PHOTOVOLTAİK GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ VE GÜNAM

Transkript

1 PHOTOVOLTAİK GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ VE PROF. DR. RAŞİT TURAN FİZİK BÖLÜMÜ ve GÜNEŞ ENERJİSİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ () ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

2 Dünyanın Enerji İhtiyacı TW-yrs World Energy Demand GLOBAL FELAKET : GLOBAL ISINMA total industrial developing US ee/fsu % oil gas World Fuel Mix 85% fossil coal nucl renew EIA Intl Energy Outlook 2004 GÜNEŞ İHTİYACIMIZDAN ÇOK DAHA FAZLASINI VERİYOR Güneşten dünya yüzeyine ulaşan enerji: TW 2020 yılında dünyanın ihtiyacı : 20 TW Source : Kaynak : Inventux Solar Technologies 2

3 Türkiye nin enerji ihtiyacı 2005 ENERGY CONSUMPTION OF TURKEY 4% 90 Mtoe = 1046 TWh 7% 27% 28% 34% Coal Oil Gas Hydro Othher Renewables 2005 ENERGY CONSUMTION OF TURKEY ~90 Mteo = 1046 TWh 26% 74% production import 3

4 Türkiye nin elektrik üretimi Türkiye nin elektrik üretimi büyük ölçüde termal (fosil) kaynaklardan sağlanıyor Toplam üretimi GWh Termal (fosil) yakıtlar : 60,72 % Hidroelektrik : % İthalat : Doğal gaz (32.00 %) + Sıvı yakıt (5.25 %) + İthal Kömür (3.95 %) = 41.2 % 4 Kaynak : EUAŞ 2008 faaliyet raporu

5 Dünyadanın 2010 daki enerji ihtiyacının tamamını karşılamak için ne kadar alan gerekli? Prof. Dr. Raşit 5 TURAN

6 Geleceğe Bakış 6

7 DÜNYADAKİ GÜNEŞ PANELİ UYGULAMALARI (TOPLAM) 7

8 2008 yılında Dünya ve Avrupa da PV yatırımları Prof. Dr. Raşit 8 TURAN

9 DÜNYADAKİ GÜNEŞ PANELİ UYGULAMALARI (YILLIK) Source : Epia Global market outlook for photovoltaics until

10 Fotovoltaik pazarın büyüme senaryoları 10

11 Fotovoltaik pazarın büyüme senaryoları [GWp/year] [Mwp/y] % Source: Maycock PV 42% 43% 35 36% 40% 33% % 30 23% 30% 30-15% Growth 20% % 20% Worldwide PV growth Scenarios 5% % Growth Module Production 20-10% Growth Yearly Growth rate Nuclear Power Plants Equivalent (NPE) 20 10% 15 0% 10 5 Growth Rate Projections foresee strong penetration of PV in Energy Market Module Production Assumes continuous cost reduction (1 Euro/Wp in 2010) 11 Yearly Growth rate 20% 16% 19% 5% 4% 16% 12% 14% 42% 23% 30% 43% 36% 33%

12 Teşvikler Country Germany Tariff [ ct/kwh] BIPV + 5ct Feed-in law Duration [a] 20 Cap [MW] - yearly market [MW] Italy , Portugal lifetime 1 1 Spain France BIPV Greece other countries Feed in Laws: Switzerland (1991); Denmark (1993); Sweden (1997); Norway, Slovenia (1999); Latvia (2001); Austria, Czech Republic, Lithuania (2002); Cyprus, Estonia, Hungary, Slovak Republic (2003); Turkey, Ireland (2005) 12

13 Güneş Enerjisi Potansiyeli 13

14 Ankara için enerji üretim miktarı Annual Electric Energy Generation by 1 kwp PV System with optimally-inclined modules

15 Türkiyenin tüm enerji ihtiyacı için ne kadar güneş paneli (PV) gerekir? 1 m 2 güneş paneli : 150 Wp 1 m 2 Güneş paneli Ankara da 210 kws enerji üretir Aynı panel Akdeniz bölgesinde 240 kws üretir Türkiye nin toplam enerji ihtiyacı yaklaşık GWs Gerekli toplam panel alanı : *10 9 /210*10 3 = 950 km 2 = 30 km * 30 km. 40 MW güç istasyonu, Ankara da, 56 GWs enerji üretir : Yaklaşık evin enerji ihtiyacını karşılar

16 TÜRKİYE NİN GELECEĞİ : YENİLENEBİLİR ENERJİ 16

17 Sonsuz ve Temiz Enerji Kaynağı : Güneş Enerjisi Güneş ışığı FV gözeler ile doğrudan elektrik enerjisine dönüşür. FOTOVOLTAİK GÜNEŞ SİSTEMLERİ Güç Santrali Çatı uygulaması TERMAL GÜNEŞ SİSTEMLERİ Güneş ışığı odaklanır, suyu kaynatır, ortaya çıkan buhar tribünleri çevirir. 17

18 Fotovoltaik nedir, güneş gözesi nasıl çalışır? Güneş hücresi üzerine düşen güneş ışık demeti elektronlar tarafından emilir Bu elektronlar kazandıkları enerji ile positif tarafa doğru hareket eder ve elektrik akımı oluşturur. Böylece başka bir güç harcamadan enerji elde edilir Güneş hücereleri çoğunlukla yarıiletken malzemelerden yapılır. 18

19 Dilim (wafer) Tabanlı Kristal Si Güneş Gözeleri Tek kristal Si Çoklu Si kristal Heteroeklem göze (HIT- Heterojunction with Intrinsic Thin layer) (sadece Sanyo) PANEL VERİMİ : %15-19 PANEL VERİMİ : %13-14 PANEL VERİMİ : %16-17 Pazar payı : % 35 Pazar payı : % 49 Pazar payı : % 0 19

20 Geleneksel tek kristal Si güneş gözesi Tek eklemli, Si wafer tabanlı güneş hücreleri µm 2-3 m m Geleneksel gözelerde, p türü (bor katkılanmış) dilimler üzerine çeşitli kimyasal işlemler (fosfor katkılama) sonunda oluşturulan p-n eklemi, ışığın elektrik enerjisine dönüşmesini sağlar. Laboratuvar ölçeğinde %25 verim Büyük alanda (modül) %13-15 verim Kalın Si soğurucu taban (~ μm) p + n ++ p-type metal Si dilim maliyeti modül maliyetinin yaklaşık % 40 ı nı oluşturur 20

21 Arkadan temaslı tek kristal Si güneş gözesi Tüm bağlantılar arka yüzeyde olduğundan ön yüzeyin tamamı kullanılabiliyor. Böylece daha geniş yüzeyi aktif ve daha verimli güneş gözesi üretilebiliyor Sunpower panel : verim %19.5 (Hamburg 24th PV konferansında sergilendi) 21

22 İnce Film Güneş Gözeleri Panel verimi : %11-13 Panel verimi : %10-12 Panel verimi : %8-10 Pazar payı <%1 Pazar payı : % 8 Pazar payı : % 5 22

23 Teknolojilerin Pazar Payları Kaynak : JRC 2009 Status Report 23

24 GÜNEŞ ENERJİSİ ARAŞTIRMA VE UYGULAMA MERKEZİ ( ) 24

25 ın kuruluşu ODTÜ ve YÖK tarafından onaylanarak tamamlandı, DPT tarafından döneminde 3 yıl boyunca desteklenecektir. AMAÇLARI Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürme teknolojilerinin ülkemizde geliştirmek ve dünya ile rekabet edebilir düzeye çıkartmak. Bu amaca yönelik olarak araştırma faaliyetlerinde bulunmak. Güneşten elektrik elde edilmesi ve kullanılmasına yönelik oluşturulacak teşvik sistemlerinin teknolojik altyapısını oluşturmak. Bu alanda çalışan bütün kurum ve kuruluşlarla işbirliği içinde, ulusal düzeyde yönlendirici, katkı sağlayıcı ve sinerji yaratıcı bir rol oynamak. Gerekli insan gücünü yetiştirmek. Ulusal düzeyde tüm ilgili kurum ve kişilere hizmet veren bir mükemmeliyet merkezi oluşturmak. 25

26 26

27 Yol Haritası NANO 27

28 Alt Yapısı, güneş gözelerine yönelik özel laboratuvarları oluşturmaktadır Cihaz altyapısı : 1. Tek kristal Si dilim (wafer) tabanlı güneş gözesi Ar-Ge üretim sistemi (Sipariş verildi. Kasım 2009 da kurulacak) 2. İnce film a-si/µc-si tandem güneş gözesi üretim sistemi (Sipariş verildi, Nisan 2010 da tamamlanacak) 3. Litografi sistemi (SANTEZ destekli) (Cihaz kuruluyor) 4. Ekran baskı cihazı (Screen printer) (Ekim 2009) ve kontak yakma fırınları (Ekim 2009) (SANTEZ destekli) ve sınıfında temiz alanlar (Tamamlanmak üzere). 6. Laser işleme ünitesi (2010 da sipariş edilecek) 7. CIGS güneş gözesi üretim sistemi (2010 da sipariş edilecek) 8. Polimer tabanlı güneş gözeleri üretim sistemi (2010 da sipariş edilecek) 28

29 Güneş Gözesi Laboratuvarı (2009) Litografi odası : 1000 sınıfı temiz alan Test odası İnce film a-si/mc-si üretim birimi : sınıfı temiz alan Kimyasal temizlik alanı: 1000 sınıfı Si dilim tabanlı güneş gözesi üretim birimi sınıfı temiz alan Servis alanı 29

30 Tek Kristal Si Dilim Tabanlı Göze Üretim Sistemi 156 mm x 156 mm standart Si dilim tabanlı güneş gözesi üretilebilecek Sistem yeni tekniklerin (örneğin back contact solar cell ) geliştirilmesine uygun 30

31 İnce Film a-si/µc-si Tandem Güneş Gözesi Üretim Sistemi 30cm x 30 cm cam üzerine a-si ya da a-si/µc-si güneş gözeleri üretilebilecektir Bu sistem bir türk firması (Vaksis) tarafından Türkiye de üretilmektedir 31

32 Projeler - 1 : Tek kristal pul tabanlı güneş gözelerinin geliştirilmesi ODTÜ-MEMS 4" and 6" Si wafer işleyebilen ve 1000 m2 100 ve 1000 sınıf temiz alana sahip ODTÜ-MEMS şu an MEMS ürünleri dışında wafer tabanlı güneş hücreleri ve panelleri üretiminde kullanılıyor Bu proje Nurol Teknoloji ile birlikte yürütülüyor. Surface texturing I-V Characteristics 32

33 PROJE 2 : a-si/c-si güneş gözesi üretimi Amaç, HIT türü güneş gözelerinin geliştirilmesi Amaç : yüksek verimli heteroeklem a-si/c-si güneş gözelerinin (HIT) üretimi. Metod : Magnetron saçtırma ve PECVD Geliştirme : a-si yerine SiC kullanılması Metal Grid Anti-reflection coating Çalışmanın ilk fazında magnetron saçtırma yöntemi ile üretilen ince filmler incelendi. Örneğin Raman spektroskopisi ile filmin kristal yapısı incelendi. Intensity (a.u) cm -1 S a m ple 1 480nm A -Si (n type ) A s 700C,1h 900C,1h a-si (n-type C-Si (p-type) Ohmic Contact Bu çalışma Zeynep Deniz Eygi nin doktora tez çalışmasıdır Prof. Dr. Çiğdem Erçelebi ile birlikte yürütülmektedir Sample2 (as) 100nm a-si (n type) W a ven um be r(cm -1 ) optik geçrigenlik yöntemi ile bant aralığı tespit edildi sqrt( α hν ) sqrt( α hν ) vs hν Sqrtahnu ### Bu alanda en önde gelen firma Sanyo eV hν (ev) Prof. Dr. Raşit Bu TURAN günlerde elektrik ölçümler ve güneş gözesi üretimi çalışmaları yürütülüyor.

34 PROJE 3 : İnce film a-si/mc-sige tandem güneş gözelerinin üretimi Bu proje kapsamında yürütülmektedir. Üretim cihazları da Türkiye de üretilmektedir 34

35 PROJE 4 : Ag(Cu)InGaSe ince film güneş hücrelerinin üretilmesi Prof. Dr. Mehmet Parlak tarafından yürütülmektedir Ag,In, Al, Au In Cu(Ag)InSe 2 ITO glass A180 A200 A240 A280 Cu(Ag)InSe2 p-si Al J (A/cm -2 ) Bu alanda yürütülen tez çalışmaları : Electrical and Optical Characterization of Al/p-Si/Ag 3 In 5 Se 9 /In Heterostructures, Ph.D. Structural, Electrical and Optical Characterization of polycrystalline Ag 3 In 5 Se 9 Thin Films, Ph.D Electrical, Structural and Optical Properties of AgGaSe 2-X S X Thin Films Grown by Sintered Powder, 35 Ph.D Voltage (V)

36 PROJE 5 : CdTe/CdS ince film güneş hücrelerinin geliştirilmesi Prof. Dr. Çiğdem Erçelebi tarafından yürütülmektedir. METAL p CdTe n CdS TCO (SnO 2 ) CAM Bu konuda tamamlanan tez çalışmaları : Physical Properties of CdSe Thin Films Produced by Thermal Evaporation and e-beam Techniques, M.Sc Production and Characterization of CdS/Si Solar Cells, M.Sc Investigation of Thin Film CdS/CdTe Solar Cells, Ph.D 36

37 PROJE 6 : Boya ile duyarlı hale getirilmiş güneş hücreleri (DSSC) Prof. Dr. Macit Özenbaş tarafından yürütülmektedir Boya ile duyarlı hale getirilmiş güneş hücreleri için TiO 2 ve ZrO 2 nanoparçacıkların üretimi Tutucu taban (cam) TCO Boya ve MO Elektrolit (I 2 /I 3- ) PCG Tutucu taban (cam) 37

38 PROJE 7 : Güneş hücrelerine yönelik nanoteknoloji çalışmaları 1 Metal nano parçacıklarda oluşan lokal plazmon salınımlarının güneş hücrelerine etkisi 3 Üçüncü nesil güneş hücreleri için Si nanokristallerin üretilmesi 2* Nanoporoz yapıya sahip zeolitlerin güneş hücrelerinde kullanılması Metal nanoparçacıklar elektromanyetik dalgaların dah iyi soğrulmasını sağlar Zeolit Intensity, a.u x10 cm Si x10 cm Si x10 cm Si x10 cm Si x10 cm Si o 60 Ta= 1050 C 4 ta = 2 h Wavelength, nm * Dr B. Akata ile birlikte Si nanokristallerden kaynaklanan fotolüminesans

39 DUYURU Daha fazla bilgi için : Konferans kapsamında PV üreticileri endüstri forum u düzenlenecektir. Bu forum Güneş Enerjisi Sanayicileri ve Endüstrisi Derneği (GENSED) tarafından desteklenmektedir. 39

40 İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER 40

41 41