Geleceği Aydınlatacak Sistemler: Fotovoltaik

Son zamanlarda artan dünya nüfusu beraberinde enerji ihtiyacını arttırmıştır. Bu enerji ihtiyacı için günden güne tükenen ve beraberinde birçok çevre sorunu getiren fosil kaynaklar yerine temiz ve sürdürülebilir bir kaynak olan yenilenebilir enerji kaynakları kullanmalıyız. Bu yazımda daha temiz bir gelecek için kullanabileceğimiz güneş enerjisini ve fotovoltaik sistemleri anlatacağım.

Son dönemlerde yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisine ilgi artmıştır. Bunun başlıca nedenleri; panel ve hücre teknolojisinde yaşanan gelişmeler, kurulumların kolaylığı, zaman içerisinde düşen maliyetler ve devletin sağladığı teşviklerdir. Ayrıca kablodan kaynaklı kayıpların azaltıldığı net elektriğin elde edildiği çatı sistemleri geleceğin potansiyeli yüksek, temiz enerjisi olarak öngörülmektedir.

Güneş enerjisi günümüzde iki şekilde kullanılmaktadır. Bunlardan biri şebekeye bağlı sistemler diğeri ise şebekeden bağımsız sistemlerdir. Şebekeden bağımsız güneş enerji sistemi, şehrin şebekesine bağlı olmadığı için güneş enerjisini akü yardımıyla depolar ve güneşin olmadığı zaman diliminde depodaki enerjiyi kullanır. Bu da güneş enerjisinin dezavantajlarından biri olan saat ve mevsime bağlı olarak uğradığı kesintiye karşı uygulanabilir bir yöntemdir.

Şebekeye bağlı güneş enerjisi sistemi ise elektrik şebekesine bağlıdır ve bu nedenle akü yerine akımı düzenleyen inventöre ihtiyaç duyar. Sistem gerektiğinde şebekeden güç alabilir ya da fazla enerjiyi şebekeye yönlendirebilir. Şimdi asıl güneş enerjisinden yararlanmamızı sağlayan fotovoltaik sistemlere geçelim.

Fotovoltaik Yunanca, ışık anlamına gelen photo ve gerilim anlamına gelen voltaic kelimelerinin birleşmesinden oluşur. Fotovoltaik hücreler, güneş ışınlarını doğrudan elektriğe dönüştürebilen, bakımı kolay ve ömürleri uzun olan elektronik sistemlerdir. Bu hücreler, yarı iletken maddelerden oluşur ve güneş enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürürler. PV hücrelerin yüzeyleri genellikle kare, dikdörtgen ve daire biçimindedir. Hücrelerin alanları, 60−160 cm2 arasında değişmektedir. Kalınlıkları ise 0,2−0,4 mm arasındadır.

Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda PV hücre birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir ve buna PV modül adı verilir. Peki bir fotovoltaik hücreden nasıl elektrik elde edilir? Bunun yanıtı ‘Fotovoltaik Etki’ diye adlandırdığımız güneş ışınımını elektriğe dönüştüren fiziksel bir işlem sayesinde olur. Bu işlemde güneş ışınımından gelen fotonların, yarı iletken malzemelerin yüzeyine çarpması sonucunda atomlardan elektronları serbest bırakmaları ile ortaya çıkar. Einstein ışığın tanecik ya da parçacık olarak hareket ettiğini göstermiştir. Işık bu hareketi içindeki foton adı verilen enerji sayesinde yapar. Fotovoltaik sistemin üzerine foton düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Fotovoltaik ilkesinde çalışma gerçekleşebilmesi için, güneş ışığını soğuracak malzeme (bir yarı iletken) olmalıdır. Basitçe bir PV hücre, yarıiletkende n-tipi ve p-tipi bölgeler oluşturularak tasarlanır. Bu iki tip arasında elektrik alanı oluşur. Böylece birbirlerinden ayrılan elektron çiftleri uçlarda yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. PV hücrelerin yüzeyine güneş ışığı düştüğünde bu elektrik alanı kuvvet sağlar ve ışıkla uyarılmış elektronlar oluşur.