Güneş enerjisi, dünyadaki en bol yenilenebilir enerji kaynağıdır. Fosil yakıtlardan her yıl ihtiyacımız olandan 10.000 kat daha fazla enerjinin güneşten dünyaya ulaştığı tahmin edilmektedir. Güneş enerjisi sistemleri, güneşten gelen ısı veya ışığı elektrik gibi kullanılabilir enerji biçimlerine dönüştüren sistemlerdir.
Günümüz teknolojisinde güneş enerjisinden yararlanmak için kullanılan iki farklı sistem bulunmaktadır. Bunlardan biri olan termal sistemde, güneşin ısı enerjisi sıvıları ısıtmak veya elektrik üretmek için kullanılır. Diğeri ise fotovoltaik (PV) sistemdir. Güneş ışığı yarı iletken bir malzemeye çarptığında, elektronlar serbest kalır ve bir elektrik akımı üretilir. Fotovoltaik sistemde, doğrudan güneşten gelen ışınları kullanarak yarı iletkenler yardımıyla elektrik enerjisi üretmeyi amaçlar.
Güneş panelleri, az ve çok sayıda güneş hücresinin bir araya getirilmesiyle oluşur. Güneş pilleri genellikle silikon (Dünyadaki en bol bulunan ikinci element) adı verilen yarı iletken bir malzemeden yapılır. Güneş pilleri, kristal silisyumun iki iletken tabaka arasına sıkıştırılmasıyla yapılır. Her silikon atomu, komşu atomlarıyla 4 güçlü bağ oluşturur. Bu bağlar sayesinde elektronlar hareket edemez ve elektrik akımı oluşmaz. Silikonun orta kısmı da iki farklı silikon tabakasından oluşur. Bunlar n-tipi silikon ve p-tipi silikon katmanlarıdır.N-tipi silikon katmanda ekstra elektronlar bulunur ve p-tipi silikon katmanda bu ekstra elektronlar için ekstra delikler bulunur. Bu iki katman bir araya geldiğinde P/N bağlantısı oluşur ve bu bağlantı sayesinde elektronlar bir katmandan diğerine serbestçe hareket edebilir. Bu hareket sayesinde bir taraf pozitif (+) yük ile diğer tabaka ise negatif (-) yük ile yüklenir.
Güneşten gelen fotonlar yeterli enerjiye sahip bir silikon hücreye çarptığında, silikon tabakadan bir elektron kopararak geride bir boşluk bırakabilirler. Böylece negatif yüklü elektron ve geride kalan pozitif yüklü boşluk serbestçe hareket edebilir. Ancak P/N bağlantısındaki elektrik yükleri sayesinde yalnızca bir yönde hareket edebilirler. Serbest elektron n tarafına ve delik p tarafına doğru çekilir.
Hareket eden elektronlar, hücrenin üstündeki ince metal tabaka tarafından toplanır. Ortaya çıkan elektrik akımı ile enerji pillerde depolanarak evlerimizin elektrik ihtiyacı karşılanabilir veya elde edilen fazla güç şehir şebekelerine aktarılabilir. Ayrıca evlerimizde kullandığımız elektrik AC elektriktir. Evlerimizde kullanmak istiyorsak panolarda üretilen DC elektriği evlerimizde kullandığımız AC elektriğe çeviren bir inverter mutlaka sisteme eklemeliyiz. Elektronlar işlerini bitirdiklerinde güneş panelinin arkasındaki iletken alüminyum tabakaya geri dönerler. Oradan güneş hücrelerine geri aktarılır.
Her silikon hücre sadece yarım volt akım üretebilir. Güneş panellerinin birleştirilmesi ve aralarında bağlantı kurulmasıyla oluşan güneş panelleri ile çok fazla enerji üretiliyor. Örneğin 12 fotovoltaik hücreyi birbirine bağlayarak bir cep telefonunu şarj etmek mümkün olurken, ev elektrik ihtiyacı için çok daha fazlasını alıyor.
Güneş hücrelerinde hareket eden tek parça elektronlardır. Kullanılan başka hücre parçası olmadığı için güneş panelleri yıllarca zarar görmeden kullanılabilir. Ancak bugün üretilen en verimli güneş panelleri bile kendilerine çarpan güneş ışığının yüzde 46’sını elektriğe dönüştürebiliyor. Ek olarak, şu anda kurulu olan ticari sistemlerin çoğu yüzde 15 ila 20 arasında bir maksimum verimlilikle çalışıyor. Bu panellerin verimini etkileyen en önemli faktörlerden biri güneşlenme süresidir. Ülkemizde bu süre yaz aylarında 11 saate çıkmakla birlikte kış aylarında 5 saate kadar düşmektedir.
Güneş panellerinde verimliliği artırmak için silikon dışındaki yarı iletken malzemeler de kullanılabilse de, günümüzde bu tür sistemlerin yüzde 90’ında monokristal, polikristal veya amorf gibi farklı bir silikon varyasyonu tercih edilmektedir.
kaynak:
https://studentenergy.org/conversion/solar-pv
https://greenerideal.com/guides/0613-solar-panel-basics-what-solar-panels-are-made-of/
yazar: Yüce Mücahid
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]