Mikro Optik Güneş Pilleri
Kemal Rüzgar *,1
1
Fizik Mühendisliği AD, Fen Bilimleri Enstitüsü, Beytepe, 06800, Ankara, Türkiye.
Gönderilme: 29/03/2014
Düzeltme: DD/MM/YYYY
PACS 88.40.hj, 88.40.fr, 96.60.Ub, 95.75.De
Kabul: DD/MM/YYYY
*e-posta:
[email protected], Telefon: 0312 297 6762
Günümüzde güneş pilleri üzerindeki çalışmalar genellikle
malzeme üzerine yoğunlaşsada güneş pillerinin verimini artırmak
için alternatif teknikler de geliştirilmektedir. Kullanılan
malzemelerin seçimi, yansıtmaz kaplamalar ve düşük yeniden
birleşme oranına sahip kontak malzemeri verimi etkileyen önemli
faktörler arasında yer alırken bunların yanında güneş izleme sistemleri de verim açısından önemli bir yere sahiptir. Bunun sebebi
ise malzemeniz ve diğer verim artırcı özellikleriniz ne kadar iyi
olursa olsun pilinizin ne kadar güneş ışığından yararlandığı da en
az pilinizin malzemesi kadar önemlidir. Günümüzde farklı
yapılarda güneş pilleri üretilmektedir. Bunlar arasında homoeklemli, heteroeklemli hatta birkaç heteroeklem pilden oluşan
yeni nesil güneş pilleri de vardır. Laboratuvar koşullarında %44’
lere, ticari olarak da %8-20 verime sahip güneş pilleri üretilebilmektedir.
Laboratuvar koşullarında üretilen güneş pilleri genellikle verimi
yüksek fakat boyut bakımından birkaç on milimetrelerle sınırlı
dır, bu da ticari anlamda kullanımlarını zorlaştırmaktadır. Ticari
güneş pilleri ise boyut olarak metreler mertebesinde verim olarak
ise %8-20 gibi değerlere varan bir skalada bulunmaktadırlar. Bu
sebeple günümüzde verim artırmak için alternatif yollara başvurulmaktadır. Bu alternatif yollardan bir tanesi de mikro-optik
güneş pilleridir.
Mikro-optik güneş pilleri günümüzde üretilen güneş pillerinden
farklı olmayan güneş pilleri ile çalışan, güneş ışınlarını pillerin
üzerine odaklayan lens grupları bulunduran konsantre güneş pili
sistemleridir. Konsantre güneş pili sistemleri(CPV) optik yollarla
güneş ışınlarını belirli bir bölgeye odaklayan sistemlerdir.
Odaklama işlemini genellikle lensler ve kıvrımlı aynalar ile
gerçekleştirirler. Mikro-optik güneş pillerinin de çalışma prensibi
bu şekildedir. Mikro-optik güneş pilleri odaklama görevini
lensler ile sağladıklarından bu güneş pillerine mikro-lens güneş
pilleri de denmektedir.
Genel kullanımı mikro-güneş pilleri üzerine olsa da mikro-optik
olarak lensler her türlü güneş pilinde kullanım alanı bulabilmektedir. Mikro lens dizisine sahip güneş pilleri diğer güneş
pillerinden farklı olarak güneş takip sistemine ihtiyaç duymazlar
bu özellikleri sayesinde maliyeti düşük sistemler kurmak için uygundurlar. Verimi artırmak amacıyla mikro-lens güneş pillerine
ek sistemler olarak dalga klavuzları da eklenebilmektedir, bu
sayede lenslerin odaklandıkları farklı noktalar klavuzla birlikte
tek bir bölgeye düşürülerek bu bölgeye düşen foton akısını birkaç
yüz katına kadar çıkarabilmektedirler.
Resim a) sadece mikro lens kullanılan mikro-güneş pilleri b) mikro
lens ve dalga klavuzunun birlikte oluşturduğu konsantre sistem.
Dalga klavuzu olsun yada olmasın odaklanan foton demeti güneş
pilinin tek bir güneş yerine birden fazla güneş görmesini sağlamaktadır. Foton akısındaki bu artış güneş pilinin verimini doğrudan etkilemtedir. Güneş pillerinde güç yoğunluğu birim
yüzeyeye düşen foton sayısıyla orantılır. Dünyamıza gelen güç
yoğunluğu yaklaşık (AM1.5G) 1kW/m2’dir. Bu bir güneşin
sağlamış olduğu güç yoğunluğudur.
H = φ × hυ Burada ∅ foton akısı, H ise güç yoğunluğudur. Mikro-lens sisteminde tek bir güneş pili üzerine odaklanan foton akısı lens kullanılmayan güneş pilinden birkaç yüz kat fazla olur. Bu artış
verim artırma konusunda önemli bir yere sahiptir. Bu çalışmada
mikro -optik güneş pillerinde verim mekanizması anlatılacaktır.
Anahtar Kelimeler: Konsantre Güneş Pilleri(CPV), Mikro-Optik Lensler, Dalga Klavuzu, AM1.5G, Mikro Güneş Pilleri, Foton Akısı,
Güç Yoğunluğu, Verim, Heteroeklem Güneş Pilleri, Çok Eklemli Güneş Pilleri
Download

Mikro Optik Güneş Pilleri