EEM474 Güç Elektroniği: Güneş pilleri (Kıncay, Bekiroğlu, Yumurtacı)

Prof. Dr. Olcay Kıncay, Y. Doç. Dr. Nur Bekiroğlu ve Y. Doç. Dr. Zehra Yumurtacı'nın “Güneş Pilleri (Fotovoltaik Piller), I. Bölüm” sunumu metne aktarılmıştır. Belgede Yıldız Teknik Üniversitesi amblemi bulunur; PDF tarihi 27 Mart 2009'dur. Fotoğraflar yayımlanmadığı için indirme dosyası eklenmedi.

Bu içerik üçüncü taraf bir kaynağa aittir; arşiv ve nostalji amacıyla kaynak belirtilerek paylaşılmıştır. Hak sahibinin talebi hâlinde kaldırılır.

Fotovoltaik dönüşüm

Güneş pili, üzerine gelen ışınımı yarı iletken yapı içinde elektrik enerjisine dönüştürür. Fotonların oluşturduğu elektron–hol çiftleri eklem bölgesindeki elektrik alanla ayrılır; harici devre bağlandığında akım ve güç elde edilir.

Silisyumun fosfor gibi beş değerlikli katkıyla işlenmesi n tipi, üç değerlikli katkıyla işlenmesi p tipi malzeme oluşturur. p ve n bölgelerinin birleşmesinde taşıyıcıların yer değiştirmesiyle eklem alanı ortaya çıkar. Hücrede koruyucu cam, yansımayı azaltan kaplama, ön/arka kontaklar ve yarı iletken tabakalar gösterilir.

Hücre, modül ve dizi

Hücreler seri bağlandığında gerilim, paralel bağlandığında akım artırılır. Hücrelerden modül, modüllerden daha büyük panel veya diziler kurulur. Sunum tek hücre gerilimini yaklaşık 0,5 V olarak verir. Gereken güç, bağlantı sayısı ve sistem yapısına göre seçilir.

Hücre türleri

Tek kristalli ve çok kristalli silisyum; ince film; amorf silisyum; kadmiyum tellür ve bakır indiyum diselenid hücreler karşılaştırılır. Teknoloji seçimi verim, alan, maliyet ve kullanım koşullarıyla ilişkilendirilir.

Elektriksel eşdeğer devre

Işığa bağlı akım kaynağı, diyot, seri direnç Rs ve paralel direnç Rsh birlikte kullanılır. Sunumdaki akımlar Iph (ışık akımı), Id (diyot akımı), Ish (paralel kol akımı) ve IL (yük akımı) olarak adlandırılır. Seri direnç, iç iletim ve bağlantı kayıplarını temsil eder.

I–V ve P–V eğrileri

Kısa devrede gerilim sıfır, akım Isc; açık devrede akım sıfır, gerilim Voc olur. Güç P = VI olduğundan maksimum güç, bu iki uç nokta arasındadır. Işınım arttığında üretilen akım ve güç artar. Hücre sıcaklığının değişmesi gerilimi ve maksimum güç noktasını değiştirir. Yükün çalışma noktası, hücrenin verebileceği en büyük güçle her zaman çakışmaz.

Sistem bağlantıları

Şebekeye bağlı sistemde DC enerji eviriciyle şebekeye uygun AC'ye dönüştürülür. Yerleşim birimi kendi tüketimini karşılayabilir; büyük üretim merkezleri doğrudan şebekeyi besleyebilir. Bağımsız sistemde güneşsiz dönemler için akü bulunur. Şarj denetleyicisi aşırı şarj/deşarjı sınırlar; AC yükler için evirici eklenir.

Sabit ve güneşi izleyen mekanik düzenler karşılaştırılır. Bazı sistemlerde maksimum güç noktası izleyicisi (MPPT) kullanıldığı belirtilir. Bu bölümde MPPT'nin ayrıntılı algoritması verilmez.

Not: Sunumdaki verim, maliyet, modül gücü ve izleyiciyle elde edilen ortalama %43 kazanç değerleri dönemin anlatımına aittir. Yer, izleme yöntemi ve sistem koşulları belirtilmeden evrensel performans oranı olarak kullanılmamalıdır.