DERS: YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI
ÖĞRETMEN: MUSTAFA İLKAN
GRUP:2
TOLGA DURAN
OSMAN MANYERA
ALİ DEMİROĞLU
METİN TEKDEN
GÜNAY FEHMİOĞLU
KONU: GÜNEŞ ENERJİSİ İLE PV HÜCREDEN
ELEKTRIK ÜRETİMİ
İÇİNDEKİLER:
-GÜNEŞ ENERJİSİ
-PV HÜCRE VE BİLEŞENLERİ
-PC HÜCREDEN MODUL OLUŞTURMA
-PV HÜCREDEN ELEKTRIK ENERJİSİ ÜRETİMİ
-PV SİSTEM ELEMANLARI VE BİLGİLERİ
-PV HÜCREDEN ELEKTİRİK ÜRETİMİNİ OLUMSUZ ETKİLEYEN
FAKTÖRLER
GÜNEŞ ENERJİSİ
Güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile (hidrojen gazının helyuma dönüşmesi) açığa
çıkan ışıma enerjisidir. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370
W/m² değerindedir, ancak yeryüzüne ulaşan miktarı atmosferden dolayı 0-1100 W/m2 değerleri
arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut
enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle
1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet
bakımından düşme göstermiş, çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul
ettirmiştir. Güneş enerjisinden ısı, soğuk ve elektrik enerjisi üretiminde faydalanılabilmektedir.
Yüzeylerine gelen güneş enerjisini fotoelektrik etki ile direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren
sistemlere fotovoltaik güneş panelleri (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 panelinin yapısına bağlı olarak %5-%20 arasında bir verimle elektrik enerjisine
çevrilebilir.
Bir PV Modül ve Panelin Elde Edilmesi:
Bir PV sistemin en önemli parçası solar hücrelerdir. PV hücreler genellikle ingottan kesilmiş kristal
silikon 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.
Kristal silikon hala PV modüllerde en çok kullanılan malzemedir. Kristal silikondan yarı iletken güneş
paneli oluşturmak için n ya da p tipi gerekir. Buna göre ya Bor ya da Fosfor katılarak n tipi yarı iletken
elde edilmiş olur.
Tipik olarak bir PV hücre 25-30 cm2’lik kare bir alana sahip olup, yaklaşık 1W’lık güç üretir. Yüksek
güçler elde edebilmek için birçok PV hücre seri ve paralel olarak bağlanır ve büyük bir alana sahip
bir modül elde edilir. Bir PV güneş paneli ise ihtiyaç olan akım ve gerilimi üretecek şekilde modüllerin
seri-paralel kombinasyonlarını içerir.
Güneş Panellerinin Yapısı ve Çeşitleri:
Fotovoltaik (PV) sözcüğü Yunanca ışık anlamına gelen “photos” ve elektriğin öncüsü Alessandro
Volta’dan gelen “voltaic” sözcüklerinin birleşmesinden gelmektedir. Güneş panelleri, bir diğer adıyla
fotovoltaikler, güneş ışınımını doğrudan elektrik akımına çeviren yarı iletken devre elemanlarıdır.
Güneş panelleri (PV modüller) sistemin en önemli parçasıdır. Güneş (PV) hücreleri, güneşten aldıkları
enerjiyle elektrik üreten yarı iletken malzemelerden üretilmişlerdir. Kalınlıkları mikrometreyle ölçülecek
kadar ince olan bu hücrelerin boyutları genelde kare, dikdörtgen veya daireseldir. Tek bir PV hücreden
elde edilen enerji oldukça azdır. Bu nedenle hücreler seri veya paralel bağlanarak modülleri, modüller
de birleşerek panelleri oluşturur. Büyük miktarlarda elektrik üretmek için paneller de birbirine bağlanarak
solar PV dizisini meydana getirir.
Güneş modüllerinin üretiminde kullanılan başlıca maddeler; kristal silisyum, galyum arsenit, amorf
silisyum, kadmiyum tellürid ve bakır indiyum diseleniddir. Güneş paneli hücrelerinin üst tabakaları
çatlamaların, kırılmaların ve enerji kaybının önlenmesi için yansımayı önleyici kaplama ve korumalardan
oluşur. Bu katmanların altında ise N tipi ve P tipi yarı iletken maddeler bulunur. N ve P tipi maddeler yarı
iletken maddelerin eriyik hâlindeyken istenilen maddeler ile kontrollü olarak katılması sonucu oluşur.
Güneş panellerinde yarı iletken madde olarak çoğunlukla çok kristalli silisyum kullanılmaktadır.
Güneş panelinin çalışma prensibi aşağıdaki gibidir:
Güneş ışığı güneş paneli üzerine düşer ve fotovoltaik hücreler tarafından absorbe edilir. Güneş
panelinde çok elektrona sahip P tipi yarı iletken madde ve az elektrona sahip N tipi yarı iletken
madde bulunur.

Güneş ışığı P tipi yarı iletken maddeden elektron koparır.

Enerji kazanan elektronlar N tipi yarı iletken maddeye doğru akarlar

Bu sabit tek yönlü elektron akışı doğru akımı (DC) yaratır. Elektronlar kurulan devreler boyunca
akarak farklı alanlarda kullanılır ve P tipi yarı iletken maddeye geri döner.
Güneş panelleri, üretim teknolojilerine göre aşağıdaki gibi çeşitlendirilebilir:
 Birinci nesil güneş panelleri (Tek kristal ya da multikristal silisyum pul (wafer) teknolojisi)
 İkinci nesil güneş panelleri (Amorf silisyum (a-Si), Multikristal silisyum ince film (mc-Si), Cadmium
telluride (CdTe), Copper indium gallium diselenide (CIGS) alaşım)
 Üçüncü nesil güneş panelleri (Çoğu henüz fikir aşamasındadır) (Nanokristal tabanlı güneş
hücreleri, Photoelectrochemical (PEC) hücreler, Gräetzel hücreleri, Polimer tabanlı hücreler,
Boya ile duyarlı hâle getirilmiş hücreler [Dye sensitized solar cell (DSSC)(DSSC piyasaya çıkmaya
başladı.)]
Güneş panelleri, üretim şekillerine göre gruplandırıldığında en yaygın olanları mono kristalin, poli
kristalin ve ince film (amorf silikon, thin film) paneller olmak üzere üçe ayrılır.
Mono kristalin güneş panelleri: Mono kristalin güneş panellerinde malzemenin atomik yapısı
homojendir. Mono kristalin güneş panelleri verimlilik kapasitesi diğerlerine göre en yüksek olan %15-%20
arası güneş paneli çeşididir. Mono kristalin güneş panellerinin üretimi teknik açıdan daha zor
olduğundan ve daha çok zaman aldığından bu tip güneş panellerinin fiyatları da diğer güneş panelleri
çeşitlerinden daha yüksektir. Ancak uzun süreli kullanımlar için düşünüldüğünde mono kristalin güneş
panelleri dayanıklılık ve verimlilik açısından daha iyi bir seçenek olacaktır.
Poli kristalin güneş panelleri: Poli kristalin güneş panellerinde malzeme birçok
mono kristalden oluşur ve atomik yapı homojen değildir. Poli kristalin güneş panellerinin
verimlilik kapasitesi yaklaşık %14-%16 arası olup mono kristalin güneş panellerine göre %7
daha düşüktür. Kalite ve verimlilik açısından poli kristalin güneş panelleri mono kristalin
olanlardan biraz daha düşük verimli hücreler ile üretilmiştir. Buna rağmen kullanım alanı daha
yaygındır. Bunun en büyük nedeni daha kolay ulaşılabilir ve buna bağlı olarak daha uygun
fiyatla bulunabilmesidir. Poli kristalin güneş panellerinin maliyeti mono kristalin güneş
panellerinden daha düşük olduğu ve verimlilik kapasitelerinin maliyete oranı yüksek olduğu
için bu tip güneş panelleri en sık üretilen güneş panelleridir.
İnce film (amorf silikon) güneş panelleri: Işık yutma oranı yüksek olan bu hücreler,
düşük verimlilikleri nedeniyle pazar payının küçük bir bölümünü oluşturur. Amorf silikon güneş
panelleri kristal yapılı olmayan güneş panelleridir. Amorf güneş panellerinin yapısı nedeniyle
verimlilik kapasiteleri
%5 ile %10 aralığında diğer güneş panellerine göre düşük olan değerlere sahiptir.
Esnek panel: Geleneksel güneş panellerine alternatif olarak, özellikle çatı uygulamaları için
geliştirilmiş bir teknolojidir. PV konstrüksiyonlarının çatıya entegresinin zor olduğu
uygulamalarda çatı izolasyonuna zarar vermeden monte edilebilir. Birçok uygulamada enerji
üretiminin yanında çatı membranı olarak da kullanılabilir. Kristal ve ince film hücrelerden
oluşan güneş paneli çeşitleri mevcuttur.
PV MODUL İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ
Hücreye güneş ışığı vurduğunda, güneşin enerjisi her iki katmandaki elektronlara vurur ve boşa
çıkartır. Boşta kalan elektronlar n-tip katmandan p-tip katmana hareket etmek ister ancak P-N
birleşimindeki elektrik alanı bunu engeller. Dış bir elektrik devresinin varlığı elektronların hareket
etmesini sağlar. N-tip katmanın üst yüzünde bulunan çok ince kablolar işte bu dış devreyi sağlar ve bu
devre üzerinde hareket eden elektronlar da ihtiyaç duyulan elektriği üretmiş olurlar.
Yukarıda şekilde güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümünü gösteren blok
şema vardır. Bu şemada kullanacağımız elemanları göstermektedir. Bu şemada şarj
regülatörün çıkışına bir pako şalter koyularak ister DC istersek AC enerji
sigortalardan geçirilerek alınır.
Dünya genelinde PV modüllere yapılan yatırım oranı
Bir modülün çıkışında kullanılan (DC) 500V,20 A,4ms kapama
pole MCB
Sistemin Tasarımı
Güneş enerjisinden elektrik üretmek için kurulacak bir
sistemde akü grubu, akü şarj kontrolünün, inverter ve yardımcı
elektronik devreler bulunabilir. Tabi ki uygulamaya göre bu
bileşenler değişiklik gösterebilir. İstenen enerji miktarına
göre güneş paneli ve sayısı belirlenir. Güneş olmadığı
zamanlarda enerjisiz kalmamak için akü grubu sisteme dahil
edilir. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini
engellemek için akü şarj kontrolü kullanılır. Şarj kontrolü akünün
durumuna göre, güneş panellerinden gelen akımı keser ya da
yükün çektiği akımı keser. İnverter, alternatif akım istenen
uygulamalarda panelde elde edilen doğru akım
elektriğini alternatif akım elektriğine dönüştürmek için kullanılır.
İstenirse sisteme bir de maksimum güç noktası izleyicisi (MPPT)
özelliğine sahip dauble
Akü Sistemi: Aküler elektrik enerjisinin depolanmasında kullanılır. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz
kalmamak için elektrik enerjisinin depolanması mantıklıdır. Ayrıca güneşsiz günler de olabilmektedir. Bu
yüzden enerjinin depolanması oldukça önemlidir. Akü kapasitesinin belirlenmesinde en önemli faktör
sistemin güneş göremeyeceği gün sayısını ya da saatini hesaplamaktır. Biz bunu 2 gün olarak kabul
edersek; günlük tüketimi 5 kW-saat olan bir ev için 10 kW-saatlik enerjiyi depolayabilecek bir akü
grubu gereklidir. Sistem gerilimini 12 V seçersek, 12 V 1200 Ah akü grubu bir sistem için yeterli olacaktır.
Akü Şarj Kontrolü: Güneş panelinden gelen akımı ayarlayarak akünün tam dolmasını veya
tamamen boşalmasını engeller. Tüketici için gerekli akım değerine göre sistemde uyumlu çalışabilecek
tipte seçilmesi gereklidir. Ayrıca akü şarj kontrolünün, akü gerilimine uyumlu olması gerekir. Şarj
kontrolünden direkt doğru akım çıkışı alınabilir. Çoğu şarj kontrolünde şarj durumuna ait sayısal bilgileri
gösteren ekran bulunmaktadır. Bir çok şarj kontrol üreticisi firma panel gücüne göre seçilmesi gereken
şarj kontrolü saptamış ve tablolar halinde kataloglarına koymuşlardır.
İnverter: Doğru akım enerjisini alternatif akım enerjisine çevrilmesine yarayan cihazlardır. Genel
olarak tam sinüs çıkışı veren ve vermeyen olmak üzere iki çeşit inverter bulunmaktadır. Hassas yüklerin
bulunduğu sistemlerde tam sinüs çıkışı verebilen inverterlerin kullanılması gereklidir. İnverter gücü, sistemde
aynı anda çalışabilecek yüklerin güç değerleri toplanarak elde edilir. Aylık faturası 80 TL gelen bir tüketici
2000 Watt'lık bir inverter seçebilir.
Diğer
Ekibmanlar:
Sistemde kullanılması gereken diğer elemanlar kablolar ve
sigortalardır. Ayrıca sistemi izleyebilmek için çeşitli elektronik devreler de kullanılabilir. Sigorta ve
kablo seçimi sistemin düzgün çalışabilmesi için son derece önemlidir. Kablo seçiminde gerilim
düşümü de dikkate alınmalıdır.
Kurulum Maliyeti: Günlük ortalama 5 kW-saatlik enerji üretebilen sistem için maliyet hesabı
yapılmıştır. Sonuçlar şu şekildedir:
Bu maliyet hesabına kablo, sigorta ve diğer elektronik devreler dahil edilmemiştir. Ayrıca işçilik
masrafları da incelenmemiştir. Genel olarak piyasada güneş enerjisi ekipmanları Dolar ya da Euro
para birimiyle satışa sunulmaktadır. Yukarıdaki hesabı, para birimi TL ye çevrilerek yapılmıştır.
Görüldüğü gibi 14.700 TL’lik bir maliyet ortaya çıkmıştır. İstenirse bu sistemin kendini geri ödeme süresi
hesaplanarak yatırım için karar verilebilir.
Download

- Emu-SCT