Güneş Panelleri ve Fotovoltaik Güç Üretim Teknolojisine Genel Bakış（QUENENG）

1. Fotovoltaik Güç Üretiminin Gelişim Tarihi ve Mevcut Durumu

1954'te ilk pratik fotovoltaik (PV) hücrenin icadından bu yana, güneş fotovoltaik güç üretim teknolojisi önemli ilerlemeler kaydetti. Ancak, güneş enerjisinin gelişimi, bilgisayarlar veya fiber optik gibi alanlardaki hızlı ilerlemelerle karşılaştırıldığında daha yavaş olmuştur. Bunun bir nedeni, bilgiye olan talebin özellikle güçlü olması ve geleneksel enerji kaynaklarının insan ihtiyaçlarını karşılamaya yeterli olmasıdır. 1973 petrol krizi ve 1990'lardaki çevre kirliliği sorunları, güneş fotovoltaik gücünün gelişimini büyük ölçüde hızlandırdı. Aşağıda güneş fotovoltaik teknolojisinin tarihindeki önemli kilometre taşları verilmiştir:

• 1893:Fransız bilim adamı Becquerel "fotovoltaik etkiyi" keşfetti.
• 1876: Adams ve diğerleri metaller ve selenyum üzerinde katı hal fotovoltaik etkilerini keşfettiler.
• 1883: İlk "selenyum fotovoltaik hücresi" yapıldı, sensör aygıtı olarak kullanıldı.
• 1930:Schottky, Cu2O bariyerlerinde "fotovoltaik etki" teorisini ortaya attı.
• 1954: Bell Labs, %6 verimliliğe sahip ilk pratik tek kristalli silikon güneş hücresini geliştirdi.
• 1962:Galyum arsenitli güneş hücrelerinin fotovoltaik dönüşüm verimliliği %13'e ulaştı.
• 1978:ABD, karada 100 kWp'lik güneş fotovoltaik santrali kurdu.
• 1990: Almanya "2000 Çatı Güneş Enerjisi Programı"nı başlattı.
• 1995:Yüksek verimli konsantre galyum arsenit güneş pilleri %32 verimliliğe ulaştı.
• 1997:ABD, 1 milyon eve güneş pili takmayı amaçlayan "Milyon Güneş Enerjili Çatı Programı"nı önerdi.

2. Güneş Hücrelerine Giriş

Güneş yongaları veya fotovoltaik hücreler olarak da bilinen güneş hücreleri, güneş ışığını fotovoltaik etkiyi kullanarak doğrudan elektriğe dönüştüren yarı iletken ince filmlerdir. Tek bir güneş hücresi güç kaynağı olarak kullanılamaz; bir güneş paneli oluşturmak için birkaç hücrenin seri veya paralel olarak bağlanması ve birbirine yapıştırılması gerekir. Güneş panelleri, güneş enerjisi üretim sistemlerinin temel bileşeni ve en kritik parçasıdır.

Güneş Enerjisi Çeşitleri

• Güneş Isıl Kullanımı: Güneş ışınları ısı enerjisine dönüştürülerek termal enerji üretiminde kullanılabilir.
• Güneş Fotovoltaik Güç Üretimi: Güneş ışınları, esas olarak fotovoltaik etki prensibine dayanan fotovoltaik dönüşüm cihazları aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.

3. Güneş Hücrelerinin Çalışma Prensibi

Güneş hücreleri fotovoltaik etki prensibine göre çalışır. Güneş ışığı yarı iletken malzemeye çarptığında, bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonlar elektronları harekete geçirir ve elektron-delik çiftleri oluşturur. Bu denge dışı taşıyıcılar, PN bağlantısındaki yerleşik elektrik alanı tarafından ayrılır ve elektronlar N tipi bölgeye, delikler ise P tipi bölgeye doğru hareket eder. Bu, PN bağlantısı boyunca bir elektrik potansiyeli yaratır. Metal uçlar P tipi ve N tipi katmanlara bağlandığında ve harici bir yüke bağlandığında, akım harici devreden akar ve elektrik gücü üretir.

4. Güneş Hücrelerinin Özellikleri

Güneş hücrelerinin başlıca özellikleri şunlardır:

• Nominal Çıkış Voltajı: Standart ışık koşullarında (1000 W/m² ışınım, 25°C sıcaklık) çıkış voltajı yaklaşık 0,48V'tur.
• Negatif Sıcaklık Katsayısı:Sıcaklıktaki her 1°C'lik artış, voltajı yaklaşık 2mV düşürür.
• Güç Çıkışı: Güneş hücrelerinin çıkış gücü güneş ışığı yoğunluğuna, iklim koşullarına, zamana ve konuma göre değişir. Güneşli günlerde öğlen saatlerinde güç çıkışı nominal değere yakındır.

5. Güneş Hücrelerinin Seçimi

Güneş hücreleri seçilirken çıkış gücü önemli bir faktördür. Standart test koşulları şunlardır:

• Işınlanma: 1000 W/m²
• Hava kütlesi: AM1.5
• Hücre Sıcaklığı: 25°C

Bu koşullar, açık bir günde öğle vakti güneş ışığını kabaca simüle eder. Gerçekte, güneş hücrelerinin çıkış gücü, ışık koşullarındaki ve çevresel faktörlerdeki değişiklikler nedeniyle dalgalanacaktır.

6. Fotovoltaik Etki

Fotovoltaik etki, ışığın bir yarı iletkenin veya yarı iletken-metal kombinasyonunun farklı parçaları arasında potansiyel farkı oluşturduğu olguyu ifade eder. Güneş hücrelerinde, bu etki güneş enerjisini elektriğe dönüştürmek için kullanılır. Güneş hücrelerinin temel prensibi, elektronları ve delikleri ayıran, voltaj ve dolayısıyla akım üreten bir elektrik alanı oluşturan PN bağlantısına dayanır.

7. Güneş Enerjisi Üretim Sistemleri

Güneş enerjisi sistemleri şu şekilde ayrılabilir:şebekeden bağımsızVeşebekeye bağlısistemler. Bu sistemlerin bileşenleri biraz farklılık gösterir:

Şebeke Dışı Güneş Enerjisi Üretim Sistemleri

Bu sistemler şebekeye erişimi olmayan alanlarda kullanılır ve genellikle aşağıdaki bileşenleri içerir:

• Güneş Hücresi Dizisi: Belirli bir düzende düzenlenmiş ve bağlanmış birden fazla güneş paneli modülü.
• Enerji Depolama Bataryası: Güneşin olmadığı zamanlarda kullanılmak üzere elektrik depolamak için kullanılır.
• Kontrolör: Enerji depolama bataryasının şarj sürecini kontrol eder ve güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için çeşitli koruyucu işlevler içerir.
• İnvertör: Depolanan DC elektriğini AC elektriğine dönüştürür.
• Dağıtım Kutusu ve Bağlantı Kabloları: Sistem bileşenlerini ve güç çıkışını bağlamak ve yönetmek için kullanılır.

Şebeke Bağlantılı Güneş Enerjisi Üretim Sistemleri

Bu sistemler şebeke erişimi olan alanlarda kullanılır ve fazla elektriği şebekeye geri verebilirler. Temel bileşenler şunlardır:

• Güneş Hücresi Dizisi:Birden fazla güneş paneli modülünün birbirine bağlanması.
• Enerji Depolama Bataryası:Elektriği depolamak için kullanılır.
• Şebeke Bağlantılı İnverter:Depolanan DC elektriğini şebekeye uygun AC elektriğe dönüştürür.
• Dağıtım Kutusu ve Bağlantı Kabloları: Sistem bileşenlerini ve güç çıkışını bağlamak ve yönetmek için kullanılır.