar Devam etmekte olan olcum calışmalarının sonucunda, Turkiye guneş enerjisi potansiyelinin eski değerlerden %2025 daha fazla cıkması beklenmektedir
EİEnin olcu yaptığı 8 istasyondan alınan yeni olcumler ve DMİ verileri yardımı ile 57 ile ait guneş enerjisi ve guneşlenme sureleri değerleri hesaplanarak bir kitapcık halinde basılmıştır
GUNEŞ ENERJİSİ KULLANIMI
Guneş Kollektorleri
Ulkemizde coğu Akdeniz ve Ege Bolgelerinde kullanılmakta olan, guneş enerjisini ısı enerjisine donuşturen sıcak su uretme sistemleridir Halen ulkemizde kurulu olan guneş kollektoru miktarı yaklaşık 12 milyon m² olup, yıllık uretim hacmi 750 bin m²dir ve bu uretimin bir miktarı da ihrac edilmektedir Guneş enerjisinden ısı enerjisi yıllık uretimi 420 bin TEP civarındadır Bu haliyle ulkemiz dunyada kayda değer bir guneş kollektoru ureticisi ve kullanıcısı durumundadır
Guneş kollektorlerinin urettiği ısıl enerjinin birincil enerji tuketimimize katkısı yıllara gore aşağıda yer almaktadır
Yıl Guneş enerjisi uretimi (bin Tep)
1998 210
1999 236
2000 262
2001 290
2004 375
2007 420
Guneş Pilleri Fotovoltaik Sistemler
Guneş pilleri, halen ancak elektrik şebekesinin olmadığı, yerleşim yerlerinden uzak yerlerde ekonomik yonden uygun olarak kullanılabilmektedir Bu nedenle ve istenen gucte kurulabilmeleri nedeniyle genellikle sinyalizasyon, kırsal elektrik ihtiyacının karşılanması vb gibi uygulamalarda kullanılmaktadır Ulkemizde coğunluğu Orman Bakanlığı Orman Gozetleme Kuleleri, Turk Telekom, deniz fenerleri ve otoyol aydınlatmasında , Elektrik İşleri Etut İdaresi Genel Mudurluğu, Muğla Universitesi, Ege Universitesi gibi kamu kuruluşlarında olmak uzere kucuk guclerin karşılanması ve araştırma amaclı kullanılan guneş pili kurulu gucu 1 MW' a ulaşmıştır
DİĞER KURUMLARIN CALIŞMALARI
Guneş enerjisi araştırma ve geliştirme konularında EİE'nin yanında Tubitak Marmara Araştırma Merkezi ve universiteler (Ege Universitesi Guneş Enerjisi Araştırma Enstitusu, Muğla Universitesi, ODTU, Kocaeli Universitesi, Fırat Universitesi) calışmalar yapmaktadır
Guneş enerjisi verilerinin olculmesi konusunda Devlet Meteoroloji İşleri Genel Mudurluğu faaliyet gostermektedir EİE de 1991 yılından bu yana kendi guneş enerjisi gozlem istasyonları kurmaktadır
Guneş enerjisi ile ilgili standartlar hazırlanması konusunda Turk Standartları Enstitusu;
TS 3680 Guneş Enerjisi ToplayıcılarıDuz
TS 3817 Guneş Enerjisi Su Isıtma Sistemlerinin Yapım, Tesis ve İşletme Kuralları
konulu standartları hazırlamıştır EİE bu standartların hazırlanmasında gorev aldığı gibi, ısıl performans testlerini de gercekleştirmektedir
guneş enerjisi ile elektrik kullanımı nasıl yapılır
guneş enerjisinden elektirik enerjisi nasıl elde edilir
GUNEŞ IŞINIMI
Guneş enerjisi, guneşin cekirdeğinde yer alan fuzyon sureci ile acığa cıkan ışıma enerjisidir, guneşteki hidrojen gazının helyuma donuşmesi şeklindeki fuzyon surecinden kaynaklanır Bu enerjinin dunyaya gelen kucuk bir bolumu dahi, insanlığın mevcut enerji tuketiminden kat kat fazladır Guneş enerjisinden yararlanma konusundaki calışmalar ozellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, guneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından duşme gostermiş, guneş enerjisi cevresel olarak temiz bir enerji kaynağı
olarak kendini kabul ettirmiştir
Guneşten Gelen Işınımın Dağılımı
· Dunya ile Guneş arasındaki mesafe 150 milyon kmdir
· Dunyaya guneşten gelen enerji, Dunyada bir yılda kullanılan enerjinin 20 bin katıdır
· Guneş, 5 milyar yıl sonra tukenecektir
Guneş ışınımının tamamı yeryuzeyine ulaşmaz, %30 kadarı dunya atmosferi tarafından geriye yansıtılır
Guneş ışınımının %50si atmosferi gecerek dunya yuzeyine ulaşır Bu enerji ile Dunyanın sıcaklığı yukselir ve yeryuzunde yaşam mumkun olur Ruzgar hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur
Guneşten gelen ışınımının %20si atmosfer ve bulutlarda tutulur
Yeryuzeyine gelen guneş ışınımının %1den azı bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır Bitkiler, fotosentez sırasında guneş ışığıyla birlikte karbondioksit ve su kullanarak, oksijen ve şeker uretirler Fotosentez, yeryuzunde bitkisel yaşamın kaynağıdır
Dunyaya gelen butun guneş ışınımı, sonunda ısıya donuşur ve uzaya geri verilir
GUNEŞ PİLLERİNİN YAPISI VE CALIŞMASI
Gunumuz elektronik urunlerinde kullanılan transistorler, doğrultucu diyotlar gibi guneş pilleri de, yarıiletken maddelerden yapılırlar Yarıiletken ozellik gosteren bircok madde arasında guneş pili yapmak icin en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellur gibi maddelerdir
Yarıiletken maddelerin guneş pili olarak kullanılabilmeleri icin n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir Katkılama, saf yarıiletken eriyik icerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollu olarak eklenmesiyle yapılır Elde edilen yarıiletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır En yaygın guneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek icin silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5 grubundan bir element, orneğin fosfor eklenir Silisyum'un dış yorungesinde 4, fosforun dış yorungesinde 5 elektron olduğu icin, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir Bu nedenle V grup elementlerine vericiya da n tipikatkı maddesi denir
P tipi silisyum elde etmek icin ise, eriyiğe 3 gruptan bir element (aluminyum, indiyum, bor gibi) eklenir Bu elementlerin son yorungesinde 3 elektron olduğu icin kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yuk taşıdığı varsayılır Bu tur maddelere de p tipiya da alıcıkatkı maddeleri denir
P ve N tipi katkılandırılmış malzemeler bir araya getirildiğinde yarıiletken eklemler oluşturulur N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler coğunluk taşıyıcısıdır P ve N tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden once, her iki madde de elektriksel bakımdan notrdur Yani P tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir PN eklem oluştuğunda, N tipindeki coğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, P tipine doğru akım oluştururlar Bu olay her iki tarafta da yuk dengesi oluşana kadar devam eder PN tipi maddenin ara yuzeyinde, yani eklem bolgesinde, P bolgesi tarafında negatif, N bolgesi tarafında pozitif yuk birikir Bu eklem bolgesine geciş bolgesiya da yukten arındırılmış bolgedenir Bu bolgede oluşan elektrik alan yapısal elektrik alan (Ey)olarak adlandırılır
Yarıiletken eklemin guneş pili olarak calışması icin eklem bolgesinde fotovoltaik donuşumun sağlanması gerekir Bu donuşum iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bolgesine ışık duşurulerek elektronhol ciftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bolgedeki 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 buyuk enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına cıkmasını sağlar Boylece, elektronhol cifti oluşur Bu olay, pn eklem guneş pilinin ara yuzeyinde meydana gelmiş ise elektronhol ciftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır Bu şekilde guneş pili, elektronları n bolgesine, holleri de p bolgesine iten bir pompa gibi calışır Birbirlerinden ayrılan elektronhol ciftleri, guneş pilinin uclarında yararlı bir guc cıkışı oluştururlar Bu surec yeniden bir fotonun pil yuzeyine carpmasıyla aynı şekilde devam eder Yarıiletkenin ic kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektronhol ciftleri oluşturulmaktadır Fakat gerekli elektrik alan olmadığı icin tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar
GUNEŞ PİLLERİ ( FOTOVOLTAİK PİLLER )
Guneş pilleri (fotovoltaik piller), yuzeylerine gelen guneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine donuşturen yarıiletken maddelerdir Yuzeyleri kare, dikdortgen, daire şeklinde bicimlendirilen guneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,20,4 mm arasındadır
Guneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak calışırlar, yani uzerlerine ışık duştuğu zaman uclarında elektrik gerilimi oluşur Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yuzeyine gelen guneş enerjisidir
Guneş enerjisi, guneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine cevrilebilir
Guc cıkışını artırmak amacıyla cok sayıda guneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yuzey uzerine monte edilir, bu yapıya guneş pili modulu ya da fotovoltaik modul adı verilir Guc talebine bağlı olarak moduller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kac Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur
Guneş Pili
Guneş Pili Modulu
Guneş Pillerinin Yapımında Kullanılan Malzemeler
Guneş pilleri pek cok farklı maddeden yararlanarak uretilebilir Gunumuzde en cok kullanılan maddeler şunlardır:
Kristal Silisyum: Once buyutulup daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan uretilen guneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modullerde ise %15'in uzerinde verim elde edilmektedir Dokme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Cokkristal Silisyum guneş pilleri ise daha ucuza uretilmekte, ancak verim de daha duşuk olmaktadır Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modullerde ise %14 civarındadır
Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan cok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir GaAs guneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır
İnce Film:
Amorf Silisyum: Kristal yapı ozelliği gostermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modullerde ise %57 mertebesindedir Gunumuzde daha cok kucuk elektronik cihazların guc kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum guneş pilinin bir başka onemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yuzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji ureteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir
Kadmiyum Tellurid (CdTe): Cokkristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile guneş pili maliyetinin cok aşağılara cekileceği tahmin edilmektedir Laboratuvar tipi kucuk hucrelerde %16, ticari tip modullerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir
Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu cokkristal pilde laboratuvar şartlarında %17,7 ve enerji uretimi amaclı geliştirilmiş olan prototip bir modulde ise %10,2 verim elde edilmiştir
Optik Yoğunlaştırıcılı Hucreler: Gelen ışığı 10500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araclarla modul verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un uzerine cıkılabilmektedir Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır
Son Yıllarda Uzerinde Calışılan Guneş Pilleri:
Ticari ortama girmiş olan geleneksel Si guneş pillerinin yerini alabilecek verimleri aynı ama uretim teknolojileri daha kolay ve daha ucuz olan guneş pilleri uzerinde de son yıllarda calışmalar yoğunlaştırılmıştır
Bunlar; fotoelektrokimyasal cok kristalli Titanyum Dioksit piller, polimer yapılı Plastik piller ve guneş spektrumunun ceşitli dalgaboylarına uyum sağlayacak şekilde uretilebilen enerji band aralığına sahip Kuantum guneş pilleri gibi yeni teknolojilerdir
Guneş Pili Sistemleri
Guneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir Guneş pili modulleri uygulamaya bağlı olarak, akumulatorler, invertorler, aku şarj denetim aygıtları ve ceşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir gunes pili sistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar Bu sistemler, ozellikle yerleşim yerlerinden uzak, elektrik şebekesi olmayan yorelerde, jeneratore yakıt taşımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar Bunun dışında dizel jeneratorler ya da başka guc sistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mumkundur
Bu sistemlerde yeterli sayıda guneş pili modulu, enerji kaynağı olarak kullanılır Guneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da ozellikle gece suresince kullanılmak uzere genellikle sistemde akumulator bulundurulur Guneş pili modulleri gun boyunca elektrik enerjisi ureterek bunu akumulatorde depolar, yuke gerekli olan enerji akumulatorden alınır Akunun aşırı şarj ve deşarj olarak zarar gormesini engellemek icin kullanılan denetim birimi ise akunun durumuna gore, ya guneş pillerinden gelen akımı ya da yukun cektiği akımı keser Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir invertor eklenerek akumulatordeki DC gerilim, 220 V, 50 Hzlik sinus dalgasına donuşturulur Benzer şekilde, uygulamanın şekline gore ceşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir Bazı sistemlerde, guneş pillerinin maksimum guc noktasında calışmasını sağlayan maksimum guc noktası izleyici cihazı bulunur
Şebeke bağlantılı guneş pili sistemleri yuksek guctesatral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibi daha cok gorulen uygulaması binalarda kucuk guclu kullanım şeklindedir Bu sistemlerde orneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken, uretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılır, yeterli enerjinin uretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır Boyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca uretilen DC elektriğin, AC elektriğe cevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir
Guneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (standalone) olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır
Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri
Petrol boru hatlarının katodik koruması
Metal yapıların (kopruler, kuleler vb) korozyondan koruması
Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik olcumler, hava gozlem istasyonları
Bina ici ya da dışı aydınlatma
Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların calıştırılması
Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı
Orman gozetleme kuleleri
Deniz fenerleri
İlkyardım, alarm ve guvenlik sistemleri
Deprem ve hava gozlem istasyonları
İlac ve aşı soğutma
2020 Yılına Kadar Dunya Genelinde PV Uretim Ongoruleri(Dyesol)
Gectiğimiz son beş yılda dunya genelinde PV uretimi yıllık bazda %30 civarında bir buyume oranına sahip olmuştur 2006 da dunya genelindeki toplam kurulu guc kapasitesi 2000 MW' a yaklaşmıştır
TURKİYE'DE GUNEŞ ENERJİSİ GUNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ
Ulkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu guneş enerjisi potansiyeli acısından bircok ulkeye gore şanslı durumdadır Devlet Meteoroloji İşleri Genel Mudurluğunde (DMİ) mevcut bulunan 19661982 yıllarında olculen guneşlenme suresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan calışmaya gore Turkiye'nin ortalama yıllık toplam guneşlenme suresi 2640 saat (gunluk toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWhm²yıl (gunluk toplam 3,6 kWhm²) olduğu tespit edilmiştir
Turkiye'nin en fazla guneş enerjisi alan bolgesi Guney Doğu Anadolu Bolgesi olup, bunu Akdeniz Bolgesi izlemektedir Guneş enerjisi potansiyeli ve guneşlenme suresi değerlerinin bolgelere gore dağılımı da Tablo2' de verilmiştir
Ancak, bu değerlerin, Turkiyenin gercek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan calışmalar ile anlaşılmıştır 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, guneş enerjisi değerlerinin daha sağlıklı olarak olculmesi amacıyla enerji amaclı guneş enerjisi olcumleri almaktadırlar Devam etmekte olan olcum calışmalarının sonucunda, Turkiye guneş enerjisi potansiyelinin eski değerlerden %2025 daha fazla cıkması beklenmektedir
EİEnin olcu yaptığı 8 istasyondan alınan yeni olcumler ve DMİ verileri yardımı ile 57 ile ait guneş enerjisi ve guneşlenme sureleri değerleri hesaplanarak bir kitapcık halinde basılmıştır
GUNEŞ ENERJİSİ KULLANIMI
Guneş Kollektorleri
Ulkemizde coğu Akdeniz ve Ege Bolgelerinde kullanılmakta olan, guneş enerjisini ısı enerjisine donuşturen sıcak su uretme sistemleridir Halen ulkemizde kurulu olan guneş kollektoru miktarı yaklaşık 12 milyon m² olup, yıllık uretim hacmi 750 bin m²dir ve bu uretimin bir miktarı da ihrac edilmektedir Guneş enerjisinden ısı enerjisi yıllık uretimi 420 bin TEP civarındadır Bu haliyle ulkemiz dunyada kayda değer bir guneş kollektoru ureticisi ve kullanıcısı durumundadır
Guneş kollektorlerinin urettiği ısıl enerjinin birincil enerji tuketimimize katkısı yıllara gore aşağıda yer almaktadır
Yıl Guneş enerjisi uretimi (bin Tep)
1998 210
1999 236
2000 262
2001 290
2004 375
2007 420
Guneş Pilleri Fotovoltaik Sistemler
Guneş pilleri, halen ancak elektrik şebekesinin olmadığı, yerleşim yerlerinden uzak yerlerde ekonomik yonden uygun olarak kullanılabilmektedir Bu nedenle ve istenen gucte kurulabilmeleri nedeniyle genellikle sinyalizasyon, kırsal elektrik ihtiyacının karşılanması vb gibi uygulamalarda kullanılmaktadır Ulkemizde coğunluğu Orman Bakanlığı Orman Gozetleme Kuleleri, Turk Telekom, deniz fenerleri ve otoyol aydınlatmasında , Elektrik İşleri Etut İdaresi Genel Mudurluğu, Muğla Universitesi, Ege Universitesi gibi kamu kuruluşlarında olmak uzere kucuk guclerin karşılanması ve araştırma amaclı kullanılan guneş pili kurulu gucu 1 MW' a ulaşmıştır
DİĞER KURUMLARIN CALIŞMALARI
Guneş enerjisi araştırma ve geliştirme konularında EİE'nin yanında Tubitak Marmara Araştırma Merkezi ve universiteler (Ege Universitesi Guneş Enerjisi Araştırma Enstitusu, Muğla Universitesi, ODTU, Kocaeli Universitesi, Fırat Universitesi) calışmalar yapmaktadır
Guneş enerjisi verilerinin olculmesi konusunda Devlet Meteoroloji İşleri Genel Mudurluğu faaliyet gostermektedir EİE de 1991 yılından bu yana kendi guneş enerjisi gozlem istasyonları kurmaktadır
Guneş enerjisi ile ilgili standartlar hazırlanması konusunda Turk Standartları Enstitusu;
TS 3680 Guneş Enerjisi ToplayıcılarıDuz
TS 3817 Guneş Enerjisi Su Isıtma Sistemlerinin Yapım, Tesis ve İşletme Kuralları
konulu standartları hazırlamıştır EİE bu standartların hazırlanmasında gorev aldığı gibi, ısıl performans testlerini de gercekleştirmektedir
