Güneş Pili Sistemleri

Güneş pillerinden elde ettiğimiz elektrik enerjisi doğru akımdadır. Halbuki bizim işimize yarayan alternatif akımdır ( özel durumlar hariç ).bu durumda bizim doğru akımı alternatif akıma dönüştürecek bir sisteme ihtiyacımız vardır. Ayrıca güneş olmadığı zamanlarda da bizim  enerji ihtiyacımızı karşılamamız gereklidir. Bu yüzden de biz güneş panellerini tek başlarına kullanamayız , ihtiyacımızı karşılayacak bir sistem kurmamız gerekir.

GÜNEŞ PANELLERİ VE SİSTEMLERİ ( güneş pili ) Küçük Tekli Sistem

Bu sistemler elektrik ihtiyacını ekonomik olarak karşılamak için çok mükemmeldirler. Bu tür sistemler taşınabilen sistemlerdir ve genellikle ışıklandırmada , karavanlarda vb. yerlerde kullanım alanlarına sahiptirler.

Güneş panelinin alanı ( Güneş pili sayısı ) ve depo piller ihtiyaca göre belirlenir ve sistem ona göre şekil alır. Güneş panelleri gündüz saatlerin boyunca pilleri şarj ederler ve pillerden dönüştürücüye ( doğru akımı alternatif akıma dönüştürür ) sadece ihtiyaç doğrultusunda akım gönderilir.

 

Dönüştürücü 12 V’ luk doğru akımı 120 V’ luk alternatif akıma dönüştürür. Şarj kontrolü ise , piller tam şarj olduğunda gelen akımı boşa vererek pillerin ömrünü uzatır.

 

 

Şekil-1. Küçük Tekli Sistemin Prensip Şeması. /3/

  

Şebekeye Bağlı Sistemler

 Şebekeye bağlı sistemler oldukça kullanışlı ve aynı zamanda da faydalı bir sistemdir. Bu sistemin faydası , sistemi alırken indirim yapılmaktadır. Sistemde dönüştürücüde hem eve gelen , hem de şebekeye giden doğru akım alternatif akıma dönüştürülür. Bu sistemin bir diğer avantajı da , çeşitli devlet daireleri tarafından vergi indirimine gidilebileceğidir.

 

 Şekil-3.2. Şebekeye Bağlı Sistemin Şematik Şekli. /3/

 

Bu sisteme sahip çoğu kişi ise depo pilleri kullanmıyor. Bunun yerine gündüz şebekeye elektrik verip , gece de şebekeden elektrik kullanmaktadır. /5/

 

 

Şekil-3.3. Şebekeye Bağlı Bir Sistemde ,Gündüz Elektriği Şebekeye Verip , Gece de İhtiyacını Şebekeden Karşılıyor. /5/

Hibrid Sistemler ( Güneş Paneli ve Generatörlü Sistem )

Hibrid sistemler karşımıza tam bir güç kaynağı olarak çıkarlar , güneş olsa da olmasa da her zaman güvenilebilir sistemlerdir. Bu sistemde havalar güneş panellerine güç üretmesine izin vermese de , pillerin yine de generatör tarafından şarj edilebilme imkanları vardır. Bu sistemlerin avantajı ise , daha az güneş paneli kullanarak ( alandan kazanmak için) yine de güvenilir bir güç kaynağına sahip olmamızdır. Ne zaman ki güneş panellerinden elde ettiğimiz güçten daha fazlasına ihtiyacımız oldu , bu durumda  generatörümüzü çalıştırarak istediğimiz gücü elde edebiliriz. /4/

Şekil-3.4. Hibrid Bir Sistemin Şematik Şekli.

 

Güneş Modülleri

 

Güneş pilleri imalatçılar tarafından değişik ölçü , biçim ve seçeneklerde sunulurlar. Bazı imalatçılar güneş pillerini yuvarlak ( Şekil-3.5.a ), bazıları bal petekleri gibi eşkenar altıgen veya eşkenar sekizgen ( Şekil-3.5.b ), bazıları da dikdörtgen (Şekil-3.5.c )şeklinde üretirler.

 

a.                                         b.                                  c.

 Şekil-3.5. Değişik Biçimlerdeki Güneş Pilleri İle Yapılmış Modüller.

a. Dairesel Güneş Pillerinden Oluşturulmuş Bir Modül. /3/

b. Eşkenar Sekizgen Güneş Pillerinden Oluşturulmuş Bir Modül. /3/

c. Dikdörtgen Güneş Pillerinden Oluşturulmuş Bir Modül ( Piller Arasında Hiç Boşluk Bulunmuyor ). /3/

 

Bütün tek kristalli güneş pillerinden elde edilen gerilim yaklaşık olarak eşittir ve 0.45 V – 0.5 V değerindedir. Fakat oluşacak gerilim , güneş ışığının düştüğü alanla doğru orantılı olarak artacaktır. Açık bir günde öğlen vakti , güneşten gelen bütün ışığı alabilen         4 in yarıçaplı veya eşkenar altıgen tek kristalli silikon güneş pilinin 0.5 V’ lık bir gerilim ve  2 amperlik bir akım oluşturulması ile yaklaşık olarak 1 Watt’ lık bir güç çıkışı sağlanır. Güneş pilinin gerilim – akım arasındaki ilişki Şekil-3.2′ te görülmektedir.

 

Güneş pillerinde birim alandan ne kadar güç alınabileceğini belirten sun birimi kullanılır (1 sun = 1 kW /m² ).

 

Dikdörtgen şeklindeki güneş pillerinin sağladıkları güç çıkışları daha azdır ( bir güneş pili başına alınan güç ). Fakat dikdörtgen güneş pilleri , panellere hiç boşluk bırakılmadan yerleştirilebildikleri için panelden elde edilecek güç çıkışı değişmeyecektir./4/

Şekil-3.6. Güneş Pillerinin Akım – Gerilim Arasındaki İlişkiyi Gösteren Bir Grafik. /4/

 

Güneş Panelleri ve Kurulumu

 

Birkaç modülün istenilen doğrultuda bir arada bağlanması ile panel adı verilen yapılar oluşur. Güneş panelleri , doğrudan çatılara ( eğimi var ise ) veya bazı yöntemler ile belirli açılar verilerek destek sağlayan çerçevelerle kurulurlar. Çok geniş paneller ise ( ticari amaçlı veya endüstriyel yapılarda ) çok dikkatli bir mühendislik çalışması , özel bazı hesaplar ve konstrüksiyonlar göz önünde tutularak kurulur. Bu tür kurumlarda genelliklen güneşi izleyen sistemler kullanılır. Eğer bu sistem kullanılmamış ise panellerin doğu yönüne doğru yönlendirilmesi ve panellerin eğim açısı ayarının iyi yapılmış olması gereklidir. Sistem kış mevsiminde kullanılıyorsa eğim açısı yatayla ortalama + 10^o -15^o , yaz mevsiminde kullanılıyorsa eğim açısı yatayla ortalama -10^o -15^o olacak şekilde ayarlanmalıdır. Bu durumda mevsime göre ayar yapılması da söz konusudur.

Şekil-3.7. Kalbarri , Batı Avustralya’ da Kurulu Olan 20 kW Güç Üreten Güneş Panelli Bir Şebeke. /5/

 

Geniş güneş panellerinin kurulumu için aynı zamanda bazı özel donanım ve tesisatlara ihtiyaç vardır. Yükseklerde bulunan güneşi izleyen sistemli paneller geceleri dikey duruma getirilerek ön yüzeyinde oluşabilecek çiğ veya nemin yüzeyden akması sağlanır. Bu akan sular bir su toplama tesisatı sayesinde panellerden uzaklaştırılır. Sonuç olarak da kendi kendini temizleyen bir güneş panelimiz olmuş olur.

 

Modül ve küçük panellerin kurulumu ise oldukça basit ve kişinin kendisi tarafından kurulabilir. İmalatçının vereceği montaj  kitapçığındaki maddelerin çok dikkatli bir şekilde izlenmesi ve uygulanması ile sistem kurulabilir. Fakat sistemi kuran kişinin bazı aletlere ihtiyacı olacaktır ve aynı zamanda bu aletleri etkili bir şekilde kullanabilmelidir. Genellikle uygulanan ise satıcının veya özel servislerin ücret karşılığında sistemi kurmalarıdır. Yani hem sistemin dizaynının , hem de kurulumunun satıcı tarafından gerçekleştirilmesidir. /4/

 

Güneş Pillerinin Birbirleri ile Bağlanış Şekilleri ve Modüller

Tek bir güneş pilinden elde edilecek güç çıkışı bizim için hiçbir zaman yeterli olamayacaktır. Bu durumda güneş pilleri seri veya paralel olarak bağlamak gereklidir.

 

Güneş pillerinin voltajını arttırmak için güneş pilleri panelde seri bağlanırlar. Bu işlem , bir güneş pilinin ön ( üst ) yüzü ( N-tip silikon ) ile diğer güneş pilinin arka ( alt) yüzünün ( P-tip silikon ) bağlanması ile gerçekleştirilir. Seri bağlanmış güneş pilleri ile oluşturulan paneldeki gerilim yaklaşık olarak , paneldeki pil sayısı ile 0.5 V’ un  ( bir pilde oluşan gerilim ) çarpılması ile elde edilebilir.

 

Akımı arttırmak için ise güneş pilleri paralel bağlanır. Burada ise ön yüzle ön yüz , arka yüz ile de arka yüz arasında bağlantı sağlanır. İstekler doğrultusunda değişik seri ve paralel kombinasyonlar uygulanarak panelin akım-gerilim karakteristikleri ayarlanabilir.

 

Güneş pilleri birbirleri ile gerekli şekilde bağlandıktan sonra ısıya karşı dayanıklı ince bir tabaka ve sızdırmazlık elemanlarının monte edilmesi ile elde edilen yapıya modül adı verilir.

 

30 – 40 güneş pilinin seri bağlanması ile oluşturulan bir modülden , açık ve güneşli bir günde yaklaşık olarak 33 W- 43 W’ lık bir güç çıkışı sağlanabilir , bu da yaklaşık olarak 16 V’lık bir gerilim demektir. Buradan da 12 V’luk piller yaklaşık olarak 2 amperlik bir doğru akımla şarj edilirler.

 

Eğer aynı gerilimde daha fazla akıma ihtiyacımız varsa , bu sefer de modüller paralel bağlanarak istediğimiz 12 V’ luk ( değişmedi ) güç çıkışını alabiliriz. Eğer ihtiyacımız olan daha fazla gerilim ise , bu sefer modüller seri bağlanarak ihtiyacımızı karşılayabiliriz.

 

Çoğu imalatçı , her güneş pilini birden fazla bağlantı noktası ile üretir. Bunlar seri veya paralel akım yollarını oluşturan bağlantı noktalarıdır. Bu şekilde üretim yapılmasının sebebi ise ; panelde yer alan herhangi bir güneş pilindeki hasar veya kırılma durumunda devre açılmış olur ve panelden güç alabilmemiz mümkün değildir. Bu durumda hasar gören güneş pilindeki bağlantılar kesilir ve  buradaki bağlantılar komşu güneş pilinde yer alan fazla bağlantı noktalarından birisine kurularak devre yeniden kapanır. Böylece panelden herhangi bir zaman ve masraf kaybı gerçekleşmeden yeniden güç alabiliriz.

 

Paket güneş modülleri , kolay taşınabilir ve kolay kurulabir olmalıdır. Bu yüzden modüller kolay taşıma ve koruma için alüminyum çerçeve ile monte edilirler. Çünkü kurulacakları yerler genellikle çatı veya dağ etekleri gibi dış ortamlardır. Bütün modüller rüzgar , yağmur ve kar yağışı gibi doğal olaylara dayanabilecek şekilde üretilmelidir. Ayrıca güneş modüllerinin en önemli özelliklerinden birisi de şüphesiz ki ömür faktörüdür. Bir modülün ömrü en az 20 yıl olmalıdır ki kendisini amorti edip kara geçirebilsin.

 

Elektriği Depolayan Piller

Güneş pilli sistemlerden güç , ancak güneşli saatlerde alınabilir. Fakat bizim diğer saatlerde enerjiye ihtiyacımız vardır ve genellikle daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarız. Bu yüzden güneş pilli sistemlerin çoğu bugün için elektrik enerjisini depolayabilen pillerle birlikte kullanılırlar. Bu pillere depo piller veya ikincil piller adı verilir. Bu pillere gereksinim duyulmayan az da olsa bazı alanlar vardır. Bunlar içinde ilk akla gelen de uzay araçlarıdır. Uzay araçları sürekli ( gündüz ve gece ) güneş ışığını alabildikleri ve bu ek sistem ağırlıklarını arttıracağı için kullanılmazlar.

 

Depo piller ( veya ikincil piller ) elektrik enerjisini kimyasal enerjiye çevirirler. Bizim elektrik enerjisine tekrar ihtiyacımız olduğunda da ( güneşin olmadığı saatlerde ) yapılarındaki kimyasal enerjiyi tekrar elektrik enerjisine çeviriler. Depo piller tekrar tekrar şarj ve deşarj edilebilirler. Depo pillerde ölçü olarak dönüşüm ömrü ifadesi kullanılır. Dönüşüm ömrü , pilin elektrik enerjisinden kimyasal enerjiye çevirdiği gücün ne kadarının tekrar elektrik enerjisine çevrildiğini belirten bir ifadedir. Dönüşüm ömrü % 15 – 20 arasındaki pillere yüzeysel döngülü piller , % 50 – 80 arasında dönüşüm ömrüne sahip piller ise derin döngülü piller olarak adlandırılır.

 

Depo pil olarak çeşitli piller kullanılabilir ; kurşun – asit piller , nikel – kadminyum piller ( Ni – Cad ) ve nikel – demir piller ( Edison Pilleri ). Son ikisinin uzun ömür ve enerjiyi iyi koruyabilme gibi oldukça önemli özelliklerinin olmasına rağmen , pil başına olan gerilimin düşük oluşu ( bir pilde 1.2 V ve 1.1 V ) ve pahalı oluşu gibi dezavantajları bulunmaktadır.

 

Kurşun – asit pillerde ( bir pilde 2 V ) , pilin ağırlığı fazladır ve asit ile elektrolitin bir arada tutmak da başlıbaşına bir problemdir. Fakat bugüne kadarki sistemlerde genellikle tercih edilen depo pillerdir. Bu türde birkaç çeşit pil bulunmaktadır. Bunlardan ikisi , kurşun – kalsiyum ve sadece kurşunlu pillerdir.

 

Kurşun – kalsiyum pilleri çoğu güneş pilli sistem ile kolayca uyum sağlayabilir. Yapıları küçüktür ve elektrolitlerinin değişmesine çok nadir olarak ihtiyaç duyarlar. Bakımı zor yapılabilecek yerlerdeki sistemlerde genellikle ilk önce tercih edilen depo pillerdir.

 

Sadece kurşunlu piller , oldukça yüzeysel döngülü piller ( her pilde % 5 – 10 ) olarak kullanılırlar. En çok kullanım alanları yedek güç sistemleridir. Yani acil güç gereksiniminin gerekebileceği durumlarda. Zaten % 10′ luk bir dönüşüm ömrü ile düzenli bir sistemde kullanımları söz konusu olamaz. Bakım ihtiyacı minimum olduğundan uygulama alanı olarak genellikle ulaşımı zor yerlerdeki kominikasyon ve katodik koruma sistemlerinde tercih edilirler.

Depo Pillerde Parelel ve Seri Bağlama

 

Depo piller de aynı modüle bağlanan güneş pilleri gibi amaca göre seri , paralel veya kombinasyonları şeklinde bağlanarak bir sistem oluştururlar. Paralel bağlamada negatif kutuplarla negatif kutuplar , pozitif kutuplarla da pozitif kutuplar bağlanarak sonuçta yine aynı gerilimde ( tek bir pilin geriliminde ) daha büyük akımda bir çıkış sağlanmış olur.

Şekil-3.8. Paralel Bağlanmış Depo Piller /3/

  

Gerilim yüksek olması gereken yerlerde ise piller seri bağlanır. Çıkıştaki toplam akım ise tek bir pilin akımına eşittir.

Şekil-3.9. Seri Bağlanmış Depo Piller /3/

 

Hem gerilimde , hem de akımda bir artışın olması istenen yerlerde ise istenen değerlere göre seri – paralel kombinasyonu şeklinde bağlanabilir. /3/

 

Şekil-3.10. Akım – Gerilim Çıkışını Yükseltmek İçin Hem Seri Hem de Paralel Bağlanmış Bir Sistem. /3/

Etiketler:güneş gözeleri güneş pilleri pv solar cell, güneş pili, Güneş Pili PV

Benzer Yazılar:

• Güneş Pillerinin Mimari Uygulaması (0)
• Güneş Pilleri için Şarj kontrol cihazı (0)
• Güneş Pili Yapımı İçin Malzemeler (0)
• Güneş Pili Üretiminde Temel Ölçütler (0)
• Güneş Pili Hakkında Teknik Bilgiler (0)