T.C ABANT İZZET BAYSAL ÜNİVERSİTESİ

FEN-EDEBİYAT FAKULTESİ

FİZİK BÖLÜMÜ

BİTİRME PROJESİ

KONU

GÜNEŞ PİLLERİ (FOTOVOLTAİK PİLLER)

Hazırlayan

İSMAİL HAKKI GÜLMEK

050202034

Proje Danışmanı

Prof.Dr. Ahmet VARİLCİ

ARALIK-2010

İçindekiler

1. ENERJİ VE GÜNEŞ…………………………………………………… 1

1.1. ENERJİ……………………………………………………………………………… 1

1.1.1. Enerjinin Sınıflandırılması………………………………………………………… 1

a. Enerji kaynaklarına göre; ……………………………………………………………………

b. Fiziksel ve ekonomik yönleriyle de……………………………………………………….

c. Enerji hammaddelerinin özgül enerji içeriklerine göre;……………………....

d. Enerji maddesinin kullanımı sırasında çevreye etkisi yönünden;………….

e. Enerji maddesinin Alternatif olup olmadığına göre;…………………………….

1.2. GÜNEŞ……………………………………………………………………………… 2

1.2.1. Güneşin Yapısı & Dünyaya Ulaşan Güneş Enerjisi…………………… 2

1.2.2. Dünya Üzerine Gelen Güneş Işınlarının Dalga Boyları……………… 3

a. Ultraviyole (UV morötesi ışınlar) 200 – 400 nm……………………………………

b. Görülebilir bölge (optik bölge) 400 – 750 nm………………………………………

c. Enfraruj bölge (kızılötesi ışınlar, termik bölge) 750 – 24000 nm…………..

1.3. Güneş Enerjisi Uygulamalarının Tarihsel Gelişimi……………… 3

2. GÜNEŞ PİLLERİ (FOTOVOLTAİK PİLLER)……………………. 5

2.1. GÜNEŞ PİLLERİNİN TARİHSEL GELİŞİMİ…………………………….. 5

2.2. GÜNEŞ PİLLERİNİN ÖZELLİKLERİ……………………………………….. 6

2.3. MADDENİN YAPISI VE YARI İLETKENLER……………………………. 6

2.3.1. N Tipi Yarı İletken…………………………………………………………………… 8

2.3.2. P Tipi Yarı İletken…………………………………………………………………… 9

2.3.3. P – N Kavşağı…………………………………………………………………………. 9

2.4. FOTOVOLTAİK PİL(GÜNEŞ PİLİ)……………………………………….. 11

2.5. GÜNEŞ PİLLERİNİN ÇALIŞMA İLKELERİ………………………………11

2.6. GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPIS………………………………………………… 12

2.7. GÜNEŞ PİLİ NASIL YAPILIR?................................................. 15

2.7.1. Güneş Pili Üretimi………………………………………………………………… 15

a. Silicon Crystal Growing Furnace (Kristal büyütme fırını):……………………..

b. İngot cutter ( Kristal kesici ):……………………………………………………………….

c. Plasma Etching System ( Plazma aşındırma sistemi ):…………………………

d. Diffusion Furnace ( Difüzyon Fırını )…………………………………………………….

e. Difüzyon fırınları: PECVD …………………………………………………………………….

f. Atmosferik ve Plazma ECVD sistemleri:……………………………………………....

g. Solar cell tester:………………………………………………………………………………….

h. Panel Üretimi:…………………………………………………………………………………….

i. Lehim Tablası:…………………………………………………………………………………….

j. Polimer kesici:…………………………………………………………………………………….

k. Cam temizleyici:………………………………………………………………………………….

l. Laminatör……………………………………………………………………………………….....

2.8. GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPIMINDA KULLANILAN

MALZEMELER..................................................................... 17

2.8.1. Kristal Silisyum…………………………………………………………………… 17

2.8.2. Galyum Arsenit (GaAs)………………………………………………………. 17

2.8.3. Amorf Silisyum……………………………………………………………………. 17

2.8.4. Kadmiyum Tellürid (CdTe)…………………………………………………... 17

2.8.5. Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)……………………………………….. 17

2.9. GÜNEŞ PİLİ (FOTOVOLTAİK) PİL UYGULAMA ÖRNEKLERİ… 17

2.9.1. Güneş Pilli Su Pompaj Sistemleri…………………………………………… 17

2.9.2. Güneş Enerjisiyle Çalışan Yarış Araçları………………………………… 18

2.9.3. Türkiye’nin İlk Güneş Enerjisi İle Çalışan Arabası………………….. 19

2.9.4. Güneş Pilli Aydınlatma Birimleri…………………………………………… 19

2.9.5. Dünyanın güneş enerjisiyle çalışan ilk stadyumu…………………. 20

2.9.6. Güneş enerjisi ile çalışan uçak……………………………………………… 20

2.9.7. Diğer güneş enerji uygulama örnekleri…………………………………. 21

3. KAYNAKLAR…………………………………………………………. 22

3.1. KONU HAKKINDA ULAŞILABİLECEK VİDEO LİNKLERİ ..……. 22

1.ENERJİ VE GÜNEŞ

1.1 ENERJİ Bir sistemin, kendisi dışında etkinlik üretme yeteneğidir(Max Planck). Erke olarak ta

tanımlanabilen enerji bir sistemin iş ve ısı verme yeteneğidir.

1.1.1 Enerjinin Sınıflandırılması Enerjiler çeşitli biçimlere sınıflandırılabilmektedir. Sınıflandırmalar hangi esasa göre yapılırsa

yapılsın, farklı gruplara giren enerjiler, birbirine dönüşebilmektedir. Enerjinin dönüşebildiğinin

ölçümü ekserji ile ifade edilebilmektedir. Ekserji, enerjinin dönüşebilirliğinin ölçümünü ifade eder.

Belirli termodinamik koşullarda, belli bir miktar enerjinin diğer bir enerji biçimine dönüşebilen en

yüksek miktarıdır. Enerjilerden büyük bir bölümü maddeye bağlıdır.

a. Enerji kaynaklarına göre; Katı, sıvı, gaz yakıtlar ile hidrolik, nükleer, güneş, biyokütle,

rüzgâr, jeotermal vb. enerjiler olarak ayrılabilmektedir.

b. Fiziksel ve ekonomik yönleriyle de; Mekanik, termik, kimyasal, fiziksel, elektromanyetik,

elektrik vb. olarak gruplandırılabilir.

c. Enerji hammaddelerinin özgül enerji içeriklerine göre;

Yoğun enerjiler: Petrol ve ürünleri, kömür, hidrolik enerji, atom enerjisi vb.

Yoğun olmayan enerjiler: Güneş ve rüzgâr enerjileri

d. Enerji maddesinin kullanımı sırasında çevreye etkisi yönünden;

Temiz enerji: Güneş, rüzgâr, biyomas- biyokütle enerjisi, hidrolik enerjiler

Temiz olmayıp, doğayı kirletenler: Kömür, petrol vb.

e. Enerji maddesinin Alternatif olup olmadığına göre;

Alternatif enerji: Doğal çevreden sürekli veya tekrarlamalı olarak akan enerjiden elde edilen

enerjidir. En yaygın olarak, 24 saat tekrarlamalı güneş enerjisidir. Bu enerjinin en önemli yanı, bu

gücü yakalayacak insan yapımı bir cihaz olsun olmasın çevremizden bir enerji akımı halinde

geçmektedir.

Yenilenemeyen enerji: İnsan müdahalesi olmadıkça salınmayan, bağlı bulunan statik enerji

depolarından elde edilen enerjidir. Nükleer fosil ve yakıtlar (kömür, petrol, doğalgaz vb.)bunun

örnekleridir. Bu enerji pratikte izole edilmiş bir potansiyele sahiptir ve enerji akımını başlatmak için

bir dış etki gerekmektedir.

Kriterler Alternatif Enerji Kaynakları Alışıla Gelmiş Enerji Kaynakları

1 Örnekler Güneş, Rüzgâr Kömür, Petrol

2 Kaynaklar Doğal- Bölgesel Çevre Yoğun Stok

3 Başlangıç Şiddeti Düşük < 300W/M2 >100 Kw/M2

4 Temin Süresi Sonsuz Sınırlı

5 Kaynak Maliyeti Serbest Giderek Pahalı

6 Ekipman Masrafları Yüksek 2000$/Kw Orta 500$/Kw

7 Kullanım Yeri Bölge Ve Topluma Özel Genel Ve Uluslar Arası Kullanım

8 Ölçek Küçük Tesisler İçin Uygun Büyük Ölçekli Tesisler

9 Kalifiye Gereksimi Disiplinler Arası (Fizik, Tarım,

Kimya, Makine) Dar İhtisas

10 Güvenlik Bölgesel Hasar Olabilir Arıza Olduğunda Çok Tehlikeli

11 Kirlilik Ve Çevreye

Zarar Genellikle Çok Düşük Sürekli Zarar Vermekte

TABLO 1: ALTERNATİF VE ALIŞILAGELMİŞ ENERJİlERİN KARŞILAŞTIRMASI

1.2 GÜNEŞ

1.2.1 Güneşin Yapısı & Dünyaya Ulaşan Güneş Enerjisi Güneş, hidrojen ve helyum gazlarından oluşan orta büyüklükte bir yıldızdır. Sıcaklığı merkez

de yaklaşık (8-40)x106 oK'ni bulur. Yüzey sıcaklığı ise 6000 oK civarındadır. Bu yüksek sıcaklık nedeniyle

elektronlar, atom çekirdeklerinden ayrılırlar. Bu sebeple, güneşte atom ve molekül yerine elektronlar

ve atom çekirdekleri bulunur. Bu karışıma "plazma" adı verilir. Dört hidrojen çekirdeği bir helyum

çekirdeği yapar. Birleşme çok yüksek sıcaklıkta olur. Füzyon adı verilen bu olay yüksek sıcaklıkta ve

atom çekirdeği yardımıyla olduğundan "Termonükleer Reaksiyon" adını alır. Güneş çok yoğun sıcak

gazlarla meydana gelmiş olup ve çapı 1,39x109 m, kütlesi 1,99x1030 kg civarında olan bir yıldızdır.

Dünyadan Uzaklığı yaklaşık 1,5x108km'dir. Dünyamızın kütlesi 5,97x1024 kg olduğuna göre güneşin

kütlesel olarak dünyamızın 332.500 katıdır. Güneşin yaklaşık 4 haftada bir kendi etrafında

dönmektedir. Bu dönmeyi ekvator kısmı 27 günde, kutuplar 30 günde tamamlar. Güneşin ortalama

yoğunluğu 1409 kg/m3, dünyamızın ortalama yoğunluğu 5517 kg/m3, güneşin yüzeyinde ki çekim

ivmesi 273,98m/s2, dünyamızın 9,81m/s2'dir.

Güneşte oluşan helyum miktarı, harcanan hidrojen miktarından daha azdır. Aradaki fark,

güneşten ışın olarak çıkan enerjiyi verir (güneş radyasyonu). Güneşin merkezinde 1 saniyede 564

milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüşmektedir. Arada ki 4 milyon ton fark karşılığı ısı

ve ışık enerjisi halinde uzaya 386.000.000 EJ (Eksa joule) enerji yaydığı tahmin edilmektedir. Bu enerji

çeşitli dalga boylarında ışınlar halinde dünyaya ulaşır. Güneşin 1 saniyede ürettiği enerji miktarı,

insanlığın şimdiye kadar kullandığı enerji miktarından fazladır. Dünya, güneşten gelen enerjinin

sadece milyarda birini alır. Bu enerji 15 dakika depo edilebilse toplam dünya nüfusunun yıllık enerji

ihtiyacı karşılanır.

Atmosfere gelen güneş radyasyonunun yaklaşık %17,5'i atmosferi ısıtmak için harcanır.

Yaklaşık %35'i bulutlardan ve yerden yansıyarak tekrar uzaya döner. Güneşten gelen radyasyonun

tümü 100 birim kabul edersek atmosferi ısıtmak için harcanan ve yansıyarak uzaya dönen değerlerin

toplamından sonra geriye 47,5 birim kalır ki bu miktar yeryüzüne düşmekte ve burada ısıya

dönüşmektedir. Yeryüzüne gelen ortalama güneş ışınımı değeri mevsim ve enleme bağlı olarak

yaklaşık 300-1000 W/m2'dir

1.2.2 Dünya Üzerine Gelen Güneş Işınlarının Dalga Boyları Dünya üzerine gelen güneş ışınlarının dalga boyları 200 nm ile 24000 nm arasında değişir. Bu

değerlerin anlamı ise Dünya üzerine gelen güneş ışınlarının dalga boylarının görünür bölgeyi de

içerecek şekilde ultraviyole bölgeyi ve enfraruj bölgeyi içermesidir.

a. Ultraviyole (UV morötesi ışınlar) 200 – 400 nm

Bu bölge üç bölüme ayrılır. UV-C bölgesi atmosferden geçemez ozon tabakasında absorblanır.

Ve dalga boyu aralığı 200-280 nm dir. UV-B bölgesi de atmosferden geçemez ozon tabakasında

absorblanır. Ve dalga boyu aralığı 280-320 nm dir. UV-A bölgesi ise atmosferden geçerek bulunulan

yere ulaşabilen bölümdür. Dalga boyu aralığı ise 320 – 400 nm dir.

b. Görülebilir bölge (optik bölge) 400 – 750 nm

Bu bölgeyi de üç bölümde inceleyebiliriz. A bölgesi menekşe-yeşil aralığındadır ve 400 –

520 nm dalga boylarındadır. B bölgesi yeşil kırmızı aralığındadır ve 520 – 620 nm dalga

boylarındadır. C bölgesi kırmızı ve 620 – 700 nm dalga boylarındadır.

c. Enfraruj bölge (kızılötesi ışınlar, termik bölge) 750 – 24000 nm

Bu bölgeyi de yine üç bölümde inceleyebiliriz. IR-A bölgesi Enfraruj bölge olup dalga boyu 750

– 1400 nm aralığındadır. IR-B bölgesi yakın Enfraruj bölge olup dalga boyu 1400 – 3000 nm

aralığındadır. IR-C bölgesi orta Enfraruj bölge olup dalga boyu 3000 – 24000 nm aralığındadır.

Yeryüzüne ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %96,5 lik bölümü görülebilir bölge ve kızılötesi ışınlardan

oluşur.

1.2.3 Güneş Enerjisi Uygulamalarının Tarihsel Gelişimi İnsanların güneş enerjisinden teknolojik olarak yararlanması, yani güneş enerjisini kendi

geliştirdiği yollarla başka enerjilere dönüştürmesi, bir hayli eskilere dayanır. Bilinen ilk

uygulamalardan biri, Arşimed’in Sirakuza’da güneş ışınlarını büyük aynalarla yoğunlaştırarak düşman

gemilerine odaklaması ve onları yakması olarak bilinir.

17.yy da, yine aynalarla güneş ışınlarının yoğunlaştırılarak odun yığınlarının yakılmasında

kullanıldığı, 18.yy da yoğunlaştırılmış güneş ışınlarının kimyasal tepkimelerde ve güneş ocaklarında

kullanıldığı görülür. 19.yy da güneş enerji-si uygulamaları artmıştır. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi ile

metal eritme, su dağıtma, buhar üretme, güneşle çalışan buhar makinesi, baskı makinesi gibi yapılan

çalışmalar, uygulama örnekleri olarak gösterilebilir.

20.yy da insanların yaşamına giren petrol, güneş enerjisi kullanımıyla ilgili gelişmeleri bir

ölçüde frenlemiştir. Bununla birlikte, 1974’deki yapay petrol bunalımı ve petrol fiyatlarının artması

sonucu güneş enerjisi üzerindeki çalışmalar, yeniden hız kazanmıştır. Özellikle evlerde sıcak su

sağlanmasında güneş toplaçları kullanımı bu yüzyılda yaygınlaşmıştır. Yine, yoğunlaştırılmış güneş

enerjisinin kullanıldığı güneş santralleri bu yüzyılda yapılmaya başlanılmıştır.

1954 yılında Bell laboratuarında güneş pillerinin geliştirilmesi ile güneş pilleri güneş enerjisini

doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlar olarak giderek yaygın kullanım alanları bulmuşlardır.

Güneş pillerinin ilk büyük ölçekli uygulama alanı, uzay çalışmalarında olmuştur. Uzay araçlarına enerji

sağlamada bu piller en uygun araçlar olmuşlardır. Önceleri küçük ölçeklerde çeşitli yerlerde kullanılan

güneş pilleri giderek daha geniş kullanım alanlarına yayılmışlardır. Yaygın kullanımla birlikte bu

pillerin fiyatları da oldukça düşmüştür. Bu gün bu pillerle çalıştırılan güneş otomobilleri, güneş uçağı,

elektrik şebekesine uzak yerlerde-ki uygulamalar, güneş pilleri ile çalışan elektrik santralleri

bulunmaktadır.

Günlük güneş enerjisinin seyreltik ve kesikli olması, bu enerjinin daha etkin ve verimli

kullanılmasında sorun olmaktadır. Oysa bugün dünya ya gelen güneş enerjisi, dünyada kullanılan tüm

enerjinin 15-16 bin katı dolayındadır. Bu durumda, dünya üzerinde bu enerjiyi olabildiğince verimli ve

etkin kullanabilme yolunu bulmamız gerekmektedir. Bunun yanı sıra, en akıllıca yollardan biri de

güneş enerjisini dünyanın dışında yakalayarak bunu bir şekilde elektrik enerjisine çevirerek dünyaya

aktarmaktır. Uzayda, ya da bize en yakın gök cismi olan ay da bu işi başarabiliriz. Gerek uzayda

gerekse ayda ne bulutluluk engeli ve ne de gece gündüz sorunu vardır. Ayrıca hava kürenin soğurucu

etkileri de burada söz konusu olmamaktadır. Şimdilik düşünce ve kuram düzeyindeki çalışmaların, çok

uzun olmayacak sürede gerçekleşmesi beklenmektedir

Ülkemizin de, güneş enerjisinden ve diğer tükenmez enerjilerden yararlanma konusundaki

yarışta geri kalmaması gerekir. Çünkü ülkemiz üç kıtaya en yakın konumda bulunmakta, ayrıca güneş

kuşağı denilen ve ekvatora göre kuzey ve güney 40 enlemlerini kapsayan bölgede bulunmaktadır.

Ülkemizin bu iki özelliği, güneş enerjisinin teknolojik uygulamalarına bir vitrin durumuna gelmesinde

büyük bir üstünlük sağlayabilir. Dengeli bir kalkınmanın, temiz ve tükenmez enerji kaynaklarına dayalı

olacağı unutulmamalıdır.

2.GÜNEŞ PİLLERİ (FOTOVOLTAİK PİLLER)

2.1 GÜNEŞ PİLLERİNİN TARİHSEL GELİŞİMİ Güneş pilleri (fotovoltaik diyotlar) üzerine güneş ışığı düştüğünde, güneş enerjisini doğrudan

elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Bu enerji çevriminde herhangi devingen (hareketli) parça

bulunmaz. Güneş pillerinin çalışma ilkesi, Fotovoltaik (Photovoltaic) olayına dayanır. İlk kez 1839

yılında Becquerel, elektrolit içerisine daldırılmış elektrotlar arasındaki gerilim, elektrolit üzerine düşen

ışığa bağımlı olduğu gözlemleyerek Fotovoltaik olayını bulmuştur. Katılarda benzer bir olay ilk olarak

selenyum kristalleri üzerinde 1876 yılında G.W. Adams ve R.E. Day tarafından gösterilmiştir. Bunu

izleyen yıllarda çalışmalar bakır oksit ve selenyuma dayalı foto diyotların, yaygın olarak fotoğrafçılık

alanında ışık metrelerinde kullanılmasını beraberinde getirmiştir. 1914 yılında fotovoltaik diyotların

verimliliği %1, değerine ulaşmış ise de gerçek anlamda güneş enerjisini %6 verimlilikle elektrik

enerjisine dönüştüren fotovoltaik diyotlar ilk kez 1954 yılında Chapin tarafından silikon kristali

üzerine gerçekleştirilmiştir. Fotovoltaik güç sistemleri için dönüm noktası olarak kabul edilen bu tarihi

izleyen yıllarda araştırmalar ve ilk tasarımlar, uzay araçlarında kullanılacak güç sistemleri için

yapılmıştır. Fotovoltaik güç sistemleri 1960’ların başından beri uzay çalışmalarının güvenilir kaynağı

olmayı sürdürmektedir.

1970’li yılların başlarına kadar, güneş pillerinin uygulamaları ile sınırlı kalmıştır. Güneş

pillerinin yeryüzünde de elektriksel güç sistemi olarak kullanılabilmesine yönelik araştırma ve

geliştirme çabaları 1954’lerde başlamış olmasına karşın, gerçek anlamda ilgi 1973 yılındaki “1. petrol

bunalımı”nı izleyen yıllarda olmuştur. Amerika’da, Avrupa’da, Japonya’da büyük bütçeli ve geniş

kapsamlı araştırma ve geliştirme projeleri başlatılmıştır. Bir yandan uzay çalışmalarında kendini

ispatlamış silikon kristaline dayalı güneş pillerinin verimliliğini artırma çabaları ve diğer yandan

alternatif olmak üzere çok daha az yarı iletken malzemeye gerek duyulan ve bu neden ile daha ucuza

üretilebilecek ince film güneş pilleri üzerindeki çalışmalara hız verilmiştir.

Güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirmenin, basit, çevre dostu olan fotovoltaik sistemlerin

araştırılması ve geliştirilmesi, maliyetinin düşürülerek yaygınlaştırılması misyonu uzun yıllar

üniversitelerin yüklendiği ve yürüttüğü bir görev olmuş ve bu nedenle kamuoyunda hep laboratuarda

kalan bir çalışma olarak kalmıştır. Ancak son yirmi yılda dünya genelinde çevre konusunda duyarlılığın

artmasına bağlı olarak kamuoyundan gelen baskı, çok uluslu büyük şirketleri fosile dayalı olmayan

yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları konusunda çalışmalar yapmaya zorlamışlardır. Büyük şirketlerin

devreye girmesiyle fotovoltaik piller konusundaki teknolojik gelişmeler ve güç sistemlerine artan

talep ve buna bağlı olarak büyüyen üretim kapasitesi, maliyetlerin hızla düşmesini de beraberinde

getirmiştir. Yakın geçmişe kadar alışıla gelmiş elektrik enerjisi üretim yöntemleri ile karşılaşıldığında

çok pahalı olarak değerlendirilen fotovoltaik güç sistemleri, artık yakın gelecekte güç üretimine katkı

sağlayabilecek sistemler olarak değerlendirilmektedir. Özellikle elektrik enerjisi üretiminde hesaba

katılmayan ve görünmeyen maliyet olarak değerlendirilebilecek “sosyal maliyet” göz önüne

alındığında, fotovoltaik sistemler fosile dayalı sistemlerden daha ekonomik olarak değerlendirilebilir.

2.2 GÜNEŞ PİLLERİNİN ÖZELLİKLERİ Güneş pilleri, yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı

iletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları

100 cm2 civarında, kalınlıkları özellikle en yaygın olan silisyum güneş pillerinde 0.2 – 0.4 mm

arasındadır.

Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerine ışık düştüğü zaman

uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pillerin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş

enerjisidir. Deniz seviyesinde, parlak bulutsuz bir gündeki ışınım şiddeti maksimum 1000 W/M2

civarındadır. Yöreye bağlı olarak 1m2’ye düşen güneş enerjisi miktarı yılda 800-2600 KWh arasında

değişir. Bu enerji, güneş pilinin yapısına bağlı olarak %5 - %70 arasında bir verimle elektrik enerjisine

çevrilebilir.

Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir

yüzey üzerine monte edilir. Bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Gerekirse

bu modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak, fotovoltaik bir dizi oluşturabilir

2.3 MADDENİN YAPISI VE YARI İLETKENLER Bilindiği gibi madde, pozitif yüklü çok ağır bir çekirdekle, onun etrafında belirli yörüngelerde

dolanan elektronlardan meydana gelmiştir. Bu yükler, dış tesir yoksa birbirini dengeler. Elektronlar,

yörüngelerinin bulunduğu yarıçapa, orantılı olarak potansiyel ve kinetik enerji taşırlar. En dış yörünge

de maksimum 2, sonrakinde 8 ve üçüncüde 18 elektron bulunabilir. Elektronlar, ard arda gelen ve her

biri belli sayıda elektron bulunduran enerji bandlarında bulunurlar. Dışarıdan enerji alan bir elektron

bir üst seviyedeki banda çıkabilir. Daha düşük banda geçen elektron da dışarı enerji yayar. Son tabaka

elektronlarına valans (denge) elektronları denir ve cisimlerin kimyasal bileşikler yapmalarını temin

eder. Son tabakası dolmamış bir atomun, bir başka cisme ait komşu atomdan elektron kapmaya

yatkınlığı vardır. İç tabaka elektronları ise çekirdeğe çok sıkı bağlıdırlar. Termik enerji verilirse,

elektronun yörüngesi etrafında titreşimi arttırır.

Elektron, yörüngesini muhafaza ettiği müddetçe ne enerji yayar, ne de absorbe eder. Bir

elektron, uyarımla, atomu terk edecek enerji kazanıp ayrılabilir. Atom (+) iyon şekline geçer.

Şekil 1:SİLİSYUM VE GERMANYUM YARI İLETKENLERİNİN YAPISI

İzoleli atomda (gazlarda) elektronlar, belirli bir enerji bandını işgal ederler. Bir kristalin atomları,

kristal içinde muntazam diziler halinde yer alırlar. Atomlar, birbirlerine çok yakındırlar ve elektronlar,

birbirine yakın enerjileri temsil eden enerji bandları üzerinde bulunurlar. Örneğin; bir germanyum

atomunda, tek bir atom ele alınırsa atom temel haldedir. Mutlak sıfır, sıcaklıkta, elektron minimum

enerji seviyesine sahiptir. Germanyum kristalinde ise, mutlak sıfır sıcaklıkta, temel seviyenin yerini

valans bandı alır. Bundan sonra, hiçbir elektronun bulunmadığı yasak bölge ve sonra da yüksek

enerjili iletkenlik bandı bulunur. Bu sıcaklıkta Ge kristalinde iletkenlik bandında hiçbir elektron

bulunmaz, yani kristal ideal bir yalıtkandır. Yalıtkan, yarıiletken, iletken maddelerin enerji bandları

Şekil:2’de^görülmektedir.

Şekil 2:ENERJİ BANDLARI

Ge kristalinin iletkenlik kazanabilmesi için, iletkenlik seviyesine elektron temin edilmelidir.

Bunun için gerekli enerji 0.7 eV civarındadır. Fotoelektrik olay için Eg, kristalin soğurabileceği minimum

enerjisini gösterir. Buna karşı, bir metalik kristalde yasak band yoktur, iletkenliği temin edecek,

iletkenlik bandında çok sayıda elektron bulunur. Elmas için E=7 eV' luk enerji ile elektron yasak band

geçilebilir. Bunun için malzemeye büyük elektrik voltajı uygulanması gerekir. Bu ise malzemeyi tahrip

eder.

Yarı iletkenlerde, yasak bandı geçmek için (1 eV) yeterlidir, oda sıcaklığında kristal

atomlarından birkaç tanesinin elektronları, iletkenlik bandına geçer ve iletkenliği sağlar. Geride

bıraktığı boşluğa da başka bir elektron gelir ve o da iletkenliğe katılmış olur.

Bir kristal, ortak elektronla birbirine bağlı atomların düzgün olarak yerleşimiyle meydana

gelmiştir. İyonik bağdan farklı olan bu birleşmeye “Kovalent” bağ denir. Valans elektronlar, kovalent

bağ içinde, bir atomdakinden daha düşük enerji seviyesindedir. Kristali bozmak için, bu enerji farkı

kadar enerji gerekir. Bu kristalin kararlılığını gösterir.

İki atomu birbirine bağlayan valans elektronların serbest hale geçmesi için gerekli enerji;

metaller için sıfır, yalıtkanlar için birçok elektron volt, yarı iletkenler için 1eV civarındadır.

Elektronların çekirdekten uzaklığa göre enerji seviyeleri Şekil:3’de verilmiştir.

Şekil 3:ELEKTRONLARIN ÇEKİRDEKTEN UZAKLIKLARINA GÖRE ENERJİ SEVİYELERİ

2.3.1 N Tipi Yarı İletken İletkenlik tipini değiştirmek için Si ve Ge içine, periyodik cetvelin III. ve V. Grup elementleri

ilave edilir. Bunlar boş valans elektronu bulundururlar (Arsenik, Bor, Fosfor, Antimuan gibi). Ergimiş

halde bulunan Ge’a (milyonda bir) arsenik ilave edilirse, her arsenik atomu, bir Ge atomu yerini

alacak ve 4 elektronuyla kovalent bağ teşkil edilecek, 5. Valans elektronu serbest kalıp iletkenliği

temin edecektir. İletkenlik (-) yükle temin edildiği için N tipi yarı iletken ismini alır. Bu elektronlar, oda

sıcaklığında, iletkenlik bandına ulaşır

.

Şekil 4:N TİPİ YARI İLETKEN

2.3.2 P Tipi Yarı İletken Ergimiş germanyuma, III. gruptan üç valans elektronu bulunduran elemanlar ilave edilerek

yapılır (İndium, Galyum, vb). Katılaşma sırasında indium atomları kristal örgü içinde Ge atomunun

yerini alır. Kovalent bağ için 3 elektron mevcuttur ve komşu atomdan bir elektron kaparak bağ

oluşturur. Komşu atomda bir boşluk oluşmuştur. Bu ise elektron hareketine sebep olur. Bir yarı

iletkenin kullanılabilme maksimum sıcaklığı, aktivasyon enerjisiyle artar. Kullanabilme maksimum

frekansı, yük taşıyıcıların hareketliliği ile artar.

Şekil 5:P TİPİ YARI İLETKEN

2.3.3 P – N Kavşağı Bir monokristal yarı iletkenliğinin P tipinden N tipine geçiş bölgesidir. Bu bölge kristalleşme

sırasında oluşturulur. N bölgesinde, termik uyarımla azınlıkta olan boşluk ve çoğunlukta olan elektron

yükleri ve (+) iyonize atomlar vardır.

Şekil 6:P – N KAVŞAĞININ OLUŞUMU

P bölgesinde ise, negatif iyonize atom, termik uyarımla bulunabilen azınlık elektron ve

çoğunluk elektron boşlukları vardır. İki eleman temasa geçirildiğinde, N bölgesindeki elektronlar

(çoğunluktadır) P tipi bölgeye hareket eder. P bölgesindeki elektron boşlukları da N bölgesine hareket

eder. Böylece N tipi bölgedeki atomlar (+), P tipi bölgedeki atomlar (-) olarak iyonlaşmış olur. Bunlar,

kristal içinde sabit yük merkezleri oluştururlar. Kavşağın her iki yüzünde iyonize olmuş atomlar, kristal

içinde, yönü N’den P’ye doğru olan bir elektrik alan meydana getirirler.

Bu bölge geçiş bölgesidir ve serbest yükler yoktur. Kavşaktaki bu potansiyel farkı, P’den N’ye

geçecek boşluklar ve N’den P’ye geçecek elektronlar için bir potansiyel duvarı teşkil eder. N’den

ayrılacak bir elektron, arkasında kendini geri çağıran bir boşluk bırakır ve önündeki P tipi bölgedeki (-)

yükler elektronu püskürtür.

Şekil 7:P – N KAVŞAĞI VE İÇ AKIM

Özet olarak, P-N kavşağında meydana gelen elektrik alan, kavşak civarındaki elektronu, P’den

N’ye doğru iter (N’deki elektronu geri püskürtür, P’deki elektronu N’ye iletir). Kavşağın enerji bandı,

alttaki Şekil:8’deki gibidir. N bölgesinde, valans ve iletkenlik bandı enerjileri, P’dekilerden düşüktür.

Şekil 8:P – N KAVŞAĞINDA ENERJİ BANDI

Enerjisi yeterli bir ışık demeti (h.f >Eg. N Planck sabiti, f frekans), P-N kavşağı üzerine

düşürüldüğü zaman, foton elektronlarla karşılaşıp enerji verebilir. Serbest elektronlar, valans

elektronlarının ancak 1/104 kadarı olduğundan, bu ihtimal zayıftır. Foton, muhtemel valans elektronu

ile karşılaşır ve ona enerjisini bırakarak iletkenlik bandına çıkarır. Elektron, arkasında bir elektron

boşluğu bırakır. Olay A-B aralığında ise; elektron, oluşan elektrik alanla N bölgesine, boşluk da P

bölgesine itilir. Olay kavşağa yakın N bölgesinde oluşmuşsa, boşluk yine P bölgesine götürülür.

Kavşaktan uzakta oluşan elektron boşluk, zamanla birbirini bulacaktır. Sonuç olarak P tipi bölge (+), N

tipi bölge (-) yüklenmiş ve bir potansiyel doğmuştur.

2.4 FOTOVOLTAİK PİL(GÜNEŞ PİLİ) Şekil:9 ’da görüldüğü gibi, foton absorblanmasıyla yük taşıyıcılar çoğunlukta oldukları

bölgelere sürüklenirler. Kavşaktan Is akımı geçer ve N(-), P’de (+)yüklenmiş olur. Is akımı, kavşağın ileri

yönde kutuplaşmasına ve kavşak potansiyel duvarının alçalmasına sebep olur. Dış devre açık ise (akım

yoksa) P’den N’ye akım geçer ve kavşak potansiyel duvarı tekrar yükselir; P bölgesi (-), N bölgesi (+)

yüklenir. Sonra tekrar foton absorblanarak olay devam eder. Bu durumda Is = I olur.

Şekil 9:FOTOVOLTAİK PİLİN YAPISI

Dış devreden akım geçerse Is = I – IL olacak şekilde dışarıya elektrik enerjisi alınır. Şekil:10 ‘da

bu pilin elektrik eşdeğer devresi görülmektedir. En yüksek foton enerjisi yeşil ışık için h.f = 2.5 eV

civarındadır. P-N kavşağındaki temas potansiyeli, elektronları daha yüksek potansiyele çıkaran

batarya rolü oynamaktadır.

Şekil 10:FOTOVOLTAİK PİL EŞDEĞER ELEKTRİK DEVRESİ

2.5 GÜNEŞ PİLLERİNİN ÇALIŞMA İLKELERİ Başka malzemeler kullanılıyor olsa bile, günümüzde, pek çok güneş pili silisyumdan

yapılmaktadır. Güneş pilinin üzerine güneş ışığı düştüğünde, silisyum atomunun son yörüngesindeki

valans elektronu negatif yükler. Işık foton denilen enerji partiküllerinden oluşmuştur. Fotonları saf

enerjiden oluşmuş bilardo toplarına benzetmek olasıdır ve bunlar bir atoma çarptıklarında tüm atom

enerjilenir ve en kolay kopabilecek durumda olan son yörüngedeki valans elektronu kopar. Serbest

kalan bu elektronda, voltaj veya elektriksel basınç olarak isimlendirebileceğimiz potansiyel enerji

ortaya çıkar. Bu enerji, bir aküyü şarj etmek veya bir elektrik motorunu çalıştırmak için kullanılabilir.

Önemli olan nokta, bu serbest elektronları pil dışına alabilmektir. Üretim sırasında, pilin ön yüzeyine

yakın yerde bir iç elektrostatik bölge oluşturularak, bu elektronun serbest duruma geçmesi sağlanır.

Şekil 11:BİR FOTOVOLTAİK HÜCRE DİYAGRAMI

Silisyum kristali içine diğer elementler yerleştirilmiştir.

Bu elementlerin kristal içinde bulunması, kristalin elektriksel

olarak dengede olmasını önler. Işıkla karşılaşan malzemede, bu

atomlar dengeyi bozar ve serbest elektronları diğer pile veya yüke gitmeleri için pilin yüzeyine doğru

süpürürler. Milyonlarca foton pilin içine akarken, enerji kazanıp bir üst seviyeye çıkar, elektronlarda

pil içindeki elektro-statik bölgeye ve oradan da pil dışına akarlar. İşte bu oluşan akış elektrik akımıdır.

Şekil 12: GÜNEŞ PİLİNİN YAPISI

2.6 GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPISI Tek kristalli silisyum güneş pilinin rengi koyu mavi olup, ağırlığı 10 gramdan azdır. Pilin üst

yüzeyinde, pil tarafından üretilen akımı toplayacak ve malzemesi genellikle bakır olan ön kontaklar

vardır. Bunlar negatif kontaklardır. Kontakların altında 150 mm kalınlığında, yansıma özelliği olmayan

bir kaplama tabakası vardır. Bu tabaka olmazsa, silisyum, üzerine düşen ısınımın üçte birine yakın

kısmını yansıtacaktır. Bu kaplama tabakası, pil yüzeyinden olan yansımayı önler. Pilin ön yüzeyi,

normal olarak yansıyan ışığın bir kısmını daha yakalayabilmek amacıyla, piramitler ve konikler

şeklinde dizayn edilmiştir. Yansıtıcı olmayan kaplamanın altında, pilin elektrik akımının ortaya çıktığı

yapı bulunur. Bu yapı, iki farklı katman halindedir.

N-katmanı, fosfor atomları eklenmiş silisyumdan oluşan ve pilin negatif tarafını oluşturan

katmandır. P-katmanı ise, bor atomları eklenmiş silisyumdan oluşmuş, pilin pozitif tarafıdır. İki

katman arasında, P-N kavşağı denilen, pozitif ve negatif yüklü elektronların karşılaştığı bir bölge

bulunur. Pilin arka yüzeyinde, elektronların girdiği pozitif kontak görevi gören arka kontak yer alır.

Şekil 13:TİPİK BİR SİLİSYUM GÜNEŞ PİLİNİN ÖN YÜZÜ

Üretilen piller, standart test koşullarında test edildikten sonra, tüketiciye sunulmaktadır.

Ortam sıcaklığı 250 C ortalama ışınım şiddeti 1000 W/m² ve Hava- Kütle oranı 1,5 olarak test koşulları

belirlenmiştir. Hava-kütle oranı, güneş ışınımının geçirilme oranını gösteren atmosfer kalınlığıdır.

Güneşin tam tepede olduğu durumda, bu oran, l olarak alınır. Atmosfer tarafından emilen ışınımın

oranına bağlı olarak, pilin üreteceği elektrik miktarı da değişeceğinden, bu oran önemli bir

parametredir.

Tipik bir silisyum güneş pili, 0.5 volt kadar elektrik üretebilir. Pilleri birbirine seri bağlayarak

üretilen gerilim değerini arttırmak olasıdır. Genellikle, 30-36 adet güneş pili, 15-17 voltluk bir çıkış

gücü vermek için birlikte bağlanabilir ki bu voltaj değeri de, 12 voltluk bir aküyü şarj etmek için

yeterlidir. Farklı çıkış güçleri verecek şekilde imal edilmiş, farklı büyüklüklerde güneş pilleri bulmak

olasıdır. Silisyum pillerin seri bağlanması ile modüller, modüllerin birbirine bağlanması ile örgüler

oluşur. Her modül, paralel veya seri bağlanabilmesine olanak verecek şekilde, bağlantı kutusuyla

birlikte dizayn edilir.

Şekil 14:FOTOVOLTAİK HÜCRE, MODÜL PANEL VE DİZİLER

Şekil 15:PİLLERDEN MODÜL VE ÖRGÜLERİN YAPILMASI

Güneş pilinin kolayca kırılabilmesi ve ürettiği gerilimin çok düşük olması gibi, sakıncalarının

giderilmesi gerekir. Pillerin birbirlerine bağlanması ile oluşan modüller koruyucu bir çerçeve içine

alınmışlardır ve kullanılabilecek düzeyle gerilim üretirler. Modülde bulunan pil sayısı, çıkış gücünü

belirler. Genellikle, 12 voltluk aküleri şarj etmek için 30-36 adet silisyum güneş pilinin bağlanması ile

bir modül oluşsa bile, daha yüksek çıkış güçleri için daha büyük modüller yapılabilir. En basit sistem,

bir modül ve buna bağlı bir akü veya elektrik motorundan oluşmuş bir sistemdir.

Şekil 16:GÜNEŞ PİLİ İLE AKÜNÜN ŞARJ EDİLMESİ

Modüllerin fiziksel ve elektriksel olarak bir araya getirilmesi ile oluşan yapıya panel adı verilir.

Bir modülden elde edilen gücü arttırmak için başvurulan bir yapılanma biçimidir. Bu şekilde, çıkış

gücü, 12, 24, 48 V veya daha yüksek olabilir. Birden fazla panelin kullanıldığı bir sistemde, paneller,

kontrol cihazına veya akü grubuna, birlikte bağlanabilecekleri gibi, her panel tek olarak da

bağlanabilir. Bu durumda, bakım kolaylığı olacaktır.

Sistemde kullanılan, fotovoltaik üreteçlerin tümünün oluşturduğu yapıya ise örgü

denilmektedir. Örgünün çok büyük olduğu uygulamalarda, daha kolay yerleştirme ve çıkış kontrolü

için sistem, alt-örgü gruplarına ayrılabilir. Örgü, bir modülden oluşabileceği gibi 100.000 veya daha

fazla modülden de ulaşabilir.

2.7 GÜNEŞ PİLİ NASIL YAPILIR? Güneş pili üretiminde en önemli seçimlerden biri, diyodun yapılacağı malzemedir.

Fotovoltaik diyotta soğurucu tabaka olarak kullanılan yarı-iletken, güneş spektrumunun önemli bir

bölümünü mikron basamağındaki kalınlıkta soğurulmalıdır. Güneş spektrumunda kırmızı ışığın enerjisi

1,7eV dolayında iken mavi ışığın enerjisi 2.7eV dolayındadır; ancak bu değerin altına 0,5eV ve üstünde

3,3eV değerine kadar spektrumda önemli derecede enerji vardır. Yasak enerji aralığı 0.5 -3,3 eV

arasında olan malzeme, güneş pili yapımında kullanılabilir. Elementler kristaller arasında yalnızca

silisyum (1.1 eV) ve germanyum (0,6 eV) elementlerin kristalleri bu koşulları sağlar. Bu aralıkta

kullanılacak diğer yarı-iletken malzemeler, birleşik yarı-iletken malzemelerdir. Örneğin, galyum ve

arsenik elementlerinden oluşan GaAs kristalinin yasak enerji aralığı 1.43eV değerinde olup, bu

enerjiye eşit ya da büyük enerjiye sahip fotonları soğurarak elektron–boşluk çifti yaratırlar.

Güneş pilinden yüksek gerilim elde etmenin yolu, band aralığını genişletmektedir. Ancak, bu

da, akımın düşmesine neden olur. En iyi band genişliğinin 1,5eV dolayındadır. Ancak, band aralığı

1eV-1.8eV arasında olan malzemeler fotovoltaik diyod yapımında etkin olarak kullanılmaktadır.

Fotovoltaik malzemenin seçiminde diğer ölçüt, yarı-iletken maddenin mikro yapısıdır. Yarı-

iletken malzemedeki kusurlar, taşıyıcıların iletilmesini önemli ölçüde etkileyecektir. Tek kristalli

malzemelerde yapısal özellikler tüm maddede aynıdır oysa çok kristalli malzemede yapısal özellikleri

birbirlerinden farklı olan ve damar adı verilen bölgeler vardır. Bir damardan diğerine geçerken

karşılaşılan süreksizlik ve buna bağlı olarak mikro-yapıda oluşan kusurlar, elektriksel iletkenliği

olumsuz yönde etkiler. Sonuçta, tek kristalli malzemeden çok kristalli malzemeye geçildiğinde elde

edilebilecek güneş-elektrik dönüşüm verimi düşerken, çok kristalli malzemede damar büyüklükleri

verimle doğru orantılıdır.

2.7.1 Güneş Pili Üretimi

a. Silicon Crystal Growing Furnace (Kristal büyütme fırını):

Silisyum parçalarının bir pota içinde eritilip, kılavuz kristali izleyerek uzun ve geniş bir saf silisyum

kütük üretilmesini sağlar, günümüzde kristaller 200-300mm çapında ve 1-2 m uzunlukta

büyütülebilmektedirler.

b. İngot cutter ( Kristal kesici ):

Büyütülen Si kristalini 200-350um kalınlığında keserek üzerinde güneş pili yapılacak olan ince

wafer’lar( yaprak) üretir.

c. Plasma Etching System ( Plazma aşındırma sistemi ):

Kesilen waferlerın kaliteli bir şekilde işlenebilmesi için yüzey temizliğini yapar ve pil yüzeyini pürüzsüz

hale getirir. Ayrıca Fosfor katkılanmış n-tipi waferın p-tipinden düzgün bir biçimde ayrılmasını sağlar.

Bazı üreticiler tarafındansa yüzey temizleme kimyasal yolla yapılır, NaOH wafer yüzeyini organik

maddelerden ve düzensizlikten arındırır ayrıca wafer yüzeyinde piramit yapılar oluşturarak verimliği

arttırma’yada yarar.

d. Diffusion Furnace ( Difüzyon Fırını )

Difüzyon fırını güneş pili yongalarının üretildiği ana kısımdır. Bor katkılı p-tipi wafer üzerine fosforik

asit dökülüp yüksek sıcaklığa (800-1000oC)maruz bırakılması sonucunda fosforun wafera difüze

edilmesi ve sonuç olarak n-tipi eklemin waferın üst yüzeyinde oluşmasını sağlar.

e. Difüzyon fırınları: PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) :

PECVD p-n eklemleri oluşturulmuş silisyumun üzerine akım toplayıcı yolların kaplanmasını sağlar ve

bu yollar sayesinde pilin alt ve üst kısımlarından kontaklar alınır. Ayrıca PECVD ile yansıtmaz yüzey

gibi her türlü yüzey kaplaması yapılabilir, örneğin TiO2 kaplanarak yansıtmaz yüzey yapılması çok sık

kullanılan bir yöntemdir.

f. Atmosferik ve Plazma ECVD sistemleri:

High Temperature Sintering Furnace (Yüksek Sıcaklık Katılaştırma Fırını ): Kaplanan akım toplayıcıların

ısıtılarak kristal yüzeyine çökertilip daha iyi temas etmesini sağlar, ayrıca pek çok kurutma ve

çöktürme işlemi bu fırında uygulanabilir.

g. Solar cell tester:

Üretilen güneş pilleri test cihazından geçerek verim hesapları ve karakterizasyon işlemleri yapılır.

h. Panel Üretimi:

Güneş Paneli Üretim Bandı

i. Lehim Tablası:

Pillerin dizilip lehimlendiği ısıtmalı masa

j. Polimer kesici:

Polimerlerin kesildiği bölüm

k. Cam temizleyici:

Verimi arttırmak için camların temizlendiği ünite

l. Laminatör

Kullanıma hazır hale gelen güneş pilleri gerekli testler yapıldıktan sonra seri bir şekilde birbirine

bağlanır ve laminatöre gönderilir, laminatörde alt ve üst kapsülantlar yerleştirdikten sonra en üste bir

cam tabaka yerleştirilerek vakum altında ısıl işlem uygulanır.

2.8 GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPIMINDA KULLANILAN

MALZEMELER Günes pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan

maddeler sunlardır:

2.8.1 Kristal Silisyum Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halindedilimlenen Tek kristal

Silisyum bloklardan üretilen günes pillerinde laboratuvar sartlarında %24, ticari modüllerde ise %15'in

üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Çok kristal

Silisyum günes pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düsük olmaktadır. Verim,

laboratuvar sartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır.

2.8.2 Galyum Arsenit (GaAs) Bu malzemeyle laboratuvar sartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlastırıcılı) verim elde

edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte olusturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde

edilmistir. GaAs günes pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlastırıcılı sistemlerde

kullanılmaktadır.

2.8.3 Amorf Silisyum Kristal yapı özelliği göstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari

modüllerde ise %5-7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı

olarak kullanılan amorf silisyum günes pilinin bir baksa önemli uygulama sahasının, binalara entegre

yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dıs koruyucusu ve enerji üreteci olarak kullanılabileceği tahmin

edilmektedir.

2.8.4 Kadmiyum Tellürid (CdTe) Çok kristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile günes pili maliyetinin çok asağılara çekileceği

tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde %16, ticari tip modüllerde ise %7 civarında

verim elde edilmektedir.

2.8.5 Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2) Bu çok kristal pilde laboratuvar sartlarında %17,7 ve enerji üretimi amaçlı gelistirilmis olan

prototip bir modülde ise %10,2 verim elde edilmistir.

2.9 GÜNEŞ PİLİ (FOTOVOLTAİK) PİL UYGULAMA ÖRNEKLERİ

2.9.1 Güneş Pilli Su Pompaj Sistemleri Küçük çaplı sulamada kullanılabilecek olan bu sistemlerin birincisinde 616 W gücün-de güneş

pili, inverter ve dalgıç pompa bulunmaktadır. 7 m derinlikteki bir kuyudan yılda yaklaşık 11000 m³ su

pompalayabilen bu sistem şebekeden uzak yerlerde dizel motopomplarla ekonomik olarak rekabet

edebilmektedir. 756 W gücünde diğer bir su pompaj sistemi ise EİE Yenilenebilir Enerji Parkı’nda

bulunmaktadır.

Şekil 17:GÜNEŞ PİLLİ SU POMPAJ SİSTEMİNİN DIŞ GÖRÜNTÜSÜ

2.9.2 Güneş Enerjisiyle Çalışan Yarış Araçları Güneş arabaları, çalışma enerjisinin büyük bölümünü güneş enerjisi ile sağlayan bir otomobil

türüdür. Bundan dolayı dış yüzeyi, güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren güneş gözeleri ile

kaplıdır. Genellikle elektrik enerjisini saklamak için akümülatör'e sahiptirler. Böylece bulutlu veya

güneşsiz hava şartlarında, en azından belli bir süre kullanılması mümkündür.

Yüksek kapasiteli güneş gözesi modülleri ile 10 metrekarelik bir yüzeyden 2,25 kW'lık güç

sağlanabilir. Modüllerin verimine ve alanına bağlı olan güç, farklı tipte modüllerde değişiklik gösterir.

Şekil 18:GÜNES ENERJİSİ İLE CALISAN YARIS ARACLARI

2.9.3 Türkiye’nin İlk Güneş Enerjisi İle Çalışan Arabası Adıyaman Üniversitesi Teknoloji Fakültesi tarafından geliştirilen ve İstanbul otomobil fuarında

da yoğun ilgi gören ilk yerli güneş enerjisi ile çalışan araç olma özelliği taşıyor. Güneş olduğu sürece

yakıt maliyeti sıfır olan araçlar, gece de gündüz depoladığı güneş enerjisi ile 150 km gidebiliyor.

Şekil 19:Türkiye’nin İlk Güneş Enerjisi İle Çalışan Arabası

2.9.4 Güneş Pilli Aydınlatma Birimleri Gün boyunca güneş enerjisinden üretilen elektrik enerjisi ile akü şarj edilerek, geceleri

aydınlatma lambaları çalıştırılmaktadır. Bu birimlerden 2 tanesi Ankara AOÇ Atatürk Evi önünde, 2

tanesi Didim Güneş ve Rüzgâr Enerjisi Araştırma Merkezi'nde, 1 âdeti EİE Genel Müdürlük Binası

girişinde çalışmaktadır. Ayrıca, Didim’de 160 W gücünde bir sistem ile de çevre aydınlatması

yapılmaktadır.

Şekil 20:GÜNEŞ PİLLİ AYDINLATMA AYGITLARININ DIŞ GÖRÜNÜŞÜ

2.9.5 Dünyanın güneş enerjisiyle çalışan ilk stadyumu Tayvan’ın Kaohsiung kenti, Dünya Spor Oyunları’na ev sahipliği yapacak. Etkinlik için inşa

edilen yapı ise, tamamen güneş enerjisiyle çalışan ilk stadyum olma özelliği taşıyor.

Kaohsiung’daki 50 bin kişi kapasiteli stadyumun çatısı güneş pilleri ile kaplandı. Mimari olarak

göz alıcı olan bu arenada kullanılan güneş pilleri, Tayvan firması Lucky Power Technology tarafından

üretildi. Japon mimar Toyo Ito’nun dizayn ettiği stadyumun çatısında 8 bin 844 güneş pili kullanıldı.

Bu paneller çatıda toplam 14 bin 155 metrekarelik bir alanı kaplıyor. Panellerin gündüz ürettiği enerji,

gece saha içerisinde 3 bin 300 metrekarelik bir alanı aydınlatacak.

Stadyumda müsabaka olmadığı zamanlarda güneş pilleri ile üretilen elektrik enerjisi kentin

bağlaşımlı şebekesine verilecek. Bu sayede yapı, çevresindeki yerleşim birimleri için enerji üreten bir

santral görevi üstlenecek. Çatıya monte edilen güneş pilleri, yıllık 1,14 milyon kilovat saat elektrik

üretimi kapasitesine sahip.

Şekil 21:Dünyanın güneş enerjisiyle çalışan ilk stadyumu

2.9.6 Güneş enerjisi ile çalışan uçak Yüksek teknolojili tek kişilik Solar Impulse adlı prototip uçak Zürih yakınındaki Duebendorf

hava üssünden bir metre yükselip 400 metre boyunca uçtu. Solar Impulse isimli uçak tam 1.600 kg

ağırlığında. Solar Impulse isimli uçağın 2012 yılında dünyayı dolaşması için gerekli çalışmalar

yapılacak.

Şekil 22:Güneş enerjisi ile calışan Solar Impuse

2.9.7 Diğer güneş enerji uygulama örnekleri

3. KAYNAKLAR

Doç.Dr. M. Acaroglu “Alternatif Enerji Kaynakları”

Mustafa Karamanav (Yüksek Lisans Tezi) “Güneş Enerjisi Ve Güneş Pilleri”

Türkiye Kalkınma Bankası A.S.” Fotovoltaik Enerji: Gelişmekte Olan Dünyanın Kırsal

Alanlarında Uygulamaları Araştırma”

A.Goetzberger –V.U. Hoffman “Photololtaic Solar Energy Generation”

Türkan Göksal ”Mimaride Güneş Enerjisi”

Prof.Dr. İsmail Hakkı Tavman ”Güneş Enerjisinden Elektrik Enerjisi Elde Edilmesi Ve Kullanım

Alanları”

Erkan Günkaya” Güneş Pilleri(Güneş Enerjisinden Yararlanılarak Elektrik Üretimi)”

Yrd. Doç. Dr. M. Zeki Bilgin” Fotovoltaik Sistemler Ve Güneş Enerjisi”

Elektrik İsleri Etüt Dairesi Genel Müdürlüğü

http://www.eie.gov.tr/turkce/YEK/gunes/gunes_index.html

http://www.gunessistemleri.com/

http://www.alternaturk.org/gunes.php

http://www.deparsolar.com/

http://www.fuat-altunsu.eu/page5.html

http://www.akademimuhendislik.net/solar-hucre-cesitleri.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaics

http://www.unienerji.com/

http://www.gunespiliturk.com/

http://tr.wikipedia.org/wiki/Günes_enerjisi/

http://www.milliyet.com.tr/resmi-plakali-gunes-enerjisiyle-calisan-makam-

araci/turkiye/sondakikaarsiv/22.09.2010/1290973/default.htm

http://www.alternative-energy-news.info/new-solar-stadium-in-taiwan/

3.1 KONU HAKKINDA ULAŞILABİLECEK VİDEO LİNKLERİ http://www.youtube.com/watch?v=x2zjdtxrisc

http://www.youtube.com/watch?v=2mCTSV2f36A

http://www.youtube.com/watch?v=YCLHl0FoTp0&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=xLGOagKiXqg&feature=related