ISPARTA VALĠLĠĞĠ ĠÇĠN PV ÜRETĠM TESĠSLERĠ TEKNĠK RAPORU

Transkript

1 ISPARTA VALĠLĠĞĠ ĠÇĠN PV ÜRETĠM TESĠSLERĠ TEKNĠK RAPORU 1 HAZIRLAYANLAR YRD.DOÇ.DR.ĠBRAHĠM ÜÇGÜL DOÇ.DR.REġAT SELBAġ YRD.DOÇ.DR.RAMAZAN ġenol SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ YEKARUM YENĠLENEBĠLĠR ENERJĠ KAYNAKLARI ARAġTIRMA VE UYGULAMA MERKEZĠ Rapor No: R2013-V01 15 OCAK 2013 ISPARTA

2 GÜNEġ ENERJĠSĠNDEN ELEKTRĠK ÜRETĠMĠ VE PV TEKNOLOJĠSĠ Güneş enerjisinden ısı, soğuk ve elektrik enerjisi üretiminde faydalanılabilmektedir. Yüzeylerine gelen güneş enerjisini fotoelektrik etki ile direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere fotovoltaik güneş pilleri (PV) adı verilir. Bir modülün yüzeyi kare, dikdörtgen ya da daire biçiminde olup alanı yaklaşık 100 cm 2 civarında ve kalınlığı 0,2 ila 0,4 mm arasındadır. Güneş enerjisi güneş pilinin yapısına bağlı olarak %5-%20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. IŞIK TANECİKLERİ (FOTONLAR) IŞIK TANECİKLERİ(FOTONLAR) GÜNEŞ PİLİ (YARI İLETKEN) ELEKTRİK ENERJİSİ 2 Bir PV sistemin en önemli parçası solar hücrelerdir. PV hücreler genellikle ingottan kesilmiş kristal silicon veya üzerine ince bir tabaka kaplanmış ince filmlerden yapılır.(wafer) yılında tüm solar hücre üretiminin %90 ı kristal silikondan üretilmiştir. Silikon ve diğer malzemeler üzerine yapılan ince film teknolojisinin PV pazarından daha büyük bir pay alacağı tahmin edilmektedir. Bu teknoloji düşük malzeme tüketimi, düşük ağırlık, pürüzsüz bir yüzey gibi avantajları barındırmaktadır. Hücre ve modül teknolojilerinin ortalama verimlilikleri ve karşılaştırmalı verileri Çizelge 1 de görülebilmektedir. Çizelge 1) Güneş Pili Verimlilikleri Karşılaştırması.

3 Güneş enerjisinden fotovoltaik güneş pilleri ile elektrik üretim sisteminin diğer güneş enerjisinden elektrik ürtim sistemleri ile sistem verimi, çalışma sıcaklıkları, ilk yatırım maliyetleri ve enerji maliyetleri yönünden karşılaştırılması çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2) Güneş Enerjisinden Elektrik Üretim Teknolojilerinin Karşılaştırılması PV sistemi hücreler modülü, modüllerde dizileri oluşturur. Bunlar aşağıdaki şekillerde gözükmektedir. 3 Şekil 1. Hücre (Cell), Panel (Modül) ve Dizi görünümleri Kristal silicon hala PV modüllerde en çok kullanılan malzemedir. Kristal silikondan yarı iletken güneş pili oluşturmak için n yada p tipi katkılanması gerekir. Buna göre ya Bor Yada Fosforla katkılanarak p yada n tipi yarı iletken elde edilmiş olur.

4 PV ÇALIġMA PRENSĠBĠ GÜLKENT TEN GÜNKENT E YEKARUM LA Şekil 2. PV çalışma Prensibi PV nin çalışması için yarı iletkenin eklem bölgesinde fotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi, bu dönüşüm 2 aşamada olur. İlk olarak eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-boşluk çiftleri oluşturulur. İkinci olarak ise bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirinden ayrılır. Ayrılan bu çiftler güneş pilinin uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluşturur. ( Şekil 3.) 4 Şekil 3. Güneş Hücre Katman ve Kontakları PV Üretim Süreçleri ve Teknolojileri PV Teknolojisinde üretim süreçleri aşağıdaki aşamalardan oluşur. 1.Solar Kalite Silikon Üretimi 2.İngot Üretimi 3.Wafer Üretimi 4.Solar Cell Üretimi 5.Solar Panel Üretimi

5 Polysilicon Polysilicon Ingot Wafer Solar Cell Solar Panel System Şekil 4. PV Üretim Süreçleri Panel Bir PV sistemin en önemli parçası solar hücrelerdir. PV hücreler genellikle ingottan kesilmiş kristal silicon veya üzerine ince bir tabaka kaplanmış ince filmlerden yapılır yılında tüm solar hücre üretiminin %90 ı kristal silikondan üretilmiştir. Silikon ve diğer malzemeler üzerine yapılan ince film teknolojisinin PV pazarından daha büyük bir pay alacağı tahmin edilmektedir. Bu teknoloji düşük malzeme tüketimi, düşük ağırlık, pürüzsüz bir yüzey gibi avantajları barındırmaktadır. Bazı teknik parametreler açısından solar hücreler için ideal bir malzeme olmamasına rağmen, kolay bulunabilirliği, teknolojisinin iyi anlaşılmış olması ve elektronik endüstrisi için geliştirilene benzer bir kullanım alanına sahip olması nedeniyle temel hammadde olmuştur. Solar hücrelerin verimi gibi kalınlığı da önemli bir faktördür. Solar hücreler wafer adı verilen kristal silikon dilimlerinden meydana gelir ve ne kadar ince olursa o kadar az malzeme tüketimi olacak ve maliyet azalacaktır. Bir wafer kalınlığı 2003 senesinde 0.32 mm iken bu değer 2008 yılında 0.17 mm ye düşmüştür. Aynı periyotda da ortalama verim %14 den %16 ya çıkmıştır yılına kadar wafer kalınlığının 0.15 mm ye düşürülmesi, ortalama verimin de %16.5 e çıkarılması hedeflenmektedir. Wafer üretimi esnasında, kesme çamuru içerisinde önemli miktarda silikon kaybı olmaktadır. Ribbon sheet technology gibi alternatif yaklaşımlar ile wafer üretiminde oluşan bu kayıpların önlenmesine çalışılmaktadır. Bu teknoloji ile ergitilmiş silikondan ince bir tabaka çekilir veya ergimiş silikon uygun bir altlık üzerine dökülür. Böylece kesme esnasında oluşan kayıplar önlenmiş olur. 5 ĠNGOT ÜRETĠMĠ: Silikon kristal büyütme işleminin monokristal yada polikristal olmasına göre farklı imal edilir. Monokristal ingotlar Cz ve Fz proseslerine göre elde edilir. Şekil 5 de Cz ve Fz prosesleri gösterilmiştir. Şekil 5. Cz ve Fz Prosesleriyle Monokristal İngot Üretimi

6 Şekil 6. Multi crystalin Prosesiyle Polikristal İngot Üretimi 6 Şekil 7. Hammadde saflaştırma Maliyeti Şekil 8. İngot ve Wafer

7 SİLİKON İNGOT İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI: 1. Ġngot Üretimi için Silikon Kristal büyütme fırını: Silisyum parçalarının bir pota içinde eritilip, kılavuz kristali izleyerek uzun ve geniş bir saf silisyum kütük üretilmesini sağlar, günümüzde kristaller mm çapında ve 1-2 m uzunlukta büyütülebilmektedirler. Şekil 9. Kristal büyütme fırınları Ġngot Silikon Kristal kesici : Büyütülen Si kristalini um kalınlığında keserek üzerinde güneş pili yapılacak olan ince wafer'lar( yaprak) üretir. Şekil 10.Kristal kesici Plazma aģındırma sistemi: Kesilen waferlerın kaliteli bir şekilde işlenebilmesi için yüzey temizliğini yapar ve pil yüzeyini pürüzsüz hale getirir. Ayrıca Fosfor katkılanmış n-tipi wafer ın p-tipinden düzgün bir biçimde ayrılmasını sağlar. Bazı üreticiler tarafındansa yüzey temizleme kimyasal yolla yapılır, NaOH wafer yüzeyini organik maddelerden ve düzensizlikten arındırır ayrıca wafer yüzeyinde piramit yapılar oluşturarak verimliği arttırmaya da yarar. 7 Şekil 11. Plazma aşındırma 2. Difüzyon Fırını: Difüzyon fırını güneş pili yongalarının üretildiği ana kısımdır. Bor katkılı p-tipi wafer üzerine fosforik asit döküplüp yüksek sıcaklığa ( o C)maruz bırakılması sonucunda fosforun wafer a difüze edilmesi ve sonuç olarak n-tipi eklemin wafer ın üst yüzeyinde oluşmasını sağlar. Şekil 12. Difüzyon fırını

8 PV TEKNOLOJĠSĠ VE TESĠS MALĠYETLERĠ 8 ġekil 13 Silicon dan Wafer' e ġekil 14. Wafer den Modül e

9 PV PANEL İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI : Cam Yükleme Ünitesi, Cam Yıkama ve Kurutma ünitesi, Eva/Tedlar Kesme ve Serme Üniteleri Stringer Dizim ve Interconnection Ünitesi Laminatörler Otomatik Junction Box ve Alüminyum Çerçeveleme Robotları Modül Testi Güneş Simulatörleri Modül Ayrım ve Gruplama Robotları. PV CELL İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI : Cell Loading ve Acid Texturing Ünitesi Phosphorus Doper Ünitesi PSG Etching & Single Side Isolation Ünitesi Pick & Place Robots Üniteleri Ink-jet PV Cell Printing Ünitesi Light Induced Plating & Selective Emmiter Üniteleri Classification & Sorting Üniteleri 9 PV WAFER İMALATI İÇİN GEREKLİ CİHAZ GRUPLARI : Wafer Singulation Ünitesi Wafer Temizleme Ünitesi Pick & Place Robotlar Wafer Test ve Tasnif Ünitesi

10 TESİS KURULUM YAKLAŞIK MALİYETLERİ: Mono/Polysilicon İNGOT ÜRETİM Tesisi kurulum maliyeti: 10 (1000 ton/yıl kapasite için maliyet: YEKARUM Milyon )?????????? Ingot tan WAFER ÜRETİM Tesisi kurulum maliyeti: YEKARUM (100 MW/yıl mono-multi kristal üretim maliyeti: Milyon )??????????

11 WAFER den CELL Üretim Tesisi kurulum maliyeti: (100 MW/yıl mono-multi kristal üretim maliyeti : YEKARUM Milyon )?????????? CELL den MODÜL Üretim Tesisi kurulum maliyeti: (Kapasiteye göre yıllık MW üretim için yaklaşık ~ YEKARUM Milyon )?????????? 11 İNGOT DAHİL ENTEGRE TOPLAM TESİS MALİYETİ * (100 MW LIK YATIRIM İÇİN) : YEKARUM?????????? MİLYON

12 ENTEGRE ÜRETİM TESİSİ MALİYETİ * (ingot tesisi hariç) 100 MW Wafer + Cell + Module : YEKARUM?????????? MİLYON 12 *(Tesis Kurulum Maliyetleri, Tam Otomatik ve GeliĢmiĢ Teknolojiye göredir. Fiyatlar Teklif alınan Ülke, Firma ve Teknolojiye Göre %10 - %40 oranlarında azalabilmektedir.)

13 YATIRIMDA KARġILAġILABĠLECEK RĠSKLER 1. Devletin Yenilenebilir Enerji Yatırımlarını desteklememesi 2. Küresel ve Bölgesel Ekonomik Kriz çıkması 3. Küresel ve Bölgesel ÇatıĢmalar çıkması 4. Ġç pazarda tanıtımın yapılamaması 5. Alternatif dıģ pazarların oluģturulamaması 6. Hammadde temininde aksamaların yaģanması ve alternatif hammadde temin imkânlarının oluģturulmaması 7. Yatırımla ilgili yan sanayi kuruluģlarının bölgede geliģmemesi 8. Profesyonel ekiplerle çalıģmamak ve Profesyonel ekiplerin yetiģtirilmesini sağlamamak 9. Üniversite Sanayi iģbirliğini temin edememek 10. Konuyla ilgili AR-GE yapmamak 11. Teknoloji ve malzemede tamamen dıģa bağımlılık 12. Daha yeni ve yüksek verimli teknolojilerin ortaya çıkması SONUÇLAR VE ÖNERĠLER 1) GüneĢ enerjisi ve fotovoltaik pil uygulamalarına Dünyada ve Türkiye de hızlı bir üretim ve yatırım süreci yaģanmaktadır. Bu trendi kaçırmamak, Isparta için hayati bir öneme haizdir. Bu teknolojinin imkânlarını yakalamak için ilk adımda güneģ hücrelerinin hazır alınıp güneģ pili modüllerinin Isparta da üretimi öncelikli olarak gerçekleģtirilmelidir. Bu modül üretim tesisi Çok ortaklıklı yerli yatırımcılarla gerçekleģtirilebilir. 13 2) Ġkinci adım olarak GüneĢ enerjisi kalite silikon üretimini Isparta da gerçekleģtirmek; GüneĢ enerjisi kalite silikon üretimi, metalurjik ve elektronik kalite silikon üretiminin arasında yer alan bir prosestir. Fotovoltaik güneģ pillerinde kullanılabilecek mono kristal yada poli kristal silikon üretim tesislerinin ya %100 yabancı sermaye ile yada yabancı ve yerli yatırımcı ortaklığıyla Isparta da kurulabilir. Isparta de böyle bir teknolojik yatırımın yapılması gelecek on yılda Isparta yı Türkiye nin Teknoloji Üssü haline getirecektir. 3) Üçüncü adımda güneģ pili kullanımının yaygınlaģtırılmasına yönelik uygulamaların yapılmasıdır. Örneğin: Kamu binalarına güneģ pili uygulanması, trafik sinyalizasyon ve yönlendirme levhalarının güneģ pili ile yapılması, cadde, sokak, park ve bahçe aydınlatmalarının güneģ pilleri ile yapılması, stadyum ve büyük iģ merkezlerinin çatılarının güneģ pilleri ile donatılarak enerji üretir hale getirilmesi, Isparta da güneģ pilli üretim santrallerinin kurulması, tarımsal, sulama, bahçe sulama tesislerinde güneģ pili kullanımı, toplu konutlarda güneģ pillerinin uygulanması gibi çalıģmalar. 4) Isparta da yapılan PV li uygulamaların, diğer il ve belediyelere tanıtımının sağlanarak satıģ ve teknoloji transferinin yapılarak tüm ülkeye yaygınlaģtırılması.

14 BAZI PV ÜRETĠM FABRĠKALARI JA SOLAR FABRĠKASI XĠNGTAĠ JĠNGLONG ELECTRONIC METERIAL CO. 14 ÇEġĠTLĠ UYGULAMA ÖRNEKLERĠ Çevreci yeģil evler Çevreci YeĢil Bina, Okul, Hastane, KıĢla, Kamu Binaları, Otel ve AVM ler

15 Çevreci YeĢil Kampüs, Toplu konut, site, semt, mahalle, köy ve beldeler. 15 Çevreci YeĢil ve Sürdürülebilir Üniversiteler Isparta için GES (GüneĢ Enerjisi Santral ) Bölgeleri

16 ISPARTA ĠÇĠN GÜLKENT TEN GÜNKENT E YEKARUM LA KAYNAKLAR 1.Üretici firma website ve broşürleri 2. Yekarum Raporu 3. Çin gezisi Raporu 4 İnternet Görselleri 5. Diğer kaynaklar ekte verilmiştir. 16