Son Konu

Guneş enerjisinden elektrik nasıl uretilir?

bilgiliadam

Yeni Üye
Katılım
16 Ağu 2017
Mesajlar
1,516,397
Tepkime
41
Puanları
48
Credits
-6,413
Geri Bildirim : 0 / 0 / 0
Guneş enerjisinden elektrik nasıl uretilir
Guneş enerjisinden elektrik uretimi

Fotovoltaik Duzeneklerle Guneş Elektriği

Fotovoltaik Hucre Nedir?
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 yada 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 yada paralel bağlanarak bir kac Watttan megaWattlara kadar sistem oluşturulur
Fotovoltaik piller ilk olarak 1839 yılında Fransız fizikci Edmond Becquerel tarafından bulunmuştur

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc591f61e26

Fotovoltaik Hucre Yapıları
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 Silisyumun 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 “verici ya da “n tipi katkı 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 tipi ya da “alıcı katkı maddeleri denir P ya da n tipi ana malzemenin icerisine gerekli katkı maddelerinin katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler coğunluk taşıyıcısıdır P ve n tipi yarıiletkenler bir araya 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 bolgesi ya da “yukten arındırılmış bolge denir Bu bolgede oluşan elektrik alan “yapısal elektrik alan 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 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 civarındadırGalyum 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

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): Cok kristal 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 1980li yılların ortalarından evvel, PV guneş enerjisini elektrik enerjisine donuşturen uniteleri ve kapsulleri (modul) bazı dayanıklılık problemleri gostermiş olmalarına rağmen, bu sıkıntılar genellikle aşılmıştır ve bunların buyuk coğunluğu şimdi memnun edici bir şekilde gorevini yapmaktadır İtibarlı ureticiler urettikleri kapsullerin simdi 120 yıl omurlu olmalarına guvenebilmektedir Bircok uretici en az on yıllık bir garanti vermektedir Buna karsın, amorf guneş enerjisini elektrik enerjisine donuşturen uniteler icin garanti genellikle 23 yıl arasındadır

Silikon guneş enerjisini elektrik enerjisine donuşturen uniteler ilk piyasaya cıktığında, 1970lerdeki son derece yuksek seviyede olan, guneş enerjisini elektrik enerjisine donuşturen unitelerin fiyatları surekli aşağıya duşmuştur Su anda, oldukca buyuk kristalli silikon kapsulleri siparişleri icin fabrika dışı fiyat yaklaşık 400 – 500 ABD$Wpdir Donatıların monte edilmiş (kurulu) fiyatları tasıma ve iscilik maliyetleri,kar hadleri, siparişin buyukluğu ve bir suru diğer faktorlere bağlıdır ve 700 – 800ABD$Wpdan aşağı olması mumkun değildir Gelişmekte olan ulkelerin kırsal alanlarından gelen kucuk siparişler icin, fiyatlar muhtemelen 1000 ABD$Wpın uzerinde ayarlanacaktır Donatıların bakım ihtiyacları basittir Yapılması gereken temel bakım, yuzeyi temiz tutmak olacaktır Yuzeyin cok az tozlanması bile toplam elektrik akımının azami cıkış gucunu onemli olcude azaltabilir Ayrıca, donatıların uzerine duşebilen kus pislikleri ve yaprak gibi kucuk nesnelerin ortadan kaldırılması da onemlidir Soz konusu nesneler sadece bazı guneş enerjisini elektrik enerjisine donuşturen uniteleri golgelemekle kalmaz, aynı zamanda uniteler diğer guneş enerjisini elektrik enerjisine donuşturen unitelerin sağladığı enerji ile aşırı ısınmış hale gelebilir ve bu durum her zaman icin zarar verebilir Yine donatının tamamen bir şeylerle karartılmamış olduğundan emin olmak esastır; Kucuk bir karartılmış alan bile elektrik akımının azami cıkış gucunu %50ye kadar azaltabilir

Fotovoltaik Modul,Panel Ve Diziler
Fotovoltaik hucreler daha yuksek akım,gerilim veya guc seviyesi elde etmek icin elektriki olarak seri veya paralel bağlanırlarFotovoltaik moduller cevre etkilerine karşı sızdırmazlık sağlayacak şekilde birbirine eklenmiş fotovoltaik hucreler icerirlerFotovoltaik paneller elektrik kabloları ile birbirine bağlanmış iki veya daha cok sayıda Fotovoltaik modul icerirlerFotovoltaik diziler ise belli sayıda Fotovoltaik modul veya panel iceren enerji uretim ekipmanlarıdır

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc592087d0b

VI denklemi Kirchoffun akım(birinci) yasasından turetilerek elde edilmiştir

sunc

Burada;
IPh: : Işık Akımı
ID: Diyot Akımı

IS: Diyot Ters Doyum Akımı
m: Diyot “ideal faktoru m 15VT Termal gerilim: ; VT 25,7mV at 25°C
k s: Boltzmann sabiti k 1,380658 • 1023 JK1
T: mutlak sıcaklık; T K (Kelvin) 0 K 273,15°C
e: bir elektronun yuku e 1,60217733 • 1019 As

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc59227fe25

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc5923caac5

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc59250717e

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc59261d1e5

Bir Fotovoltaik Sistem Nasıl Calışır?

Basitce PV sistemleri de diğer elektrik uretim sistemlerine benzer olarak calışırSadece kullandıkları ekipmanlar değişiktirSistemin operasyonel ve fonksiyonel ihtiyaclarına bağlı olarak DCAC inverter,Aku,Şarj kontrol unitesi,yedek guc kaynağı ve sistem kontroloru gibi ekipmanlara ihtiyac duyulabilir

imagesgunesenerjisindenelektriknasiluretilir5afc5927536e9

Termik Duzeneklerle Guneş Elektriği:
Yoğunlaştırmalı guneş toplayıcıları yontemi ile guneş ısının bir sıvıya buharlaştırılması sonucu ve klasik termik santrallere benzer bicimde buhar turbini ve jenaratorle elektrik elde edilmektedir

alıntı
 
Üst Alt