YE-1030 GÜNEŞ HÜCRESİ (PV) EĞİTİM SETİ DENEY FÖYLERİ

Transkript

1 1 YE-1030 GÜNEŞ HÜCRESİ (PV) EĞİTİM SETİ DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ. Küçük Sanayi sitesi 12 Ekim Cad. 52.Sok. No:18A BALIKESİR Tel: Faks: mail: BALIKESİR-2016

2 2 İçindekiler GÜNEŞ HÜCRESİ (PV) EĞİTİM SETİ DEVRE ŞEMASI... 3 TEKNİK ÖZELLİKLER... 4 CİHAZ KULLANIM KLAVUZU... 4 GÜNEŞTEN ELEKTRİK ÜRETİMİ (FOTOVOLTAİK PANELLER)... 5 GÜNEŞ PİLLERİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ... 5 GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPISI... 6 GÜNEŞ PİLİ TÜRLERİ... 8 GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİ... 9 Şebeke Bağlantılı Sistemler (On Grid):... 9 Şebekeden Bağımsız Sistemler (Off-Grid):... 9 NEDEN GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANMALIYIZ? Avantajları Dezavantajları DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR DENEYLER DENEY NO: YE Güneş panelinin genel bağlantı şeması DENEY NO: YE Güneş hücresi anlık elektriksel çıkış gücünün hesaplanması DENEY NO: YE Güneş hücresi veriminin bulunması DENEY NO: YE Güneş hücresi gücünün açıya bağlı olarak değişiminin incelenmesi ÖNEMLİ NOTLAR... 31

3 1) GÜNEŞ HÜCRESİ (PV) EĞİTİM SETİ DEVRE ŞEMASI 3

4 4 2) TEKNİK ÖZELLİKLER S.no MALZEMENİN ADI ÖZELLİĞİ 1 Güneş Paneli 80 W, 4.55 A, 17.6 V (2 Adet) 2 İnverter Monofaze, çıkış gücü 300 W çıkış gerilimi 220 VAC 3 Akü PYG 12V 14Ah /10 HR 4 DC FAN 12 V, 0.90 A 5 DC Lamba 12 V, 60 W 6 AC FAN 220/240 V, 50/60 Hz, 0,14 A 7 AC Lamba 220V, 75 W 3) CİHAZ KULLANIM KLAVUZU 1. Cihaz kullanılmadığı zaman güneş hücrelerinin üstü kapatın. 2. Güneş hücrelerinin üstü nemli bir bezle temizlenerek güneş ışınlarını rahat göreceği yere yerleştirin.

5 5 4) Güneşten Elektrik Üretimi (Fotovoltaik Paneller) Güneş enerjisinden farklı yöntemlerle elektrik üretimi mümkün olmakla birlikte, bu konuda teknolojisi en gelişmiş yöntem, güneş panelleri (fotovoltaik paneller) vasıtasıyla enerji üretilmesidir. Bu teknolojide güneş ışınlarının panel yüzeyine ulaşması ile yarıiletken malzemeler kullanılarak enerji dönüşümü sağlanmaktadır. 5) Güneş Pillerinin Çalışma Prensibi Fotovoltaik etki, Güneş Pillerinin güneş ışınlarını elektrik enerjisine dönüştürdüğü basit bir fiziksel işlemdir. Güneş ışığı, foton veya güneş enerjisi parçacıklardan oluşur. Güneş ışığından gelen fotonlar farklı dalga boylarından oluşmaktadır ve bu farklı dalga boylarına karşılık gelen çeşitli miktarda enerji içerirler.

6 6 Fotonlar PV yüzeyine çarptığı zaman oluşabilecek üç muhtemel durum vardır. Foton yansıyabilir, absorbe edilebilir ya da direk olarak geçebilir. Sadece absorbe edilen fotonlar elektrik üretebilir. Bu durumda fotonun enerjisi çarptığı hücredeki elektrona transfer edilir. Elektron elde ettiği bu enerji ile normal pozisyonundan kaçarak bir elektrik devresindeki akımın bir parçasını oluşturarak güneş ışığını elektrik enerjisine çevirmiş olur. 6) Güneş Pillerinin Yapısı Bir PV hücresi içerisindeki elektrik alanı meydana getirmek için, iki ayrı yarı iletkenleri birlikte sıkıştırılmıştır. Saf yarı iletken malzemeler elektriği ne iyi iletir ne de kötü iletir. Bunun sebebi, değerlik bandındaki elektron sayısı sınırlıdır. Saf bir yarı iletkenin elektron ve oyuk sayısı artırılarak iletkenliği artırılabilir. Bu durum saf bir yarı iletkene katkı maddesi eklenerek oluşturulur. Katkı maddesi eklenerek oluşturulan iki tip yarı iletken vardır. Bunlar pozitif (p) ve negatif (n) tip yarı iletkenlerdir. Bir PV hücresi, pozitif (p) ve negatif (n) tip yarı iletken malzemeden oluşur.

7 7 Bir güneş hücresinin katmanlarının gösterimi

8 8 7) Güneş Pili Türleri Üretiminde kullanılan malzemelere göre güneş pillerinin değişik türleri mevcuttur. Tabloda güneş pilleri türeleri ile ilgili karşılaştırmalar verilmiştir.

9 9 8) Güneş Pili Sistemleri Güneş Pili Sistemleri insanların elektik enerjisine ihtiyacının olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülü uygulamalara bağlı olarak, inverterler, akümülatör, regülatör gibi kontrol cihazları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte oluşturulur. Güneş pili sistemi uygulamalar pili sistemi Uygulamaları iki ana gruba ayrılabilir; i. Şebeke bağlantılı Sistemler (On Grid) ii. Şebekeden bağımsız sistemler (Off-Grid) i. Şebeke Bağlantılı Sistemler (On Grid): Şebeke bağlantılı güneş pili sistemler büyük güç sistemleri (santral boyutunda) şeklinde olabileceği gibi binalarda küçük güçlü sistemler şeklinde de karşımıza çıkabilir. Küçük güçlü sistemlerde elde edilen enerji, kurulu olduğu sistemin elektrik enerjisi gereksinimini karşıladıktan sonra fazla olan elektrik enerjisi, elektrik şebekesine satılır. Yalnız bu durumda üretilen DC elektrik AC ye çevrilerek şebekeye uygun hale getirilir. Yeterli elektrik enerjisini üretilemediği durumda ise şebekeden elektrik enerjisi alınır. Bu sistemlerde depolama olmadığı için akü grubuna gerek yoktur. ii. Şebekeden Bağımsız Sistemler (Off-Grid): Güneş panellerinde elde edilen güç sistemin gereksinimini karşılar, fazla gelen enerji ise akülerde depo edilir. Depo edilen bu enerji güneş enerjisinin yetersiz kaldığı zaman, özellikle gece boyunca kullanılır. Akünün aşırı şarj ve deşarj durumlarında zarar görmesini engellemek için regülatör kullanılır. Sistemlerde regülatörün görevi ise akünün durumuna bakarak ya sistemin akım çekmesini durdurur ya da güneş pilinden gelen akımı keser.

10 10 9) NEDEN GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANMALIYIZ? Güneş Enerjisi ile çalışan sistemlerinin yaygınlaştırılabilmesi için bu sistemler hakkında yeterli bilgiye sahip olmak gerekmektedir. Doğal olarak her enerji aynağında ve üretim sisteminde olduğu gibi güneş enerjisi sistemlerinin de avantajları ve dezavantajları vardır. Bu amaçla avantaj ve dezavantajlar aşağıdaki şekilde sıralanmıştır. Avantajları Fosil yakıtların tükenmeye başladığı dünyamızda diğer yenilenebilir enerji kaynaklarında olduğu gibi güneş enerjisi de sonsuz, yenilenilir ve sınırsız enerji kaynağıdır. Bu güneş enerjisinin en önemli avantajıdır. Küresel ısınmanın giderek arttığı bir ortamda güneş enerjisinden enerji elde ederken karbon salınımı meydana gelmemektedir. Çevreyi kirletici atıkları olmayan, çevre dostu, gerektiğinde enerji ihtiyacına bağlı olarak kolayca değiştirilebilen sistemlerdir. Güneş enerjisinin bir diğer çevreci özelliği de çalışırken ses çıkarmadığından gürültü kirliliğine neden olmamaktadır. Güneş enerjisi yakıt maliyeti gerektirmeden sıcak su, ısınma, soğutma, endüstriyel uygulamalar, elektrik üretimi gibi birçok uygulamayı sağlamaktadır. Güneş enerjisi sistemleri enerji ihtiyacına göre kolay kurulabilir sistemlerdir. Ayrıca enerji ihtiyacının artması durumunda hızlı ve kolay bir şekilde sistemler genişletilebilir. Güneş enerjisi sistemlerinde üretim ve kurulum maliyetlerinden sonra kullanımda çok fazla bakım maliyeti oluşturmamaktadır. Güneş enerjisi ile çalışan sistemler kolaylıkla taşınıp kurulabilir. Elektrik şebeke hattı bulunmayan ya da şebeke hattının

11 11 götürülmesinin pahalı olduğu kırsal yörelerde güneş pillerinin kullanımı daha ekonomik olabilmektedir. Güneş sistemlerinin ilk kurulum ve üretim maliyetlerinin yüksek olmasına rağmen uzun dönemde düşünüldüğünde fosil yakıtlara göre başlangıçtaki ödenen maliyetin geri dönüşümü vardır. Güneş pili, dayanıklı, güvenilir ve uzun ömürlüdür. Her ev, kendi enerjisini çatısına kurduğu güneş pilleri ile karşılayabilir. Böylece iletim ve enerjiyi taşıma maliyetleri ve kayıpları ortadan kalkmaktadır. Dezavantajları En önemli dezavantajı fotovoltaik panellerin ve takip sistemli toplaçların üretim ve kurulum maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Ancak teknolojik gelişmeler ile enerji giderek yaygınlaşmakta ve maliyette düşmektedir. Güneş enerjisi sistemlerinin verimi güneşin durumuna bağlıdır. Bulutlu havalar, çevre kirliliği, güneşin yönü bazı sistemlerde verimi direkt etkilemektedir. Özellikle elektrik üretimi yapan toplaç tiplerinde gölgelemeyi önlemek için geniş alanlara ihtiyaç duyulmaktadır. Güneş enerjisi sistemlerinin gece enerji sürekliliği sağlayabilmesi için depolama sistemlerine ihtiyaç duyar. Güneş Pillerinin verimleri düşüktür.(%15 civarı). Binalarda kullanılan güneş toplaçları görünüm ve yer açısından bazı sorunlara yol açabilmektedir. Fotovoltaik hücrelerde kullanılan yarıiletken maddeler kullanım ömrü bittikten sonra çevre kirliliğine neden olabilmektedirler. Güneş enerjisi teknolojisi ulaşım amaçlı uygulamalar için henüz yeterli verime sahip değildir. Gelişmekte olan bir teknolojidir.

12 12 10) DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR Bataryayı (akü) şarj etmek için kesinlikle güneş paneline bağlantı yapmayınız. Çünkü batarya gelen voltaja göre belirli bir akım çeker, bu akım değeri normalin üzerine çıktığında bataryanın şişmesine veya sigortasının patlamasına yol açabilir. Ayrıca böyle bir bağlantı yapmanız durumunda batarya kendini sürekli şarj etmek isteyecek ve herhangi bir kesme işlemi uygulamayacaktır. Bu durumda da aynı tehlikeler ortaya çıkabilir.

13 13 Bataryadan inverterin + ve uçlarına yapılan bağlantıdan, inverterin L(faz) ve N(Nötr) uçlarına kesinlikle bağlantı yapmayınız. Zira ya batarya sigortasını ya da inverter içindeki sigorta patlar ve sisteme zarar verir.

14 14 İnverterin (+) ve ( ) uçlarını yanlış bağlamamaya dikkat ediniz. Zira batarya sigortasını attırırsınız.

15 15 Yapılan bağlantılarda AC bağlantılar yapılırsa, DC lamba veya DC fanı çalıştırmaya çalışılırsa gelen voltaj çok yüksek olacağı için lambayı patlatır veya fanın yanmasına sebep olur.

16 16 Yapılan bağlantılarda DC bağlantılar yapılırsa, AC lamba veya AC fanı çalıştırmaya çalışılırsa gelen voltaj düşük olacağı için lambayı az miktarda kızartabilir veya hiç yakmaz, fanı ise hiç döndürmez.

17 17 11) DENEYLER A) DENEY NO: YE B) DENEYİN ADI: Güneş panelinin genel bağlantı şeması C) DENEYİN AMACI: Güneş panelinin bağlantısını öğrenmek D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR - Jak bağlantı kablosu E) DENEYİN YAPILIŞI: Güneş panelinden DC fan bağlantısı

18 18 Güneş panelinden DC lamba bağlantısı

19 19 Güneş panelinden DC siren bağlantısı

20 20 Bataryadan AC lamba bağlantısı

21 21 Bataryadan AC fan bağlantısı

22 22 A) DENEY NO: YE B) DENEYİN ADI: Güneş hücresi anlık elektriksel çıkış gücünün hesaplanması C) DENEYİN AMACI: Güneş hücrelerinin belirli açılarda akım, voltaj değerlerinin hesaplanması. D) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Ana şalteri açın 2) LCD ekran üzerinden güneş hücrelerinin açısını güneş eksenine dik (90 0 ) olacak şekilde ayarlayın. 3) Şemadaki bağlantıyı uygulayın. 4) Ölçülen değerleri tabloya yazın. 5) Yukarıda uygulanan işlemleri fan bağlantısı yaparakta tekrarlayabilirsiniz. F) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, belirli açılarda akım- voltaj değerlerinin sonuçlarının grafik ve tablo üzerine aktarılması

23 23 HESAPLAR: Güç girişi: P=U*I ( kw) ÖLÇÜMLER 1(90º) 2 (75º) 3(60º) Volt, (U) 14,04 14,87 15,96 Amper, (I c ) 0,380 0,440 0,545 Güç (P) W 5,3352 6,5428 8,6982

24 24 A) DENEY NO: YE B) DENEYİN ADI: Güneş hücresi veriminin bulunması C) DENEYİN AMACI: Güneş hücrelerinin verim değerlerinin nasıl hesaplandığının incelenmesi. D) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Ana şalteri açın 2) LCD ekran üzerinden güneş hücrelerinin açısını güneş eksenine dik (90 0 ) olacak şekilde ayarlayın. 3) Şemadaki bağlantıyı uygulayın. 4) Ölçülen akım-gerilim değerleri tabloda yazın. 5) Verim hesabını yapın. 6) Yukarıda uygulanan işlemleri fan bağlantısı yaparakta tekrarlayabilirsiniz.

25 25 F) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, belirli açılarda elektriksel çıkış değerlerinin karşılaştırılması. ÖLÇÜM 1 (80º) 2(50º) 3(20º) Volt, (U) 13,46 16,38 11,31 Amper, (I c ) 0,441 0,575 0,165 Güneş radyasyon sensörü ölçümü, R (W/m 2 ) 24,09 27,44 15,73 Verim (% ) HESAPLAMALAR: Verim: = U I c R [%] 1 LUX = 1,46x10-3 W/m 2 Panel alanı = 63x50 = 3150 cm 2 = 0,315 m 2 80 º için verim hesabı = 13,46x0,441 = 0,38 = %39 24,09x0,315x2 50 º için verim hesabı = 16,38x0,575 = 0,54 = %54 27,44x0,315x2 20 º için verim hesabı = 11,31x0,165 = 0,18 = %18 15,73x0,315x2

26 26 A) DENEY NO: YE B) DENEYİN ADI: Güneş hücresi gücünün açıya bağlı olarak değişiminin incelenmesi C) DENEYİN AMACI: Güneş hücrelerinin belirli açılarda akım, voltaj değerlerinin incelenmesi. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR - Jak bağlantı kablosu E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Güneş hücrelerinin açısını güneş eksenine dik (90 0 ) olacak şekilde ayarlayın. 2) Şemadaki bağlantıyı uygulayın. 3) Ölçülen değerleri tabloda yazın. 4) Aynı işlemleri diğer açılarda da yapıp tabloya kaydedin. 5) Yukarıda uygulanan işlemleri fan bağlantısı yaparakta tekrarlayabilirsiniz. Not: Güneş panellerinin açısını değiştirmek için istenilen panel açısı butonuna basarak istenilen açıyı giriniz.

27 27 F) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, belirli açılarda elektriksel çıkış değerlerinin karşılaştırılması VOLT (V) 13,47 15,46 15,96 14,87 AMPER (A) 0,320 0,485 0,545 0,440 GÜÇ (W) 4,3104 7,4981 8,6982 6,5428

28 28 ÖNEMLİ NOTLAR: 1. Güneş paneli eğitim seti panosu üzerinde bağlantılar sadece size yol göstermek amaçlı çizilmiştir. Yapılacak olan bağlantılar siz tarafından yapılmalıdır. 2. Bataryayı (akü) şarj etmek için izlenmesi gereken adımlar: a) Panonun elektriğe bağlı olduğundan emin olun, b) Acil stop butonunun açık olduğundan emin olun, c) Sigorta ve kaçak akım rölesinin açık olduğundan emin olun, d) Ana şalteri kapayın. e) Batarya otomatik olarak kendini şarj etmeye başlayacaktır. Fakat ana şalteri açtığınız anda şarj etmeyi kesecektir.