Güneş Hücresi veya Fotovoltaik Hucre
Tanım
Fotovoltaik (PV) hücresi, ışığı elektrik enerjisine dönüştüren bir yarıiletken cihazdır. PV hücresi tarafından üretilen gerilim, vuran ışığın yoğunluğuna bağlıdır. "Fotovoltaik" terimi, ışık ("foto") aracılığıyla gerilim ("voltaik") üretme yeteneğinden kaynaklanır.
Yarıiletken malzemelerde, elektronlar kovalent bağlarla bağlıdır. Elektromanyetik ışınım, foton adı verilen küçük enerji parçacıklarından oluşur. Fotonlar yarıiletken malzemeyle temas ederken, elektronlar enerjilenir ve harekete geçmeye başlarlar.
Bu enerjilenmiş elektronlara fotoelektron denir ve elektron emisyonu olayına fotoelektrik etki denir. Fotovoltaik hücrenin çalışması fotoelektrik etkiye dayanır.
Fotovoltaik Hücresinin Yapısı
Arsenit, indyum, kadmiyum, silikon, selenyum ve galium gibi yarıiletken malzemeler, PV hücrelerinin yapımında kullanılır. Hücrelerin yapımında çoğunlukla silikon ve selenyum kullanılır.
Aşağıda gösterilen silikon fotovoltaik hücresinin yapısını örnek olarak ele alalım:
Tekil PV hücreleri, monokristal veya polikristal yarıiletken malzemelerden yapılır.
Monokristal hücreler, tek kristal çubuktan kesilerek, polikristal hücreler ise birden fazla kristal yapısına sahip malzemelerden üretilir.
Bir hücrenin çıkışı olan gerilim ve akım oldukça düşüktür, genellikle sırasıyla yaklaşık 0.6V ve 0.8A civarındadır. Verimliliği artırmak için hücreler çeşitli yapılandırmalarda birleştirilir. PV hücrelerini bağlamak için üç ana yöntem vardır:
Paralel Bağlı PV Hücreleri
Paralel yapılandırmada, hücreler arasında gerilim değişmez, toplam akım ise ikiye katlanır (veya hücre sayısına orantılı olarak artar). Paralel bağlı PV hücrelerin karakteristik eğrisi aşağıda gösterilmiştir.
Seri-Paralel Bağlı PV Hücreleri
Seri-paralel yapılandırmada, hem gerilim hem de akım orantılı olarak artar. Güneş panelleri genellikle daha yüksek güç çıkışı sağlamak için bu hücre kombinasyonlarından oluşturulur.
Bir güneş modülü, bireysel güneş hücrelerini birleştirerek oluşturulur. Birden fazla güneş modülünün bir araya getirilmesine güneş paneli denir.
PV Hücresinin Çalışma Prensibi
Işık, yarıiletken malzemeyle temas ederken, ya geçebilir ya da yansıtabilir. PV hücreleri, mükemmel iletkenler veya yalıtıcılar olmayan yarıiletken malzemelerden yapılmıştır. Bu özellik, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmede çok etkili kılar.
Yarıiletken ışığı soğuttuğunda, elektronları harekete geçirmeye başlar. Bu, ışığın foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşmasından kaynaklanır. Elektronlar fotonları soğuttukça, enerjilenir ve malzeme içinde hareket etmeye başlar. İçerideki elektrik alan, bu parçacıkları bir yönde hareket etmeye zorlar, böylece bir akım oluşturur. Yarıiletken üzerindeki metalik elektrotlar, akımın dışarıya aktarılmasına izin verir.
Aşağıdaki şekil, direnç yüküne bağlı bir silikon PV hücresini göstermektedir. Hücre, PN bağlantısı oluşturmak üzere birleştirilmiş P-tip ve N-tip yarıiletken katmanlardan oluşmaktadır.
Bağlantı noktası, p-tip ve n-tip malzemeler arasındaki arayüzdür. Işık bağlantı noktasına düşünce, elektronlar bir bölgeye diğerinden hareket etmeye başlar.
Güneş Hücreleri Bir Güneş Enerji Santralinde Nasıl Kurulur?
Maksimum güç nokta takipçileri (MPPT'ler), inverterler, şarj kontrolörleri ve piller gibi cihazlar, güneş radyasyonunu elektrik gerilimine dönüştürmek için kullanılır.
Maksimum Güç Nokta Takipçisi (MPPT)
MPPT, güneşin pozisyonunu izleyen özel bir dijital kontrolördür. PV hücresinin verimliliğinin, dünyanın dönüşünden dolayı gün boyunca değişen güneş ışığı yoğunluğuna bağlı olduğu için, MPPT'ler panelin yönelimini ayarlayarak ışık absorpsiyonunu ve güç çıkışını maksimize eder.
Şarj Kontrolörü
Bir şarj kontrolörü, güneş panelinden gelen gerilimi düzenler ve pilin aşırı şarjlanmasını veya aşırı gerilimlenmesini önler, güvenli ve etkili enerji depolamasını sağlar.
Inverter
Inverter, panelinden gelen doğrudan akımı (DC), standart aletler için genellikle gereken alternatif akıma (AC) dönüştürür.
