Güneş Paneli Nasıl Çalışır? Enerjinin En Temiz Halinin Üretimi

En temiz ve sınırsız enerji kaynağı olan Güneş’in son 20 yılda Dünya’nn toplam enerji ihtiyacına katkısı giderek artıyor. Güneş enerjisini kullanılabilir elektrik enerjisine çeviren güneş panelleri nasıl üretilir? Güneş enerjisini nasıl elektrik enerjine çevirir? Evinize yerleştireceğiniz Güneş panelininden ihtiyacınız olan elektrik karşılayıp, para kazanmak mümkün mü? Bu sorular başta olmak üzere güneş enerji sistemleri ve güneş paneli hakkında detaylı bilgi vereceğiz. Hadi o zaman güneş panellerini daha iyi tanıyalım.

Not: Güneş panellerinin çalışma prensibini tam olarak anlamak için güneş hücrelerinde de kullanılan yarı iletken teknolojisini kavranması gerekir. Bunun için Yarı İletken Teknolojisi Nedir? Elektronik Cihazlar İçin Önemi başlıklı yazımızı okumanızı öneriyorum.

Güneş Panellerinin Tarihçesi

Dünya’da ilk fotovoltik etkinin (güneş ışığının elektriğe dönüşmesi olayı) saptanması fransız fizikçi Alexander Edmond Becquerel tarafında keşmedilmiştir. Becquerel platin tabakalar üzerinde yaptığı çalışmalar esnasında bu etkiyi keşfetmiştir. 1873 yılında Willoughyby Smith selenyum içerisindeki foto iletkenliği keşfetti ve bu ilk fotovoltaik düzeneği olarak tarihe geçti.

Charles Fritts isimli bilim adamı ise %1 verim ile çalışan ilk güneş paneli 1883 yılında gerçekleştirdi. Dünyada ilk olarak Bell Laboratuvarlarında çalışan Amerikalı mucit Russel Ohl, 1941’de dünyanın ilk silikon kaynaklı güneş pilini bularak, patentini aldı. Ohl’un icadı aynı şirket tarafından 1954’de silikon kullanımı ile yeni bir güneş panelinin üretimine yol açtı. Hofmann elektronik firması %8 verim ile çalışabilen fotovoltaik silikon hücreleri geliştirmeyi başardı.

İlginizi Çekebilir! Kapalı Maraş; Güzelliğinin Kurbanı Olmuş Bir Kent

Günümüzde çoğu güneş paneli verimi an itibarı ile %15-20 arasında. Bugünün güneş teknolojisi ile tüm dünyanın enerji ihtiyacını karşılamak mümkün. Altyapı oluşturmak için finansmana ve çok büyük bir alana ihtiyacımız var. Tahminler onlarca hatta yüz binlerce kilometre kare arasında değişmektedir. Çok büyük bir rakam gibi gelebilir. Ama sadece Sahra çölü alanı bile 9 milyon kilometre kareden fazladır. Sizce bir gün dünyanın enerji ihtiyacını tamamen güneş enerjisinden karşılıyabilmesi mümkün müdür?

Neyse konumuza dönelim. Vanguard-I isimli uzay aracında ilk defa fotovoltaik hücreler kullanıldı ve bu hücreler 100 cm² ‘de 0.1 watt güç üretebiliyordu. 1950-1970 arası yaşanan petrol krizi sonucunda, insanlar alternatif enerji kaynaklarına yönelip, bu sektöre yatırımları arttı. Artan yatırım ile güneş panellerinin vermlikleri günden güne arttı. 2005 yılında Spectrolab firması %40 verimle çalışan 3 eklemli fotovoltaik hücreler geliştirmeyi başardı. Ve Dünya rekoru yine Spectrolab firmasının %41,6 verimle çalışan 3 eklemli fotovoltaik hücresinden geldi. Ancak bu hücrelerin üretimi maliyetli olduğu için günümüzde kullanılmamaktadır. %15-20 arasında verimli çalışan güneş hücrelerinin kullanımı daha yaygındır.

Güneş Panelleri Nasıl Üretilir? Adım Adım

Birçok üründe olduğu gibi, güneş panellerinin çoğunun üretim süreci Asya’ya ve ağırlıklı olarak Çin’e taşındı. Muazzam ölçekte üretim tesislerinin ve robotik gibi modern tekniklerin oluşturulması, güneş enerjisi teknolojisinin maliyetinin hızlı bir şekilde düşmesine ve genel olarak kalitede bir iyileşmeye yol açtı. Güneş panelleri sizce nasıl üretiliyor? Güneş panellerinin üretilmesi aşağıda adım adım anlatılmıştır.

Bu Yazıyı Okudunuz Mu? Ülkelerin Para Birimi İsimleri Ve Anlamlarını Biliyor Musunuz?

1. Silikonun Saflaştırılması

Silikon, Oksijenden sonra Dünya’da en çok bulunan ikinci elementtir. Kayalar, kum, su, bitkiler ve hatta bazı hayvanlarda silikon bileşikleri bulunur. Kumsaldaysanız ve kumu avucunuz içine aldığınızda parlak siyah lekeler görüyorsanız, bilin ki bu silikondur. Silikon aslında Silisyum elementinin ta kendisidir. İngilizcede Silicon silisyum elemnti anlamına gelir. Dilimize de silisyum değil de silikon olarak karışmıştır.

Saf olarak silisyum eldesi, silisyum dioksitin (SiO2) kok kömürü (grafit) ile elektrikli fırında indirgenmesi sonucunda gerçekleşir. Ortaya çıkan ürünler karbon dioksit ve erimiş silikondur. Bu, yalnızca% 1 safsızlığa sahip olan ve bir dizi endüstride yararlı olan silikon üretecektir. Ancak henüz güneş pilleri için yeterince saf değildir.

Saf olmayan silikon bir çubuk, aynı yönde birkaç kez ısıtılmış bir bölgeden geçirilir. Bu prosedürün yaptığı şey, safsızlıkları her geçişte bir uca doğru sürüklemektir. Bir noktada silikon saf sayılacak ve saf olmayan uç kaldırılacaktır.

Güneş Panelleri, monokristal veya polikristal olarak adlandırılabilir. Monokristal güneş paneli hücreleri, tek bir silikon kristalden elde edilirken, polikristal bir güneş paneli, biraz daha düşük bir verimlilikle sonuçlanan bir karışım kullanır.

2. Güneş Hücresi Üretme

Silikon, bir güneş hücresindeki aktif malzeme iken, modern bir güneş hücresinin üretiminde kullanılan birkaç bileşen daha vardır. Tipik olarak silikon, bir kağıt parçasının genişliğinde ince tabakalar halinde kesilir. Silikon tabakalara güneş ışığının emilimini artıran ve herhangi bir yansımayı en aza indiren bir kaplama uygulanır.

Daha sonra, görünür küçük kılavuz çizgileri olan elektronların akışını kolaylaştırmak için metal iletkenler eklenir. Her hücre, elektrik akışını başlatmak için bir iletim bağlantısında buluşan pozitif (bor) ve negatif (fosfor) yüklü bir silikon plaka içerir. Bu plakalara yarı iletken teknolokjisinde kullanılan N-tipi ve P-tipi silikon plakalar da denir. N-tipi ve P-tipi yarı iletknler doping yöntemi ile elde edilirler.

3. Güneş Paneli Üretme

Bazı güneş paneli üreticilerinin diğer üreticilerden önceden üretilmiş güneş hücrelerini satın alarak güneş paneli üretme süreci bu adımdan başlar. Her panel, hücreleri korumak için üst pleksiglas tabakaya, her tabaka arasında EVA gibi bir enkapsülan malzeme ve silikonu nemden ve kirden korumak için bir arka tabakaya sahiptir.

4. Test Ve Kalite Kontrol

Avrupa, ABD, Avustralya ve diğer ülkelerin her birinin bir Güneş Panelinin kaliteli olması ve kullanıma hazır olması için farklı gereksinimleri vardır. Panelin test prosedürleri ve tüketicilerin yüksek kaliteli üreticileri belirlemelerine yardımcı olmak için her yıl en iyi performans gösterenlerin bir listesini yayınlarlar.

Güneş Enerjisi Sistemlerinin Bileşenleri Nelerdir?

Güneş Enerjisi Sistemlerinin 6 ana bileşeni vardır.

• Güneş Enerjisi Panelleri
• Evirici (Inverter)
• Alüminyum Konstrüksiyon – Çatı Sabitleme
• Elektrik Panosu
• İzleme ve Performans Takip Sistemleri

Güneş panelleri diğer adıyla fotovoltik paneller çok sayıda solar hücre bir araya getirilerek oluşturulur. Güneş panelleri bir araya getirilerek Güneş Enerji sistemlerini oluştururlar. Yukarıda güneş enerji sistemlerinin bileşenlerini saydık. Peki güneş panelinin bileşenleri nelerdir? Güneş panelleri 5 ana bileşenden oluşur. Bunlar;

İlginizi Çekebilir! Uluslararası Uzay İstasyonu Nedir? Astronotların Uzaydaki Evi

• Silikon Güneş Enerjisi Hücresi
• Metal (Alüminyum) Çerçeve
• Enkapsülant(Kapsülleyici) malzeme ör. EVA filmi
• Arka İzolasyon
• 12v kablolar içeren bağlantı kutusu

Güneş Panelleri Nasıl Çalışır?

Güneşimiz nükleer bir reaktördür ve 150 milyon km mesafeden dünyaya 8,5 dakikada ulaşan küçük enerji paketlerini yaymaktadır. Her bir saat içerisinde dünyamızın 1 senelik enerji ihtiyacının tamamını karşılamaya yetecek fotonlar yeryüzüne ulaşmaktadır. Fakat biz bu enerjiyi tam anlamıyla kullanmayıp, fosil enerji kaynaklarına yöneliyoruz.

Yenilebilir enerji kaynaklarının en önemlisi olan Güneş’in verdiği ısı ve ışığı elektrik enerjisine çevirerek tüm ihtiyaç alanlarında ve yaşam yerlerinde kullanılabilir hale getiren Güneş Panellerinin ne olduğunu az çok hepimiz biliyoruz. Peki Güneş Paneli çalışma prensibi ve arkasında yatan teknolojileri biliyor musunuz? O zaman “Güneş Paneli nasıl çalışır?” sorusunun derinliklerine inelim.

Güneş Enerjisi Üretimi ve İletimi

1. Güneş ışığı güneş panellerine çarpar ve bir elektrik alanı oluşturur.
2. Üretilen elektrik, panelin kenarına ve iletken bir tele akar.
3. İletken tel elektriği, binalara güç sağlamak için kullanılan doğru akım (DC) elektrikten Alternatif akım AC’ye dönüştürüldüğü invertöre getirir.
4. Başka bir kablo, AC elektriğini invertörden mülk üzerindeki elektrik panosuna taşır ve elektriği binanın her tarafına gerektiği gibi dağıtır.
5. Üretim sırasında ihtiyaç duyulmayan herhangi bir elektrik enerjisi, şebeke sayacından elektrik şebekesine akar. Böylece fazladan üretilen elektrik enerjisini elektrik dağıtım firmasına satılabilir, pasif gelir elde edilebilir.

Artık güneş enerjisinin üretimi ve akışı hakkında temel bir fikrimiz olduğuna göre, Güneş fotovoltaik hücrelerinin ve panelinin çalışma presibini daha detaylı bir şekilde inceleyelim.

Güneş Panelleri ve Hücrelerinin Çalışma Prensibi

Güneş panelleri birçok küçük fotovoltaik hücreden oluşur. Tanım olarak fotovoltaik, güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürebilen bir madde özelliği anlamına gelir. Bu hücreler yarı iletken malzemelerden yapılmıştır. Genellikle güneş paneli yapımında silikon kullanılır.

Bu Yazımızı Okumalısınız! Aerodinamik Nedir? Otomobiller Ve Yakıt Tasarrufu Açısından Önemi

Güneş ışığı, solar hücresindeki yarı iletkene çarptığında, ışıktan gelen fotonlar şeklindeki enerji emilir, bir dizi elektronu serbest bırakır ve daha sonra bu elektronlar hücrede serbestçe dolaşır. Güneş veya solar hücreler, bir elektrik alanı oluşturmak için birbirine sıkıştırılmış pozitif ve negatif yüklü yarı iletkenlerle özel olarak tasarlanmıştır. Elektrik alanı, serbestçe dolaşan elektronları belirli bir yönde akmaya zorlar. Akımın yönü hücreyi çevreleyen iletken metal plakalara doğrudur. Bu akış bir enerji akımı olarak bilinir ve akımın gücü, her bir hücrenin ne kadar elektrik üretebileceğini belirler. Elektrik akımı iletken tellere iletilir.

Güneş paneli bir elektrik akımı ürettikçe, elektrik akımı teller aracılığı ile bir invertere akar. Güneş panelleri doğru akım (DC) elektrik üretirken, çoğu elektrik tüketicisi binalarına güç sağlamak için alternatif akım (AC) elektriğe ihtiyaç duyar. İnverter ya da Türkçe karşılığı olan Eviricinin işlevi, elektriği DC’den AC’ye çevirerek günlük kullanım için erişilebilir kılmaktır. Buraya kadar “güneş enerjisi nasıl elektrik enerjisine çevrilir?” sorusunu cevapladık.

Elektrik, kullanılabilir duruma (AC akımına) dönüştürüldükten sonra, invertör(evirici) elektrik panosuna gönderilir ve gerektiğinde bina boyunca dağıtılır. Elektrik artık ışıkları, cihazları ve diğer elektrikli cihazları güneş enerjisi ile çalıştırmak için hazır durumda. Güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisinin evlerde nasıl kullanıldığı bundan ibarettir.

Üretim sırasında ihtiyaç duyulmayan herhangi bir elektrik enerjisi, şebeke sayacından elektrik şebekesine akar. Şebeke sayacı , şehir şebekesinden binanıza giden elektrik akışını ölçer ve bunun tersi de geçerlidir. Fazladan elektrik enerjisini üretildiğinde, elektrik dağıtım firmasına satabilir, pasif gelir elde edebilirsiniz. Güneş paneli üretiminden daha fazla elektrik kullandığınızda, şebeke sayacı aracılığıyla şebekeden normal olarak elektrik alırsınız.

Güneş Panellerinin Geleceği

Güneş enerjisi daha önce yalnızca zemine monte edilmiş veya çatı panelleri için üretiliyordu. Günümüzdeki tüm gelişmeler sayesinde, güneş enerjisi daha hafif, daha esnek ve her yerde uygulanabilir hale geldi. Daha kat etmesi gereken birçok yol olmasına karşın, gelişmeleri görmek daha iyi bir dünya için umut vericidir.

Perovskite minerali geleceğin güneş panelleri için en yüksek potansiyele sahip malzeme olarak gösterilmekte. Bunun sebebi ise güneş panellerinin verimini teorik olarak yüzde 31’e kadar yükseltebilmesi. Şu andaki geleneksel panel teknolojisinden en fazla yüzde 15-20 civarı verim yakalanabiliyor. Yani panele vuran güneş ışınımının %15 verimli paneller içöi ancak yüzde 15 kadarı enerjiye çevirilebiliyor. Bu rakamın artması güneş enerjisini dünya için şimdikinden çok daha önemli hale getirecek.

Güneş enerji paneli teknolojisinin tam anlamıyla kullanıldığı bir şehir hayal edin. Akaryakıt istasyonlarının olmadığı etrafınızda sürücüsüz güneş enerjisi ile çalışan elektrikli otomobilerin olduğu, bu otomobiler ile, güneşten gelen enerjiyi depolayan ve elektrik enerjisine çeviren bir otoyolun var olduğunu ya da telefonunuzu güneş enerjili giysilerinizden şarj edebeleceğinizi düşünmek heyecan verici bir durum. Zaten gelecek bu teknolojileri hayal ederek şekilenmiyor mu?

Bu yazımızda”Güneş paneli nasıl çalışır? Güneş panelleri nasıl yapılır?” gibi sorulara aynı zamanda güneş panellerinin tarihçesine ve geleceğine dair detaylı şekilde bilgiler verdik. Yazımızda güneş paneli hakkında bilgilerin neredeyse çoğunu size aktardığımızı umuyoruz. Yaşanabilir bir Dünya için Güneşin cömert bir şekilde bize verdiği enerjiyi daha çok kullanmalı, geleceğimizi bu enerjiye göre planlamalıyız. Bir sonraki yazılarda görüşmek üzere… Go make something solar.

Eğer Yazımızı Beğendiyseniz, Sosyal Medya Hesaplarınızdan Yazımızı Paylaşarak, Bize Destek Olabilirsiniz.

Kaynakça: Sıfır Atık , My EnerjiSolar

https://www.youtube.com/watch?v=L_q6LRgKpTw&ab_channel=LearnEngineering