Bilmeyenler İçin Güneş Enerjisi Paneli Nedir?
Amerikan Bell firmasında çalışan bilim insanları, 1954 yılında yaptığı çalışmalar sırasında kum içinde bulunan silikon elementinin güneş ışığına maruz bırakıldığında elektriksel yük ortaya çıkardığını keşfettiler. Bu buluş ise daha sonra güneş enerjisini yakalayıp elektriğe çevirebilen silikon hücrelerin geliştirilmesine öncü oldu.
Gelişimi sürekli devam eden güneş enerjisi sistemleri ve verimliliği artmış olan güneş enerjisi panelleri sayesinde artık sonu gelmeyen ve inanılmaz yüksek bir enerji kaynağı olan güneşe erişimimiz günden güne artarak çoğalmakta.
Güneş enerjisi paneli üzerinde bulunan silikon hücreler gün boyunca güneşten gelen enerjiyi topluyorlar. Hücrelerin üzerinde bulunan devreler ise bu enerjiyi doğrusal akıma (DC) çeviriyorlar. Daha sonra bu elektrik yine doğru akım olarak evirici (inverter) denen alete alternatif akıma (AC) çevrilmek üzere kablolar aracılığı ile taşınıyor.
Bu dönüşüm olduktan sonra ise elektrik artık ihtiyaca göre iç tüketim olarak kullanılıyor, fazlası şebekeye geri satılarak gelir elde ediliyor ya da şebeke olmayan noktalarda aküler aracılığı başka bir zaman tüketilmek üzere depolanıyor.
Güneş Enerjisi Sistemlerinin Bileşenleri Nelerdir?
Güneş Enerjisi Sistemlerinin 6 ana bileşeni vardır.
- Güneş Enerjisi Panelleri
- Evirici (Inverter)
- Alüminyum Konstrüksiyon – Çatı Sabitleme
- DC ve AC Kablolama
- Elektrik Panosu
- İzleme ve Performans Takip Sistemleri
Biz bu makalemizde ise daha çok güneş enerjisi panelleri, eviriciler ve panellerin üzerine kurulduğu sabit ve haraketli alüminyum konstrüksiyonlar üzerinde duruyor olacağız.
☀️ Güneş Panelleri Hakkında
Büyük ihtimal ile daha önce çevrenizde ya da farklı mecralarda çatılara ve arazilere kurulmuş olan birçok güneş enerjisi sistemini görmüşsünüzdür, fakat gerçekten bu sistemlerin nasıl çalıştığını bilmiyor olabilirsiniz. Makalenin bu kısmında gelin beraber bu konunun üzerinden geçelim ve bir güneş enerjisi panelinin nasıl elektrik ürettiğinin arkasındaki teknolojiye de -güneşten gelen ışınımı enerjiye dönüştürme- değinerek detaylı bir inceleme yapalım.
Genel olarak monokristalin paneller polikristalin panellere göre daha verimlidirler, fakat bu verim karşılığı olarak daha maliyetli çözümler sunmaktadırlar. Kurulacak yüzey alanı kısıtı (bu hesaba kuzey cephelere yapılacak olan kurulumlardan kaçınmak dahil edinilebilir) olan yerlerde elde edilecek verim kazancı ilave maliyeti karşıladığı için güneş enerjisi paneli seçimi mono-kristalin hücrelere sahip olan panellerden olacaktır.
Güneş Enerjisi Hücreleri (PV Solar Cells) elektriği 3 adımda üretiyorlar.
Bir güneş enerjisi hücresi güneşten gelen enerjiyi kullanabileceğimiz elektriğe 3 genel adımda çeviriyor.
- Işık bu paneller üzerinde emilirken elektronların bağlarından kopmasına sebebiyet verir.
- Bu ayrılan elektronların hareketleri artı ve eksi kutuplar arasında doğrusal bir akım oluşturur.
- Bu akım yakalanır ve bunu taşıyabilecek kablolara transfer edilir.
Güneş Enerjisi Hücreleri Güneş Enerjisi Panellerinin temel yapı taşıdır.
Bir güneş enerjisi paneli 5 farklı parçadan oluşmaktadır.
- Silikon Güneş Enerjisi Hücresi
- Metal (Alüminyum) Çerçeve
- Ön Cam ve Anti-Reflektif Cam Kaplama
- Arka İzolasyon
- Kablolar
Bunların arasında en önemli olanı ise elektriğin üretimini yapan güneş enerjisi hücresidir. Bu hücreler tarafından güneş ışığının elektriğe dönüştürülmesi olayına “Fotovoltaik Etki” denir.
Güneş enerjisi hücrelerine fotovolatik hücre (PV Solar Cell) dememizin de sebebi budur. Klasik bir güneş enerjisi paneli bu tarz 60 adet (yaklaşık 1,65 m2 yüzey alanı) veya 72 adet (yaklaşık 2 m2 yüzey alanı) hücrenin birbirine seri bağlanması ile ortaya çıkar.
Güneş Enerjisi Hücre Tipleri: Polikristalin ve Monokristalin
Günümizde polikristalin (aşağıdaki resimde solda) ve monokristalin (aşağıdaki resimde sağda) iki ana güneş enerjisi hücresi tipidir.
Bunların haricinde başka tipler olsa da ince film veya organik hücreler gibi, polikristalin ve monokristalin olan tipler evsel, ticari veya sanayi tipi endüstriyel kurulumlarda en çok kullanılan versiyonlardır.
Bir momokristalin güneş enerjisi hücresi silikon elementinin tek kristalli olanlarından yapılmıştır. Diğer yanda, polikristalin olan hücreler ise birçok parça farklı silikon kristallerinin bir arada eritilmesi sonucu elde edilmektedir.
Bu yöntem polikristalin ve monokristalin hücreler arasında 2 ana farklılaşmaya sebebiyet vermektedir. Verim açısından, monokristalin güneş enerjisi hücrelerinin aynı yüzey alanında üretebildiği elektrik polikristalin güneş enerjisi hücrelerinin üretebildiğinden daha yüksektir.
Buna karşılık olarak ise üretim teknolojisi daha kolay ve daha az maliyetli olması sayesinde polikristalin hücreler monokristalin hücrelere göre dünya genelinde daha uygun fiyatlar ile temin edilebilmektedir.
Fotovoltaik (PV) güneş hücresi (Solar Cell) nasıl elektrik üretir?
Fotovoltaik hücreler, fotovoltaik etki aracılığı ile, güneş ışığını emerler ve bir elektrik akımı oluştururlar. Bu süreç farklı güneş enerjisi teknolojilerinde farklı şekilde gerçekleşir. Gelin biz beraber bu süreçlerin ortak noktalarına değinelim.
1.Adım:
Fotovoltaik güneş enerjisi hücreleri ışığı emerler ve sonucunda yüzeydeki elektronlar koparak hareket etmeye başlarlar
İlk önce, ışık fotovoltaik hücreye çarpar ve yarı iletken malzeme aracılığı ile, ki bu genelde silikon olur, emilir. Bu yüzeye gelen ışık silikon içindeki elektronların yerinden hareket etmesine sebebiyet verir. Bu da nihayetinde güneş enerjisi hücrelerinde üzerinde bir akım oluşturur.
2.Adım:
Elektronlar elektrik akımı oluşturarak hareket etmeye başlarlar
Her bir fotovoltaik hücrelerde aslında ince iki katman vardır ve bunların üst üste yerleştirilmesi sonucunda ortaya çıkarlar. Bunların her biri (“ + ” / “ – “) elektrik akımı oluşturabilecek şekilde tasarlanmıştır.
Taraflardan bir tanesi pozitif yük taşıyacak şekilde, diğer tarafı ise negatif yük taşıyacak şekildedir. Aralarında oluşan elektriksel alan ise elektronların bir yönde hareket etmesine olanak sağlar ve bu sayede doğrusal akım ortaya çıkar.
3.Adım:
Tek hücre üzerinde oluşan elektrik akımı yakalanır ve diğer hücreler ile birleştirilir.
Bu hareket haline geçen elektronlar üzerinden ortaya çıkan elektrik akımı yakalandığında güneş enerjisi hücrelerinin etrafında metal plakalar aracılığı ile toplanır ve kablolara aktarılır.
Bu noktada ise artık elektronlar doğrusal akım olarak hareket etme imkânı bulurlar ve eviriciye (inverter) doğru yönlendirilirler. Evirici içerisinde ise paneller üzerinden toplanarak gelen doğrusal akım alternatif akıma çevrilir ve artık evinizde, ticarethanenizde ya da sanayi tesisinizde kullanılabilir hale gelir.
Ancak birçok fotovoltaik güneş hücresi birleştiği zaman ihtiyacınızı görecek bir güç ortaya çıkar.
Tek bir güneş enerjisi hücresi küçük bir elektrikli alete yetebilecek kadar (birkaç watt) elektrik üretebilir. Bir evin ihtiyacını karşılayacak kadar yüksek seviyede elektrik üretebilmek için bu güneş enerjisi hücrelerini birbirlerine seri bağlamamız gerekir.
Bu sayede elde edilecek olan güç ise 60 veya 72 hücrenin birbirine bağlanması durumunda 240W ile 420W arasında olacaktır.
Tabi olay sadece bununla ibaret değildir, bir güneş enerjisi panelinin üreteceği elektrik miktarı içinde bulunduğu ortam koşullarına da bağlıdır. Mesela bir güneş enerjisi panelinin verimli çalışma sıcaklığı yaklaşık 24-25 derecedir ve ortam sıcaklığı yükseldikçe verim düşer ve elektrik üretimi de orantısal olarak azalır.
Buna ek olarak güneş enerjisi paneli üzerine düşen ışığın eğimi de bir o kadar önemlidir. Düşük eğim ile alınan ışınım aynı güneş enerjisi paneli üzerinde optimal eğim ile alınacak olan ışınıma göre daha az elektrik üretimi sağlayacaktır.
Dolayısı ile kurulacak olan güneş enerjisi sisteminin eğimi de yıl içerisinde ne kadar güneş enerjisinden elektrik üretebileceğiniz belirler.
Sizde çatınız üzerine güneş enerji sistemleri kurarak sizlerde bu teknolojiden faydalanmaya başlayabilirsiniz.
Güneş enerjisi hücrelerinin güneş enerjisi panellerinin temel bileşeni olmasının yanında, bu sistemleri çatısına kuranlara da güneşten dünyaya ve kendi güneş enerjisi sistemimizi kuracakları yüzey alanına gelen bedava enerjiyi kendi tüketimlerini karşılamak amacı ile (mevzuat olarak ihtiyaç fazlası üretim şebekeye geri satılabilmekte ve bundan bir gelir elde edilebilmekte => güneş enerjisi sistemlerinin detayları için bizim ile iletişime geçebilirsiniz) dönüştürme imkânı vermektedir. Sizlerde bu yatırımı yapıp bundan uzun yıllar fayda sağlayabilirsiniz.
Eviriciler: Dizi (String) vs Mikro-Evirici vs Optimzer; evirici teknolojisi güneş enerjisi panelleri ile nasıl çalışmaktadır?
Daha önce bahsettiğimiz gibi güneş enerjisi panelleri içindeki güneş enerjisi hücreleri güneşten genel enerjiyi doğru akım (DC) olarak toplamakta. Fakat, evlerimizde, işyerlerimizde ve sanayi tesislerimizde kullandığımız elektrik doğrusal akım yerine alternatif akım (AC) olduğu için bir şekilde doğrusal akımdan alternatif akıma bir dönüşüm yapılması gerekmektedir.
Eviriciler ise tam bu dönüşüm ihtiyacını karşılama noktasında devreye girmektedirler. 3 tip evirici bulunmaktadır. Bunlar dizi evirici, mikro evirici ve optimize kullanan eviricilerdir.
Dizi Evirici: Bu sistemde bulunan güneş enerjisi panelleri evirici içerisindeki MPPT (bunu güç yönetim ve optimizasyon modülü olarak da düşünebilirsiniz; dolayısı ile bir evirici içinde bunlarda ne kadar çok var ise o kadar verimli bir şekilde doğrusal akımdan alternatif akıma dönüşüm sağlayabilirsiniz) adedine göre gruplanarak seri bir şekilde bağlanmaktadır.
En ucuz evirici modeli bu tip modellerdir fakat bunların fiyat avantajının yanında bir dezavantajı bulunmaktadır, o da kurulumu yapılmış olan güneş enerjisi sistemi içindeki güneş enerjisi panellerinden bir tanesi az üretim yapar ya da tamamen devre dışı kalır ise o zaman aynı seri içerisinde bulunan diğer tüm paneller az üretim moduna veya sıfır üretim moduna geçer. Bu problemi çözmek için ise 2 farklı yaklaşım geliştirilmiştir. Bunlar Mikro-Evirici ve Optimizer yaklaşımlarıdır.
Mikro Evirici: Bu sistemde dizi evirici sisteminden farklı olarak eviriciler küçültülerek güneş enerjisi sistemindeki panellerin arka kısımlarına her bir panelin veya ikişerli olacak şekilde birleşik yerleştirilmesi sureti ile doğrusal akımdan alternatif akıma dönüşüm süreci olabilecek en küçük panel gruplamasına indirgemiştir.
Optimizer: Bu tarz eviriciler ile dizi evirici ve mikro-eviricilerden farklı olarak optimizasyon modüllerini ve evirici modüllerini birbirinde ayırarak optimizasyon modüllerinin güneş enerjisi panellerinin arkasında, yine tekli veya ikili olarak, çalışmasına ve geri kalan doğru akımdan alternatif akıma dönüşüm sağlayan parçanın ise merkezi eviricilerdeki gibi toplu çalışmaya uygun olacak şekilde tasarlanmasıdır.
Bu sistemlerde doğal olarak, mikro eviriciler gibi, maliyetli çözümlerdir ama dizi eviricilere göre daha yüksek verim ile aynı kurulumda daha fazla elektrik üretilmesine imkân vermektedir. Mikro eviricilerden ise bir miktar daha makul fiyatlar ile temin edilebilmektedir.
Güneş Enerjisi Panellerinin üzerine kurulacağı konstrüksiyon sistemi nasıl olabilir?
Çatı veya arazi uygulamalarında kullanılası gereken alüminyum konstrüksiyon uygulanacak alana göre çeşitlilik göstermektedir. Bu sistemler ayrıca güneş enerjisi panellerinizi hangi yön ve açı ile yerleşeceği açısından önemlidir.
Arazi uygulamalarında bu konuda rahat davranmak mümkün iken çatı uygulamalarında genellikle çatının yönü ve eğimi sizi kısıtlamaktadır ve çatı yüzeyi ile uyumlu olacak şekilde aynı yön ve açı ile kurulum yapılmaktadır. Bunun en önemli sebebi ise çatı üzerine ilave yük bindirmemek ve rüzgârın güneş enerjisi panelleri altına girmesi ile yüzeyden ayrılma riskini minimize etmektir.
Bir güneş enerjisi sisteminden en yüksek verimi almak için güneş enerjisi sistemlerini kurulum yapılacak olan lokasyonun enlem derecesine ve güneşten gelen ışınımın açısında göre planlamak gerekmektedir, fakat az önce belirttiğimiz gibi bu opsiyon ise sadece arazi uygulamalarında bulunmaktadır.
Özellikle çatı üzeri güneş enerjisi sistemlerinde alan kaybına sebebiyet vermekte (yükseltili kurulumu ve dönüşü ile etrafında oluşacak olan gölgelenme) ve kurulumları mantıksız olmaktadır maliyet ve geri dönüş hesapları açısından.
Sonuç olarak, sabit sistemler daha uygun fiyatla daha mantıklı geri dönüş hesaplamaları sunmaktadır he ne kadar haraketli sistemlere göre yıl toplam bazında daha az elektrik üretimi sağlasalar bile.
Sabit sistemlerde dikkat edilmesi gereken öneli bir konu ise sistemde kullanılacak olan profillerin tasarımıdır. Uzun profil kullanılan sistemler 25 yıl bakım ve kullanım açısından daha avantajlı olup kısa profillere göre doğal olarak daha maliyetlidirler.
