Güneş Enerjisi Panelleri Nasıl Çalışır?

Fotovoltaik güneş teknolojilerinin en temel aksamı olan güneş modülleri; güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çevirmektedir.

1839 yılında ilk defa Fransız bilim adamı Edmond Becquerel tarafından ortaya konan fotovoltaik olay, iletken bir sıvıdaki elektrotun ışık yayması ile keşfedilmiştir. Nitekim 1877 yılında W. G. Adams ve R.E. Day tarafından katılaştırılmış selenyumda fotovoltaik etki gözlemlenmiştir. Bu gelişmeyi 1883 yılından C. Fritts tarafından geliştirilen ve %1’in altın bir verimliliğe sahip ince bir altın tabakası üzerinde yer alan selenyum güneş hücresi takip etmiştir. Bu gelişmelerin akabinde ise W. Hallwachs bakır ve bakır oksit kullanarak yarıiletken eklemli bir güneş hücresi tasarlamıştır. 1904 yılında A. Einstein tarafından kuantum açısından ele alınan fotoelektrik olay makalesi ile bu etki daha iyi anlaşılmaya başlanmıştır. 1954 yılında Bell laboratuvarları tarafından üretilen ilk Si p-n eklemli güneş hücresi ile başlayan güneşten elektrik üretimi günümüze kadar ulaşarak büyük gelişmelere ve yapılan birçok çalışmaya konu olmuştur.

Fotovoltaik güneş teknolojilerindeki temel ilke fotovoltaik dönüşümdür. Bu dönüşüm iki aşamada oluşmaktadır. Birinci aşamada, pozitif- negatif akım taşıyıcıları olan yük çiftlerinin oluşturulması, ikinci aşamada da çiftlerin bir elektrik alanı ile birbirinden ayrılmasıdır. PN eklemi oluşturulurken içerisinde fazla elektron bulunan n-tipi yarı iletken madde ile fazla pozitif yük bulunan p-tipi yarı iletken madde yan yana getirilir. Bu eklemde yapısal olarak oluşturulmuş bir elektriksel alan mevcuttur. Tüm enerji dönüşüm olayları bu bölgede olmaktadır. Bu ekleme gelen güneş fotonları, enerjisini bu eklemdeki elektronlara verir ve bu enerji ile oluşan negatif–pozitif yükler, var olan elektriksel alan ile birbirlerinden ayrılır. Böylece devrede doğru akım üretilmiş olur. Üretilen bu doğru akım istenildiğinde bir akü grubunda depolanabilmekte veya DC/AC invertörler üzerinden şebekeye verilebilmektedir.

Fotovoltaik güneş teknolojilerinde en çok kullanılan malzeme silisyum elementidir. Yarı iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş hücresi üretmek için en elverişli olanlar, silisyum, kadmiyum sülfür, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir.

Güneş hücreleri, kristaller ve amorflar olmak üzere ikiye ayrılır. En yaygın  olan silisyum güneş hücreleri; tek (mono) kristalli, çok (poli) kristalli,  ince film ve şerit şeklinde olan değişik teknolojilerdeki  yapılarda üretilirler. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücresinin alanı genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2–0,4 mm arasındadır.

Güneş hücrelerinin bir araya getirilmesi ile güneş modülleri oluşturulmaktadır. Günümüzde elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanılan güneş modüllerin yüzey alanları 2,7 m² ve güçleri ise 550 Wp değerlerine ulaşmış durumdadır. Güneş modüllerinin bir araya getirilmesi ile birlikte yüksek güçlerde güneş panelleri ve güneş elektrik santralleri (GES) tesis edilebilmektedir. Günümüz teknolojileri ve kurulumun şekline (sabit sistem, güneşi takip eden sistemler) bağlı olarak 13-25 dönüm büyüklüğündeki bir alana 1 MWe kapasitesinde GES kurulabilmektedir. Özellikle, binaların çatı ve cephelerine kurulan GES’ler ile ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi tüketim noktalarında üretilebilmektedir.