Sınırsız temiz enerji kaynakları olarak
önce güneş enerjisi aklımıza gelir. Güneş enerjisini kullanabilmek için
güneş ışığını ısıya veya elektriğe dönüştürmemiz gerekiyor. Güneş
ışığının enerjisini kullanabilmek için iki seçenek vardır.
Güneş
ışığından kazanılan enerji ısı veya elektriktir. Isı güneş kollektörleri
ile kazanılır ve genelde sıcak su kazanımı için kullanılınr. Elektrik
kazanımı için güneş pilleri gerekmektedir.
Elektrik kazanımı nasıl gerçekleşiyor?
Güneş pilleri ( Fotovoltaik
piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektriğe dönüştüren
yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde
biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 1m2 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 ya
da 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 ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan
megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur.
Güneş pilleri ile enerji kazanımı için nelere dikkat ekmek gerekir?
Güneş Pillerin Yapısı ve Çalışması
Yarı-iletken
maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi
katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarı-iletken eriyik içerisine
istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde
edilen yarı-iletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır.
Yarı-iletken
madde olarak çok kristalli silisyum kullanılır. P ve n tipi
yarı-iletkenler biraraya gelmeden önce, her iki madde de elektriksel
bakımdan nötrdür ve elektrik akımı oluşmaz.
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 ve elektrik akımı oluşur.
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.
Güneş Pili Sistemi
Güneş pili sistemlerin kurumu ve işlev hale getirilmesi çok kolaydır.
Güneş pilinin ürettiği cereyan denetim birimi tarafından gereğe göre ya akumulatörlere
yönlendirilir ve enerjiyi orada depolar yada doğrudan kullanıma
bırakır. Denetim birimi güneş pili sisteminin beynidir. Geceleri veya
güneşsiz zamanlarda kullanım birimi elektriği doğrudan akumulatörlerden
alır. Burada kullanılan akumulatörlerin kapasitesi önemlidir.
Şebeke
uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda,
sisteme bir invertör eklenerek akümülatördeki DC gerilim, 220 V, 50
Hz'lik sinüs dalgasına dönüştürülür.
Benzer şekilde, uygulamanın
şekline göre çeşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir.
Bazı sistemlerde, güneş pillerinin maksimum güç noktasında çalışmasını
sağlayan maksimum güç noktası izleyici cihazı bulunur.
Güneş Pili Kullanım Alanları
Güneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (stand-alone) olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır.