Güneş Enerjisi Serisi 1: Fotovoltaik Nasıl Çalışır?

Güneş Enerjisi Serisi 1: Fotovoltaik Nasıl Çalışır?

Fotovoltaikler ışığın atomik düzeyde elektriğe dönüşmesidir. Bazı maddeler ”fotoelektrik etki” olarak bilinen ışığın fotonlarını absorve eden ve elektronlarını serbest bırakan özellik gösterir. Bu serbest elektronlar yakalandığında elektrik akımı gibi kullanılabilir. Fotovoltaik etki ilk defa Fransız fizikçi Edmond Becquerel tarafından 1839 yılında ışığa maruz kaldığında küçük miktarda elektrik üreten malzemeler fark edilmiştir. Buraya tıklayarak konuyla ilgili ilginç bir anlatımı izleyebilirsiniz.

1905 yılında ise Albert Einstein ışığın doğası ve fotovoltaik etki fotovoltaik teknolojisinin dayandığı teknolojidir, bu sayede Nobel Ödülü’nü kazanmasına sebep olmuştur. Fizik alanında ilk Fotovoltaik modül Bell Laboratuvarları‘nda 1954 yılında yapılmıştır. Güneş pili olarak tasarlandı ve çoğunlukla sadece meraktı ve yaygın kullanım kazandırmak için çok pahalıydı. 1960’larda uzay endüstrisi ciddi anlamda uzay gemilerinde enerji sağlamak için bu teknolojiyi kullanmaya başladı.

Uzay programları sayesinde, teknoloji güvenilirliğini kabul ettirmiş oldu ve maliyeti giderek düşmeye başladı. Bu da topluma yayılabilmesi demektir (Teflon tavaların hikayesine benziyor, değil mi?) 1970’lerdeki enerji krizi boyunca uzay dışı uygulamalarda da güç kaynağı olarak kullanılmıştır krizin aşılması için.

Yukarıdaki animasyonda basit bir fotovoltaik hücrenin çalışmasını görüyorsunuz. Ayrıca bu Güneş Hücresi olarak da adlandırılır. Güneş hücreleri, çeşitli yarı iletken maddelerden (örneğin silikon gibi), özellikle de mikroelektronik endüstrisinde kullanılan yapılardan oluşmaktadır.

Güneş hücreleri için, yarı iletken devre levhası özellikle elektrik alan oluşturmak için bir yüzü pozitif diğer yüzü negatiftir. Işık, Güneş hücrelerine çarptıklarında, yarı iletkendeki atomlardan elektronlar kopup serbest kalır. Oluşturulan elektrik iletkenleri pozitif ve negatif taraflarına tutturulup bağlanırsa basit bir elektrik devresine dönüşmüş olur. Bu durumda tabii ki doğru akım oluşur! Bu Güneş hücreleri elektriksel olarak birbirine bağlanır ve destek yapısı veya fotovoltaik modül çerçevesi adı verilen yapıya tutturulurlar (Monte edilirler). Çoklu modüller, bir dizi oluşturacak şekilde bağlanabilirler. Genelde modül veya dizideki en geniş alanda daha çok elektrik üretilir (Alan arttıkça hücre sayısı da artar). Fotovoltaik modüller ve diziler, doğru akım üretirler (DC). Paralel veya seri olarak da bağlanabilirler. İhtiyaç olan (istenen) akım ve voltaj değerine göre bu bağlantı şekli ayarlanır. Günümüzde en sık ve yaygın kullanılan fotovoltaik cihazlarda elektirk alan oluşturmak için yarı iletken içinde tekli “jonksiyon” veya “ara yüzey” kullanılır. Tek jonksiyonlu fotovoltaik hücreler, fotonlardan hangisinin enerjisi eşit veya büyük ise, bant aralığı sadece hücre malzemesindeki elektronlar elektrik akımı oluşturmak için serbest kalırlar. Tek bağlı hücrelerin fotovoltaik tepkisi enerjisi, emici maddelerin frekans aralığının üstünde olan Güneş ışınlarının bir kısmıyla sınırlıdır ve düşük enerjili fotonlar kullanılmaz.

Bu sınırlamayı aşmanın tek yolu 2 veya daha fazla farklı hücreler ile birlikte birden fazla bant aralığı ve daha fazla voltaj üretmek için jonksiyon kullanmaktır. Bunlar için “multijonksiyon” hücreleri adı verilir. Ayrıca “calscade” ve ”tandem” de denir. Multijonksiyon cihazları en yüksek verime sahiptir; çünkü ışık spektrumunu elektriğe daha çok dönüştürebilirler.

Aşağıda gösterildiği gibi çok jonksiyonlu cihazlar bağımsız olarak bant aralığının azaldığı hücrelerden oluşur, üst hücre yüksek enejili fotonları yakalar ve düşük dalga boyu tarafından absorve edilmiş olan fotonların geri kalanını geçirir. Günümüzde multijonksiyon hücreleri ile ilgili çoğu araştırma galyum-arsenik bileşeni üzerine yoğunlaşmıştır. Bu gibi hücrelerde verim yaklaşım %35’i görmüştür yüksek güneş ışığı altında.

Düzenleyen: Umay Rana Usta & Barış Bayraktar

Bu içeriğe emoji ile tepki ver
0 kullanıcı tepki verdi
BilimTreni sitesinde ve Gelecekbilimde Kanalında Kurucu/Yönetici. https://www.linkedin.com/in/burakcankaya/
0 Yorum
Yorumları okuyabilir ve cevaplayabilirsiniz.

Yorum Yazın
E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlendi.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.