Fotovoltaik nedir? Güneş ışığı nasıl elektriğe dönüşür?

Fotovoltaik (PV), ışık enerjisinin yarıiletken hücrelerde doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesidir. Güneş paneli bu dönüşümle doğru akım (DC) üretir. Üretilen enerji; uygun elektronik donanımla cihazları beslemek, bir bataryayı şarj etmek veya şebekeye bağlı bir sistemde kullanmak için değerlendirilir. Batarya her fotovoltaik sistemde bulunmak zorunda değildir.

Fotovoltaik etki nasıl oluşur?

Işık soğurulur: Işığı oluşturan enerji paketlerine foton denir. Uygun enerjiye sahip fotonlar hücrenin yarıiletkeninde soğurulduğunda, elektrik iletimine katılabilen elektron–delik çiftleri oluşabilir. Delik, elektron eksikliğini temsil eden pozitif yük taşıyıcısıdır.

Yükler ayrılır: Yaygın silisyum hücrelerde birleşim bölgesinin elektrik alanı ve yükleri seçici biçimde toplayan katmanlar, bu taşıyıcıların farklı kontaklara ulaşmasına yardımcı olur. Hücrenin uçlarında gerilim oluşur. Uçlar uygun bir yük üzerinden kapalı devreye bağlandığında elektrik akımı akar.

Gerilim bulunması, güç aktarıldığı anlamına gelmez. Işık alan fakat uçları açık bir panelde gerilim ölçülebilir; dış devreden akım geçmediği için yüke verilen güç yaklaşık sıfırdır. DC tarafta güç, P = V × I bağıntısıyla bulunur.

Fotovoltaik, ısıyla elektrik üretmek değildir. Güneş ışığı paneli ısıtır; ancak PV hücrenin temel dönüşümü ışığın yarıiletkendeki etkisidir. Sıcak su üreten güneş kolektörü ise güneş termal teknolojisidir. Dolayısıyla güneş ışığını “ısısız ışık” olarak tanımlamak doğru değildir.

Hücre, panel ve panel dizisi arasındaki fark

Hücre, ışığı elektriğe dönüştüren temel elemandır. Hücrelerin elektriksel olarak bağlanıp koruyucu katmanlarla paketlenmesiyle modül oluşur; günlük kullanımda buna güneş paneli denir. Birden fazla modülün birlikte kullanılmasıyla daha büyük bir PV dizisi elde edilir.

Uyumlu modüller seri bağlandığında gerilimler, paralel bağlandığında ise akımlar toplanır. Seri bağlı modül grubuna string denir. Bağlantı sayısı yalnız toplam watt değerine göre seçilmez; inverterin veya şarj kontrol cihazının gerilim ve akım sınırlarına da uymalıdır. Panelin yapısı için güneş paneli nedir? sayfasına bakabilirsiniz.

Fotovoltaik sistemin parçaları ne işe yarar?

Panel elektrik üretir. MPPT işlevi, panelin mevcut ışınım ve sıcaklık altında daha fazla güç sağlayabildiği çalışma noktasını izler. İnverter DC elektriği AC elektriğe dönüştürür. Bataryalı sistemlerde şarj kontrolü bataryanın gereksinimlerine uygun gerilim ve akımı yönetir. Bu işlevlerden birkaçı aynı cihazda bulunabilir.

Batarya enerji depolar; panel üretiminin yerini almaz. Taşıyıcı konstrüksiyon, uygun kablolar, bağlantı elemanları, ayırma ve koruma düzenleri de sistemin parçalarıdır. Yalnız panel ile inverter satın almak, tamamlanmış bir kurulum anlamına gelmez.

Panel etiketindeki Wp, Vmp, Imp, Voc ve Isc ne demek?

Etiket gücü belirli referans koşullarında ölçülür. Standart test koşullarında (STC) ışınım 1.000 W/m², hücre sıcaklığı 25 °C ve referans güneş spektrumu AM1.5 alınır. Buradaki sıcaklık dış hava sıcaklığı değil, hücrenin sıcaklığıdır.

Örnek olarak Vmp = 40 V ve Imp = 10 A ise o koşullardaki maksimum güç 400 W olur. Voc × Isc ile kullanılabilir panel gücü hesaplanmaz; açık devre gerilimi ve kısa devre akımı, panelin iki farklı çalışma durumuna aittir.

Bir fotovoltaik sistem ne kadar elektrik üretir?

kW güç, kWh enerjidir. Panel grubunun kWp değeri, STC koşullarındaki toplam anma gücünü belirtir. Günlük enerji üretimi; panel düzlemine ulaşan ışınıma, konuma, mevsime, yönelime, eğime ve sistem kayıplarına bağlıdır.

Örnek hesap: Her biri 450 Wp olan 10 panelin toplam gücü 4,5 kWp olur. Seçilen gün için panel düzleminde 4,5 kWh/m² ışınım, yani 4,5 eşdeğer tam güneş saati ve toplam etkiler için 0,80 performans çarpanı varsayalım.

Yaklaşık günlük AC enerji = 4,5 kW × 4,5 saat × 0,80 = 16,2 kWh.

Bu, yöntemi göstermek için kurulmuş bir örnektir; Denizli veya başka bir yer için üretim taahhüdü değildir. 0,80 değeri de her sisteme uygulanacak sabit bir katsayı değildir.

Eşdeğer tam güneş saati, güneşin gökyüzünde kaldığı süre değildir. Gün boyunca değişen ışınımın 1.000 W/m² referansına göre eşdeğeridir. Yerel tahmin için Avrupa Komisyonu JRC PVGIS üzerinden aylık üretim incelenebilir; yakın ağaç ve baca gölgeleri ayrıca değerlendirilmelidir.

Örneğin 2 kW çeken bir yükün 3 saat çalışması 6 kWh enerji gerektirir. Fakat günlük üretimin 6 kWh üzerinde olması, bu yükün istenen her saatte çalıştırılabileceğini göstermez. Anlık güç, kullanım saati ve varsa depolama kapasitesi birlikte değerlendirilir.

Panel neden her zaman etiketindeki gücü vermez?

Işınım ve gölge: Bulutlar, kirlenme veya gölgelenme hücrelere ulaşan ışığı azaltabilir. Kısmi gölgenin etkisi yalnız gölgeli alanın yüzdesiyle hesaplanamaz; hücre bağlantıları, bypass diyotları ve inverterin izleme yöntemi de sonucu etkiler.

Hücre sıcaklığı: Kristal silisyum panellerde sıcaklık arttıkça gerilim ve genellikle maksimum güç düşer. Bu nedenle aynı ışınım altında daha sıcak panelin daha fazla elektrik üretmesi beklenmez. Ürünün güç sıcaklık katsayısı esas alınır.

Çalışma koşulları: Uygun olmayan yön ve eğim, kablo kayıpları, uyumsuz modüller, inverterin güç sınırı veya şebeke kaynaklı sınırlamalar da üretimi etkileyebilir. Tek bir düşük güç ölçümüyle panelin arızalı olduğu sonucuna varılmaz.

Fotovoltaik hakkında sık sorulan sorular

Gece veya bulutlu havada çalışır mı? Bulutlu havada da hücreye ışık ulaştığı sürece üretim olabilir; miktar koşullara bağlıdır. Gece güneşten kullanılabilir enerji üretimi beklenmez. Gece tüketimini batarya, şebeke veya başka bir kaynak karşılar.

Güneş paneli elektriği içinde biriktirir mi? Hayır. Panel ışık varken enerji dönüştürür; sonradan kullanım için elektrik enerjisinin ayrıca depolanması gerekir.

Paneli doğrudan prize bağlayabilir miyim? Panelin DC çıkışı ev prizine doğrudan bağlanamaz. Şebekeye paralel çalışmada uygun inverter, bağlantı ve koruma düzenleri gerekir. Priz üzerinden gelişigüzel geri besleme yapılmamalıdır.

Solar pompa sistemi ile ev tipi sistem aynı mı? Hücredeki üretim ilkesi aynıdır; çıkışın kullanımı farklıdır. PV pompa sürücüsü motorun ihtiyacına göre çalışır. Motor için üretilen değişken frekanslı çıkış, ev cihazlarını veya şebekeyi beslemek için kullanılamaz.

Sayfa başına dön