Home
》》》》》》》1
Dünyada ve Türkiyede Güneş Pilleri ile Elektrik Üretimi -Bölüm 2- Fri Oct 29, 2010 7:34 am
3. GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPISI VE ÇALIŞMA İLKELERİ
[You must be registered and logged in to see this image.]Mono kristalli silisyum güneş pilinin rengi koyu mavidir. Bu yapı, iki farklı katman halindedir. N-katmanı, fosfor atomları eklenmiş silisyumdan oluşan ve pilin negatif tarafını oluşturan katmandır. P-katmanı ise, bor atomları eklenmiş silisyumdan oluşmuş, pilin pozitif tarafıdır. İki katman arasında, P-N kavşağı denilen, pozitif ve negatif yüklü elektronların karşılaştığı bir bölge bulunur. Pilin arka yüzeyinde, elektronların girdiği pozitif kontak görevi gören arka kontak yer alır.
Yarı-iletken maddelerin güneş pili olarak kulanı-labilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gerek-lidir. 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.
Şekil-2 de fotovoltaik güneş pilinin yapısı, P ve n tipi malzemelerin yerleşimi ve sistemin elektrik enerjisi üretebilecek şekilde bağlantısı görülmek-tedir. Şekil-3 de, bir güneş pili modülü oluşturan katmanlar ve bağlantıları göstermektedir.
Modüllerin fiziksel ve elektriksel olarak bir araya getirilmesi ile oluşan yapıya panel adı verilir. Güneş pili modüllerinde bulunan pil sayısı, çıkış gücünü belirler. Genellikle, 12 voltluk aküler işarj etmek için 30-36 adet silisyum güneş pilinin bağlanması ile bir modül oluşsa bile, daha yüksek çıkış güçleri için daha büyük modüller yapılabilir. En basit sistem, bir modül ve buna bağlı bir akü veya elektrik motorundan oluşmuş bir sistemdir.
Güneş pillerinin çalıştığı ortamın sıcaklığı arttığında pil verimini olumsuz etkilemektedir. Genelde pil verimleri 300 K (27 oC) sıcaklık için verilmektedir. Sıcaklığın her 10 oC lik artışı pil verimini % 1 azaltmaktadır.
Güneş pili veya fotovoltaj pili (PV) bir yarı
iletken devre olup güneş ışınlarını emerek fotovoltaj etki yardımıyla voltaj ve akım üretir.
Güneş pilleri genelde iki grupta sınıflandırılır.
Birincisi, güneş pili imalatında kullanılan kristalin kalitesine göre olup, bunlar;
1 ) Mono kristal
2) Poli kristal
3 ) Amorf güneş pilleri’ dir.
İkincisi, eklem yapım türüne bağlı olarak:
1 ) Tek eklem
2) Çok eklem
3 ) Metal – yarı iletken eklem (MS)
4 ) Metal – yarı iletken – yarı iletken (MS)
5 ) Yarı iletken – yalıtkan – yarı iletken (Sis)
6 ) Elektrolit piller’ dir.
Güneş pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır:
3.1. Kristal Silisyum Güneş Pilleri
Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kristal
Silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında % 24, ticari modüllerde ise % 18 civarında verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Polikristal Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük ve % 11 civarındadır.
3.1.1. Monokristal Silisyum Güneş Pilleri
İlk ticari güneş pillerinde, Mono kristal yapılı silisyum kullanılmıştır. Önce külçe dikdörtgen bloklar şeklinde kesilir. Daha sonra bu bloklar dilimlere ayrılarak pil şeklinde işlenir. Verimleri
% 18 civarındadır.
[You must be registered and logged in to see this image.]
< ![endif]-->
Şekil 2 Fotovoltaik Pilin Yapısı ve
< ![endif]-->
Şekil 3 Güneş Pilinin Yapısı ve pili oluşturan elemanların bağlantı şekli
3.1.2. Polikristal Silisyum Güneş Pilleri
Bu piller de ribbon silisyum teknolojisiyle yapılıp, yapıları polikristal özellik gösterir. Bu pillerin verimleri % 11′ civarındadır. Monokristal ve Polikristal gneş pillerinin arasındaki verim farkına rağmen, poli kristal güneş pillerinin fiyatları daha ucuz olduğu için, piyasada ikiside yoğun olarak satılmaktadır. Birim Watt başına fiyatları aynıdır.
Mono ve Poli kristal güneş pillerinin yanı sıra, yine silisyumdan yapılan Semi (yarı) kristal (verim % 15) ve Ribbon silisyum (verim % 14) güneş pilleride çeşit olarak mevcuttur. Bunların dışında;
Kadmiyum Tellürid (CdTe);Polikristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Labora-tuvar tipi küçük hücrelerde % 16, ticari tip mo-düllerde ise % 7 civarında verim elde edilmektedir.
Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2);Bu Polikristal pilde laboratuvar şartlarında % 17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise % 10,2 verim elde edilmiştir.
3.1.3. Amorf Silisyum Güneş Pilleri
Amorf silisyum güneş pilleri (a-Si), ince film güneş pili teknolojisinin örneklerindendir. Verimleri % 5-7 arasındadır.
3.2. İnce Film Güneş Pilleri
Bu teknikte, absorban özelliği daha iyi olan maddeler kullanılarak daha iyi olan maddeler kullanılarak daha az kalınlıkta güneş pilleri yapılır. Verimleri % 11 e kadar çıkanları vardır. Bu
tipler günümüzde en ucuz güneş pilleridir.
Yukarıda belirtilenlerin dışında uygulamada yaygın olarak kullanılmayan diğer güneş pili tipleri;
Galyum Arsenit (GaAs): GaAs pillerde % 34.5 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır.
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.
Selenyum Güneş Pili:Saf selenyum, alkali metallerle veya klor, iyod gibi halojenlerle karıştırılıp P tipi yarı iletken oluşturulur. Bunun üzerine iyi iletken ve yarı iletken / yarı geçirgen bir gümüş tabaka birkaç mikron kalınlığında kaplanarak P-N kavşağı oluşturulur. Bu pillerin 50 0C ‘nin üzerinde kullanılmamaları tavsiye olunur.
4. Güneşten Elektrik Üretmenin Yararları
- Elektrik üretimi için pek çok yöntem olmasına karşılık, güneş pilleri ile elektrik üretiminin bazı yararları vardır.
- Kullanılan yakıtı, her yerde ve bedava bulmak mümkündür. Taşıma ve depolama gibi sorunlar yoktur.
- Diğer elektrik üretim sistemleriyle karşılaştırıl-dıklarında, belki de en büyük yararları güvenilir olmalarıdır, hareketli parçaları yoktur.
- Enerjiyi kullanmak istendiği yerde üretmek olasıdır. Böylece enerjiyi taşımak gerekmez. Şe-bekenin ulaşmadığı, örneğin, GSM vericilerinin yerleştirildiği yerlerde, bu sistemi kullanmak olasıdır.
- Enerji kaynağı ile kullanım yeri arasında, uzun kablolar ve bağların elemanları olmadığından arada oluşabilecek güç kaybından kaçınılmış olur. Bu sistemle, çok sayıda tüketim noktası beslenmek istendiği zaman bile yerel kayıplar yok denecek kadar azdır.
Elektrik enerjisi ihtiyacının yerinde karşılanması için, şekil-4 de ki gibi system bina çatısına tesis kurulmaktadır. Çatıya kurulan sistemlerde, şekil-5 de görüldüğü gibi, çift taraflı kayıt yapabilen sayaçların bulunması gerekmektedir.]
[You must be registered and logged in to see this image.]Mono kristalli silisyum güneş pilinin rengi koyu mavidir. Bu yapı, iki farklı katman halindedir. N-katmanı, fosfor atomları eklenmiş silisyumdan oluşan ve pilin negatif tarafını oluşturan katmandır. P-katmanı ise, bor atomları eklenmiş silisyumdan oluşmuş, pilin pozitif tarafıdır. İki katman arasında, P-N kavşağı denilen, pozitif ve negatif yüklü elektronların karşılaştığı bir bölge bulunur. Pilin arka yüzeyinde, elektronların girdiği pozitif kontak görevi gören arka kontak yer alır.
Yarı-iletken maddelerin güneş pili olarak kulanı-labilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gerek-lidir. 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.
Şekil-2 de fotovoltaik güneş pilinin yapısı, P ve n tipi malzemelerin yerleşimi ve sistemin elektrik enerjisi üretebilecek şekilde bağlantısı görülmek-tedir. Şekil-3 de, bir güneş pili modülü oluşturan katmanlar ve bağlantıları göstermektedir.
Modüllerin fiziksel ve elektriksel olarak bir araya getirilmesi ile oluşan yapıya panel adı verilir. Güneş pili modüllerinde bulunan pil sayısı, çıkış gücünü belirler. Genellikle, 12 voltluk aküler işarj etmek için 30-36 adet silisyum güneş pilinin bağlanması ile bir modül oluşsa bile, daha yüksek çıkış güçleri için daha büyük modüller yapılabilir. En basit sistem, bir modül ve buna bağlı bir akü veya elektrik motorundan oluşmuş bir sistemdir.
Güneş pillerinin çalıştığı ortamın sıcaklığı arttığında pil verimini olumsuz etkilemektedir. Genelde pil verimleri 300 K (27 oC) sıcaklık için verilmektedir. Sıcaklığın her 10 oC lik artışı pil verimini % 1 azaltmaktadır.
Güneş pili veya fotovoltaj pili (PV) bir yarı
iletken devre olup güneş ışınlarını emerek fotovoltaj etki yardımıyla voltaj ve akım üretir.
Güneş pilleri genelde iki grupta sınıflandırılır.
Birincisi, güneş pili imalatında kullanılan kristalin kalitesine göre olup, bunlar;
1 ) Mono kristal
2) Poli kristal
3 ) Amorf güneş pilleri’ dir.
İkincisi, eklem yapım türüne bağlı olarak:
1 ) Tek eklem
2) Çok eklem
3 ) Metal – yarı iletken eklem (MS)
4 ) Metal – yarı iletken – yarı iletken (MS)
5 ) Yarı iletken – yalıtkan – yarı iletken (Sis)
6 ) Elektrolit piller’ dir.
Güneş pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır:
3.1. Kristal Silisyum Güneş Pilleri
Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kristal
Silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında % 24, ticari modüllerde ise % 18 civarında verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Polikristal Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük ve % 11 civarındadır.
3.1.1. Monokristal Silisyum Güneş Pilleri
İlk ticari güneş pillerinde, Mono kristal yapılı silisyum kullanılmıştır. Önce külçe dikdörtgen bloklar şeklinde kesilir. Daha sonra bu bloklar dilimlere ayrılarak pil şeklinde işlenir. Verimleri
% 18 civarındadır.
[You must be registered and logged in to see this image.]
< ![endif]-->Şekil-1 Güneş enerjisinden elektrik üretim sistemi ve devre elemanları
< ![endif]-->
| <TABLE border=0 cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%"> <TR> <td>< ![endif]-->[You must be registered and logged in to see this image.]</TD></TR></TABLE> |
Şekil 2 Fotovoltaik Pilin Yapısı ve
< ![endif]-->
| <TABLE border=0 cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%"> <TR> <td>< ![endif]-->[You must be registered and logged in to see this image.]</TD></TR></TABLE> |
3.1.2. Polikristal Silisyum Güneş Pilleri
Bu piller de ribbon silisyum teknolojisiyle yapılıp, yapıları polikristal özellik gösterir. Bu pillerin verimleri % 11′ civarındadır. Monokristal ve Polikristal gneş pillerinin arasındaki verim farkına rağmen, poli kristal güneş pillerinin fiyatları daha ucuz olduğu için, piyasada ikiside yoğun olarak satılmaktadır. Birim Watt başına fiyatları aynıdır.
Mono ve Poli kristal güneş pillerinin yanı sıra, yine silisyumdan yapılan Semi (yarı) kristal (verim % 15) ve Ribbon silisyum (verim % 14) güneş pilleride çeşit olarak mevcuttur. Bunların dışında;
Kadmiyum Tellürid (CdTe);Polikristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Labora-tuvar tipi küçük hücrelerde % 16, ticari tip mo-düllerde ise % 7 civarında verim elde edilmektedir.
Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2);Bu Polikristal pilde laboratuvar şartlarında % 17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise % 10,2 verim elde edilmiştir.
3.1.3. Amorf Silisyum Güneş Pilleri
Amorf silisyum güneş pilleri (a-Si), ince film güneş pili teknolojisinin örneklerindendir. Verimleri % 5-7 arasındadır.
3.2. İnce Film Güneş Pilleri
Bu teknikte, absorban özelliği daha iyi olan maddeler kullanılarak daha iyi olan maddeler kullanılarak daha az kalınlıkta güneş pilleri yapılır. Verimleri % 11 e kadar çıkanları vardır. Bu
tipler günümüzde en ucuz güneş pilleridir.
Yukarıda belirtilenlerin dışında uygulamada yaygın olarak kullanılmayan diğer güneş pili tipleri;
Galyum Arsenit (GaAs): GaAs pillerde % 34.5 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır.
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.
Selenyum Güneş Pili:Saf selenyum, alkali metallerle veya klor, iyod gibi halojenlerle karıştırılıp P tipi yarı iletken oluşturulur. Bunun üzerine iyi iletken ve yarı iletken / yarı geçirgen bir gümüş tabaka birkaç mikron kalınlığında kaplanarak P-N kavşağı oluşturulur. Bu pillerin 50 0C ‘nin üzerinde kullanılmamaları tavsiye olunur.
4. Güneşten Elektrik Üretmenin Yararları
- Elektrik üretimi için pek çok yöntem olmasına karşılık, güneş pilleri ile elektrik üretiminin bazı yararları vardır.
- Kullanılan yakıtı, her yerde ve bedava bulmak mümkündür. Taşıma ve depolama gibi sorunlar yoktur.
- Diğer elektrik üretim sistemleriyle karşılaştırıl-dıklarında, belki de en büyük yararları güvenilir olmalarıdır, hareketli parçaları yoktur.
- Enerjiyi kullanmak istendiği yerde üretmek olasıdır. Böylece enerjiyi taşımak gerekmez. Şe-bekenin ulaşmadığı, örneğin, GSM vericilerinin yerleştirildiği yerlerde, bu sistemi kullanmak olasıdır.
- Enerji kaynağı ile kullanım yeri arasında, uzun kablolar ve bağların elemanları olmadığından arada oluşabilecek güç kaybından kaçınılmış olur. Bu sistemle, çok sayıda tüketim noktası beslenmek istendiği zaman bile yerel kayıplar yok denecek kadar azdır.
Elektrik enerjisi ihtiyacının yerinde karşılanması için, şekil-4 de ki gibi system bina çatısına tesis kurulmaktadır. Çatıya kurulan sistemlerde, şekil-5 de görüldüğü gibi, çift taraflı kayıt yapabilen sayaçların bulunması gerekmektedir.]
