Solar Elektrik

Fotovoltaik hücre yada güneş hücreleri, güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine çeviren ve bu süreçte silikon, galyum arsenit, kadmiyum tellürid ya da bakır indiyum diselenid gibi yarı iletkenleri kullanan aygıtlardır. Genelde yüzeyleri kare, dikdörtgen  veya daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücrelerinin alanları 100/156/243cm2 civarında kalınlıkları ise 0,2 0,4 mm arasındadır.

En yaygın olanı kristal silikon yapılı  güneş hücresidir ve günümüzde güneş hücrelerinin % 99’u temelde silikondan yapılmıştır. Silikon oksijenden sonra dünyamızda en çok bulunan 2. elementtir. Aslında silikon, kimyasal element formunda değil, toprakta silikatlar halinde ve en yaygın bileşiği SİO2 olarak bulunur. Ayrıca kuarzt ve ametist benzeri mineral çeşitlerinde de silikon vardır.

Güneş hücrelerinin çalışma prensibi kristal silikon hücreyi ele alarak kısaca şöyle özetleyebiliriz. Her bir silikon atomu, en dış tabakasında 4 değerlik elektrona sahiptir ve komşu atomların değerlik elektrona sahiptir. Ve komşu atomların değer elektronlarıyla bağ kurup dış tabakayı 8 elektrona tamamlayarak soy gaz düzenine geçer.

Güneş ışığı hücreye düştüğünde, protonlar fazla elektronlardan kurtulmaya çalışacak ve yonga plakasının iki yanında boşlukları doldurmak isteyen elektron fazlalıkları bir gerilim yaratacaktır. Silikon hücrede bu gerilim farkı, yarım volttan biraz daha azdır. Yonganın iki ucuna metalik bağlantı noktaları eklenir. Bu noktalara dahili bir devre bağlandığında elektronlar silikonun içinde hareket etmektense metal iletkenleri takip ederek devrede yol almayı tercih edecektir. Böylece, kapalı bir devre ve bu devreden geçen akım söz konusu olur.

Güneş hücreleri elektron pompası gibi  çalışır ve enerji depolama yetenekleri yoktur. Akım miktarını artırmak için ya daha büyük ve verimli hücreler kullanabiliriz. Yinede bir hücrenin büyüklüğünün, veriminin ve güneş ışığına ne kadar toleranslı olabileceğinin pratik sınırları vardır.

Güneş hücreleri, yapılarına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirebilir. Sonuçta 0.5 voltluk hücreler pratikte çok işe yaramayacağından daha fazla gerilim elde etmek için hücreleri seri bağlayarak fotovoltaik modülleri ya da güneş panellerini oluştururuz. İlk olarak, 36 güneş hücresini seri bağlanmasından oluşmuş ve 17-18 volt civarında gerilim üreten paneller endüstri standartı olarak ortaya çıkmışsa da günümüzde 72 hücreli 24 volt sağlayan  daha byük paneller ve sistemler de kabul görmektedir. Bu paneller ön yüzünde temperli cam ile arka yüzünde koruyucu ve suya dayanıklı bir malzemeyle kaplanmıştır. Köşeler ve bağlantı noktaları da tüm hava koşullarına dayanacak şekilde yalıtılmış ve sızdırmazlık sağlanmıştır.

Güneş enerjisini kullanan pek çok  uygulamada tek bir panel yeterli olmayacaktır. Bu yüzden amacımıza ve gerilim/akım gereksinimine bağlı olarak birkaç panel, seri veya paralel bağlanarak bir panel dizisi oluşturulur. Bir dizi birkaç tane panelden oluşabileceği gibi binlerce hektarlık alanı da kaplayabilir. TemizDünya