ÖMER ÇETİN Araştırmacı

Transkript

1 ÖMER ÇETİN Araştırmacı

2 İnsanlık var oldu olalı daima enerjiye ihtiyaç duymuş, bunu da çeşitli yöntemlerle karşılama yoluna gitmiştir. Bu ihtiyacını giderirken birçok zorluklarla karşılaşmış ve bu zorlukları da aklı sayesinde çoğu zaman aşmayı başarmıştır. Fakat insanoğlu enerjiye olan ihtiyacını karşılarken çevresine ve dünyaya açtığı zararın, çoğu zaman farkında olmamış, olduysa da buna gereken önemi vermemiştir.

3 Enerji elde etmek için en çok fosil yakıtları kullanan insanoğlu, bunun sonucu olarak da çevre ve atmosfer kirliliği ile dünyanın ekolojik dengesini bile bozacak noktaya getirmiştir.

4 Biz insanlar yaşadığımız şu gezegenimizi yaşanabilir bir ortam olarak gelecek nesillere bırakmak zorundayız. Yoksa iş işten çoktan geçmiş olacak ve insan nesli bir gün yok olmakla karşı karşıya kalacaktır. Bu sebepledir ki artık enerji ihtiyacımızı fosil yakıtlardan değil yenilenebilir ve çevreye zarar vermeyen kaynaklardan elde etmek zorundayız. Yenilenebilir enerji kaynakları denince ilk akla gelen rüzgar, jeotermal ve güneş enerjisi gibi enerji kaynaklarıdır. Bu kaynakların da etkin ve verimli bir şekilde kullanılması elzemdir.

5 Rüzgar Jeotermal Güneş

6 Biz bugün burada ağırlıklı olarak sizlere dünyamıza hayat veren ve olmazsa olmazımız olan güneş enerjisinin ışığından nasıl yararlanabiliriz ondan bahsedeceğiz.

7 GÜNEŞ Güneş; dünyamız ile birlikte 9 gezegenin çekim etkisi ile belli yörüngelerde etrafında döndüğü çok büyük bir yıldızdır. Güneş yüzeyinde sürekli olarak doğal fizyon tepkimeleri olmakta ve hidrojen çekirdekleri birleşerek helyuma dönüşmektedir. Bu dönüşüm ise çok büyük patlamaların olduğu yüzey sıcaklığının 5500 C ye ulaştığı muazzam büyüklükteki güneş küreyi oluşturmaktadır. Güneşten dünyamıza m2. ye saatte 1000 watt lık bir enerji düşmektedir. Biz ise bu enerjinin en fazla % 25/30 luk kısmından yararlanabilmekteyiz.

8 Ülkemizin güneş potansiyeli coğrafik konum açısından Avrupa ülkelerinin oldukça üzerinde değerlere sahiptir. Ancak bu avantajı bu değerler doğrultusunda kullandığımız da pek söylenemez.

9 Güneş enerjisinden yararlanmak amacıyla bazı sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemleri 5 ana başlık altında incelemek mümkündür. 1- Termal Sitemler. 2- Vakum Sistemler 3- Parabolik Sistemler 4- Fotokatalitik Sistemler 5- Fotovoltaik Sistemler.

10 Güneş ısısının düz ve yansıtmaz yüzeylere teması sonucu elde edilen 80/90 C ye çıkan sıcaklıklar ile suyun ısıtılması ve bundan yararlanma yöntemidir. Bunlara çatılarda gördüğümüz tipik düzlemsel termal güneş enerjisi sistemlerini verebiliriz.

11 Vakum sistemlerde de yine güneşin ısısından yararlanma prensibi vardır ve yine amaç suyu ısıtarak yararlanma söz konusudur. Fakat vakum sistemler daha geliştirilmiş sistemlerdir. Bu sitemde iç içe geçmiş iki cam silindir mevcuttur ve en iç silindirden su sirkülasyonu söz konusudur.

12 Parabolik sistemlerde yine güneşin ısısından yararlanma söz konusudur fakat bu sefer teknik bir adım daha ileri götürülerek ısının C lere çıkartılarak sistemden yağ geçirilip bu yağın su tanklarında buhara, oradan da tribünlere verilmek sureti ile elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilmektedir.

13 Fotokatalitik sistemlerde durum farklıdır. Bu sitemlerde güneşin artık ısısı değil direk ışığından yararlanılmaktadır. Bu sistem ve teknoloji henüz çok yenidir. Geçmişi 1980 li yıllara dayanır. Bu sistemde güneşin UV ışınları (fotonlar) bazı ışığa duyarlı madde ve bileşiklere çarptığında o maddeler kimyasal reaksiyona girerler. Bu reaksiyonlar sonucu o yüzeyler ışık yolu ile kendi kendilerini kirden, pastan, kokudan ve bakterilerden koruyabilir ve temizleyebilirler. Ayrıca aynı yüzeylere sahip havuzlar yapılarak suyun hidrojen ve oksijene ayrışması da sağlanabilir. Yani o yüzeyler bir tür elektroliz olayı gerçekleştirirler.

14

15 Kısaca Fotovoltaik ; Işığa karşı duyarlı maddeler üzerine düşen fotonların bazı fiziksel ve kimyasal aşamalardan geçerek (DC) elektrik akımına dönüşümü şeklinde tarif edebiliriz. İşte bu özellikten yararlanılarak Güneş Pilleri, nano yarı iletken n ve p tipi elektrotların oluşturulması ve üst, üste konumlandırılması ile oluşturulurlar.

16 Birçok metallerden, oksit bileşiklerden, polimerlerden ve organik maddelerden P tipi ve N tipi elektrot oluşturmak mümkündür. Bir örnek verecek olursak: Saf Silisyum elementine periyodik cetvelin 3A grubu metallerinden Al, B, veya İn. gibi elementlerden 1/1000 oranında katkılandırarak p tipi elektrot oluşturabiliriz. N tipi yarı iletken elektrot oluşturmak için ise yine saf silisyum elementine periyodik cetvelin 5A grup elementlerinden Fosfordan (P) 1/1000 oranında katkılandırmak gerekir.

17 Güneşten gelen fotonlar, n tipi elektroda değer ve ondan bir elektron koparır. Yerinden kopan bu elektron dış devre ve direnç üzerinden geçerek p tipi elektroda ulaşır. P tipi elektrondan da tekrar n tipi elektroda geçer. Fotonlar bu şekilde elektron koparttıkça bir elektron döngüsü ve elektriksel akım (I) ve gerilim (V) oluştururlar.

18 Güneş hücrelerinin birçok çeşidi mevcuttur. Aşağıda bunlar % verimleri ile birlikte sıralanmıştır. Silisyum Güneş Pilleri ( % 16 ila 20) Kadmiyum Diselenit Güneş Pilleri (% 7 ila 16) Titanyum Dioksit Boya Esaslı Güneş Pilleri (% 10 ila 12) Çinko Oksit ve Bakır Oksit Güneş Pilleri (% 6 ila 10) Polimer Güneş Pilleri (% 5 ila 8) gibi verimlere sahiptirler.

19 Yukarıda da değindiğimiz gibi birçok madde ve bileşiklerden p-n tipi yarıiletken elektrot yapmak mümkündür. Demiştik. Şimdi burada size bahsedeceğim güneş hücresi Çinko Oksit (ZnO) ile Bakır Bir Oksit (Cu2O) oksit bileşiklerin kimyasal modifikasyon ve sentezleri ile yapılan güneş hücresidir.

20 Çinko Oksit (ZnO) : Beyaz ve pudra görünümlü inorganik bir bileşiktir. Bu bileşiğin birçok özelliği bulunmaktadır. Bunlar yüksek kırılma indisi, ışığa karşı yüksek duyarlılığı, yarı iletkenliği,anti bakteriyel özelliği, düşük genleşme katsayısı gibi. Kauçuk, kozmetik, boya, gübre, alev geciktiriciler gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

21 Bakır (I) Oksit (Cu2O) : Bakır(I) oksit ya da küproz oksit olarak da bilinir. Kırmızı renkte olup, yarı iletken özelliğe sahip ve ışığa karşı yüksek duyarlı bir pigmenttir. Boya sanayinde ve cam renklendirici olarak kullanılmaktadır.

22 Çinko Oksit (ZnO) Bileşiği ile Pasta Yapımı ve N-Tipi Elektrot Oluşturma: Güneş pilimizin n-tipi yarı iletken elektrotu, çinko oksit (ZnO) bileşiğinin modifiye ve sentezi ile yapılır. Bu sentez bir pasta haline getirilerek uygulanır.

23 İTO, ATO veya FTO Kalay Oksit kaplı cam altlıklar önce yüksek seviyede temizlenerek dezenfekte edilir. Daha sonra üzerine Doktor Blade sıyırma yöntemi ile çinko oksit pasta dökülerek kaplanır. Cam altlıklar sıcak hava ile kurutularak 150 ila 200 C de 3/5 dakika sinterlenir. Bu işlem sonucu n-tipi elektrotumuz hazır hale gelmiş olur.

24 Bakır (I) Oksit (Cu2O) Bileşiğinin Modifikasyonu ve sentezi : Bakır Oksit bileşiği alkol ve polimer çözücüler ile inceltilir ve solisyon haline getirilir. Elde edilen solisyon, cam altlıklar ebatında kesilerek hazırlanan kağıda emdirilerek kurumaya bırakılır. Bu malzeme ilerde p-tipi elektrotla birleştirilecektir.

25 P tipi elektrotu da yine ATO, İTO veya FTO Kalay Oksit kaplı cam altlıklar, önce kurşun kalem ile grafitlenir, ardından mum isi ile islenerek katalizör tabaksı oluşturulur.

26 P ve N Tipi Elektrot Arasında Redoks Reaksiyonu Oluşturacak Elektrolit hazırlama : Yapacağımız güneş pilinin iki elektrot arasında redoks (indirgenme/yükseltgenme) reaksiyonu oluşturacak ve elektron döngüsünü sağlayacak bir elektrolite (sıvı) ihtiyaç vardır. Söz konusu elektrolit İyot (I) kristalinin etanol içerisinde eriyik hale getirilmesi ile oluşturulur. Buna en iyi örnek yaralanmalarda kullandığımız dezenfekte edici tentürdiyot verilebilir.

27 N Tipi ve P Tipi Elektrotların Birleştirilmesi : Elektrotlardan çinko oksit kaplı n-tipi elektrot üstte olacak şekilde, daha önce hazırladığımız Bakır Oksit emdirilmiş kağıdımız ortada olacak şekilde en altta ise grafit ve mum isli p-tipi elektrotumuz olmak üzere pilimizi birleştiririz. Her iki elektrotun arasına ise elektrolitimizi sızacak şekilde damlatır ve gün ışığında ölçüm yaparız.

28

29 Yapmış olduğumuz bu güneş pilimiz elektriksel olarak 2/3 ma. akım (I) ve 700/800 mv. Volt (V) gerilim üretebilecek kapasitedir. Biz bu akım ve gerilimi artırmak için bu pillerden birkaç adet yapıp paralel ve seri bağlayarak gücünü artırabiliriz. Böylece bu pillerimizle bir modül oluşturarak örneğin bir led ampul yakabilir, küçük DC motor, hesap makinesi veya elektronik kol saatini çalıştırabiliriz. Hatta telefonumuzu bile şarj edebiliriz

30 Beni sabırla dinlediğiniz için hepinize teşekkür eder saygılar sunarım. Ömer ÇETİN Araştırmacı