Güneş Paneli ve Hücreleri / Hücre Bozulmalarına Çözüm Önerisi

GÜNEŞ PANELİ VE HÜCRESİ

GÜNEŞ PANELİ

Güneş paneli, üzerinde güneş enerjisini soğurmaya yarayan birçok güneş hücresi bulunduran bir enerji kaynağıdır. Bir diğer adı fotovoltaik paneldir. Güneş panellerinin yapısında bir yarı iletken olan silisyum elementi bulunur. Paneller, gölgeli havalarda bile önemli miktarda elektrik enerjisi üretebilmektedir.

GÜNEŞ PANELİ SEÇERKEN DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN DURUMLAR :

Fiyatı: Bir güneş panelinin fiyatı büyüklüğüne, dayanıklılığına ve çeşidine göre değişiklik gösterir. Ayrıca farklı firmaların farklı kalitedeki ürünleri de fiyat açısından farklılık gösterir. Aşağıdaki linkte çeşitli firmaların çeşitli büyüklükteki panellerinin fiyatlarını görebilirsiniz.

Büyüklüğü: Bir solar panelin büyüklüğü veya yüzey alanı onun ne kadar vat üreteceğini doğrudan etkiler. Solar panel büyüklüğünün yani sıra panelin çeşidi baksa bir değişle teknolojisi de vat değerini doğrudan etkiler. Bu konuda daha fazla bilgi için aşağıdaki makaleye göz atabilirsiniz.

Dayanıklılığı: Anlaşıldığı gibi bir solar panelin özellikleri birbirleri ile bağlantılıdır. Ayni şekilde bir panelin dayanıklılığı doğrudan fiyatını etkiler ve yine doğrudan panelin teknolojisine bağlıdır. Ayrıca daha kaliteli ürünler daha dayanıklı ve uzun omurludur. Uzun omurlu güneş panelleri yatırımın geri dönüşü açısından tercih edilmelidir.

Çeşidi: Solar panellerin üretiminde değişik teknolojiler kullanılmaktadır. Bu teknolojiler, bir solar panelin fiyatını, büyüklüğünü ve dayanıklılığını doğrudan etkiler. Yeni teknolojilerin güneş enerjisi üretme performansı daha yüksektir. Yani aynı yüzey alanından daha fazla enerji üretirler. Fakat bu özellikleri fiyatlarının yüksek olmasına yol acar.

 GÜNEŞ PANELİ ÇALIŞMA MANTIĞI

Güneş ışığı foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşur. Her dakika güneşten gelen fotonlar dünyanın bir yıllık enerji tüketimine yetecek kadar enerjiyi dünyamıza ulaştırırlar.

Güneşten gelen bu enerjiyi kullanarak elektrik üretme amaci ile güneş panelleri, başka bir deyişle fotovoltaik paneller kullanılır.

Güneş panelleri yani Fotovoltaik paneller , birçok solar hücreden oluşur. Bu hücreler silikon adı verilen ve dünyamızda çokça bulunan elementlerden yapılır.Herbir hücre, aynen pillerde de olduğu gibi, elektrik akimi yaratmak için bir pozitif ve bir negatif katmandan oluşur.

Güneşten gelen fotonlar güneş panelinin üzerinde bulunan bahsettiğimiz bu hücreler tarafından emildiklerinde, açığa çıkan enerji elektronların özgürce hareket etmelerine yol açar.

Elektronlar panelin alt kışıma doğru yol alır ve bağlantı kablosundan dışarı çıkarlar. Elektronların bu akımına elektrik denir.

İstenilen enerji miktarına göre solar hücreleri bir araya getirip birçok farklı alanda kullanmak ve enerji üretmek mümkündür. Kullanılan panelin boyutu yapılacak ise göre değişse de, işleyiş prensibi aynidir.

Fotovoltaik sistemlerin güneş enerjisinden elektrik enerjisi ürettiğini bilmekteyiz. Fakat bu şekilde elektrik üretmek için sadece güneş panelleri yeterli değildir. Bir fotovoltaik sistem güneş panelinin dışında birçok cihazın bir arada kullanılmasını gerektirir.

KULLANILAN MALZEMELER VE ÖZELLİKLERİ

 Inverter(çevirici):

Inverter bir fotovoltaik sistemin önemli bileşenlerinden biridir. Görevi Doğru akimi alternatif akıma çevirmektir. Güneş panelleri tarafından üretilen enerji doğru akimdir. Doğru akıma bir başka örnek ise pillerdir. Buna karşılık şehir şebekesinden gelen akim alternatif akimdir.

Bir inverterde bulunması gereken önemli özellikler aşağıda sıralanmıştır:

Otomatik açma/kapama: Bu özelliği sayesinde bir inverter evdeki enerji kullanımını algılayıp otomatik olarak kendini acar. Buna karşın herhangi bir enerji kullanımı olmaması durumunda ise kendini otomatik olarak kapar. Böylece fazla enerji harcamaz ve tasarrufa yardımcı olur.

Pil Şarj Etme: İnverter kendi enerjisini kendi pilinden sağladığı için, kendi kendine şarj etme özelliği kullanım acısından büyük bir kolaylık sağlar. Böylece inverter solar panelden gelen enerjinin küçük bir bölümünü kendini şarj etmek için kullanır. Böylece kendi kendine pili azaldığı zaman şarj olur.

Güç Arttırma: Bilindiği gibi çamaşır makinesi gibi büyük cihazlar diğer cihazlara göre daha fazla güç tüketirler yani güç gereksinimleri fazladır. Güç arttırma özelliği olan bir inverter gerektiğinde çıkış gücünü arttırarak bu cihazların düzgün bir şekilde çalışmasını garanti eder.

Bu özelliklerin dışında bilinmesi gereken bir başka önemli nokta ise inverter çeşitleridir. Inverterler iki temel başlık altında incelenebilir.

1. Şehir şebekesine bağlı solar sistemler için senkronize inverter:  Bu inverterler solar panellerden aldıkları enerjiyi evi şehir şebekesinden gelen dağıtım kutusuna iletirler. Böylece bu enerji normal olarak ev içinde kullanılabilir.  Bunun dışında bu inverterler ayni zamanda üretilen enerjinin şehir şebekesine satılmasını da sağlar. Kanunlara ve uygulamalara göre üretilen enerji kadar para elektrik masraflarından düşülür.

2. Şehir şebekesine bağlı olmayan solar sistemler için bağımsız inverter: Şehir şebekesinin olmadığı veya şehir şebekesinin kullanılmak istenmediği durumlarda güneş panellerinden alınan enerjiyi doğrudan evdeki prizlere ileten inverter çeşididir.

Inverter üreten firmalar arasında en bilinenleri ve en kaliteli olanlarından bazıları aşağıda sıralanmıştır:

·                                 Beacon Power

·                                 Exeltech

·                                 Fronius

·                                 SMA

·                                 PV Powered

·                                 Xantrex

3. Pil:

Fotovoltaik sistemler üretilen elektrik enerjisini depolamak için pile ihtiyaç duyar. Böylece gün boyunca depolanan enerji herhangi bir zamanda kullanılabilir.

Arabalarda kullanılan pillerden farklı olarak, fotovoltaik sistemler lead-acid deep cycle denilen şarj edilmede meydana gelebilecek duraklamalara daha toleranslı piller kullanır.

Böylece güneş paneline düşen güneş ışığında meydana gelebilecek aksamalar (gölgelenme, panelin açısının değişmesi gibi) pillerin şarj edilmesini olumsuz etkilemez.

Bir fotovoltaik sistemin pilleri sisteme orantılı olarak değişir. Yüksek enerji üreten sistemlerde bu enerjinin depolanmasını sağlayabilmek için fazla miktarlarda pil kullanılabilir. Bunun yanında bir evin elektrik ihtiyacını karşılamada daha az miktarda pil yeterli olacaktır.

4. Şarj Denetleyicisi:

İsminden de anlaşıldığı gibi şarj denetleyicisi pillerin şarjlarını kontrol etmek için kullanılır. Solar panel ile pil arasına yerleştirilir.

UYGULAMA TÜRLERİ

Uygulamada güneş panelleri temel olarak iki şekilde kullanılır:

1-      Elektrik şebekesinden bağımsız (off-grid veya stand-alone) çalışma

2-      Elektrik şebekesine paralel (on-grid veya grid-tie) çalışma

Elektrik şebekesinden bağımsız çalışan güneş panellerinden elde edilen DC gerilim ile doğrudan bir DC yük (örneğin DC gerilimden beslenen aydınlatma sistemi, trafik sinyalizasyonu) veya bu DC gücün AC güce dönüştürülmesi ile bir AC yük (örneğin buzdolabı veya TV) beslenebilir. Güneş enerjisinin kullanılamadığı gece saatlerinde ve yetersiz olduğu kapalı havalarda yükün ihtiyacı olan elektrik enerjisi sistemde yer alan ve Ah kapasitesi uygun seçilmiş olan akülerden sağlanır. Aküler çoğunlukla şebekeden bağımsız olan türdeki fotovoltaik sistemlerde yer alır ve bu tip uygulamalara has tipik çalışma karakteristiklerine sahiptir. Aküleri aşırı şarj/deşarj durumlarından korumak ve tampon (float) şarj gerilimi ile şarj olmalarını sağlamak için akü şarj denetleyicisinin sistemde yer alması zorunludur. Kullanım alanı daha geniş olmakla birlikte şebekeden bağımsız olan fotovoltaik sistemlerin en yaygın kullanıldığı uygulama alanları şunlardır:

1-      Elektrik enerji iletim ve dağıtım maliyetinin çok yüksek olduğu uzak alanlardaki konutlar

2-      Güvenlik sistemleri

3-      Yol, konut, bahçe vb. aydınlatması

4-      Trafik sinyalizasyon sistemleri

5-      Sulama ve arıtma sistemleri

NEDEN GÜNEŞ PANELİ?

Güneş panelleri,

1-      Sınırsız ve bedava enerji kaynağı olan güneş enerjisini kullanır.

2-      Kullanılması durumunda güneş yörüngesi izleyicileri dışında hareketli, aşınan parçalara sahip değildir.

3-      Uzun kullanım ömrüne sahiptir.

4-      Çevre dostudur; CO₂ yaymadığı için yerkürenin ekolojik dengesine olumsuz etkisi yoktur.

5-      Düzenli ve sürekli bakım gerektirmez.

6-      Seri/paralel bağlandığında çıkış güçleri ölçeklenebilir.

7-      Elektrik enerjisinin tüketileceği yere kurulacağı için kablo tesisat maliyeti çok düşüktür.

8-      Çalışması için bir operatöre ihtiyaç duymaz, dolayısıyla işletme maliyeti neredeyse sıfırdır.

9-      Doğal afetlerden etkilenme olasılığı diğer enerji üreten kaynaklara göre daha düşüktür.

GÜNEŞ PANEL HÜCRESİ

Güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücreleri alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2- 0,4 mm arasındadır.

Güneş hücreleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Hücrenin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir.

Güneş enerjisi, güneş hücresinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş hücresi birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş hücresi modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur. 

GÜNEŞ HÜCRELERİNİN YAPIMINDA KULLANILAN MALZEMELER

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): Çokkristal 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.

 GÜNEŞ HÜCRESİ YAPISINDAKİ BOZULMALARA ÇÖZÜM

Şuan ki sisteme göre güneş paneli hücrelerinde bozulmalar meydana geldiğinde hücrelerin hepsi değişmesi gerekiyor çünkü hücrelerin hepsi birbirine seri olarak bağlıdır. Lehimlenmiştir. Bu şekilde olduğu için sorunlu hücre tespit edilse dahi tek bir şekilde değişim yapılamıyor. Bu da hem zaman kaybı hem de maddi olarak zarar meydana getiriyor.

Bizim düşündüğümüz sistemde güneş hücreleri birbirine seri değil paralel bağlanmalıdır. Bunun sebebi bir basit elektrik devresini düşündüğümüzde ampulleri paralel olarak bağladığımızda herhangi bir ampulde bozulma meydana gelse dahi hepsi çalışmaya devam ediyor. Ve eşit olarak bir çalışma meydana geliyor. Bu sistem örnek alınarak, güneş hücreleri de aynı ampuller gibi + ve – bölümleri olduğu için paralel bir şekilde birbirine bağlandığında ve bağlama şekli lehim değil kablolar olduğunda( bu bağlama sistemi geliştirilebilir, yuva tarzında yapılar yapılabilir) değişim kolaylaşır. Ve herhangi bir hücrede bozulma meydana geldiğinde hepsinde bir değişim durumu oluyordu bu sistemle her hücre ayrı çalışmaktadır. Herhangi birinde sıkıntı çıktığında diğerleri etkilenmez çalışmasına devam eder. Raid 5 denilen cihazın çalışma mantığında olduğu gibi herhangi bir bölmede sıkıntı oluşsa dahi diğerleri bundan etkilenmeyip işine kaldığı yerden devam eder.