Fotovoltaik Teknoloji. Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

Transkript

1 Fotovoltaik Teknoloji Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

2 Değerlendirme Kriterleri Vize Ödev % 30 % 30 Final % 40

3 Ders Planı Bölüm 1: Bölüm 2: Bölüm 3: Bölüm 4: Bölüm 5: Bölüm 6: Bölüm 7: Bölüm 8: Bölüm 9: Giriş Genel Bilgiler : Elektriksel Özellikler ve Elektrik Üretimi Güneş Işınımı Fotovoltaik Teknolojinin Temelleri Fotovoltaik Hücre Karakteristikleri Fotovoltaik Hücre Tasarımı Fotovoltaik Hücre Çeşitleri Fotovoltaik Sistem Tasarımı ve Projelendirilmesi Fotovoltaik Sistemin Termodinamik Analizi

4 Fotovoltaik Teknoloji Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

5 Bölüm 1 : Giriş Dünya insanlara atalarından miras kalmamıştır, insanlar onu evlatlarından ödünç almışlardır

6 Bölüm 1 : Giriş Enerji = Herşey Fosil Yakıtlar Küresel Isınma Karbon Emisyonu Sera Etkisi

7 Tehlikenin Farkında Mıyız?: Küresel Isınma Kaynak: Prof. Dr. Mikdat Kadıoğlu (Küresel İklim Değişikliği ve Türkiye)

8 Bölüm 1 : Giriş Kötü Haber: Küresel Isınma Mitch Kasırgası yılında saatte 285 km hızla esen Mitch Kasırgası nda ölü ve $ zarar ortaya çıkmıştı.

9 Bölüm 1 : Giriş

10 Bölüm 1 : Giriş o C Uzun dönemde dünyada meydana gelen deniz suyu sıcaklıklarındaki değişimler Kaynak : İngiltere de East Anglia Üniversitesi İklim Araştırmaları Birimi ve Meteoroloji Ofisi nin Hadley Merkezi

11 Bölüm 1 : Giriş

12 Bölüm 1 : Giriş Günümüz dünyasında enerji, insanoğlu için bir ihtiyaç olmanın yanında çözülmesi gereken en önemli sorunların da başında gelmektedir.

13 Bölüm 1 : Giriş İyi Haber: Yenilenebilir Enerji Kaynakları?

14 Yenilenebilir enerji, sürekli devam eden doğal süreçlerdeki var olan enerji akışından elde edilen enerjidir. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Hidrolik Jeotermal Güneş Biokütle Rüzgar

15 Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Temel Özellikleri Fosil kaynaklı( kömür,petrolvekarbontürevi) değilledir. Elektrik enerjisi üretilirken CO 2 emisyonu az bir seviyede gerçekleşir Çevreye zararı ve etkisi konvansiyonel enerji kaynaklarına göre çok daha düşüktür

16

17 Bölüm 1 : Giriş Isıtma Elektrik Fotovoltaik Teknoloji CSP (Concentrated Solar Power) Teknoloji

18 Bölüm 1 : Giriş Yıllık Bileşik Büyüme Oranı

19 Bölüm 1 : Giriş

20 Bölüm 1 : Giriş

21 Bölüm 1 : Giriş (NREL) There has been steady progress in the improvement of conversion efficiencies for a number of PV technologies over the last few decades.

22 Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 2: Genel Bilgiler Elektriksel Özellikler Elektriklenme Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

23 Elektriksel Özellikler Bilim tarihi içerisinde, elektrik hakkında edinilen ilk bilgi, M.Ö ( ) yıllarında Thales ile başladığı kabul edilmektedir. Thales, bir kehribar çubuğunu çuhaya ( yüne) sürttüğünde, çubuğun kağıt ve tüy gibi hafif parçacıkları çektiğini fark etmiştir. Kehribar, çam ağacından elde edilen bir tür taşlaşmış reçine Elektrik, maddelerin atom yapısındaki elektronların hareket etmesiyle oluşan bir enerji türüdür. Elektron = Yunanca kehribar katmanlar (yörüngeler)

24 Elektriksel Özellikler Elektrik Akımı, bir iletken içindeki elektronların sürekli olarak akışıdır. Maddelerin atomik yapılarını incelediğimizde, bazı maddelerin, son katmanlarında (yörünge veya valans yörüngelerinde) serbest halde elektron veya elektronların bulunduğunu gözlemleriz. katmanlar (yörüngeler) Bir maddenin elektriksel davranışları açısından o maddenin atomlarının son yörüngesinde bulunan serbest (valans) elektronların etkisi büyüktür.

25 Elektriksel Özellikler Atomların son yörüngelerinde en fazla 8 elektron bulunur. Bu tür atomlar oluşan elementlere soygazlar denir. Bütün atomlar, soygazlar gibi, son katmaların (valans yörüngelerini) doldurmak isterler. Bu duruma kararlı elektron dizilimi adı verilir. Atomlar, kararlı elektron dizilimine sahip olabilmek elektron alır yada veririler.

26 Elektriksel Özellikler Bir maddenin elektriksel davranışları açısından o maddenin atomlarının son yörüngesinde bulunan serbest (valans) elektronların etkisi büyüktür. Serbest (valans) elektronların sayısına bağlı olarak elementler: Son katman (valans yörüngesi) İletken Yarıiletken Yalıtkan

27 Elektriksel Özellikler YALITKANLAR Elektrik akımını iletmeyen maddelere yalıtkan madde denir. Maddelerin yalıtkanlık derecesi valans yörüngedeki (atomun son yörüngesi) elektron sayısı fazlalığına bağlıdır. Soygazlar, son yörüngelerindeki elektronları bırakmazlar ve elektron almazlar. Yani çok iyi yalıtkandırlar. Son yörüngedeki elektron sayısı azaldıkça yalıtkanlık dereceside azalır. Hava, cam, seramik, plastik, mika ve kağıt gibi maddeler yalıtkanlar grubuna girerler.

28 Elektriksel Özellikler İLETKENLER Elektrik akımını ileten maddelere iletken madde adı verilir. Maddelerin iletkenlik derecesi atomun son yörüngesinde yeralan valans elektron sayısı azlığına bağlıdır. Bakır, altın, alüminyum, gümüş iyi iletkenlerdir. Bunlarda valans elektron sayısı 2 ile 3 arasında değişir. YARIİLETKENLER İletkenlikleri; iletkenler ile yalıtkanlar arasında olan (yani ne iyi bir iletken nede iyi bir yalıtkan olan) maddelere yarıiletken madde adı verilir. En yaygın olarak kullanılan yarıiletken maddelerden germanyum ve silisyum

29 Elektriksel Özellikler Akım şiddeti, bir iletkenin belirli bir kesitinden, bir saniyede geçen elektron miktarı. Coulomb Kanununa göre: Ohm Kanununa göre: Akım şiddeti, ampermetre ile ölçülür. Ampermetre

30 Elektriksel Özellikler Akım Çeşitleri Doğru Akım (Direct Current, DC) Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişmez. Yükün (elektronların) bir yönde hareketi ile oluşur. Genellikle elektronik devrelerde kullanılır. En ideal doğru akım, en sabit olanıdır. En sabit DC kaynağı pildir. Alternatif Akım (Alternate Curent, AC) Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişir. Genelde sanayi ve konutlarda kullanılır. Buzdolabı, çamaşır ve bulaşık makinleri doğrudan AC akım ile çalışır. Televizyon ve müzik seti AC akımı DC akıma çevirerek çalışır. Mekanik enerjiyi doğru akıma çeviren jeneratörlere dinamo adı verilir.

31 Elektriksel Özellikler Gerilim (Potansiyel) farkı, birim yük başına yapılan iş. Gerilim farkı, voltmetre ile ölçülür.

32 Elektriksel Özellikler Direnç, elektrik akımına karşı direnç göstererek, (ohm yasasına göre) gerilim farkının düşümüne sebep olan devre elemanıdır. Direnç, R (Ohm, Ω) Ohm Yasası, elektirk akım şiddeti, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bir iletkenin, uçları arasındaki potansiyel farkının, iletkenden geçen akım şiddetine oranı sabittir. Bu sabit değer, iletkenin direncine eşittir.

33 Elektriksel Özellikler Değişken Direnç (Reosta), bir iletkenin direncini değiştirmek için kullanılan devre elemanı. Akım her zaman dirençsiz yolu tercih eder. Akımın dirençsiz yolu tercih etmesine kısa devre denir.

34 Elektriksel Özellikler Elektriksel İş : Gerilim Akım Zaman E = V. I. t (Joule) Elektriksel Güç : Gerilim Akım P = V. I (Watt= Joule/s)

35 Elektriksel Özellikler Elektrik Devreleri

36 Elektriksel Özellikler Elektriklenme Yöntemleri Sürtünme : Malzemelerin sürtünmesi ile elektronların hareket etmesi. Kazağımızı açarken çıkan kıvılcımlar gibi Piezoelektrik Etki: Malzemelerin (yalıtkan metallerdin) deformasyon sonucu elektronların hareketi etmesi. Kimyasal Etki: Kimyasal tepkime sonucunda elektronların hareket etmesi.

37 Elektriksel Özellikler Elektriklenme Yöntemleri Piroelektrik Etki: Malzemelerin ısıtılması veya soğutulması sonucu elektronların hareket etmesi. Sıcaklık sensörleri, dedektörler gibi. Termoelektrik Etki: Birbirine bağlı iki farklı metal ısıtıldığında elektronların hareket etmesi. İki farklı metal iki uçlarından birleştirilip, bir uçları düşük, diğer uçları yüksek sıcaklığa tutulursa, bu iki metalin üzerinden elektrik akımı geçer. Nükleer Füzyon : Çekirdek tepkimesi sonucu direkt elektrik üretimi mümkün. CERN deneyi. Nükleer Fisyon : Elektronların atomun radyoaktif bozunması nedeniyle atomdan ayrılması. Elektromanyetik İndüksiyon: Bir iletken manyetik bir alan içerisinde döndürülmesi sonucu elektrik üretimi.

38 Elektriksel Özellikler Elektriklenme Yöntemleri Fotoelektrik Etki: Güneş ışınları (foton) sahip olduğu enerji kullanarak elektronların hareket ettirilmesi.

39 Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 3: Güneş Enerjisi Güneşin Yapısı Güneş Işınımı Güneş Spektrumu Toplam Güneş Işınımı Güneş Işınımının Ölçülmesi Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

40 Güneşin Yapısı Güneş, güneş sisteminin en uzak ve en büyük yıldızıdır. Dünya ya uzaklığı yaklaşık 150 milyon kilometredir Çapı kilometredir. Bu çap, Dünyanın 109 katıdır Kütlesi, Dünya kütlesinden kat fazladır. Sıcaklık 15 Milyon o C.

41 Güneşin Yapısı

42 Güneşin Yapısı Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci (hidrojen gazının helyuma dönüşmesi) ile açığa çıkan ışıma enerjisidir. 564 Milyon Ton / Saniye Hidrojen 560 Milyon Ton / Saniye Helyum 4 Milyon Ton / Saniye Hidrojen kj/saniye Güneş, enerjisini elektromanyetik ışımalar yaparak, güneş sistemine yayar.

43 Güneşin Yapısı Güneşten Saniyede Açığa Çıkan Enerji Dünya Yıllık Enerji Tüketimi 90 Milyar Varil Petrol Eşdeğeri 12 Milyar Ton Petrol Eşdeğeri (TEP) kj kj

44 Güneşin Yapısı Güneşten Dünyaya Gelen Enerji Dünya Yıllık Enerji Tüketimi 90 Milyar Varil Petrol Eşdeğeri 12 Milyar Ton Petrol Eşdeğeri (TEP) kj/saniye kj/yıl

45 Güneşin Işınımı Güneş ışınları farklı dalga boylarında yayılır. Güneşten yayılan bu farklı dalga boylarındaki ışınların sıralı görünümüne güneş spektrumu adı verilir. Görünür Işık

46 Güneşin Işınımı Güneş ışınlarının sahip oldukları enerji, dalga boyuna bağlı olarak şu şekilde tanımlanır: h : Planck sabiti = Js λ : Dalga boyu (m) c : Işık hızı = 3 x 10 8 (m/s) Enerji artar Dalga boyu azalır

47 Güneşin Işınımı

48 Güneşin Işınımı Mikrodalga Fırın Nasıl Çalışır?

49 Güneşin Işınımı Dünyaya gelen güneş enerjisi, dalga boyları μm arasında değişen ışınlardan oluşur. Güneşten gelen ışınların dağılımı: % 9 Morötesi % 45 Görünür ışık % 46 Kızılötesi Güneş ışınları, güneş ile dünya arasındaki mesafeyi yaklaşık 8 dk alırlar (yani m/s ışık hızı ile hareket ederler). Güneş Sabiti Atmosfer dışındaki bir metrekarelik alana dik olarak düşen güneş ışınlarının enerjisi yaklaşık olarak I sc = 1367 W/m 2 değerindedir. Bu değer güneş sabiti olarak bilinir. I sc, güneş ile dünya arasındaki mesafenin ( ) değişiminden kaynaklanan mevsimsel farklardan dolayı ±% 3.5 oranında değişim gösterir.

50 Güneşin Işınımı Zenit (Zirve) Açısı θ = Zenit açısı Güneş ışınımı ile yatay düzlemin normali arasındaki açıdır. Hava Kütlesi (Air Mass, AM) Yeryüzüne ulaşan güneş enerjisi miktarı, önemli ölçüde güneş ışınlarının yeryüzündeki bir noktaya göre konumuna bağlıdır. Söz konusu konum hava kütlesi (air mass) faktörü ile ifade edilir. Hava kütlesi (air mass) faktörü, güneş ışınlarının atmosferden geçerken izlediği yolun, güneşin dik olduğu durumda izlediği yola oranıdır. Hava kütlesi (air mass) faktörü, güneş ışınlarının herhangi bir açıda atmosferdeki geçtikleri hava kütlesinin, güneşin dik olduğu durumda atmosferden geçtiği hava kütlesine oranıdır.

51 Güneşin Işınımı Zenit açısının θ = 0 o ve θ = 48 o karşılık gelen AM = 1 ve AM = 1.5 koşulları, fotovoltaik teknolojisi ile ilgili çalışmalarda yaygın olarak kullanılır. Kosinüs Kuralı Güneş ışınımı yüzeye dik olarak gelmediği durumlarda, yüzeye düşen güneş ışınım miktarı, güneş ışınları ile yüzeyin normali arasında kalan açının kosinüsü ile orantılı olarak azalır. I I b

52 Güneşin Işınımı Dünyamıza Gelen Güneş Işınımı Bilançosu % 30 atmosfer tarafından geri yansıtılır. % 20 atmosfer ve bulutlarda tutulur. Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınlarının % 70 yansıtılır. % 50 atmosferi geçerek Dünya yüzeyine ulaşır.

53 Güneşin Işınımı Güneş ışınlarının yaklaşık olarak % 50 si, atmosfer tarafından Dünya yüzeyine gelmesi engellenir. Güneş ışınlarını atmosferde meydana gelen bu azalması iki şekilde meydana gelir: 1)Rayleigh yayılımı 2)Ozon, Su Buharı, CO 2 ve Oksijen tarafından soğrulma Güneş Işınlarını Atmosferdeki Azalması Rayleigh Yayılımı (Saçılımı) Ozon, Su Buharı, CO 2 ve Oksijen tarafından soğrulma

54 Güneşin Işınımı Rayleigh Yayılımı (Saçılımı) Rayleigh Yayılımı, güneş ışınlarının atmosferde, dalga boyundan daha küçük, herhangi bir gaz molekülüne çarpması sonucu bütün doğrultularda eşit olarak yayılmasıdır. Yayılım etkisi ~ 1 / λ 4 Mavi ışığın (λ = 400 nm) yayılması, kırmızı ışığın (λ = 400 nm) yayılmasından daha fazladır. Bu yüzden gökyüzü mavi görünür.

55 Güneşin Işınımı Ozon, Su Buharı, CO 2 ve Oksijen tarafından soğrulma Güneşten çıkan ışınlar, atmosferi geçerken, atmosferi oluşturan çeşitli gazlar ve toz parçacıkları tarafından soğurulurlar. Yeryüzünün yaklaşık olarak 25 km yükseklikle, ozon tabakası olarak adlandırılan ve güneş ışınlarının mor ötesi ışınlarını kesen bir katman bulunur. Ozon tabakası λ < 320 nm olan mor ötesi (UV) ışınlarını soğurur. Bu işlem canlılar için son derece önemlidir. Çünkü, mor ötesi (UV) ışınların cilde ve göze zarar verici etkileri vardır. Kızılötesi (IR) ışınların yaklaşık % 20 si su buharı ve CO 2 tarafından soğurulur. Yayılım (veya saçılma) olayının aksine soğrulma işleminde Güneş ışınlarından enerji kazanılır ve atmosfer ısınır.

56 Güneşin Işınımı Belirli dalga boyuna sahip güneş ışınlarının atmosferde süzülerek yeryüzüne gelirler. Atmosferdeki azalmanın bir sonucu olarak, yeryüzüne ulaşan toplam güneş ışınımı, doğrudan ışınım ve yaygın ışınım olmak üzere iki farklı özelliğe sahiptir. Toplam güneş ışınımı = Doğrudan ışınım + Yaygın ışınım Doğrudan Işınım Herhangi bir etkiye uğramadan, Dünya üzerindeki herhangi bir yüzeye dik ve yön değiştirmeden direkt olarak gelen ışınımdır. Zenit açısına, AM faktörüne bağlıdır. Yaygın Işınım Gökyüzündeki bulutlar ve tozlar tarafından saçılmaya uğratılmış ışınımdır. Bulutlu havalarda güneşten gelen ışınımın tamamı yaygın ışınım şeklindedir.

57 Güneş Işınımı Ölçümü Güneş Işınımı Ölçen Aletler Doğrudan Işınım Toplam Işınım Yayılı Işınım Pirheliometre Doğrudan ışınım, güneş takip sistemi kullanılarak pirheliometre tarafından ölçülebilir. Bu aletler, çalışma mantığı olarak piranometrelerin aynısıdır. Ancak, bu aletlerde sensör, güneş ışınlarının yönünde yerleştirilmişuzun bir borunun altnda yer alır. Böylece, yayılı ışınım bertaraf edillmiş olur. Piranometre Piranometre (Gölgelendirilmiş) Yayılı ışınım, doğrudan ışınımı gölgeleyerek piranometre tarafından ölçülebilir. Bu tür piranometreye gölgelenmiş piranometre adı verillir.

58 Güneş Işınımı Ölçümü Sinyal yükseltici Okuyucu 1 Dış cam kubbe : Güneş ışınlarını siyah gövde üzerine odaklamak amacıyla kullanılır. 2 İç cam kubbe : Güneş ışınlarını siyah gövde üzerine odaklamak amacıyla kullanılır. 3 Siyah gövde (Sensör): Güneş ışınlarını soğurarak toplar. 4 Destek gövde : Destek gövdeye, hiçbir şekilde güneş ışınımı gelmez. 5 Termopil: (Çok sayıda (50 ve üzeri) Termokuplın (yada ısılçiftin) seri olarak bağlanmasından oluşur, ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Isılçiftlerin bir ucu siyah cismin alt yüzeyine diğer ucu ise destek gövde üst yüzeyine bağlıdır. 6 Çıkış kablosu : Üretilen elektrik sinyalini sinyal yükselticiye iletir. 7 Nem çekici : Hava içindeki su buharını absorbe ederek, su buharının (özellikle soğuk gecelerde) yoğuşmasının önüne geçerek nem oluşumunu engeller. 8 Ayak

59 Güneş Işınımı Ölçümü Sinyal yükseltici Okuyucu Piranometre Çalışma Prensibi Piranometre, üzerine gelen güneş ışınımı, kubbe formundaki çift katlı cam ile siyah cisim üzerine odaklanır. Siyah cisim, gelen güneş ışınımını soğurarak ısınır. Böylece siyah cisme bağlı olan, ısıl çiftlerin ucu ısınarak sıcaklığı yükselir. Gövde ucuna herhangi bir güneş ışınımı ulaşmadığı için, ısıl çiftlerin gövde ucuna bağlı olan ucun sıcaklığı daha düşük kalır. Böylece, ısıl çiftin uçları arasında sıcaklık farkından kaynaklanan, bir elektrik akımı oluşur. Elektrik akımının sinyali yükseltici tarafından güçlendirilerek okuyucuya iletilir. Okuyucuda, güçlendirilen elektrik akım sinyalinin, belirli zaman aralığında integrali alınarak güneş ışınımı ölçülmüş olur.

60 Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 4: Fotovoltaik Teknolojinin Temelleri Fotovoltaik Hücre Fotovoltaik Etki Yarıiletken Fiziğin Temelleri Atomik Yapı Enerji Bandı Diyagramı Kristal Yapı Elektron-Boşluk Çiftleri Katkılama: P-N Kavşağı Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

61 Fotovoltaik Hücre Fotovoltaik hücreler (güneş hücreleri veya pilleri) güneş ışığını direkt olarak elektrik enerjisine çeviren yarıiletken malzemelerdir. Fotovoltaik hücrelerin, yüzeylerine güneş ışınları (foton) geldiğinde uçları arasında elektriksel gerilim oluşur (Fotovoltaik Etki). Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda fotovoltaik hücre seri veya paralel olarak bağlanarak fotovoltaik modüller (paneller) oluşturulur. Güç gereksinimine bağlı olarak fotovoltaik modüller seri veya paralel bağlanarak fotovoltaik dizinleri, dizinlerin birleştirilmesi ile de birkaç Watt dan Mega Watt lık enerji üretim kapasitelerine sahip fotovoltaik sistemler oluşturulabilir. Hücre Modül Dizin Fotovoltaik Sistem

62 Fotovoltaik Hücre Fotovoltaik hücre, verimleri (yapılarına bağlı olarak) günümüzde %40 seviyelerine kadar yükseltilmiştir. Uygulama koşullarında verimi %15 civarlarına olan fotovoltaik hücre iyi olarak nitelendirilir. Fotovoltaik hücreler, yakın zamana kadar verimleri daha yüksek olan tekli (mono) kristal yapıdaki yarı iletkenlerden yapılıyordu. Mono-Kristal Tane Sınırları Poli-Kristal Amorf Mono-Kristal Tekli (mono) kristal yapıdaki fotovoltaik hücre üretimi oldukça zahmetli ve yüksek maliyetli olduğundan son zamanlarda üretim maliyetini düşürmek amacıyla fotovoltaik hücreler verimleri biraz daha düşük olan çoklu (poli) kristal yapıdaki yarı iletkenlerken yapılmaktadır. Fotovoltaik hücrelerin temel sorunu verimleri değil üretim maliyetleridir.

63 Fotovoltaik Hücre Fotovoltaik hücre üretiminde kullanılan yarı iletkenlerin bazıları bileşik bazıları elementtir. Fotovoltaik Hücre Üretiminde Kullanılan Yarı iletkenler Silikon (Silisyum) (Si) Germanyum (Ge) Element Galyum Arsenik (GaAs) Kadmiyum Tellür (CdTe) Bakır İndiyum Diselenid (CulnSe 2 ) Kadmiyum Diarsenik (CdAs 2 ) İndiyum Fosfor (In P) Kurşun Sülfür (PbS) Bileşik Silikon, fotovoltaik hücre üretiminde en çok kullanılan yarı iletkendir. Silikon, oksijenden sonra doğada en çok bulunan elementtir.

64 Fotovoltaik Etki Güneş ışınları foton adı verilen yüklü taneciklerden meydana gelir. Fotonlar, güneş ışınım spektrumundaki farklı dalga boylarına bağlı olarak farklı miktarlarda enerji içerirler. Bir fotonun enerjisi, ışık hızı ve dalga boyuna bağlı olarak Planck Kanunu ile hesaplanır: h : Planck sabiti = Js λ : Dalga boyu (m) c : Işık hızı = 3 x 10 8 (m/s) Atomik düzeyde enerji sıklıkla ev (1eV = J) cinsinden ifade edildiği için dalga boyu birimi μm alınarak Plank Kanunu yukarıdaki gibi yazılabilir.

65 Fotovoltaik Etki Bir fotovoltaik hücrede güç dönüşümünün gerçekleşebilmesi için, yarı iletken malzemenin yasak bant enerjisine (E g ) eşit veya daha yüksek bir fotonun hücre tarafından soğrulması gerekir. = E g Yarı iletken malzeme içerisinde valans bandında bulunan bir elektronun, yarı iletken malzemenin yasak bant enerjisine (E g ) eşit veya daha yüksek bir foton ile karşılaşarak iletim bandına geçmesi sonucu elektron-boşluk çifti oluşmasına fotovoltaik etki adı verilir. Elektron-boşluk çifti fotovoltaik hücredeki enerji dönüşümünün temelini oluşturur.

66 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri Fotovoltaik hücredeki enerji dönüşümünü anlayabilmek için yarıiletken fiziği hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Elektrik enerjisinin oluşturulmasını ve kontrol edilmesini maddenin atomik yapısı belirler. Atomik yapıya bağlı olarak elementler; Elementler İletken Yarıiletken Yalıtkan Yarı iletken fiziğini incelemek için temel atomik yapının bilinmesi gerekir.

67 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Atomik Yapı

68 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Atomik Yapı Tüm maddeler (yada elementler) atomlardan oluşur. Yeryüzünde bilinen 109 element vardır. Bütün elementlerin atomik yapıları birbirlerinden farklıdır. Bohr Atom Modeline göre atom; elektron, proton ve nötron olmak üzere üç temel parçacıktan oluşur. Atomik yapıda; nötron ve proton merkezdeki çekirdeği oluştururlar. Elektronlar ise, çekirdekler etrafındaki sabit yörüngelerde dolaşırlar. proton nötron elektron + yüklü Nötr yüklü

69 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Atomik Yapı Bilinen bütün elementleri birbirlerinden ayıran en temel özellik, atomlarında bulunan proton ve nötron sayılarıdır. Her bir atomun proton ve nötron sayıları farklıdır. Proton ve elektron sayıları eşit olan atomlar, elektriksel açıdan kararlı (nötr) olan atomlardır. Atom Ağırlığı (Kütle Numarası) = Proton sayısı + Nötron sayısı Atom Numarası = Proton sayısı Periyodik Tablo

70 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Atomik Yapı Enerji Kabukları (Bantları) ve Yörüngeler Bir atomun, elektron içeren yörüngeleri çekirdekten belirli uzaklıklardadır. Çekirdeğe farklı uzaklıklarda bulunan yörüngelerin belirli enerji seviyelerine sahiptirler. Çekirdeğe yakın olan yörüngedeki elektronlar, çekirdeğe uzak olan yörüngedeki elektronlar dan daha az enerjiye sahiptir. L K

71 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Atomik Yapı Enerji Kabukları (Bantları) ve Yörüngeler Yörüngeler, kabuk (shell ) adı verilen belirli enerji bantlarında toplanmışlardır. Aynı Enerji Bandı içerisinde bulunan elektronların enerji seviyeleri birbirine yakındır. Enerji Bantlar arasındaki enerji seviyeleri arasındaki fark büyüktür. Enerji Bantları arasındaki bölge, yasak bölge (ya da yasak bant) olarak adlandırılır. Elektronlar bu bölgelerde bulunmazlar. 2n 2 n: kabuk sayısı L K

72 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Atomik Yapı Valans Elektronları Atomun, en dıştaki kabuğuna Valans Bandı denir. Valans Bandında bulunan elektronlara valans (serbest) elektronları denir. Valans elektronları atomun en yüksek enerji seviyeli elektronlarıdır. Bu durum, valans elektronları, atomdan ayrılmaya daha eğimli hale getirir. Valans elektronları maddelerin iletkenlik özelliğini belirler. L K

73 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Enerji Bandı Diyagramı Yasak Bant Enerjisi Yasak Bant Enerjisi Bir atomda, en yüksek enerji seviyesine sahip bant iletim bandıdır. Esasen, iletim bandındaki elektron yoğunluğu maddelerin iletkenlik düzeyini belirler. Elektronların bulunabileceği enerji seviyeleri arasındaki boşluk yasak bant olarak adlandırılır. Bir elektronun valans bandından iletim bandına geçebilmesi için sahip olması gereken enerjiye yasak bant enerjisi (E g ) adı verilir.

74 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Enerji Bandı Diyagramı Yasak Bant Enerjisi Yasak Bant Enerjisi

75 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Enerji Bandı Diyagramı SORU: Neden Fotovolataik hücre üretiminde iletkenler ve yalıtkanlar kullanılamaz? Cevap : Yasak Bant Enerji Yasak Bant Enerjisi Yasak Bant Enerjisi

76 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Enerji Bandı Diyagramı Fotovoltaik Hücre Üretiminde Kullanılan Yarıiletkenlerin Yasak Bant Enerjileri (E g ) Yarıiletken Malzeme E g (ev) Silikon (Silisyum) (Si) 1.1 Germanyum (Ge) 0.7 Galyum Arsenik (Ga As) 1.4 Kadmiyum Tellür (CdTe) 1.4 Indiyum Fosfor (In P) 1.2 Kadmiyum Diarsenik (CdAs 2 ) 1.0

77 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Kristal Yapı Yarıiletken malzemeler kristal yapıya sahiptir. Yani atomlar kendini tekrar eden düzenli bir dizilim gösterirler. Kristal yapı içerisindeki atomlar ise birbirlerine kovalent bağlarla bağlanırlar. Kovelant bağ, bir atomun valans elektronlarının birbirleri ile etkileşimi sonucu meydana gelir.

78 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Kristal Yapı Her silikon atomu, kendisine komşu diğer 4 atomun valans elektronları kullanarak şekildeki gibi bir yapı oluşturur. Bu yapıda her atom, 8 valans elektronunun oluşturduğu etki sayesinde kimyasal kararlılık sağlar. Bu nedenle saf silikon kristali yalıtkan özellik gösterir. Her bir silikon atomunun valans elektronu, komşu silikon atomunun valans elektronu ile paylaşımı sonucunda kovalent bağ oluşur.

79 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çiftleri E g = 1.1 ( ev ) Bu bölümde, enerji bantları arasında elektronların nasıl yönlendiklerini inceleyeceğiz. Şekilde, dışarıdan herhangi bir enerji ile uyarılmamış (durgun) silikon kristalinin enerji bant diyagramı gösterilmiştir. Silikon (silisyum) kristalinin valans bandında 4 elektron bulunur. Silikon (silisyum) kristali, durgun halde, iletim bandında elektron bulunmaz. Bu nedenle yalıtkan özellik gösterir. Silikon (silisyum) yarıiletkeninin yasak bant enerjisi E g = 1.1 ev tur.

80 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çiftleri E g = 1.1 ( ev ) Foton Enerjisi Foton Enerjisi Silikon (silisyum) yarıiletkeninin valans bandında bulunan bir elektron E g = 1.1 ev değerinden daha büyük bir enerjiye sahip bir foton ile karşılaştığında, arkasında pozitif yüklü bir boşluk (hole) bırakarak iletim bandına geçer. Elektronlar iletim bandının alt tarafında, boşluklar ise iletim bandının üst tarafında kümelenirler.

81 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çiftleri E g = 1.1 ( ev ) Foton Enerjisi Foton Enerjisi Uyarılmış olan elektronlar ve boşluklar çok kısa bir süre içerisinde (10-12 s) enerjilerini kaybederler. Neticede, her bir elektron, yasak bant enerjisine eşit foton enerjisini kaybederek tekrar valans bandındaki boşluklarla birleşirler. Elektronların iletim bandında kaldıkları süreye ömür süresi (life time) adı verilir.

82 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çiftleri E g = 1.1 ( ev ) Foton Enerjisi Foton Enerjisi Eğer, iletim bandına çıkmış olan elektronlar, ömür süreleri içerisinde boşluklardan (yani artı yüklerden) bir şekilde ayrılmazlar ise, elektriksel akıma yani fotovoltaik hücredeki enerji dönüşümüne katkısı olmayacaktır. Yani bu durumu şöyle düşünebiliriz; elimizde bulunan sudaki hidrojenden faydalanmak istiyorsak onu mutlaka bir şekilde (elektroliz gibi) oksijenden ayırmamız gerekir ki kullanalım. Fotovoltaik hücrede, elektron-boşluk çiftinin ayrılmasını temin edecek kuvvet elektrik alanıdır. Gerekli olan bu elektriksel alan, katkılama adını verilen, elektriksel iletkenlik karakteristikleri birbirlerinden farklı olan yarıiletkenlerin bir araya getirilmesi ile sağlanır.

83 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çifti Saf (herhangi bir katkılama yapılmamış) Silikonun bir kısmına gerilim uygulandığında Şekilde görüldüğü gibi, iletim bandındaki serbest elektronların negatif uçtan pozitif uca hareket ederler. Saf Silikonun içerisindeki tıpkı negatif yüklü elektronlar gibi pozitif yüklü boşluklarda hareket ederler. Silikon kristali içerisinde Valans bandındaki elektronlar rahatlıkla komşu bir boşluğa taşınarak bir boşluktan diğerine hareket edebilir. Böylece, kristal yapı içerisindeki boşluklarda (elektronların hareketinin tersi yönde) hareket etmiş olacaktır. Silikon içerisindeki elektron ve boşluk hareketi (akışı)

84 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çifti Bir fotonun, silikon yarıiletkeni içerisinde bir adet elektron-boşluk çifti oluşturabilmesi için sahip olması gereken maksimum dalga boyu değeri belirlenerek, foton enerjisi-dalga boyu grafiği çizilebilir. Foton enerjisi-dalga boyu grafiği kullanılabilir ve kayıp enerji miktarlarının tespiti açısından önemlidir. Silikon için : E g = 1.12 ev

85 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Elektron-Boşluk Çifti

86 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping) Katkılama (doping), saf yarıiletken malzemeye, yapısal özelliklerini bozmayacak oranda, katkı maddesi eklenerek, elektriksel özelliklerinin kontrollü bir şekilde değiştirilmesi işlemidir. Bir fotovoltaik hücre, yasak bant enerjisinden daha yüksek enerji içeriğine sahip fotonlar tarafından tahrik edildiği sürece, yarıiletken malzeme içerisinde elektronboşluk çiftlerinin oluşumu devam eder. Buradaki temel problem, elektron ve boşlukların yeniden birleşmesi neticesinde, yük taşıyıcılarının enerji dönüşümünü tamamlayamadan ortadan kaybolmasıdır Yeniden birleşmenin önüne geçebilmek için, iletim bandındaki elektronları, boşluklardan uzak tutacak bir kuvvete ihtiyaç duyulur. Bu kuvvet, yarıiletken malzeme içerisinde oluşturulan bir elektriksel alan ile temin edilir. Söz konusu elektriksel alan, elektronları ve boşlukları zıt yönlere doğru iterek yeniden birleşmeye engel olur. Yarıiletken malzeme içerisinde elektriksel alan oluşturabilmek için, kristal içerisinde iki farklı bölge meydana getirilir.

87 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping) P-tipi Malzeme Bölgelerden biri, saf silikon kristaline periyodik tablonun 3A grubunda yer alan bir elementin, çok düşük konsantrasyonlarda ilave edilmesiyle oluşturulur. Bu katkılama işlemi sonucunda P-tipi yarıiletken oluşur. N-tipi Malzeme Diğer bölge ise yine saf silikon kristaline, bu sefer periyodik tablonun 5A grubunda bulunan bir elementin eklenmesi neticesinde meydana getirilir. Bu katkılama işlemi sonucunda N-tipi yarıiletken oluşur.

88 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping) p -tipi Malzeme Silikon kristali içerisine, 3A grubundan Bor ilave edilirse, Borun 3 adet valans elektronu ile silisyum 4 adet valans elektronu, kendi aralarında kovalent bağ yapar ve silikon atomuna ait bir valans elektronu boşta kalır. Silikon atomunun boşta kalan valans elektronu, komşu Bor atamonda bulanan boşluğu doldurur. Böylece, silikonun kristal yapısı içerisinde 1 elektron eksikliği meydana gelmiş olur. Yarıiletken kristalinden elektron alarak elektron ihtiyacına neden oldukları için, bu atomlara akseptör (alıcı) atom adı verilir. B atomundan oluşan boşluk Silikon kristali içerisinde akseptör atomlarının yer aldığı bölgede boşluk fazlalığı olduğu için bu bölüm p - tipi malzeme olarak isimlendirilir.

89 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping) n -tipi Malzeme Silikon kristali içerisine, periyodik tablonun 5A grubunda yer alan Fosfor ilave edilirse, fosforun 5 adet valans elektronu ile silisyum 4 adet valans elektronu, kendi aralarında kovalent bağ yapar. Fosforun beşinci valans elektronu kristal içerisinde serbest kalır. Kristale fazladan elektron bıraktığı için bu atomlara donör (verici) atom adı verilir. Silisyum kristali içerisinde donör atomlarının yer aldığı bölgede elektron fazlalığı olduğu için bu bölüm ise n -tipi malzeme olarak isimlendirilir.

90 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping): p - n Junction (Kavşağı) Elektron eksikliği (yada boşluk fazlalığı) olan p -tipi malzeme ile elektron fazlalığı olan n -tipi malzemenin birleştirildikleri sınıra p-n junction (kavşağı) adı verilir. p-n kavşağı bir elektriksel alan oluşmasını sağlar. Oluşan bu elektriksel alan, n-tipi malzemenin kavşağa yıkın bölgelerindeki hareketli elektronlarının, arkalarında pozitif yüklü boşluklar bırakarak, p - tipi malzemeye geçmelerine sebep olur. Sınırı geçerek p-tipi malzeme içerisine gelen elektronlar kavşağa yakın bölgede bulunan boşluklara yerleşirler. P-N Junction

91 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping): p - n Junction (Kavşağı) P-n kavşağındaki elektron ve boşluk hareketi denge durumu elde edilinceye kadar devam eder. Denge durumuna ulaşıldığında deplasyon bölgesi adı verilen bir tabaka oluşur. Deplasyon bölgesi, boşlukları p tipi malzemeye, elektronları ise n- tipi malzemeye iterek, elekron ve boşluk hareketini engeller (bu yüzden yükten arındırılmış bölge olarakta isimlendirilir). Böylece, fotovoltaik hücrede enerji dönüşümünün temel problemi olan, elektron ve boşlukların yeniden birleşmesi önlenmiş olur. Elektrik alan (potansiyel engel) Deplasyon Bölgesi

92 Yarıiletken Fiziğinin Temelleri: Katkılama (Doping): p - n Junction (Kavşağı) P-N Junction (Kavşağı) Elektrik alan (potansiyel engel) Deplasyon Bölgesi

93 Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 5: Fotovoltaik Hücre Karakteristikleri Fotovoltaik Hücrede Enerji Dönüşümü Fotovoltaik Hücre Parametreleri I-V İlişkisi Yük Çizgisi Kısa Devre Akımı Açık Devre Voltajı MPP (Maximum Power Point) Dolgu Faktörü Şönt Direnci Seri Direnç Fotovoltaik Hücre Verimi Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

94 Fotovoltaik Hücrede Enerji Dönüşümü Bir fotovoltaik hücre güneş ışığına maruz bırakıldığında, yeterli enerji içeriğine sahip fotonlar sayesinde kristal içerisinde elektron-boşluk çiftleri meydana gelir. Bu hareketli yük taşıyıcıları eklem (kavşak/junction) bölgesine yaklaştığında, deplasyon bölgesindeki (yükten arındırılmış bölgedeki) elektriksel alan sayesinde, Şekilde görüldüğü gibi elektronlar n bölgesine; boşluklar ise p bölgesine doğru itilirler.

95 Fotovoltaik Hücrede Enerji Dönüşümü Kristalin iki kutbunda zıt yüklerin toplanması, bir potansiyel fark meydana getirir. İletken bir tel ile iki kutup Şekildeki gibi birleştirilirse, n bölgesindeki elektronlar, p bölgesindeki boşluklara doğru hareket eder. Burada boşluklarla yeniden birleşen elektronlar devreyi tamamlarlar. Akımın yönü, elektron hareketine zıt yönde gerçekleşir. Bir diğer ifadeyle, p bölgesinden n bölgesine doğrudur.

96 Fotovoltaik Hücre Parametreleri Fotovoltaik hücreler, güneş ışınları sayesinde fotovoltajların ve fotoakımların oluştuğu geniş alanlı, düz beslemeli (ileri yönlü kutuplanmış/ polarlanmış) diyotlardır. Diyot, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır Fotovoltaik hücre parametrelerinin hassas bir şekilde tespit edilebilmesi, fotovoltaik sistemlerle ilgili dizayn, kalite kontrol ve performans değerlendirme çalışmaları açısından önemlidir.

97 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Akım-Gerilim İlişkisi Fotovoltaik hücreler, güneş ışınları sayesinde fotovoltajların ve fotoakımların oluştuğu geniş alanlı diyotlardır. Fotovoltaik bir hücrede Akım-Gerilim (voltaj) ilişkisi, fotoakım diyot akım paralel akım K ve α sabit sayılar I S : Doyma akımı R S : Seri direnç q : Elektronik yük A : İdealite katsayısı k B : Boltzman sabiti T j : Kavşak (junction) sıcaklığı R Sh : Paralel direnç

98 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Akım-Gerilim İlişkisi Fotovoltaik Hücrede Akım Gerilim İlişkisi fotoakım α 1 α 2 α 3 : Sabit katsayılar E Eref T J : Güneş ışınım akısı : Referans ışınım akısı (1000 W/m2) : Kavşak (junction) sıcaklığı T ref : referans sıcaklık (298 K)

99 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Akım-Gerilim İlişkisi Bu eşitliği dayanarak, fotovoltaik hücre eşdeğer devresi aşağıdaki gibi çizilebilir.

100 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Akım-Gerilim İlişkisi Akım Gerilim (Voltaj) (I V) karakteristiği genelde iki boyutlu bir grafikte; dikey eksen akımı (Amper cinsinden), yatay eksen ise gerilimi (Volt cinsinden) temsil edecek biçimde şekildeki gibi gösterilir.

101 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Akım-Gerilim İlişkisi (I V) karakteristiği, fotovoltaik hücrenin uçlarına test direnci takılıp, açık devreden kısa devreye kadar değeri değiştirilir ve bu sırada direncin üzerindeki voltaj ve akım değerleri ölçülerek elde edilir. Aşağıdaki şekilde (I-V) karakteristik eğrisinin ölçülebilmesi ve çizilebilmesi için örnek bir elektriksel devre düzeneği gösterilmiştir. Bir (I-V) eğrisi belirli bir güneş ışınım akısı altında çizilir ve farklı güneş ışınım akıları için ölçümler tekrarlanır. Voltmetre Fotovoltaik hücre Reosta Ampermetre

102 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Akım-Gerilim İlişkisi Bir (I-V) eğrisi belirli bir güneş ışınım akısı altında çizilir ve farklı güneş ışınım akıları için ölçümler tekrarlanır.

103 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Yük Çizgisi Yük çizgisi, doğrusal olmayan bir performans sergileyen bir aletin çalışma noktasını bulmak için kullanılan grafiksel bir tekniktir. Herhangi bir anda, değişken direncin uçları arasındaki voltaj: Yük çizgisi Fotovoltaik hücrenin (I-V) eğrisi üzerine çizilen yük çizgisi 1/R eğimine sahip olacaktır. S R P E X Y Z A

104 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Yük Çizgisi Küçük R değerleri büyük eğim oluşturur. Büyük R değerleri küçük eğim oluşturur. Yük çizgisinin (I-V) eğrisini kestiği nokta çalışma noktası (yada Q noktası) olarak adlandırılır. Belirli bir direnç değeri için çalışma noktası güneş ışınım akısı değeri, arttıkça A noktasında E noktasına doğru hareket eder. Bunun sonucu olarak, hem yük voltajı hem de yük akımı güneş ışınım akısı değeri ile artar. Benzer şekilde, belirli bir güneş ışınım akısı için, azalan R, çalışma noktasını P, R, S noktalarına doğru kaydırırken; artan R, ise çalışma noktasını X,Y,Z noktalarına doğru kaydırır. A S R P E X Yük çizgisi Y Z

105 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Yük Çizgisi Örnek 5.1 Fotovoltaik hücrenin I-V karakteristiği Şekilde verildiği gibidir. Fotovoltaik hücre 0.2 ohm luk dirençsel yüke bağlanmıştır. Buna göre: a) Yük çizgisini çizin, b) Direnç üzerinden geçen akımı bulunuz, c) Direncin uçları arasındaki voltajı bulunuz, d) Direçteki güç kaybını hesaplayınız, e) Işınım akısı değeri 1000 W/m2 olduğu durum için direncin uçları arasındaki voltajı hesaplayınız.

106 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Kısa Devre Akımı Kısa devre akımı, I SC ile gösterilir. Kısa devre akımı, Şekilde görüldüğü gibi, devrenin kutupları kısa devre edildiğinde ölçülen akımdır. Her güneş ışınım akısı için farklı kısa devre akımı söz konusudur. Kısa devre akımında pilin uçları arasındaki voltaj (gerilim) sıfırdır. V = 0

107 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Kısa Devre Akımı Normal güneş ışınım akısı altında, seri direnç R S çok küçüktür ve pratik amaçlı olarak hesaplamalarda ihmal edilebilir. Böylece kısa devre akımı aşağıdaki gibi sadeleşir: R S = 0 Sonuç olarak; kısa devre akımı, güneş ışınım akısına bağlı olan fotovoltaik akıma (fotoakıma) eşittir. Bu durum (I SC = I P ), fotovoltaik hücre tasarımında kullanılan en önemli prensiptir. Fotovoltaik hücreyi kısa devre akımına yakın bir akımda çalıştırarak, hücrenin üzerine düşen güneş ışınım akısı ile doğru orantılı olan akım ölçülebilir.

108 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Açık Devre Gerilimi Açık devre gerilimi, V OC ile gösterilir. Her güneş ışınım akısı için farklı kısa devre akımı söz konusudur. Açık devre gerilimi, Şekilde görüldüğü gibi, devreden geçen akım sıfıra eşitken, fotovoltaik hücrenin kutupları arasında okunan gerilimdir. I = 0 1 / R sh 0

109 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Maksimum Güç Noktası (MPP) Maksimum güç noktası belirli bir güneş ışınım akısı altında, fotovoltaik hücrenin I-V karakteristik eğrisi üzerindeki, akım ve gerilim değerleri çarpımının (yani gücün) maksimum olduğu noktadır. Yüke aktarılan güç, yükün direncine bağlıdır ve fotovoltaik hücre MPP dışında bir yerde çalışıyor ise yüke maksimum güç aktarımı gerçekleşmez. P = V. I P max I max MPP V max

110 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Dolgu Faktörü (FF ) Fotovoltaik hücrenin dolgu faktörü, maksimum gücün kısa devre akımı ile açık devre gerilimi çarpımına oranıdır: I SC I max Buna bağlı olarak sistemden elde edilecek güç de açık-devre gerilimle (V oc ), kısa-devre akım (I sc ) ve dolgu faktörünün (FF) çarpımına eşittir. V max V OC Dolgu faktörü, seri ve paralel dirençlerden etkilenir. Dolgu faktörü için tipik değerler FF = civarıdır. Kaliteli fotovoltaik hücreler için dolgu faktörü FF 0.7 değerler alır.

111 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Seri Direnç Fotovoltaik hücredeki seri direnç R s, fotovoltaik hücre içerisindeki omik kayıplardan oluşur. Seri direnç, fotovoltaik hücre ile yükü arasında seri bir şekilde yer alır. Seri direncin değeri çok küçüktür ve (10 mohm civarlarında) ve hesaplamalarda ihmal edilebilir.

112 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Seri Direnç Seri direnç, fotovoltaik hücrenin I-V eğrisi üzerinde, açık devre gerilimi ile maksimum güç noktası arasında kalan bölgenin karakteristiğini etkileyen bir hücre parametresidir. Fotovoltaik hücrenin seri direnci artması neticesinde, Şekilde de görüldüğü gibi, I V eğrisi altında kalan alan (yani dolgu faktörü, FF) azalır ve buna bağlı olarak da fotovoltaik modülden elde edilen çıkış gücü düşer. Fotovoltaik hücre eskidikçe seri direnci artar.

113 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Paralel (Şönt) Direnç Fotovoltaik hücrenin paralel direnci R sh, fotovoltaik hücrenin kutupları arasındaki sızıntı akımları sonucu oluşur. Paralel direncin değeri çok büyüktür (100 ohm civarı).

114 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Paralel (Şönt) Direnç Paralel direnç bir fotovoltaik hücreninin I-V eğrisi üzerinde, kısa devre akımı ile maksimum güç noktası arasındaki bölgenin karakteristiğini etkileyen bir hücre parametresidir. Fotovoltaik hücrenin paralel (şönt) direncinin azalması, Şekilde de görüldüğü gibi, I-V eğrisi altında kalan alanı (yani dolgu faktörü, FF) azaltır ve buna bağlı olarak da, fotovoltaik modülden elde edilen çıkış gücü azalır. Fotovoltaik hücre eskidikçe paralel direnç azalır ve bunun sonucu olarak da sızıntı akımları artar ve dolgu faktörü azalır.

115 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Sıcaklık Değişimleri Fotovoltaik hücreler kavşak (eklem/junction) sıcaklığından etkilenirler. Sıcaklık arttıkça potansiyel fark azalır ve bunun sonucu olarak da küçük açık devre voltajı oluşur. Silikon bir fotovoltaik hücredeki potansiyel fark 2.3 mv/ o C dir. Fotovoltaik hücre akımının sıcaklıkla değişimim ihmal edilir. Güç, gerilim ve akım çarpımına eşit (P = V. I) olduğuna göre, fotovoltaik hücre sıcaklığı düştükçe güç artar. Fotovoltaik hücrenin rengi koyu oluğu için çok güneş ışığı emer, bu nedenle, fotovoltaik hücrenin kavşak (eklem/junction) bölgesindeki sıcaklık çevre sıcaklığından yüksektir. Soğuk bir fotovoltaik hücre daha yüksek bir gerilim oluşturur.

116 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Sıcaklık Değişimleri Sıcaklık arttıkça potansiyel fark azalır ve bunun sonucu olarak da küçük açık devre voltajı oluşur. Fotovoltaik hücre akımının sıcaklıkla değişimi ihmal edilir.

117 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Sıcaklık Değişimleri Güç, gerilim ve akım çarpımına eşit (P = V. I) olduğuna göre, fotovoltaik hücre sıcaklığı düştükçe güç artar. Sıcaklık artıyor

118 Fotovoltaik Hücre Parametreleri : Sıcaklık Kontrolü

119 Fotovoltaik Hücre Verimi Bir fotovoltaik hücre için verim kavramı, ışınım enerjisinin ne oranda elektrik enerjisine dönüştürülebildiği şeklinde tanımlanabilir. Fotovoltaik Hücre Verimi = Üretilen Elektrik Enerjisi Gelen Işınım Enerjisi Fotovoltaik sistemlerde performans değerlendirme ölçütü olarak yaygın biçimde enerji verimi ve güç dönüşüm verimi kavramları kullanılmaktadır. Fotovoltaik Hücre Verimi Enerji Verimi Güç Dönüşüm Verimi

120 Fotovoltaik Hücre Verimi: Enerji Verimi Enerji verimi, fotovoltaik hücre tarafından üretilebilecek teorik gücün, hücre yüzeyine gelen ışınım enerjisine oranı olarak ifade edilir. Herhangi bir işletme koşulunda bir fotovoltaik hücrenin üretebileceği teorik güç, Şekilde görüldüğü gibi kısa devre akımı ve açık devre voltajı ile sınırlanan dikdörtgensel bölgenin alanına eşittir. Fotovoltaik hücre için enerji verimi I SC V OC G A : Kısa devre akımı (A) : Açık devre gerilimi (V) : Işınım enerjisi (W/m 2 ) : Fotovoltaik hücre yüzey alanı, m 2 )

121 Fotovoltaik Hücre Verimi: Güç - Dönüşüm Verimi Güç dönüşüm verimi, Şekil de görüldüğü gibi seri ve şönt direnç etkilerini dikkate alacak şekilde, bir fotovoltaik hücreye ait I V eğrisi altında kalan alanın, hücre yüzeyine gelen ışınım enerjisine oranı ile belirlenir. Fotovoltaik hücre için Güç dönüşüm verimi

122 Fotovoltaik Hücre Verimi Fotovoltaik hücrelerin verimleri, belirli standart koşullar altında testler yapılarak ortaya konur. Bu standart koşullar: Karasal Uygulamalar İçin ASTM G173: 25 C o AM 1.5 (Zenit Açısı, θ = 48.2 o ; AM = 1/cos θ) 1000 W/m 2 Uzay Uygulamalar İçin ASTM E490: AM 0 (Zenit Açısı, θ = 0; AM = 1/cos θ) 1367 W/m 2 Hücre verimleri yukarıda verilen standart koşullara göre test edilirken, sıcaklığın hücre verimi üzerindeki etkisini ihmal etmek amacı ile hücre sıcaklığı sabit tutulur.

123 Fotovoltaik Hücre Verimi Hava koşulları, bir fotovoltaik hücrenin üreteceği güç değerini ve dolayısıyla da verimini önemli ölçüde etkiler.

124 Fotovoltaik Hücre Verimi Güneş yoğunluğu, bir fotovoltaik hücrenin üreteceği güç değerini ve aynı zamanda verimini önemli ölçüde etkiler.

125 Fotovoltaik Hücre Verimi Fotovoltaik hücrenin ürettiği enerji, hava koşullarının yanı sıra güneşle olan açısına bağlı olarak değişir. Kosinüs Kuralı Güneş ışınımı yüzeye dik olarak gelmediği durumlarda, yüzeye düşen güneş ışınım miktarı, güneş ışınları ile yüzeyin normali arasında kalan açının kosinüsü ile orantılı olarak azalır.

126 Fotovoltaik Hücre Verimi Enerji aktarımının en yüksek olabilmesi için MPP noktasının izlenmesi gerekir. MPP

127 Fotovoltaik Hücre Verimi Atmosferde kat edilen yolun uzunluğu Sıcaklık Güneş geliş açısı Hücre verimini etkileyen Faktörler Güneşlenme süresi Hücre malzemesi Güneş Işınım Yoğunluğu

128 Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 6: Fotovoltaik Hücre Çeşitleri Kristal Yapılı Hücreler Mono-Kristal Yapılı Silikon Hücre Poli-Kristal Yapılı Silikon Hücre İnce Filmli Hücreler Fleksibıl Fotovoltaik Hücreler Çok Eklemli Hücreler Nano-Fotovoltaik Hücreler Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

129 Fotovoltaik Hücre Çeşitleri Fotovoltaik teknolojideki gelişmelerin asıl amacı, sadece hücrelerin verimliliğini artırmak değil, aynı zamanda üretim maliyetini de azaltmaktır. Böylece, fotovoltaik teknolojinin farklı uygulamalarda kullanılması olanağı ortaya çıkacaktır. Mevcut fotovoltaik teknolojide güncel olarak kullanılan dört ana hücre tipi bulunmaktadır: Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler İncel Filmli Fotovoltaik Hücreler Çok Eklemli Fotovoltaik Hücreler Nano-Fotovoltaik Hücreler

130 Fotovoltaik Hücre Çeşitleri Güneş ışığı hücre yüzeyine ulaşınca, hücrenin bir tarafında bulunan katot tabakasındaki uyarıcı elektronlar, iletkene doğru hareket ederek hücrenin diğer tarafındaki anota çarparlar. Eğer anot ile katot birbirine bağlanırsa elektrik adını verdiğimiz elektron akışı sağlanır. Bu durumda anot ile katot arasına bir ampül bağlanırsa, ampülün yandığı görülür.

131 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler Tek Kristalli (Mono-kristal) Çok Kristalli (Poli-kristal) Verimleri yüksek Üretim Maliyeti Yüksek Verimleri Düşük Üretim Maliyeti Düşük Tane Sınırları Mono-Kristal Poli-Kristal Mono-Kristal

132 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler: Mono-Kristal Si Hücre Mono-kristal silikon hücre, fotovoltaik hücre üretiminde en yaygın kullanılan malzemelerden biridir. Mono-kristal silikon hücrelerin üretim maliyetleri yüksektir. Bu durum poli-kristal silikon hücrelerin daha yaygın kullanımına neden olmuştur. Mono-kristal silikon hücrelerin ömürleri uzundur. Mono-kristal silikon hücrelerin yüzeyi siyah veya açık mavi renklidirler.

133 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler: Mono-Kristal Si Hücre Silikonun fotovoltaik hücre teknolojisinde yaygın olarak kullanılmasının başlıca nedenleri: Elektriksel, optik ve yapısal özelliklerinin uzun süre değişmemesi Silikon üretim teknolojisinde önemli başarılar sağlanmış olması Saf mono-kristal silikon üretimi oldukça zor, zahmetli ve pahalı bir teknolojidir. Oksijenden sonra dünya üzerinde en çok bulunan silikon, en çok kum ve kuvars biçiminde bulunur. Kum içerisinde bulunan silikon oranı çok yüksek olmadığı için kullanıma uygun değildir. Kuvars %90 nı silikondur ve kuvars işlenerek %99 saflıkta silika elde edilir. Ardından, silikandan metalurji kalitesinde silisyum elde edilir. Bunu izleyen aşamada, silisyum saflaştırılarak, yarı iletken özelliğinde poli-kristal silikon elde edilir. Yarı iletken özellikte ve saf özellikte mono - kristalli silikon elde etmek üzere polikristal silikon yeniden eritilir, büyütülür. Çekirdekler, çok düşük hızla ergimiş silikon banyosundan çekilerek mono-kristal silikon elde edilir.

134 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler: Mono-Kristal Si Hücre Kuvars Silika Poli-Kristal Silikon Mono-Kristal Silikon

135 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler: Czochralski Metodu Mono-kristal malzeme üretiminde kullanılan en genel teknik Czochralski Metodudur (CZ Metodu). Bu teknikte, çekirdek olarak bilinen mono-kristal malzemenin küçük bir parçası, sıvı fazda olan aynı malzemenin yüzeyi ile temas ettirilir ve daha sonra yavaşça eriyikten dışarı çekilir. Çekirdek yavaşça çekildiği için katı ve sıvı yüzeyler arasındaki düzlemler boyunca katılaşma meydana gelir. Genelde, kristal eriyikten dışarıya düşük bir hızla döndürülerek çekilir. Böylece eriyik karıştırılarak içerisinde daha düzenli sıcaklık dağılımı elde edilmesi sağlanmış olur. Bor ve fosfor gibi kirlilik atomlarının belirli bir miktarı büyütme sırasında eriyik içerisine eklenerek katkılama işlemi gerçekleştirilir.

136 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler: Poli-Kristal Si Hücre Poli- kristal malzemelerin iç yapısında yer alan tane sınırlarının büyüklükleri, malzemenin elektriksel, optik ve yapısal özelliklerinin kalitesini etkiler. Tane sınırları arasındaki süreksizlikler, özellikle elektriksel yük taşıyıcıların aktarılmasında önemli ölçüde engelleyici rol oynar. Bu durum, poli-kristal fotovoltaik hücrelerin verimlerinin mono-kristal hücrelere göre daha düşük olmasına yol açar. Ancak poli-kristal silikon üretim teknolojisi, mono-kristal ile karşılaştırıldığında, daha kolay ve daha az maliyetlidir. Mono-Kristal Tane Sınırları Ticari poli-kristal silikon (pc-si) fotovoltaik hücrelerin verimleri %12-15 arasında değişir. Poli-Kristal

137 Kristal Yapılı Fotovoltaik Hücreler: Poli-Kristal Si Hücre Fotovoltaik endüstride maliyetleri azaltma ve üretim verimin artırma çabaları, yeni kristalleştirme tekniklerinin geliştirilmesine neden olmuştur. Başlangıçta, silikon maliyeti 340 $/kg iken, Fotovoltaik endüstride yaygın olarak poli-kristal malzeme kullanılmaktaydı. Ancak, zaman içerisine silikon fiyatları 50 $/kg a kadar düşmesi ile birlikte, üretim verimlerinin poli-kristallere göre %15 oranın daha düşük olmasına rağmen, monokristal üretim tercih edilir duruma gelmiştir.

138 İnce Filmli Fotovoltaik Hücreler Fotovoltaik hücre üretiminde kullanılan malzemenin ve işçiliğin azaltılması, teknolojinin basitleştirilerek maliyetlerinin düşürülmesine yönelik yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları, yarı iletken malzemenin geniş yüzeyler üzerine ince bir film şeklinde kaplanmasını gündeme getirmiştir. İnce bir film yarıiletken malzeme büyüklükleri 1/10 3 1/10 6 mm arasında değişen katmanlardan oluşur.

139 İnce Filmli Fotovoltaik Hücreler İnce filmli fotovoltaik hücrelerin verimleri, kristal silikon fotovoltaik hücreler kadar yüksek değildir. İnce filmli fotovoltaik hücrelerin verimlerinin düşük olmasını temel nedeni, kalınlıkları çok az olduğu için, hücre kalınlığında daha uzun dalga boylu güneş ışınlarının hücre tarafından soğrulamamasıdır. Mono-Kristal Poli-Kristal İnce film Verim: % Verim: % Verim: % 8-12 İnce filmli fotovoltaik hücrelerin üretimleri oldukça ucuzdur. Zira, ince film hücre üretiminde kullanılan yarıiletken malzeme, kristal yapılı fotovoltaik hücre üretiminde kullanılanın yalnızca %1-2 si oranındadır.

140 İnce Filmli Fotovoltaik Hücreler: Fleksibıl CIGS Hücreler İnce film teknolojisinde, son yıllarda ilgi, CIGS (Bakır İndiyum Galyum Selenid) esaslı, metal veya plastik folyo üzerindeki fleksibıl fotovoltaik hücrelerin üzerine kaymıştır. CIGS fleksibıl fotovoltaik hücrelerin en önemli avantajları, verimleri yüksek ve kararlılıklarını uzun süre devam ettirebilmeleridir. Bununla birlikte, CIGS fleksibıl fotovoltaik hücreler uzaysal ışınıma karşı toleranslarının, yaygın olarak kullanılan Si ve GaAs hücrelerden 2-4 daha fazla oluşu nedeniyle, uzay uygulamalarında oldukça önemli bir potansiyele sahiptir. Yine bu teknolojinin en önemli avantajlarından birisi, esnek yapıları sayesinde uygulanacak geometrinin tam olarak formunu alabilmeleridir. Dolayısıyla geometriyi bozmazlar. Örneğin, uçak kanadına uygulanabilirler ve kanadın aerodinamiğini herhangi bir şekilde etkilemez.

141 Çok Eklemli (Kavşaklı) Fotovoltaik Hücreler Tek eklemli fotovoltaik hücrelerin verimleri maksimum %31 düzeylerindedir. Oysaki, güneş ışınım spektrumu daha etkin bir şekilde kullanılarak verim daha yüksek düzeylere çekilebilir. Bu durumu dikkate alan araştırmacılar, çok eklemli fotovoltaik hücre ile ilgili çalışmalara yönelmişlerdir. Çok eklemli fotovoltaik hücreler, farklı yasak bant enerjilerine sahip iki veya daha fazla hücre birleştirilerek oluşturulurlar ve farklı dalga boylarına sahip fotoların enerjilerinden daha yüksek oranda yaralanılır.

142 Çok Eklemli (Kavşaklı) Fotovoltaik Hücreler Günümüzde, çok eklemli hücrelerin verimleri %41 seviyelerine ulaşmıştır.

143 Çok Eklemli (Kavşaklı) Fotovoltaik Hücreler Ancak bu teknolojini en büyük dezavantajı maliyetli oluşudur. Bu nedenle, günümüzde, bu tip fotovoltaik hücreler daha çok uzay uygulamalarında kullanılmaktadırlar. Teorik ideal bir fotovoltaik hücre, mor ötesi ile kızıl ötesi ışınım arasındaki bütün dalga boylarındaki ışınımın küçük aralıklarına duyarlı yüzlerce farklı katmandan oluşabilir. Bu durumda, %70 gibi olağanüstü bir verime ulaşmak mümkündür. Ancak bu tür bir karmaşık yapıdaki fotovoltaik hücre üretimindeki zorluklar henüz böyle bir tasarımı mümkün kılmamıştır.

144 Nano-Fotovoltaik Hücreler Nano-fotovoltaik, 21. yüzyıl fotovoltaik teknolojisidir. Nano-mikro kristal yapılı yüksek enerji etkin fotovoltaik hücrelerin üretimini kapsamaktadır. Bu teknoloji ile diğer fotovoltaik hücrelere göre % 8 ile 10 arasında daha iyi verimli hücre üretim potansiyeli mevcuttur.

145 Nano-Fotovoltaik Hücreler

146 Fotovoltaik Teknoloji Bölüm 7: Fotovoltaik Sistem Tasarımı Fotovoltaik Sistemler On-Grid Sistemler Off-Grid Sistemler Fotovoltaik Sistem Bileşenleri Modül Batarya Dönüştürücü Dolum Kontrol Cihazı Fotovoltaik Sistem Tasarımı Dr. Osman Turan Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi

147 Fotovoltaik Sistemler Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren sistemlere "Fotovoltaik Sistemler" denir. Fotovoltaik Sistemler Şebeke bağlantılı (on-grid) sistemler Şebekeden bağımsız (off-grid) sistemler

148 Fotovoltaik Sistemler: On-Grid Sistemler Şebeke Bağlantılı Sistemlerde, kullanıcının enerji tüketimi, fotovoltaik sistemin ürettiği enerjiden karşılanır. Tüketimin üretimden fazla olduğu durumlarda kullanıcı tüketim fazlası enerjiyi şebekeden alır; buna karşılık, kullanıcının tüketimi üretiminden az olduğu durumlarda ise üretim fazlası enerji ile şebeke beslenir.

149 Fotovoltaik Sistemler: On-Grid Sistemler Şebeke bağlantılı (On-Grid) fotovoltaik sistemlerin en gelişmişi, fotovoltaik elektrik santralleridir.

150 Fotovoltaik Sistemler: Off-Grid Sistemler Şebekeden bağımsız (off-grid) sistemlerde, fotovoltaik paneller ile üretilen elektrik enerjisi akülerde depolanır ve kullanıcı enerji ihtiyacını (gece-gündüz) bu akülerden sağlar. Sistemin kapasitesi, otonomi süresi boyunca (güneşten elektrik üretilemediği süreç) kullanıcının ihtiyacını karşılayacak şekilde boyutlandırılabilir. Şebekeden bağımsız (off-grid) sistemlerde, akım ile beslenen bir makine, tesis veya bir konut olabilir.

151 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri Fotovoltaik sistemlerin tek parçası fotovoltaik hücreler, modüller ya da dizinler değildir. Birçok uygulamada, üretilen fazla elektriği gece kullanabilmek ya da bulutlu günlerde kullanmak üzere bataryalarda depolamak gerekir. Ev ve işyeri uygulamalarında çoğunlukla alternatif akım (AC) kullanılır. Fotovoltaik modüller ise doğru akım (DC) üretir. Bu nedenle DC akım bir dönüştürücü (inverter) ile AC akıma dönüştürülür. Uygulamaya göre diğer kontrol ve ara yüz devreleri gerekli olabilir.

152 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri Temel Bileşenler PV Modül Batarya kontrol ünitesi Batarya Dönüştürücü (inverter) 3 Yardımcı Bileşenler Sayaç Güç izleyici Sigorta Diyot Kablo Montaj malzemeleri

153 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül Tek bir fotovoltaik (PV) hücrenin sağladığı güç oldukça küçüktür. MARSROCK firmasına ait Polycrystalline Silicon Solar Cell 156x156, verim %17, güç 4 W. Bu nedenle, pratik uygulamalarda daha yüksek miktarlarda güç elde edebilmek için çok sayıda fotovoltaik hücre birbirine bağlanır. Fotovoltaik hücreler seri, paralel ve karışık olmak üzere üç farklı şekilde bağlanırlar. Hücre Modül Dizin Fotovoltaik Sistem

154 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül BPSX170B (170 W) SW 280 (280 W) LG270S1C-A3 (270W)

155 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül Seri Bağlama n tane özdeş fotovoltaik hücre seri bağlanırsa, toplam voltaj tek bir hücrenin voltajının n katı kadar olacaktır. Toplam akım ise, bir hücreden geçen akıma eşit olacaktır. Yandaki şekil iki hücre seri bağlanması durumunda I-V karakteristiğinde meydana gelen değişimi göstermektedir.

156 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül Paralel Bağlama m tane özdeş fotovoltaik hücre paralel bağlanırsa, toplam akım tek bir hücreden geçen akımın m katı kadar olacaktır. Toplam gerilim ise, bir hücrenin gerilimine eşit olacaktır. Aşağıdaki şekil iki hücre seri bağlanması durumunda I-V karakteristiğinde meydana gelen değişimi göstermektedir.

157 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül Karışık Bağlama n tane özdeş fotovoltaik hücre seri, m tane özdeş fotovoltaik hücre paralel bağlanırsa, toplam voltaj tek bir hücrenin voltajının n katı kadar olacaktır. Toplam akım ise, bir hücreden geçen akımın m katına eşit olacaktır. Aşağıdaki şekil özdeş iki hücre karışık bağlanması durumunda I-V karakteristiğinde meydana gelen değişimi göstermektedir. Karışık bağlama

158 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül: PV Modüllerin Bağlanması By-pass Diyotu By-pass diyotları bir modülün arızalı olması durumunda düşük dirençli bir yol sağlamak için kullanılırlar. Modüllere paralel bağlanırlar. By-pass diyotlarının amacı, modüllerden birinin zarar görmesi halinde dizinin güç üretimine devam etmesini sağlamaktır. Blok Diyotu Blok diyotları, fotovoltaik sistemin ışık almadığı (gece veya gölgelenme olduğu) zamanlarda akımın bataryadan tekrar modüllere dönmesini engelleyerek, bataryanın boşalmasının önüne geçmek amacıyla kullanılırlar.

159 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül: PV Modül Parametrelerinin Belirlenmesi Fotovoltaik modül parametreleri, üretici firmalar tarafından, belirli standart koşullar altında yapılan testler sonucunda belirlenir. Karasal Uygulamalar İçin ASTM G173: T cell = 25 C o AM 1.5 (Zenit Açısı, θ = 48.2 o ; AM = 1/cos θ) G = 1000 W/m 2 Ayrıca üretici firmalar aşağıdaki koşullar altında ve modülün Normal Çalışma Sıcaklığındaki (Normal Operating Cell Temperature, NOCT = o C) modül parametrelerini belirlerler. T çevre = 20 C o AM 1.5 (Zenit Açısı, θ = 48.2 o ; AM = 1/cos θ) G = 800 W/m 2 Ort. Rüzgar hızı : 1 m/s

160 Fotovoltaik Sistem Bileşenleri : PV Modül: PV Modül Parametrelerinin Belirlenmesi LG 250 Black Mono X LG250S1C-G2