Türkiye'nin en güncel forumlardan olan forumdas.com.tr'de forumda aktif ve katkısı olabilecek kişilerden gönüllü katkıda sağlayabilecek kişiler aranmaktadır.
Fotovoltaik Piller
Guneş pilleri (fotovoltaik piller), yuzeylerine gelen guneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine donuşturen yarıiletken maddelerdir Yuzeyleri kare, dikdortgen, daire şeklinde bicimlendirilen guneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,20,4 mm arasındadır
Guneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak calışırlar, yani uzerlerine ışık duştuğu zaman uclarında elektrik gerilimi oluşur Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yuzeyine gelen guneş enerjisidir (Guneş pillerinin yapısı ve calışması)
Guneş enerjisi, guneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine cevrilebilir
Guc cıkışını artırmak amacıyla cok sayıda guneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yuzey uzerine monte edilir, bu yapıya guneş pili modulu ya da fotovoltaik modul adı verilir Guc talebine bağlı olarak moduller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kac Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur
Guneş Pillerinin Yapısı
Gunumuz elektronik urunlerinde kullanılan transistorler, doğrultucu diyotlar gibi guneş pilleri de, yarıiletken maddelerden yapılırlar Yarıiletken ozellik gosteren bircok madde arasında guneş pili yapmak icin en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellur gibi maddelerdir
Yarıiletken maddelerin guneş pili olarak kullanılabilmeleri icin n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir Katkılama, saf yarıiletken eriyik icerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollu olarak eklenmesiyle yapılır Elde edilen yarıiletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır En yaygın guneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek icin silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5 grubundan bir element, orneğin fosfor eklenir Silisyum'un dış yorungesinde 4, fosforun dış yorungesinde 5 elektron olduğu icin, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir Bu nedenle V grup elementlerine vericiya da n tipikatkı maddesi denir
P tipi silisyum elde etmek icin ise, eriyiğe 3 gruptan bir element (aluminyum, indiyum, bor gibi) eklenir Bu elementlerin son yorungesinde 3 elektron olduğu icin kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yuk taşıdığı varsayılır Bu tur maddelere de p tipiya da alıcıkatkı maddeleri denir
P ya da n tipi ana malzemenin icerisine gerekli katkı maddelerinin katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler coğunluk taşıyıcısıdır P ve n tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden once, her iki madde de elektriksel bakımdan notrdur Yani p tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir PN eklem oluştuğunda, n tipindeki coğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, p tipine doğru akım oluştururlar Bu olay her iki tarafta da yuk dengesi oluşana kadar devam eder PN tipi maddenin ara yuzeyinde, yani eklem bolgesinde, P bolgesi tarafında negatif, N bolgesi tarafında pozitif yuk birikir Bu eklem bolgesine geciş bolgesiya da yukten arındırılmış bolgedenir Bu bolgede oluşan elektrik alan yapısal elektrik alanolarak adlandırılır Yarıiletken eklemin guneş pili olarak calışması icin eklem bolgesinde fotovoltaik donuşumun sağlanması gerekir Bu donuşum iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bolgesine ışık duşurulerek elektronhol ciftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bolgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır
Yarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha buyuk enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına cıkmasını sağlar Boylece, elektronhol cifti oluşur Bu olay, pn eklem guneş pilinin ara yuzeyinde meydana gelmiş ise elektronhol ciftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır Bu şekilde guneş pili, elektronları n bolgesine, holleri de p bolgesine iten bir pompa gibi calışır Birbirlerinden ayrılan elektronhol ciftleri, guneş pilinin uclarında yararlı bir guc cıkışı oluştururlar Bu surec yeniden bir fotonun pil yuzeyine carpmasıyla aynı şekilde devam eder Yarıiletkenin ic kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektronhol ciftleri oluşturulmaktadır Fakat gerekli elektrik alan olmadığı icin tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar
Guneş pilleri pek cok farklı maddeden yararlanarak uretilebilir Gunumuzde en cok kullanılan maddeler şunlardır:
Kristal Silisyum: Once buyutulup daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan uretilen guneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modullerde ise %15'in uzerinde verim elde edilmektedir Dokme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Cokkristal Silisyum guneş pilleri ise daha ucuza uretilmekte, ancak verim de daha duşuk olmaktadır Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modullerde ise %14 civarındadır
Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan cok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir GaAs guneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır
İnce Film:
Amorf Silisyum: Kristal yapı ozelliği gostermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modullerde ise %57 mertebesindedir Gunumuzde daha cok kucuk elektronik cihazların guc kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum guneş pilinin bir başka onemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yuzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji ureteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir
Kadmiyum Tellurid (CdTe): Cok kristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile guneş pili maliyetinin cok aşağılara cekileceği tahmin edilmektedir Laboratuvar tipi kucuk hucrelerde %16, ticari tip modullerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir
Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu cokkristal pilde laboratuvar şartlarında %17,7 ve enerji uretimi amaclı geliştirilmiş olan prototip bir modulde ise %10,2 verim elde edilmiştir
Optik Yoğunlaştırıcılı Hucreler: Gelen ışığı 10500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araclarla modul verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un uzerine cıkılabilmektedir Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır
Guneş pilleri (fotovoltaik piller), yuzeylerine gelen guneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine donuşturen yarıiletken maddelerdir Yuzeyleri kare, dikdortgen, daire şeklinde bicimlendirilen guneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,20,4 mm arasındadır
Guneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak calışırlar, yani uzerlerine ışık duştuğu zaman uclarında elektrik gerilimi oluşur Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yuzeyine gelen guneş enerjisidir (Guneş pillerinin yapısı ve calışması)
Guneş enerjisi, guneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine cevrilebilir
Guc cıkışını artırmak amacıyla cok sayıda guneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yuzey uzerine monte edilir, bu yapıya guneş pili modulu ya da fotovoltaik modul adı verilir Guc talebine bağlı olarak moduller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kac Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur
Guneş Pillerinin Yapısı
Gunumuz elektronik urunlerinde kullanılan transistorler, doğrultucu diyotlar gibi guneş pilleri de, yarıiletken maddelerden yapılırlar Yarıiletken ozellik gosteren bircok madde arasında guneş pili yapmak icin en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellur gibi maddelerdir
Yarıiletken maddelerin guneş pili olarak kullanılabilmeleri icin n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir Katkılama, saf yarıiletken eriyik icerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollu olarak eklenmesiyle yapılır Elde edilen yarıiletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır En yaygın guneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek icin silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5 grubundan bir element, orneğin fosfor eklenir Silisyum'un dış yorungesinde 4, fosforun dış yorungesinde 5 elektron olduğu icin, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir Bu nedenle V grup elementlerine vericiya da n tipikatkı maddesi denir
P tipi silisyum elde etmek icin ise, eriyiğe 3 gruptan bir element (aluminyum, indiyum, bor gibi) eklenir Bu elementlerin son yorungesinde 3 elektron olduğu icin kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yuk taşıdığı varsayılır Bu tur maddelere de p tipiya da alıcıkatkı maddeleri denir
P ya da n tipi ana malzemenin icerisine gerekli katkı maddelerinin katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler coğunluk taşıyıcısıdır P ve n tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden once, her iki madde de elektriksel bakımdan notrdur Yani p tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir PN eklem oluştuğunda, n tipindeki coğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, p tipine doğru akım oluştururlar Bu olay her iki tarafta da yuk dengesi oluşana kadar devam eder PN tipi maddenin ara yuzeyinde, yani eklem bolgesinde, P bolgesi tarafında negatif, N bolgesi tarafında pozitif yuk birikir Bu eklem bolgesine geciş bolgesiya da yukten arındırılmış bolgedenir Bu bolgede oluşan elektrik alan yapısal elektrik alanolarak adlandırılır Yarıiletken eklemin guneş pili olarak calışması icin eklem bolgesinde fotovoltaik donuşumun sağlanması gerekir Bu donuşum iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bolgesine ışık duşurulerek elektronhol ciftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bolgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır
Yarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha buyuk enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına cıkmasını sağlar Boylece, elektronhol cifti oluşur Bu olay, pn eklem guneş pilinin ara yuzeyinde meydana gelmiş ise elektronhol ciftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır Bu şekilde guneş pili, elektronları n bolgesine, holleri de p bolgesine iten bir pompa gibi calışır Birbirlerinden ayrılan elektronhol ciftleri, guneş pilinin uclarında yararlı bir guc cıkışı oluştururlar Bu surec yeniden bir fotonun pil yuzeyine carpmasıyla aynı şekilde devam eder Yarıiletkenin ic kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektronhol ciftleri oluşturulmaktadır Fakat gerekli elektrik alan olmadığı icin tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar
Guneş pilleri pek cok farklı maddeden yararlanarak uretilebilir Gunumuzde en cok kullanılan maddeler şunlardır:
Kristal Silisyum: Once buyutulup daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan uretilen guneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modullerde ise %15'in uzerinde verim elde edilmektedir Dokme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Cokkristal Silisyum guneş pilleri ise daha ucuza uretilmekte, ancak verim de daha duşuk olmaktadır Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modullerde ise %14 civarındadır
Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan cok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir GaAs guneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır
İnce Film:
Amorf Silisyum: Kristal yapı ozelliği gostermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modullerde ise %57 mertebesindedir Gunumuzde daha cok kucuk elektronik cihazların guc kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum guneş pilinin bir başka onemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yuzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji ureteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir
Kadmiyum Tellurid (CdTe): Cok kristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile guneş pili maliyetinin cok aşağılara cekileceği tahmin edilmektedir Laboratuvar tipi kucuk hucrelerde %16, ticari tip modullerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir
Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu cokkristal pilde laboratuvar şartlarında %17,7 ve enerji uretimi amaclı geliştirilmiş olan prototip bir modulde ise %10,2 verim elde edilmiştir
Optik Yoğunlaştırıcılı Hucreler: Gelen ışığı 10500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araclarla modul verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un uzerine cıkılabilmektedir Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır
