Fotovoltaiklerin Yapısı

Fotovoltaikler, yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan 
elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. 
Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen 
fotovoltaikler genellikle alanları 100 cm² civarında, 
kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasında olan hücrelerin 
birbirlerine eklenmesiyle oluşur . Fotovoltaikler, Şekil’de 
gösterildiği gibi üzerlerine ışık düştüğü zaman 
uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Fotovoltaiklerin verdiği 
elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş 
enerjisidir. Güneş enerjisi, fotovoltaiklerin yapısına bağlı 
olarak %5 ile arasında bir verimle elektrik enerjisine 
çevrilebilir.Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda hücre 
birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine 
monte edilir, bu yapıya  fotovoltaik modül adı verilir. Güç t
alebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da 
paralel bağlanarak bir kaç W’dan MW'lara kadar güçler elde 
edilebilir



Fotovoltaik Çalışma Prensibi
Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi fotovoltaikler de, yarıiletken maddelerden yapılırlar. Yarıiletken özellik gösteren birçok madde arasında fotovoltaik yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Yarıiletken maddelerin fotovoltaik olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları 
gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen  katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır.

Yarı İletkenlerin Çalışma Prensibi
Yarıiletkenler, Şekil’de gösterildiği gibi bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur. Bu bantlar valans ve iletkenlik bandı adını alırlar. Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha büyük enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans bandındaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını sağlar. Böylece, elektron-hol çifti oluşur. Bu olay, pn eklem ara yüzeyinde meydana gelmiş ise elektron-hol çiftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır. Bu şekilde fotovoltaik, elektronları n bölgesine, holleri de p bölgesine iten bir pompa gibi çalışır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri, güneş pilinin 
uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. Bu süreç yeniden bir fotonun fotovoltaik yüzeyine çarpmasıyla aynı şekilde devam eder. Yarıiletkenin iç kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektron-hol çiftleri oluşturulmaktadır. Fakat gerekli elektrik alan olmadığı için tekrar birleşerek 
kaybolmaktadırlar

Fotovoltaiklerin Elektriksel Modellemesi
Güneş hücrelerine dayalı fotovoltaik ve enerji sistemlerinin matematiksel analizi hücrelerin elektriksel özelliklerine dayandırılmaktadır. Çeşitli hücre sıcaklığı ve radyasyon değerleri altındaki voltaj ve akım ilişkileri elektriksel modellemelerle incelenmekte ve hücre yapısı geliştirilmektedir. Modelde kullanılması gerekli modül ve hücre özelliklerinin üretici firma tarafından temin 
edilmesi gerekmektedir. Ayrıntılı modellerden ziyade birçok araştırmacı basit modeller üzerinde çalışmışlardır. Basit modellerinde ayrıntılı modellere yakın sonuçlar verdiği bildirilmiştir.

Fotovoltaik bir modülün eşdeğer elektrik devresi Şekil’deki elektrik devresinin tanımlanması için beş adet parametrenin bilinmesi gerekmektedir. Bu parametreler;
  I = IL – ID – Ish =IL – I0{exp[ (V + IRs )/Ia ] – 1} – ( V + IRs )
 / Rsh       
Bir fotovoltaik modülün gücü, 
  P = IV                                                                                            
olarak yazılabilir.

Fotovoltaiklerin Yapımında Kullanılan Malzemeler ve
 Fotovoltaik Çeşitleri 

Kristal Silisyum
Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen tekkristal silisyum bloklardan üretilen fotovoltaiklerde laboratuvar şartlarında $, ticari modüllerde ise 'in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen çokkristal silisyum fotovoltaikleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında , ticari modüllerde ise  civarındadır.

Galyum Arsenit (GaAs)
Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında % ve ( (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs fotovoltaiklerde 0 verim elde edilmiştir. GaAs fotovoltaikler uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır.

Amorf Silisyum
Kristal yapı özelliği göstermeyen bu silisyum fotovoltaiklerden elde edilen verim  dolayında, ticari modüllerde ise %5-7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum fotovoltaiklerin bir başka önemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci olabileceği tahmin edilmektedir.

Kadmiyum Tellürid (CdTe)
Çokkristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile fotovoltaiklerin maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde , ticari tip modüllerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir.

Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)
Bu polikristal fotovoltaikler laboratuvar şartlarında ,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise ,2 verim sağlamıştır. 
Güneş Panelleri 
Güneş paneli Güneş pili sistemlerinin elektrik şebekesinden ayrı olarak kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır. Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması Petrol boru hatlarının katodik koruması Metal yapıların (köprüler, kuleler vb) korozyondan koruması Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, hava gözlem istasyonları Bina içi ya da dışı aydınlatma Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı  Orman gözetleme kuleleri  Deniz fenerleri  İlkyardım, alarm ve güvenlik sistemleri  Deprem ve hava gözlem istasyonları İlaç ve aşı soğutma. Askeri Uygulamalarda

 Tracker, güneş panellerinin gün içerisinde sürekli olarak güneşi takip ederek ürettikleri çevreye dost ve sürdürülebilir enerjiyi arttırmaya yönelik olarak tasarlanmış izleyici sistemlerdir. Bu tracker sistemleri sayesinde daha fazla miktarda güneş ışını soğurulur ve solar panellerin bu sayede günlük performans ve verim değerleri artar. Elde edilen enerjideki bu verim artışının sınırları % - U değerleri arasındadır. Özellikle kış aylarında sağlanan enerji tasarrufu ile verimin ciddi miktarda yükselmesini sağlayan güneş izleyici tracker sistemleri,  güneş enerji sistemlerinin maliyet ve amortismanının önemli ölçüde düşmesini sağlamaktadır.
ETATRACK marka izleyici tracker sistemleri enerjisini doğrudan üzerinde taşıdıkları güneş panellerinden almaktadır. Güneşi izlemek için ayrıca bir sensöre ihtiyaç duymamakla birlikte; taşıdığı panellerin üzerindeki gerilim değişimini – farklılıklarını kullanarak güneş panellerini bir sensör gibi kullanmaktadır.
120 km/s rüzgar hızına dayanıklı olarak üretilen ETATRACK güneş izleyici sistemleri bakım gerektirmezler ve 10 yıl malzeme garantilidirler.

 
Aşağıda görüldüğü gibi gündelik yaşamda da kullanım alanları yaygındır



Kıvırılabilen Güneş Enerji Hücresi (Panell)  5, 10, ve 20 watts.


Connectors
15 metre. arabaglantısı battery connectors

Power Film accessories

Baglantı Kabloları ve Gerekli Malzemeler
Cod. 50265 - RA-1 - Cigarette Lighter Adapter.
Cod. 50266 - RA-2 - Female Cigarette Lighter Adapter.
Cod. 50275 - RA-4 - Standard Battery Charger.
Cod. 50267 - RA-6 - Daisy Chain Accessory.
Cod. 50268 - RA-7 - 15 Ft. Extension Cord.
Cod. 50269 - RA-8 - 15 Ft. Extension Cord w/Alligator Clips.
Cod. 50260 - RA-9 - Charge Controller.

Güneş Paneli (Hücreleri) Tipleri: En Fazla % Verimlilik  Sharp'ın endüstriye yönelik ürettiği panellerin monokristalli ve polikristalli cinsleri bulunuyor. Her güneş dizi paneli (solar array) toplamda 36, 72 veya hatta 96 solar hücreden meydana gelebilir. Yakın bir geçmişte solar hücrelerinin alanı 125 mm kare kadar arttı. Solar hücrelerin en çok kullanılan tipi kalın silikon filminden yapılmakta. Bu tip silikon kullanılan Polikristalli (polycrystalline) hücrelerde verimlilik 'ye dayanırken, monokristalli yapıya sahip hücrelerde % 25'i buluyor. Solar hücre teknolojisinin tarihine bakarsak yapıldıkları malzemeye veya kullandıkları elektrik üretim yöntemlerine göre farklılıklar arz eden çok çeşitli solar hücre türlerinin ortaya çıkmış olduğunu görürüz. Ev ve üretim merkezlerinin elektrik ihtiyacını karşılamak üzere üretilen solar hücrelerin en çok monokristalli ve polikristalli silikondan yapılmış olan türleri kullanılmaktadır. Polikristalli hücrelerin verimi daha düşük olsa da fiyatı buna paralel olarak daha ucuz. Yukarıdaki fotoğrafta piyasadaki çeşitli panel tiplerinin 1000 Watt elektrik üretebilmesi için gerekli olan yüzey alanları gösterilmiştir.

Kristalli yapıda olmayan (amorphous) silikondan yapılmış güneş panellerinin kurulumunu yapmak düşük verimlilikleri sebebiyle boşa zaman harcamaktan başka bir şey olmayacaktır. O zaman hemen diğer alternatiflerden bahsedelim. CIS (Copper Indium Diselenide) ve CdTe (Cadmium Tulluride) olarak bilinen ince film teknolojilerinin pazardaki payı sadece %2 düzeylerinde. Fakat bu malzemelerden yapılmış panellerin kristalli malzemelerle yapılanlara göre bazı ciddi avantajları bulunmakta. Birincisi ve ne önemlisi, kristalli filmlerden 100 kat daha ince bir yapıya sahipler (bir ruloya çok daha fazla malzeme sığabiliyor). Üstelik ince filmden yapılmış solar paneller örneğin havanın bulutlu olduğu zamanlar gelen zayıf ışığı, kristalli panellere göre çok daha verimli biçimde elektriğe dönüştürebiliyorlar. Diğer bir avantajları ise bol bol ve sürekli güneş ışığı alan yerlerde oluşan yüksek sıcaklığa daha dayanıklı olmaları. Fakat ince film panellerin bazı olumsuzları da yok değil: kalın film panellerle aynı miktarda enerji üretebilmeleri için daha geniş yüzey alanına ihtiyaç duyuyorlar. Monocristalli ve polikristalli kalın film silikonlardan tutun da ince film tiplere kadar çeşit solar hücrelerin görünümleri Kalın-film Solar Hücreler için Enerji Verimliliği

• Kristalli olmayan (amorf) 
• CdTe 
• CIS/CIGS
• Nanokristalli Silikon 
• Mikro/Polikristalli Silikon 
• Polimerli Silikon %5
• Kurulum sırasında hücreler birbirine seriler halinde bağlanırlar ve hücrelerden her biri 0.6 V kadar gerilim üretir. Fabrika çıkışlı solar paneller ise hücrelerin iletkenler vasıtasıyla birleştirilip her iki yüzeyine koruma amaçlı cam plakalar yerleştirilmesiyle üretiliyorlar. İnce-film hücreler birbirine bağlı büyük dizilerden oluşuyor ve hatta bazen kendiliğinden panelin konumunu değiştirebilen mekanizmaları bile bulunuyor. Solar hücre yapımında kullanılan malzemeye bağlı olarak 1000 Watt enerji üretmek için gereken yüzey alanları.
  Kalın-film hücrelerin taşıyıcı mekanizması ve fotogerilimsel malzemeleri ince-film hücrelerinkiyle aynı. Bu hücreler aynen işlemci ve grafik yongaları gibi silikon plakalar (wafer) kullanılarak üretiliyorlar.
  
  Yazı hazırlanırken çeşitli güneş pili üretim firmalarının web adreslerinden ve dokumanlarından faydalanılmıştır.
  Kaynak:  BİLGEADAM  Enerji  bySolar   AEnerji