«Türkiyenin Güneş Enerjisi Mükemmeliyet Merkezi»

Transkript

1 Güneş Enerjisinde Son Teknolojik Gelişmeler ve GÜNAM c-si a-si CdTe DSSC OPV Nano CSP CIGS Raşit Turan (GÜNAM) And Fizik Bölümü METU «Türkiyenin Güneş Enerjisi Mükemmeliyet Merkezi» 1

2 Güneş Elektriği Nasıl Üretilir? OTOVOLTAİK GÜNEŞ SİSTEMLERİ ODAKLANMIŞ ISIL GÜNEŞ SİSTEMLERİ Büyük FV güç santralleri Name Country Power Capacity (MW) Charanka Solar Park India 600 Solar Star (I and II) United States 579 Topaz Solar Farm United States 550 Desert Sunlight Solar Farm United States 550 Copper Mountain Solar Facility United States 458 Longyangxia Dam Solar Park China 320 Büyük Güç Santrali Çatı uygulaması Cestas Solar Farm France 300 Agua Caliente Solar Project United States 290 Antelope Valley Solar Ranch United States 266 Mount Signal Solar United States California Valley Solar Ranch United States 250 Mesquite Solar project United States 207 Huanghe Hydropower Golmud Solar Park China 200 Gonghe Industrial Park Phase I China 200 Imperial Valley Solar Farm United States 200 Güneş ışığı FV hücreler ile doğrudan elektrik enerjisine dönüşür. Güneş ışığı odaklanır, suyu kaynatır, ortaya çıkan buhar tribünleri çevirir. Parabolik Sistemler Kule Sistemleri 2

3 Güneş Elektriği Hala Pahalı mı? Minimum system price in Turkey = 900 $/kwp Ankara 6.2 c$/kwp Elektriğin Perakende satışı : 35 krş = 10 c$/kwh ITRPV report, 2014

4 Güneş Elektriği En Ucuz Enerji Oluyor Recent Price in UAE tender 2.42 c$/kwh

5 FV Modül Fiyatının Gelişimi Türkiye de modül satış fiyatı : c$/wp 2050 yılında modül fiyatı : 20 c$/wp 5

6 Sökün Şebekeleri!

7 Dünyada ve Türkiye de FV Elektriği Fotovoltaik Elektriğinin yüzdesi Ratio of solar Total electrical Raito of this Total electricity to energy energy to Country Capacity total generated in Turkey s (GW) consumption 2014 (TWh) electricity elektrik tüketimi içindeki (%) yeri consumption Germany 38.2 = % % 15,6 Türkiye nin toplam PV kapasitesi : 1000 MW. Bu güç yaklaşık 1.5 TWh/yıl enerji üretir toplam Italy % 10,7 7

8 FV Elektriğinin Geleceği 2050 ye doğru FV ne olacak? 8

9 GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ 9

10 FV Güneş Hücresi Teknolojileri 1st generation (Si based) 2nd generation (Thin film based) Solar Cells 3rd generation (Novel PV Concepts)

11 Dilim (wafer) Tabanlı Kristal Si Güneş Hücreleri Tek kristal Si Çoklu Si kristal PANEL VERİMİ : %17-19 PANEL VERİMİ : %15-17 Pazar payı : % 93

12 Fotovoltaik 2. Nesil Sistemler : İnce Film Güneş Gözeleri Panel verimi : %11-13 Panel verimi : %10-12 Panel verimi : %8-10 Pazar payı : % 7 12

13 FV Teknolojileri 1 kw için gerekli alan Pazar payları % 35,6 % 55,2 % 4 % 3,6 % 1,7 13

14 Fotovoltaik Aygıt A photovoltaic device is an electronic device usually made of a semiconductor It provides a built-in potential assymetry which seperate excited electrons from holes generated by the absorption of a light. The additional energy generated by the absorptionof light creates a potential difference (photovoltage) or electromotive force, which pumps the electrons to the outside circuit. A PV device is a two terminal device like a diode. Usually it a thin semiconductor layer with a p-n junciton in it. A single solar cell generates a voltage in between V. To have a usfeul system with desired voltage and current, solar cells are connected in series and parallel. 14

15 FV Güneş Hücresi Verimi 15

16 Verimi Sınırlayan Faktörler Termal Kayıplar ORTALAMA RADYASYON Atmosferin hemen dışında : 1366 W/m2 Tek Eklemli bir Hücre ile Güneş Spektrumunun Yaklaşık 2/3 ü Elektriğe Dönüştürülemez! Tek eklemli bir güneş hücresi, güneş spektrumunun sadece bir kısmını dönüştürebilir Kızılötesi Kayıplar

17 FV Hücrelerin verim limitleri Kristal Si hücrelere için ulaşılabilecek maksimum verim : % Shockley-Queisser limiti aşmak için çok eklemli yeni hücre tasarımlarına ihtiyaç var 17

18 Kristal Si güneş hücresi : mevcut durum Kristal Si güneş hücresi Verim Ar-Ge düzeyinde dünya rekoru %26 Endüstriyel ürünlerde verim %17-21 Shockley-Queisser limit %30 Endüstri gelişmeye devam edecek Sınırlamalar: Elektrik ve Optik Kayıplar

19 Kristal Si Üretim Zinciri M$ M$ M$ M$ 6-9 M$ 1 $/Wp 19

20 Si Hücre Varyasyonları : Standart, PERC ve PERT η (%) açıklama 18,4 Maksimum verim SiN n Ag Ag η (%) açıklama 23.0 Maksimum Verim (Küçük Alan) 19,4% Maksimum Verim(Büyük Alan) η (%) açıklama 24,7 Maksimum verim (Küçük Alan) p p+ Al 20

21 Kristal Si Hücre Varyasyonları : Arkadan Bağlantılı Sistemler Gözenekli Verici Güneş Hücresi (EWT) Gözenekli Metal Güneş Hücresi (MWT) Arkadan Eklemli/Arkadan Bağlantılı Güneş Hücresi (IBC) n-tipi Si dilim n + katkılı bölge SiO 2 tabakası SiN x tabakası (arka yüzey) Al 2 O 3 /SiN x tabakası (ön yüzey) η (%) FF (%) V oc (mv) J sc (ma/cm 2 ) * *hücre alanı = 2x2cm 2 92cm 2 Fz Si verim = %21.4 (ISFH) Al/Ag p + katkılı bölge p-tipi Si dilim SiO 2 tabakası Al/Ag η (%) FF (%) V oc (mv) J sc (ma/cm 2 ) * *hücre alanı = 2x2cm 2 225cm 2 mc- Si verim = %16.7 (ECN) n-tipi Si dilim Al/Ag n + katkılı bölge SiN x tabakası SiO 2 tabakası p + katkılı bölge η (%) açıklama 25 Dünya rekoru (SunPower) *24.2 Endütriyel üretim(sunpower) *hücre alanı = 125x125cm 2 21

22 Kristal Si Hücre Varyasyonları : Hetero-eklem Sistemler Standart Hetero-Eklem Hücre (HIT) IBC Hetero-Eklem Hücre (HIT) n-tipi Si dilim a-si:h(n) Transparan iletken oksit tabakası (TCO) Ag metal kontaklar a-si:h(p) a-si:h(i) n-tipi Si dilim a-si:h(n) Kurum η (%) FF (%) V oc (mv) J sc (ma/cm 2 ) Hücre Alanı(cm 2 ) *Panasonic Sanyo Kaneka Pasivasyon tabakası Ag metal kontaklar a-si:h(p) a-si:h(i) *IBC-HIT tipi hücre (dünya rekoru) 22

23 Kristal Si Hücre Varyasyonları : Çift Yüzlü (Bifacial) Hücreler % 20 - %30 daha fazla enerji üretimi mümkün 23

24 Standart Kristal Si Modül Teknolojisi Ön ve arka elektrotlar Standart bir fotovoltaik modülün katmanları 24

25 Kristal Si Hücre Üretimi 1- Güneş Gelen hücresi üretimi Ar-Ge yoğun bir üretim Silisyum 2- Gelen 3-4- Yansıma Dilimlerin Dilim Yapılandırma Ölçümü Paketlerinden biçimidir. İncelemesi Tezgahı Çıkarılması Gerçek Ar-Ge olmadan ayakta kalamaz Bu alanda Ar-Ge merkezlerinin çoğaltılması ve 8- Yansıma 10- Çatlak 9- Renk Testi Engelleyici Testi geliştirilmesi gerekir. Kaplama 7-Direnç Ölçümü 5- Katkılama 6- PSG Aşındırma Islak Tezgahı 11- Şablon Baskı 12- Metal Yakma 13- Kenar İzolasyonu 14- Akım Voltaj Ölçümleri 15- EL, QE testleri 25

26 c-si a-si CdTe DSSC Organik Nano CSP CIGS Türkiye nin Güneş Enerjisi Mükemmeliyet Merkezi 26

27 GÜNAM : güneş enerjisi alanında global bir merkez GÜNAM 8 yaşında Misyon : güneş enerjisi teknolojilerini geliştirmek ve toplum yararına sunmak GÜNAM Kalkınma Bakanlığı tarafından desteklenmektedir: 1. Faz : , 2. Faz : , TUBİTAK Projeleri (MILGES, 1003, 1001 Projeleri)

28 GÜNAM Laboratuvarları c-si Solar Cell Research Lab Thin Film Solar Cell Research Lab Organic and DSSC Solar Cell Research Lab (OPV) Nanomaterials Research Laboratory Outdoor Test Platform Solar Thermal Power Lab. (ODAK)

29 GÜNAM Araştırma Parkı Kompleksi İçerisinde 3500 sqm lab space 500 m2 clean room with various classes Connected to the new research park of METU Close to the METU tecnology development region METU Research Park Complex New Laboratories for industry-university collaboration METU Research Park

30 GÜNAM Ek Araştırma Binası Taşınıyoruz

31 GÜNAM insan potansiyeli 11 öğretim üyesi 6 disiplin 7 Mühendis 3 Teknisyen 69 Doktora ve master öğrencisi 3 İdari personel

32 GÜNAM bir araştırma odağı Mageep Üniversiteleri McDonald Douglas Academy insiyatifi Basın, sivil toplum kuruluşları 21 Türk Universitesinden araştırmaılar Bakanlık ve devlet kurumlarına danışmanlık 8 şirket ile ortak proje Avrupa kurumlarına üyelik EERA EUPVTP Avrupanın önde gelen araştırma merkezleri ile işbirliği Fraunhofer ISE, Germany ECN of Netehrlands INES of France Projects : EU-SOLARIS, CHEETAH

33 Avrupaya entegrasyon ve AB projeleri Project s name Researcher Project s Subject EU-SOLARIS Raşit Turan Derek Baker Solar Thermal Electricity (CSP) FOCUS Alpan Bek Material Science for PV NANODEV Burcu Akata Kurç Solar Energy/Biosensor CHEETAH Rasit Turan Photovoltaics GÜNAM is at the Steering Committee of European Photvoltaic Technology Platform GÜNAM is a member of European Energy Research Allience Low cost, more power

34 Türkiyenin en büyük PV projesi... *TÜBİTAK 1007 KAMAG Projesidir.

35 Title: Development of National Solar Power Stations for Elelctricity Generation Project partners : Project duration: 3 years Project outputs : Demonstration of 10 MW power plant in Urfa Ceylanpınar (South East Turkey) Development of c-si solar cells with at least %18 efficiency (GÜNAM) Investment on c-si based cell technology (BE) Development of Inverters (MAM) Development of electronic and control systems (MAM)

36 Kristal Si Güneş Hücresi Geliştirme Laboratuvarı Best c-si cell Tekli ve çoklu Kristal Si güneş hücresi geliştiriliyor. Yerli know-how gelişimi sağlanıyor 1000 and temiz odalar

37 C-Si Solar Cell Fabrication on Standard p-type Si Mono-Crystal Multi-Crystal SiN n Ag Ag 56mm p p+ Al 156mm

38 GÜNAM ın Gelişimi 38

39 GÜNAM da ve Türkiye de Üretilen İlk Güneş Panelleri Bu panellerde kullanılan gözeler ODTÜ GÜNAM da SanTez projesi kapsamında üretilmiştir. 39

40 GÜNAM da ve Türkiye de Üretilen İlk Güneş Panelleri 40

41 İnce film güneş gözesi araştırma laboratuvarı Multi Chamber Fully automated PECVD System İlk geniş alan (25 cm x 25 cm) ince film Si güneş paneli İnce film araştırıma grubu Si tabanlı ince film üretimi ve geliştirilmesi konusunda çalışıyor. Plasma sistemi kullanılarak tek eklemli ve çok eklemli ince film güneş gözesi yapıları üretilebiliyor. VAKSIS GünEr sistemi 41

42 Organik Güneş Hücresi Laboratuvarı Organic Solar Cells /Organic Light Emitting Diodes Production and Characterization Systems Prof. Dr. Levent Toppare Asisst. Prof. Prof. Dr. Ali Çırpan 42

43 Boya Duyarlı Güneş Hücresi (DSSC) Laboratuvarı ITO nanowires Prof. Dr. Macit Özenbaş DSSCs employing bare FTO, ZrO 2 /FTO and TiO 2 /FTO layered electrodes Backside illumination Front illumination Sample Voc Jsc FF Ƞ Voc Jsc FF Ƞ (mv) (ma/cm 2 ) (%) (%) (mv) (ma/cm 2 ) (%) (%) ZrO 2 /FTO TiO 2 /FTO Bare FTO

44 Odaklanmış Güneş Isı Gücü (CST) Yeni laboratuvar : ODAK In CSP systems the solar radiation is focused onto a steam generator. Electricity is produced using steam driven turbines.. GÜNAM CSP group is working on modeling and monitoring the CSP systems. It is also working on the experimental CSP system installed on METU Northern Cyprus Campus. Assoc. Prof. Dr. Derek Baker Mechanical Engineering Department (Odaklanmış Isıl Güneş Picture of the CSP Enerjisi system at METU-NCC Araştırma Laboratuvarı) GÜNAM is participating in FP7 Project Kalkınma Bakanlığının desteği ile kurulmaktadır 44

45 CdTe/CdS ve CIGS Güneş Gözeleri Laboratuvarı ODTÜ de yürütülen en eski çalışmalardan bir tanesi Prof. Dr. Mehmet Parlak Fizik Bölümü Prof. Dr. Çiğdem Erçelebi Fizik Bölümü H. Bayhan, C. Erecelebi Semicond. Sci. Technol. 12 (1997) Printed in the UK 45

46 Yeni Nesil Güneş Gözeleri İçin Nanomalzemeler Si nanotellerden oluşturulmuş ODTÜ logosu Silisyum nanoteller Y.Doç. Dr. Emrah Ünalan Malzeme ve Metalurji Mühendisliği Silisyum göze (tek kristal) Prof. Dr. Raşit Turan Fizik Bölümü Standard Multicrystal Solar Cell Sdandard Moncrystalline Solar Cell Si multicrystal Solar Cell with Si nanowires Monocrystalline Solar Cell with Si nanowires 46

47 Outdoor Test Facility at GÜNAM in Ankara A grid connected experimental 3.6 kw power system with different tecnologies on the roof of the GÜNAM building. A I-V curve tracer with 16 channels. Continous monitoring of I-V curves and extraction performance parameters of 16 different systems

48 GÜNAM PV Test Laboratories Raman spectrometer Solar simulator Spectroscopic Elipsiometer

49 GÜNAM PV Test Laboratories Thin Film Thickness Measurement Carrier Life Time Tester Thermal Camera and Elektroluminesence

50 SolarTR Konferas Serisi Temel ve uygulamalı güneş enerjisi bilimi üzerine odaklanmaktadır SolarTR-1 : Nisan 29-30, 2010, ODTÜ, Ankara SolarTR-2 Kasım 7-9, 2012, Antalya METU Research Park SolarTR-3 : Nisan 27-29, 2015, ODTÜ Ankara

51

52 Teşekkürler Visit