Güneş Enerjisi Nedir

Fotovoltaik güneş pili,  Güneş Enerjisi  olarak da düşünülebilir ve güneş enerjisinin anahtarı güneş pili veya fotovoltaik (PV) hücredir. Güneş enerjisi, yenilenebilir enerjinin en canlı ve en temiz biçimlerinden biridir, çünkü güneş enerjisini güneş ışığı altında güneş pilleri vasıtasıyla elektrik üretmek için kullanabiliriz.  Güneş pili, fotovoltaik etki olarak adlandırılan şeye göre çalışır; burada ışık ve voltaik, elektrik anlamına gelir. Güneş hücreleri daha teknik olarak Fotovoltaik Güneş Pilleri , Fotovoltaik veya sadece PV’ler olarak adlandırılır . Fotovoltaikler , elektronik diyotlar ve transistörler için birçok yönden benzer silikon yarı iletken cihazlardır. Fotovoltaik, güneşten elde edilen güneş enerjisini görünür ışık, ultraviyole (UV) radyasyon veya kızıl ötesi (IR) radyasyon şeklinde doğrudan veya DC akımına dönüştürerek, hücrenin fotovoltaik etkisini kullanarak elektriği üretmektedir. Güneş ışığı temiz, kolay takılır ve dünya çapında tek bir maliyetle güneş panelinin kendi maliyetine sahip olmakla birlikte, güneş enerjisi yerel ev elektrik üretimi için ideal bir seçimdir. Güneş enerjisi aynı zamanda çevre dostudur çünkü hiçbir kirlilik veya atık yan ürünleri üretmez, hava veya su kirliliği olmaz ve daha sessiz  çalışır. En yaygın fotovoltaik güneş pili tiplerinden biri, özel olarak işlenmiş silikon yarı iletkenden yapılır ve bu nedenle bir silikon fotovoltaik güneş pili olarak bilinir.

 

Güneş Işığını Elektrik Gücüne Dönüştürmek

  • Fotovoltaik hücre
  • Fotovoltaik Güneş Pili

 

Güneş enerjisinin fotovoltaik üretimi güneş pili ile başlar. Fotovoltaik (PV) hücreler, çok saflaştırılmış silikondan (Si) yapılmış, özel safsızlıklara sahip katyonlardan yapılmış olan yarı iletken aygıtlardır ve onlara kafes yapısı içinde “elektron” ve “delikler” bolluğu verirler. Güneş pilleri güneş enerjisini bir elektrik akımına dönüştürür, enerji depolamazlar, ancak türüne bağlı olarak yaklaşık 0,5 ila 0,6 voltluk bir sabit çıkış voltajı üreten küçük bir pil olarak düşünülebilirler. Fotovoltaik güneş pilleri, boyutlarına ve silikon gofret üzerine düşen güneş radyasyonu miktarına orantılı olan değişken bir çıkış DC akımı üretir. Silikon yarı iletken cihazlar olduklarında , PN eklemli diyotunkine çok benzer bir PN-birleşme oluşturmak için birleştirilmiş bir P-tipi tabaka ve bir negatif N-tipi tabakadan oluşurlar .Fotovoltaik solar hücre silikon kristaller elde edilir. Silikon kristal atomları en dış orbitallerinde dört elektrona sahiptir. Bu dört elektron, kararlı bir atomik yapı oluşturan sekiz elektronun tam orbitalini oluşturmak için komşu silikon atomları ile paylaşılır. Güneş ışığı silikon malzemeye çarptığında, elektronlar yörüngesinden “çalınır” ve “serbest elektronlar” haline gelirler. Silikon kristalli malzemedeki elektronlar ışığa maruz kaldıklarında serbest olduklarından, bu nedenle yarı iletken olarak adlandırılır. Başka bir deyişle, silisyumun ışığa maruz bırakılması, elektronlarının hareketli veya serbest olmasına neden olur. Fakat sadece bir yarı iletkenin ışığa maruz bırakılması, bir elektrik akımını çıkarmak için yeterli değildir, bunu yapmak için silikonun içinde elektronlara izin veren “pozitif” ve “negatif” kutuplar yaratmamız ve böylece silikonun içine ve dışına akması malzeme.

 

Fotovoltaik Güneş Pili N-tipi Yarıiletkenler

Silikon kristalimizin elektrik iletmesi için, fosfor (P) gibi bir safsızlık atomunun, ekstrinsik (kirlilikler eklenir) hale getiren kristal yapıya girmesi gerekir. Fosfor atomları, komşu atomlarla paylaşmak için en dış yörüngesinde beş dış elektrona sahiptir ve yaygın olarak “Pentavalent” (5-elektron) katışıkları olarak adlandırılır. Bu, beş orbital elektrondan dördünün, komşu silikon atomları ile bağlanmış kristalin etrafında yüzen bir serbest elektron bırakmasını sağlar. Güneş ışığına maruz kaldığında, silikon atomlarından serbest kalan elektronlar, katkılı Fosfor atomlarından (elektron akışı) elde edilen serbest elektronlarla hızla yer değiştirir. Ancak bu hareket hala, negatif yüklü hale getirerek katkılı kristalin etrafında yüzen ekstra bir elektron (serbest elektron) bırakır. Daha sonra bir yarı iletken malzeme, elektronları fazla olduğunda N-tipi olarak sınıflandırılır ve böylece negatif bir kutup oluşturur. Her safsızlık atomu bir elektronu “bağışlar” olarak, pentavalent atomlar genellikle “donörler” olarak bilinir.

Fotovoltaik Güneş Pili P-Tipi Yarıiletkenler

Başka bir yoldan gidersek ve sadece üç tanesine sahip olan en dış yörüngenin etrafındaki üç kabukta düzenlenmiş olan sadece beş elektrona sahip olan Boron (B) gibi kristal yapıya “Trivalent” (3-elektron) katkılar ekleriz. Elektronlar, dördüncü kapalı bağ oluşturulamaz. Bu nedenle, yarı iletken malzemenin, elektronların etkili bir şekilde eksik olduğu kristalin yapısında “delikler” olarak bilinen pozitif yüklü taşıyıcıların bolluğunu vererek tam bir kararlı bağlantı mümkün değildir. Silikon kristalinde bir delik olduğu için komşu bir elektron ona çekilir ve onu doldurmak için deliğe doğru hareket etmeye çalışır. Bununla birlikte, deliği dolduran elektron, hareket ettikçe arkasında bir delik bırakır. Bu da, bir başka elektronu çeker ve bu da arkasındaki bir başka delik yaratır ve böylece deliklerin yarı iletken kristal yapısından bir pozitif yük olarak hareket ettiği görünüşünü verir. Bu delik hareketi geleneksel akım akışını temsil eder. Deliklerin hareketi silikondaki elektronların eksikliğine neden olur ve tüm katkılı kristali pozitif bir kutba dönüştürür. Bu nedenle, bir P-tipi yarı iletken malzemenin elektronlardan daha fazla deliği vardır ve her safsızlık atomu bir delik oluşturduğunda, üç değerlikli katkılar genellikle “ alıcılar ” olarak bilinirler, çünkü bunlar sürekli ya da serbest elektronları “kabul eder”. Kendi başına, hem N-tipi hem de P-tipi yarı iletken malzemeler elektriksel olarak nötrdür, ancak bu iki yarı iletken malzeme ilk olarak bir araya getirildiğinde, serbest elektronların bir kısmı, P-tipi malzemenin içindeki negatif delikleri doldurmak için birleşme noktasından geçerler. iyonlar, ancak elektronlar hareket ettiğinden, negatif N-tarafında pozitif iyonlar bıraktılar ve delikler, çok sayıda serbest elektronun bulunduğu bölgeye zıt yönde birleşir. Bu elektronların ve kavşaktaki deliklerin hareketi difüzyon olarak bilinir . Bu süreç, kavşaktan geçen elektronların sayısı, daha fazla taşıyıcının kavşağı geçmesini önlemek veya önlemek için yeterince büyük bir elektrik yüküne sahip olana kadar devam eder. Sonunda , donör atomları delikler ittiğinde ve alıcı atomların elektronları ittiğinden, kavşak alanının etrafında bir “ Potansiyel Bariyer ” bölgesi oluşturarak denge durumu (elektriksel olarak nötr durum) meydana gelecektir . Herhangi bir serbest yük taşıyıcısının potansiyel bir engelin bulunmadığı bir yerde duramayacağı için, bu nedenle herhangi bir serbest mobil taşıyıcının “tükenmesi” ve bu kavşağın etrafındaki alan artık Depletion Katmanı olarak adlandırılmaktadır . Bu yerleşik potansiyelin önemi, hem birleşim noktasındaki deliklerin hem de elektronların akışına karşı çıkması ve bunun potansiyel bariyer olarak adlandırılmasının nedenidir. Güneş ışığı, foton adı verilen çok küçük ışık enerjisi birimlerinden oluşan elektromanyetik radyasyon. Güneş ışığı şeklindeki bir foton, güneş hücreleri yarı iletken malzemenin PN-birleşme noktasına çarptığında ya da vurduğunda, foton enerjisinden kurtulduğu zaman, fotondan gelen enerji, bu PN-bileşkesindeki herhangi bir serbest elektronu serbest bırakır. Bu, elektronların serbest bırakılmasıyla ve tükenme tabakası boyunca serbestçe hareket edebilmekte, yerine bir delik ya da pozitif bir yük bırakmaktadır. P-tipi malzemede, bu serbest elektronlar tükenme katmanından ve N-tipi malzemeden kolaylıkla geçerler, ancak elektronların bu hareketi, tek bir yoldur, çünkü elektronlar, tükenme katmanını P-‘ye geri döndüremezler. malzeme yazın. Sonuç olarak, N-tipi yarı iletken malzemede aşırı miktarda serbest elektronlar oluşur ve güneş pili içinde bir elektrik akımı oluşturur ve güneş ışığına maruz kaldığı sürece süresiz olarak devam eder. Kavşağın pozitif ve negatif yanları oluşturulduğundan, fotovoltaik güneş pili hem bir voltaj hem de bir DC akımı üreten bir pil türü olarak işlev görür. Sonra bir güneş hücresi fotonları bir elektrik akımı şeklinde elektronlara dönüştürür . Küçük kablolar veya metal kaburgalar, yeni oluşturulan enerji üreten güneş enerjisini aşağıda gösterildiği gibi bir DC akım akışı biçiminde kullanmak için hem P-tipi hem de N-tipi yarı iletken malzemelere bağlanır.

 

  • Fotovoltaik Güneş Pili Yapımı
  • Fotovoltaik Hücrenin Yapımı
  • Güneşten Güneş Enerjisi

Güneşe bakan fotovoltaik güneş pilinin silikon , elektrik kontaklarından oluşur ve güneş ışığını verimli bir şekilde emmeye yardımcı olan yansıma önleyici bir kaplama ile kaplanır. Elektrik kontakları, yarıiletken malzeme ile bir ampul veya batarya gibi harici elektrik yükü arasındaki bağlantıyı sağlar. Güneş ışığı bir PV hücresinde parladığında, ışığın fotonları yarı iletken malzemenin yüzeyine çarpar ve materyal atom yapısından elektronları serbest bırakır. Serbest doping kimyasalları, serbest elektronların yolunu oluşturmaya yardımcı olmak için yarı iletken bileşimlerine eklenir. Bu, fotovoltaik güneş pilinin yüzeyi üzerinde akmaya başlayan bir elektrik akımı oluşturan bir elektron akışı yaratır. Metalik şeritler, pozitif bağlantıyı oluşturan bu elektronları toplamak için fotovoltaik hücrenin yüzeyine yerleştirilir. PV hücresinin arkası, gelen güneş ışığından uzak olan taraf, hücreye negatif bağlantı oluşturan bir alüminyum veya molibden metal tabakasından oluşur. Daha sonra bir fotovoltaik güneş pili, bir tane pozitif ve bir negatif olan geleneksel akım akışı için iki elektrik bağlantısına sahiptir. Bir fotovoltaik güneş pili tarafından üretilen güneş enerjisi türü, doğru akım veya DC olarak bir batarya ile aynıdır. Çoğu fotovoltaik güneş pili, harici bir devre bağlı olmadığında yaklaşık 0,5 ila 0,6 voltluk bir “yüksüz” açık devre voltajı üretir (buna hiçbir şey bağlı değildir). Bu çıkış voltajı ( V OUT ) , PV hücresinin yük akımı ( I ) taleplerine çok bağlıdır . Örneğin, çok bulutlu veya donuk günde, mevcut talep düşük olacak ve böylece hücre, tam çıkış voltajını, V ÇIKIŞI, ancak azaltılmış bir çıkış akımında sağlayabilecektir . Ancak yükün mevcut talebi arttıkça, tam çıkış voltajı korumak için daha parlak bir ışık (güneş ışıması) gereklidir. Bununla birlikte, güneş ışınımının ne kadar yoğun veya parlak olduğuna bakılmaksızın, tek bir fotovoltaik güneş pilinin sağlayabileceği maksimum akımın fiziksel bir sınırı vardır. maksimum  olarak sembolize edilen I MAX . I MAX tek fotovoltaik hücrenin değerini hücresi (özellikle PN birleşme), doğrudan güneş ışığı miktarı, hücre isabeti, bir akım ve seyri içine bu güneş enerjisi dönüştürme verimliliği boyutunu veya yüzey alanına bağlıdır Hücrenin, silikon, galyum arsenide, kadmiyum sülfür, kadmiyum tellürden vb.den imal edildiği yarı iletken malzemenin türü.Ticari olarak temin edilebilen fotovoltaik güneş hücrelerinin çoğu, maksimum verilebilir güneş enerjisini, güneş enerjisinin watt olarak temin edebileceği P MAX’ı ve maksimum hücre akımı I ile çarpılan hücre voltajı V çarpımına eşit olan ve aşağıdaki gibi verilen güneş enerjisi derecelerine sahiptir :

Maksimum Fotovoltaik Hücre Akımı

 

 

Gerçek veya gerçek akımın gelen güneş fotonlarının oranı ile belirlendiği maksimum teorik akımın bu olduğuna dikkat edin. Bir fotovoltaik hücre tarafından üretilen elektrik enerjisi miktarı, güneş ışınımına ve sıcaklık ve bulut örtüsü gibi diğer koşullara bağlıdır. Watt (W) cinsinden ifade edilen bir fotovoltaik hücrenin güç derecesi, bir hücrenin ortaya çıkarılan PV hücresi ile tam güneşte sağlayabileceği maksimum veya en yüksek güçtür.  Çeşitli üreticiler fotovoltaik güneş pilleri çıkış gücüne tam güneşte: “maksimum çıkış gücü”, “en yüksek güç”, “nominal güç”, “maksimum güç noktası” ya da diğer benzer terimlerden bahsetmektedirler, ancak hepsi aynıdır. Daha önce de söylediğimiz gibi, standart güneş ışığı koşullarının gün ortasındaki ekvatorda net bir günde, metre kare başına 1000 watt güneş enerjisi (1000 W / m 2 veya 1 kW / m 2 ) vermesi varsayılır ve bu genellikle “tam güneş” koşuludur. Bu tam bir ışınlanmadır. Tam güneşten daha az, hücrenin mevcut çıkışını orantılı bir miktarda azaltacaktır. Örneğin, güneş enerjisinin sadece yarısı (500 W / m 2 ) mevcutsa, çıkış akımı miktarı kabaca yarım kesilir, çünkü güneş pili sadece elektrik üretmek için ışığın yarısına sahiptir. Fotovoltaik güneş pilleri üreticileri, aşağıda gösterildiği gibi akım voltajı (IV) eğrileri üretirler. Bu, fotovoltaik hücrenin maksimum güç çıkışı ürettiği akım ve voltajı verir ve güneş ışığının ve sıcaklığın standart koşullar altında olması şartıyla hücreye dayalıdır.

 

Fotovoltaik, güneş pilleri, güneş enerjisi, güneş paneli, diyot, N maddesi, P maddesi, Fotovoltaik güneş pilleri

 

 

 

 

1 Comment
  1. Enerji Mühendisliği 4 ay ago
    Reply

    :))

Leave a Comment

Your email address will not be published.

You may also like