Güneş Paneli Nasıl Üretilir

Güneş Paneli Nasıl Üretilir

Fotovoltaik  güneş pilleri, güneş panelleri güneş ışığını elektriğe dönüştüren ince silikon disklerdir. Bu diskler, aşağıdakiler dahil olmak üzere çok çeşitli kullanımlar için enerji kaynağı görevi görür: hesap makineleri ve diğer küçük cihazlar; telekomünikasyon; bireysel evlerdeki çatı panelleri; gelişmekte olan ülkelerde köyler için aydınlatma, pompalama ve tıbbi soğutma için. Büyük diziler halinde güneş pilleri, uydulara güç sağlamak için kullanılır ve nadir durumlarda, elektrik santrallerine elektrik sağlamak için kullanılır. Elektrikle ilgili araştırmalar başladığında ve basit piller hazırlanırken ve incelendiğinde, güneş enerjisiyle yapılan araştırmalar inanılmaz derecede hızlı bir şekilde takip edildi. 1839’da, Antoine-Cesar Becquerel güneşe kimyasal bir batarya maruz bırakarak voltaj üretti. Güneş ışığının elektriğe ilk dönüşümü yüzde bir verimli oldu. Yani gelen güneş ışığının yüzde biri elektriğe dönüştürüldü.  Willoughby Smith 1873 yılında selenyum keşfetti ışığa duyarlıydı; 1877’de Adams ve Day, selenyumun ışığa maruz kaldığında bir elektrik akımı ürettiğine dikkat çekti. Charles Fritts, 1880’lerde, ilk güneş pili yapmak için altın kaplı selenyum kullandı, yine sadece yüzde bir verimliydi.  Güneş enerjisinin tek tek ikamet edilen konutlarla enerji santrallerinin yerini alacağını çok önceden öngördüler. Albert Einstein fotoelektrik etkisini ortaya attığında sanki bu günleri görüyor gibiydi. Bununla birlikte, diyot ve transistörlerin araştırılması, Graham Bell bilim adamları Gordon Pearson, Darryl Chapin ve Cal Fuller’ın 1954’te yüzde dört verimde silikon güneş pili üretmesi için gerekli bilgiyi verene kadar küçük bir ilerleme kaydedilmiştir.Daha fazla çalışma, hücrenin verimliliğini yüzde 15’e çıkardı. Güneş pilleri ilk olarak kırsal alanda başarıyla kullanıldığı bir telefon röle sistemi için güç kaynağı olarak kullanıldı. Yerli enerji ihtiyaçlarını tam olarak karşılayan bir tür güneş pili henüz geliştirilmemiştir, ancak güneş hücreleri yapay uydular için enerji sağlamada başarılı olmuştur. Yakıt sistemleri ve normal piller, her gram yükün önemli olduğu bir programda çok ağırdı. Güneş pilleri, diğer tüm geleneksel enerji kaynaklarına göre ağırlıkça daha fazla enerji sağlar ve maliyet açısından uygun maliyetlidir. Sadece birkaç büyük ölçekli fotovoltaik güç sistemi kuruldu. Çoğu çaba, başka hiçbir karmaşık güce sahip olmayan uzak yerlere güneş pili teknolojisi sağlamaya yöneliyor. Her yıl yaklaşık 50 megavat santraller her yerde kuruluyor, ancak güneş pilleri verimi düşük olarak sağlıyor. Artık tüm elektriğin yüzde 1’i üretiliyor. Güneş enerjisinin destekçileri, Dünya yüzeyine her yıl ulaşan güneş radyasyonu miktarının, tüm enerji ihtiyaçlarımızı birkaç kez kolayca sağlayabileceğini iddia ediyorlar, ancak güneş pilleri, Charles Fritts’in serbest, tam erişilebilir güneş enerjisinden oluşan hayalini gerçekleştirmeden önce gitmesi gereken uzun bir yol var

 

 

İşlenmemiş içerikler: Bir güneş pilinin temel bileşeni, doğal haliyle saf olmayan silikondur. Güneş hücrelerini yapmak için, ya kuvarsit çakıl ya da ezilmiş kuvarsın hammaddeleri — silikon dioksit-ilk olarak, bir oksijeni serbest bırakmak için bir karbon arkın uygulandığı bir elektrik ark fırına yerleştirilir.  Ürünler karbondioksit ve erimiş silikondur.  Bu noktada silikon hala solor hücreleri için kullanılacak kadar saf değildir ve daha fazla saflaştırma gerektirir. Güneş hücreleri yapmak için, ya kuvarsit çakıl ya da ezilmiş kuvarsın hammaddeleri — silikon dioksit-ilk olarak, bir oksijeni serbest bırakmak için bir karbon arkın uygulandığı bir elektrik ark fırına yerleştirilir. Ürünler karbondioksit ve erimiş silikondur. Bu noktada silikon hala solor hücreleri için kullanılacak kadar saf değildir ve daha fazla saflaştırma gerektirir.Saf silikon kuvarsit çakıl (saf silika) veya ezilmiş kuvars gibi bu tür silikon dioksitlerden elde edilir. Elde edilen saf silisyum daha sonra , elektriğin fazlalığı ve elektron eksikliğinin üretilmesi için, elektriğin oluşması için fosfor ve bor ile takviyeli hale getirildi ve böylece elektrik iletebilen bir yarı iletken oluşturuldu. Silikon diskler parlaktır ve genellikle titanyum dioksit gibi anti-reflektif bir kaplama gerektirir. Güneş paneli, metal bir çerçevede koruyucu malzeme ile çevrelenmiş silikon yarı iletkenten oluşur. Koruyucu malzeme, daha sonra etilen vinil asetat içine gömülmüş olan hücrelerin etrafına bağlanmış şeffaf silikon kauçuk veya butiril plastikten ( otomobil ön camlarında yaygın olarak kullanılan ) bir kapsülden oluşur . Bir polyester film (örneğin, mylar veya tedlar) dış tarafı oluşturur. Uydu dizilerinde hafif plastik bir kapak olan karasal dizilerde cam bir kapak bulunur. Elektronik parçalar standarttır ve çoğunlukla bakırdan oluşur. Çerçeve çelik veya alüminyumdur. Silikon, hepsini bir araya getirmek için çimento harcı görevi görür.

Silikonun saflaştırılması: Kuvarsit çakıl veya ezilmiş kuvarsın silisyum dioksit, bir elektrikli fırına yerleştirilir. Oksijeni serbest bırakmak için bir karbon arkı uygulanır. Ürünler karbondioksit ve erimiş silikondur. Bu basit süreç, birçok sektörde faydalı olan ancak güneş pili endüstrisinde yararlı olmayan yüzde bir kirlilik içeren silikon üretmektedir. Yüzde 99 oranında saf silikon yüzer bölge tekniği kullanılarak daha da saflaştırılmıştır.
Tek kristal silikon yapma: Güneş hücreleri,  tek bir kristalin atomik yapısına sahip olan polikristal yapılardır. Boule’u oluşturmak için en çok kullanılan işlem Czochralski yöntemi olarak adlandırılır . Bu işlemde, bir silikon tohumu kristali erimiş polikristal silikon içine daldırılır. Tohum kristali çekilir ve döndürülürken, silindirik bir külçe veya “boule” silikon oluşur. Geri çekilen külçe alışılmadık şekilde saftır, çünkü kirlilikler sıvı içinde kalmaya eğilimlidir.
Silikon kalıp :Boule’dan, silikon kalıpları, iç çapı çubuğun içine kesen bir daire testeresi veya bir çok tel testere ile bir kerede bir tane dilimlenir. Dikdörtgen veya altıgen kalıplar bazen güneş pillerinde kullanılır, çünkü bunlar mükemmel bir şekilde monte edilebilir, böylece güneş pilinin ön yüzeyindeki tüm kullanılabilir alan kullanılır. İlk arıtma işleminden sonra, silikon yüzer bölge işleminde daha da rafine edilir.  Bu işlemde, bir silisyum çubuk, ısıtılmış bir bölgeden birkaç kez geçirilir, bu da, kirleri çubuğun bir ucuna doğru sürüklemeye yardım eder.Sonra bir silikon tohum kristali bir Czochralski içine konur eritilmiş polikristalin silikonun içine daldırıldığı büyüme aparatı, çekirdekli kristal çekilir, çok saf silisyumun silindirik bir çıkıntısını oluşturur, daha sonra külçeler  kesilir. İlk arıtma işleminden sonra, silikon yüzer bölge işleminde daha da rafine edilir. Bu işlemde, bir silisyum çubuk, ısıtılmış bir bölgeden birkaç kez geçirilir, bu da, kirleri çubuğun bir ucuna doğru ‘sürüklemeye’ hizmet eder, sonradan çıkarılan uç daha sonra çıkarılabilir. Sonra  bir silikon tohum kristali bir Czochralski içine konur. eritilmiş polikristalin silikonun içine daldırıldığı büyüme aparatı, çekirdekli kristal çekilir, çok saf silisyumun silindirik bir çıkıntısını oluşturur, daha sonra külçeler külçeden kesilir.

 

 

 

Silikon kalıplar daha sonra testere işaretlerini çıkarmak için parlatılır. Son zamanlarda, daha pürüzlü hücrelerin ışığı daha etkili bir şekilde emdiği bulunmuştur, bu nedenle bazı üreticiler silikon kalıplarını cilalamamayı seçmiştir. Fosforlu silisyumun daha yeni bir yolu, fosfor iyonlarını külçe içine çekmek için küçük bir parçacık yani hızlandırıcı kullanmaktır. İyonların hızını kontrol ederek, nüfuz eden derinliklerini kontrol etmek mümkündür. Bununla birlikte, bu yeni süreç genellikle ticari üreticiler tarafından kabul edilmemiştir.

Elektrikli kontakların yerleştirilmesi: Elektrik kontakları her bir solar hücreyi diğerine ve üretilen akımın alıcısına bağlar. Güneş ışığını hücreye hapsetmek için kontaklar çok ince olmalıdır. Paladyum  gümüş, nikel veya bakır gibi metaller vakumla Hücreler etilen vinil asetat içinde kapsüllenmiş ve bir mylar alt tabaka ve cam kapağa sahip olan bir metal çerçeveye yerleştirilmiştir.Hücreler etilen vinil asetat içinde kapsüllenmiş ve bir mylar alt tabaka ve cam kapağa sahip olan bir metal çerçeveye yerleştirilmiştir. Saf silikon parlaktır, güneş ışığının yüzde 35’ini yansıtabilir. Kaybolan güneş ışığı miktarını azaltmak için silikon kalıp üzerine anti-reflektif bir kaplama konur. En yaygın olarak kullanılan kaplamalar, diğerleri kullanılsa da, titanyum dioksit ve silikon oksittir. Kaplama için kullanılan malzeme ya molekülleri kaynayana kadar ısıtılır ve silikon ile yoğuşuma gider ya da malzeme püskürtülür. Bu işlemde, yüksek voltaj molekülleri kapatır ve ters elektrotta silikon üzerine bırakır. Yine başka bir yöntem, silikonun kendisinin silikon dioksit veya silikon nitrür oluşturmak için oksijen veya azot içeren gazlarla reaksiyona girmesine izin vermektir. Ticari güneş pili üreticileri silisyum nitrür kullanır.

Hücrenin kapsül içine alınması: Bitmiş güneş hücreleri daha sonra kapsüllenir; yani silikon kauçuk veya etilen vinil asetat içine kapatılır. Kapsüllenmiş güneş hücreleri daha sonra bir mylar veya tedlar alt tabaka ve bir cam veya plastik kapak içeren bir alüminyum çerçeveye yerleştirilir.

Güneş Panel Kalite kontrol:Güneş pili üretiminde kalite kontrol önemlidir, çünkü birçok proses ve faktördeki tutarsızlık hücrelerin genel verimliliğini olumsuz yönde etkileyebilir. Birincil araştırma hedefi, her bir güneş pilinin verimliliğini daha uzun bir ömür boyunca iyileştirmenin yollarını bulmaktır. Düşük Maliyetli Güneş Array Projesi  güneş pilinin maliyetini düşürmeyi amaçlayan özel araştırmalara sponsor olmuştur. Silikonun kendisi, saflık, kristal yönelim ve özdirenç için test edilmiştir. Üreticiler ayrıca oksijenin varlığını (bunun mukavemetini ve çözgü direncini) ve karbonu (kusurlara neden olan) test ederler. Bitmiş silikon diskler, kesim sırasında meydana gelebilecek herhangi bir hasar, dökülme veya bükülme için incelenir. Tüm silikon disk üretim süreci boyunca, sıcaklık, basınç, hız ve dopant miktarları sürekli olarak izlenir. Havadaki ve çalışma yüzeylerindeki kirliliklerin minimumda tutulmasını sağlamak için de adımlar atılır.Tamamlanan yarı iletkenler, her biri için akım, gerilim ve direncin uygun standartları karşıladığını görmek için elektrik testlerine tabi tutulmalıdır. Güneş pilleri ile ilgili daha önceki bir sorun, kısmen gölgeli olduğunda çalışmayı durdurma eğilimindeydi. Bu problem, hücrelere tehlikeli yüksek voltajları azaltan şönt diyotlar sağlayarak hafifletilmiştir. Şant direnci daha sonra kısmen gölgeli kavşaklar kullanılarak test edilmelidir. Güneş modüllerinin önemli bir testi, test hücrelerini normal şartlarda karşılaşacakları ışık yoğunluğu ve koşulları ile sağlamaları ve iyi performans gösterip göstermediklerini kontrol etmeyi içerir. Hücreler ayrıca sıcağa ve soğuğa maruz kalırlar ve titreşime, bükülmeye ve doluğa karşı test edilirler.

 

Güneş modülleri için son test, bitmiş modüllerin gerçekte kullanılacağı yerlere yerleştirildiği saha alanı testidir. Bu, araştırmacıya, bir güneş hücresinin çevre koşulları ve güneş hücresinin etkin üretim süresi boyunca etkinliğini belirlemek için en iyi verileri sağlar. Nispeten pahalı, verimsiz güneş pilleri mevcut durumu göz önüne alındığında, gelecekte gelişebilir. Bazı uzmanlar, 2050 yılına kadar 500 milyar dolarlık bir endüstri olacağını tahmin ediyorlar. Bu tahmin, Japonya, Almanya ve İtalya gibi ülkelerde geliştirilmekte olan daha geniş çatı fotovoltaik sistemlerinin kanıtı ile destekleniyor. Meksika ve Çin’de güneş pilleri üretimine başlamıştır. Aynı şekilde, Mısır, Botswana ve Filipinler  güneş pilleri üretecek tesisler inşa ediyor. Mevcut araştırmaların çoğu güneş pili maliyetini düşürmeyi veya verimliliği arttırmayı amaçlamaktadır. Güneş pili teknolojisindeki yenilikler, pahalı kristalin silikon hücrelere daha ucuz alternatiflerin geliştirilmesi ve üretilmesini içerir. Bu alternatifler, fotosentezi taklit eden güneş pencerelerini ve küçük, amorf silikon toplarından yapılan küçük hücreleri içerir. Zaten, amorf silikon ve polikristalin silikon, tek kristal silikon pahasına popülerlik kazanıyor. Gölgeyi en aza indirgemek ve güneş ışığını prizmatik lenslerle odaklamak gibi ek yenilikler var. Bu, farklı frekanslardaki ışığı absorbe eden ve böylece elektrik üretimi için etkin bir şekilde kullanılan güneş ışığı miktarını arttıran farklı malzemelerin (özellikle galyum arsenide ve silikon) tabakalarını içerir.

 

 

Enerji Mühendisliği

Güncel Teknoloji haberleri, enerji haberleri, bilim ve teknik kişisel bloğu...

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir