GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
ISPARTA VALĠLĠĞĠ ĠÇĠN
PV ÜRETĠM TESĠSLERĠ TEKNĠK RAPORU
1
HAZIRLAYANLAR
YRD.DOÇ.DR.ĠBRAHĠM ÜÇGÜL
DOÇ.DR.REġAT SELBAġ
YRD.DOÇ.DR.RAMAZAN ġENOL
SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ
YEKARUM
YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ KAYNAKLARI ARAġTIRMA VE UYGULAMA MERKEZĠ
Rapor No: R2013-V01
15 OCAK 2013 ISPARTA
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
GÜNEġ ENERJĠSĠNDEN ELEKTRĠK ÜRETĠMĠ VE PV TEKNOLOJĠSĠ
Güneş enerjisinden ısı, soğuk ve elektrik enerjisi üretiminde faydalanılabilmektedir.
Yüzeylerine gelen güneş enerjisini fotoelektrik etki ile direkt olarak elektrik enerjisine
dönüştüren sistemlere fotovoltaik güneş pilleri (PV) adı verilir. Bir modülün yüzeyi kare,
dikdörtgen ya da daire biçiminde olup alanı yaklaşık 100 cm2 civarında ve kalınlığı 0,2 ila 0,4
mm arasındadır. Güneş enerjisi güneş pilinin yapısına bağlı olarak %5-%20 arasında bir
verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.
IŞIK TANECİKLERİ (FOTONLAR)
IŞIK TANECİKLERİ(FOTONLAR)
GÜNEŞ PİLİ (YARI İLETKEN)
ELEKTRİK ENERJİSİ
Bir PV sistemin en önemli parçası solar hücrelerdir. PV hücreler genellikle ingottan kesilmiş
kristal silicon veya üzerine ince bir tabaka kaplanmış ince filmlerden yapılır.(Wafer). 2007
yılında tüm solar hücre üretiminin %90’ı kristal silikondan üretilmiştir. Silikon ve diğer
malzemeler üzerine yapılan ince film teknolojisinin PV pazarından daha büyük bir pay
alacağı tahmin edilmektedir. Bu teknoloji düşük malzeme tüketimi, düşük ağırlık, pürüzsüz
bir yüzey gibi avantajları barındırmaktadır. Hücre ve modül teknolojilerinin ortalama
verimlilikleri ve karşılaştırmalı verileri Çizelge 1 de görülebilmektedir.
Çizelge 1) Güneş Pili Verimlilikleri Karşılaştırması.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
2
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Güneş enerjisinden fotovoltaik güneş pilleri ile elektrik üretim sisteminin diğer güneş
enerjisinden elektrik ürtim sistemleri ile sistem verimi, çalışma sıcaklıkları, ilk yatırım
maliyetleri ve enerji maliyetleri yönünden karşılaştırılması çizelge 2 de verilmiştir.
Çizelge 2) Güneş Enerjisinden Elektrik Üretim Teknolojilerinin Karşılaştırılması
PV sistemi hücreler modülü, modüllerde dizileri oluşturur. Bunlar aşağıdaki şekillerde
gözükmektedir.
3
Şekil 1. Hücre (Cell), Panel (Modül) ve Dizi görünümleri
Kristal silicon hala PV modüllerde en çok kullanılan malzemedir. Kristal silikondan yarı
iletken güneş pili oluşturmak için n yada p tipi katkılanması gerekir. Buna göre ya Bor Yada
Fosforla katkılanarak p yada n tipi yarı iletken elde edilmiş olur.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
PV ÇALIġMA PRENSĠBĠ
Şekil 2. PV çalışma Prensibi
PV nin çalışması için yarı iletkenin eklem bölgesinde fotovoltaik dönüşümün sağlanması
gerekir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi, bu dönüşüm 2 aşamada olur. İlk olarak eklem
bölgesine ışık düşürülerek elektron-boşluk çiftleri oluşturulur. İkinci olarak ise bunlar
bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirinden ayrılır. Ayrılan bu çiftler güneş pilinin
uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluşturur. ( Şekil 3.)
4
Şekil 3. Güneş Hücre Katman ve Kontakları
PV Üretim Süreçleri ve Teknolojileri
PV Teknolojisinde üretim süreçleri aşağıdaki aşamalardan oluşur.
1.Solar Kalite Silikon Üretimi
2.İngot Üretimi
3.Wafer Üretimi
4.Solar Cell Üretimi
5.Solar Panel Üretimi
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Polysilicon
Polysilicon
Ingot
Wafer
Solar Cell
Şekil 4. PV Üretim Süreçleri
Solar Panel
System
Panel
Bir PV sistemin en önemli parçası solar hücrelerdir. PV hücreler genellikle ingottan kesilmiş
kristal silicon veya üzerine ince bir tabaka kaplanmış ince filmlerden yapılır. 2007 yılında tüm
solar hücre üretiminin %90’ı kristal silikondan üretilmiştir. Silikon ve diğer malzemeler
üzerine yapılan ince film teknolojisinin PV pazarından daha büyük bir pay alacağı tahmin
edilmektedir. Bu teknoloji düşük malzeme tüketimi, düşük ağırlık, pürüzsüz bir yüzey gibi
avantajları barındırmaktadır.
Bazı teknik parametreler açısından solar hücreler için ideal bir malzeme olmamasına rağmen,
kolay bulunabilirliği, teknolojisinin iyi anlaşılmış olması ve elektronik endüstrisi için
geliştirilene benzer bir kullanım alanına sahip olması nedeniyle temel hammadde olmuştur.
Solar hücrelerin verimi gibi kalınlığı da önemli bir faktördür. Solar hücreler wafer adı verilen
kristal silikon dilimlerinden meydana gelir ve ne kadar ince olursa o kadar az malzeme
tüketimi olacak ve maliyet azalacaktır. Bir wafer kalınlığı 2003 senesinde 0.32 mm iken bu
değer 2008 yılında 0.17 mm’ye düşmüştür. Aynı periyotda da ortalama
verim %14’den %16’ya çıkmıştır. 2010 yılına kadar wafer kalınlığının 0.15 mm’ye
düşürülmesi, ortalama verimin de %16.5’e çıkarılması hedeflenmektedir. Wafer üretimi
esnasında, kesme çamuru içerisinde önemli miktarda silikon kaybı olmaktadır. “Ribbon sheet
technology” gibi alternatif yaklaşımlar ile wafer üretiminde oluşan bu kayıpların önlenmesine
çalışılmaktadır. Bu teknoloji ile ergitilmiş silikondan ince bir tabaka çekilir veya ergimiş
silikon uygun bir altlık üzerine dökülür. Böylece kesme esnasında oluşan kayıplar önlenmiş
olur.
ĠNGOT ÜRETĠMĠ:
Silikon kristal büyütme işleminin monokristal yada polikristal olmasına göre farklı imal edilir.
Monokristal ingotlar Cz ve Fz proseslerine göre elde edilir. Şekil 5 de Cz ve Fz prosesleri
gösterilmiştir.
Şekil 5. Cz ve Fz Prosesleriyle Monokristal İngot Üretimi
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
5
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Şekil 6. Multi crystalin Prosesiyle Polikristal İngot Üretimi
6
Şekil 7. Hammadde saflaştırma Maliyeti
Şekil 8. İngot ve Wafer
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
SİLİKON İNGOT İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI:
1. Ġngot Üretimi için Silikon Kristal büyütme fırını:
Silisyum parçalarının bir pota içinde eritilip, kılavuz kristali izleyerek uzun ve geniş bir
saf silisyum kütük üretilmesini sağlar, günümüzde kristaller 200-300mm çapında ve 1-2 m
uzunlukta büyütülebilmektedirler.
Şekil 9. Kristal büyütme fırınları
Ġngot Silikon Kristal kesici :
Büyütülen Si kristalini 200-350um kalınlığında keserek üzerinde güneş pili yapılacak olan
ince wafer'lar( yaprak) üretir.
Şekil 10.Kristal kesici
Plazma aĢındırma sistemi:
Kesilen waferlerın kaliteli bir şekilde işlenebilmesi için yüzey temizliğini yapar ve pil
yüzeyini pürüzsüz hale getirir. Ayrıca Fosfor katkılanmış n-tipi wafer ın p-tipinden düzgün bir
biçimde ayrılmasını sağlar. Bazı üreticiler tarafındansa yüzey temizleme kimyasal yolla yapılır,
NaOH wafer yüzeyini organik maddelerden ve düzensizlikten arındırır ayrıca wafer yüzeyinde
piramit yapılar oluşturarak verimliği arttırmaya da yarar.
Şekil 11. Plazma aşındırma
2. Difüzyon Fırını:
Difüzyon fırını güneş pili yongalarının üretildiği ana kısımdır. Bor katkılı p-tipi wafer üzerine
fosforik asit döküplüp yüksek sıcaklığa (800-1000oC)maruz bırakılması sonucunda fosforun
wafer a difüze edilmesi ve sonuç olarak n-tipi eklemin wafer ın üst yüzeyinde oluşmasını
sağlar.
Şekil 12. Difüzyon fırını
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
7
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
PV TEKNOLOJĠSĠ VE TESĠS MALĠYETLERĠ
8
ġekil 13 Silicon’ dan Wafer' e
ġekil 14. Wafer ‘den Modül’e
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
PV PANEL İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI :
Cam Yükleme Ünitesi,
Cam Yıkama ve Kurutma ünitesi,
Eva/Tedlar Kesme ve Serme Üniteleri
Stringer Dizim ve Interconnection Ünitesi
Laminatörler
Otomatik Junction Box ve Alüminyum Çerçeveleme Robotları
Modül Testi Güneş Simulatörleri
Modül Ayrım ve Gruplama Robotları.
PV CELL İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI :
Cell Loading ve Acid Texturing Ünitesi
Phosphorus Doper Ünitesi
PSG Etching & Single Side Isolation Ünitesi
Pick & Place Robots Üniteleri
Ink-jet PV Cell Printing Ünitesi
Light Induced Plating & Selective Emmiter Üniteleri
Classification & Sorting Üniteleri
PV WAFER İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI :
Wafer Singulation Ünitesi
Wafer Temizleme Ünitesi
Pick & Place Robotlar
Wafer Test ve Tasnif Ünitesi
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
9
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
TESİS KURULUM YAKLAŞIK MALİYETLERİ:
Mono/Polysilicon İNGOT ÜRETİM Tesisi kurulum maliyeti:
(1000 ton/yıl kapasite için maliyet:
Milyon € )
YEKARUM
??????????
Ingot’tan WAFER ÜRETİM Tesisi kurulum maliyeti:
(100 MW/yıl mono-multi kristal üretim maliyeti:
YEKARUM
Milyon €)
??????????
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
10
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
WAFER den CELL Üretim Tesisi kurulum maliyeti:
(100 MW/yıl mono-multi kristal üretim maliyeti :
Milyon €)
YEKARUM
??????????
CELL den MODÜL Üretim Tesisi kurulum maliyeti:
(Kapasiteye
11
göre yıllık 60-100 MW üretim için yaklaşık ~YEKARUM
Milyon€ )
??????????
İNGOT DAHİL ENTEGRE TOPLAM TESİS
*
MALİYETİ (100 MW LIK YATIRIM İÇİN) :
YEKARUM
??????????
MİLYON €
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
ENTEGRE ÜRETİM TESİSİ MALİYETİ*
(ingot tesisi hariç)
100 MW Wafer + Cell + Module :
YEKARUM
??????????
MİLYON €
12
*(Tesis Kurulum Maliyetleri, Tam Otomatik ve GeliĢmiĢ Teknolojiye
göredir. Fiyatlar Teklif alınan Ülke, Firma ve Teknolojiye Göre %10 - %40
oranlarında azalabilmektedir.)
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
YATIRIMDA KARġILAġILABĠLECEK RĠSKLER
Devletin Yenilenebilir Enerji Yatırımlarını desteklememesi
Küresel ve Bölgesel Ekonomik Kriz çıkması
Küresel ve Bölgesel ÇatıĢmalar çıkması
Ġç pazarda tanıtımın yapılamaması
Alternatif dıĢ pazarların oluĢturulamaması
Hammadde temininde aksamaların yaĢanması ve alternatif hammadde temin
imkânlarının oluĢturulmaması
7. Yatırımla ilgili yan sanayi kuruluĢlarının bölgede geliĢmemesi
8. Profesyonel ekiplerle çalıĢmamak ve Profesyonel ekiplerin yetiĢtirilmesini
sağlamamak
9. Üniversite Sanayi iĢbirliğini temin edememek
10. Konuyla ilgili AR-GE yapmamak
11. Teknoloji ve malzemede tamamen dıĢa bağımlılık
12. Daha yeni ve yüksek verimli teknolojilerin ortaya çıkması
1.
2.
3.
4.
5.
6.
SONUÇLAR VE ÖNERĠLER
1) GüneĢ enerjisi ve fotovoltaik pil uygulamalarına Dünyada ve Türkiye de hızlı bir
üretim ve yatırım süreci yaĢanmaktadır. Bu trendi kaçırmamak, Isparta için
hayati bir öneme haizdir. Bu teknolojinin imkânlarını yakalamak için ilk adımda
güneĢ hücrelerinin hazır alınıp güneĢ pili modüllerinin Isparta da üretimi
öncelikli olarak gerçekleĢtirilmelidir. Bu modül üretim tesisi Çok ortaklıklı yerli
yatırımcılarla gerçekleĢtirilebilir.
2) Ġkinci adım olarak GüneĢ enerjisi kalite silikon üretimini Isparta’da
gerçekleĢtirmek; GüneĢ enerjisi kalite silikon üretimi, metalurjik ve elektronik
kalite silikon üretiminin arasında yer alan bir prosestir. Fotovoltaik güneĢ
pillerinde kullanılabilecek mono kristal yada poli kristal silikon üretim
tesislerinin ya %100 yabancı sermaye ile yada yabancı ve yerli yatırımcı
ortaklığıyla Isparta da kurulabilir. Isparta de böyle bir teknolojik yatırımın
yapılması gelecek on yılda Isparta’yı Türkiye’nin Teknoloji Üssü haline
getirecektir.
3) Üçüncü adımda güneĢ pili kullanımının yaygınlaĢtırılmasına yönelik
uygulamaların yapılmasıdır. Örneğin: Kamu binalarına güneĢ pili uygulanması,
trafik sinyalizasyon ve yönlendirme levhalarının güneĢ pili ile yapılması, cadde,
sokak, park ve bahçe aydınlatmalarının güneĢ pilleri ile yapılması, stadyum ve
büyük iĢ merkezlerinin çatılarının güneĢ pilleri ile donatılarak enerji üretir hale
getirilmesi, Isparta da güneĢ pilli üretim santrallerinin kurulması, tarımsal,
sulama, bahçe sulama tesislerinde güneĢ pili kullanımı, toplu konutlarda güneĢ
pillerinin uygulanması gibi çalıĢmalar.
4) Isparta’da yapılan PV’ li uygulamaların, diğer il ve belediyelere tanıtımının
sağlanarak satıĢ ve teknoloji transferinin yapılarak tüm ülkeye yaygınlaĢtırılması.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
13
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
BAZI PV ÜRETĠM FABRĠKALARI
JA SOLAR FABRĠKASI
XĠNGTAĠ JĠNGLONG ELECTRONIC METERIAL CO.
14
ÇEġĠTLĠ UYGULAMA ÖRNEKLERĠ
Çevreci yeĢil evler
Çevreci YeĢil Bina, Okul, Hastane, KıĢla, Kamu
Binaları, Otel ve AVM ler
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
Çevreci YeĢil Kampüs, Toplu konut, site, semt, mahalle, köy ve beldeler.
15
Çevreci YeĢil ve Sürdürülebilir Üniversiteler
Isparta için GES (GüneĢ Enerjisi Santral ) Bölgeleri
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
GÜLKENT’TEN GÜNKENT’E YEKARUM’LA
ISPARTA ĠÇĠN
GÜLKENT’ TEN GÜNKENT’ E
YEKARUM’LA
KAYNAKLAR
1.Üretici firma website ve broşürleri
2. Yekarum Raporu
3. Çin gezisi Raporu
4 İnternet Görselleri
5. Diğer kaynaklar ekte verilmiştir .
16
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ - YEKARUM
YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ R2013-V01
Download

ısparta valiliği için pv üretim tesisleri teknik raporu