GÜNEŞ PİLLERİ KULLANARAK ELEKTRİK ÜRETİMİ. Ayşe ÖZGÖÇMEN YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

GÜNEŞ PİLLERİ KULLANARAK ELEKTRİK ÜRETİMİ Ayşe ÖZGÖÇMEN YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAYIS 2007 ANKARA

TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Ayşe ÖZGÖÇMEN

iv GÜNEŞ PİLLERİNİ KULLANARAK ELEKTRİK ÜRETİMİ (Yüksek Lisans Tezi) Ayşe ÖZGÖÇMEN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Mayıs 2007 ÖZET Güneş Pili aydınlatma sistemleri, elektrik şebekesinin uzatılmasının mümkün olmadığı durumlarda ya da anlamlı olmadığı yerlerde özellikle küçük güçte enerji taleplerini karşılamak için kurulan ve şebekeden bağımsız sistemler olarak adlandırılan uygulamaların tipik örneğidir. Bu tez çalışmasında, 6 hücreli güneş pili kullanarak elektrik enerjisi üretilmiştir. Ve 12 volt 7 AH/20 saat gücündeki kuru tip aküde depo edilmiştir. Güneş enerjisinin elektrik üretiminde yetersiz olduğu durumlarda aküde depo edilen enerji ile sistem çalıştırılmıştır. Sistem ile ilgili ilk olarak panel ve akünün boşta ölçümü yapılmış voltmetre ve osiloskopta bu değerler gözlenmiştir. Daha sonra sistem bağlı fakat yüksüz durumda ölçümler yapılmıştır. En son ise sistem bağlı ve yüklü durumda ölçümler yapılmıştır. Güneş enerjisinden elde edilen enerji, sistemi oluşturan devreler yardımıyla D.C yada A.C ye çevrildikten sonra elektriki aygıtı beslemede kullanılmıştır.

v İlk yatırım maliyeti yüksek olmasına rağmen bu sistemler, işletme maliyetlerinin düşük olması nedeniyle kullanılma oranı günden güne artmaktadır. Bilim Kodu : 905.1.033 Anahtar Kelimeler : Güneş pilleri, DC,AC,Aydınlatma Sayfa Adedi : 97 Tez Yöneticisi :Yrd. Doç. Dr. Fadıl ÇELİKKOL

vi ELECTRICITY GENERATION USING SOLAR CELLS (M.Sc. Thesis) Ayşe ÖZGÖÇMEN GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY May 2007 ABSTRACT The lighting systems by Solar Battery is the typical sample of the applications which is established to provide the small amount of energy demands and named as the independent from the central net, in case that the net of electricity is not possible to reach or doesn t require at all. In this study of thesis, energy of electricity has been produced by using the celled solar battery, and it has been stored in a dry type of 12 volt 7 AH/20 hour powered storage battery. In case that solar energy is not sufficient to manufacture electric energy, the system has been operated by the energy which is stored in the storage battery. Concerning the system, first of all panel and storage battery have been measured as empty, these values have been observed on the voltmeter and oscilloscope. Later, the measurements have been carried out when the system is connected but without charged. Finally, the measurements have been carried out when the system is connected and with charged, and the outputs have been taken from oscilloscope.

vii The energy obtained from Solar energy has been used to feed the electrical apparatus after it is changed in to DC or AC by means of the circuits that constitute the system. Although the first cost of investment is expensive, the rate of using these systems increases day by day due to their expense of operation. Science Code : 905.1.033 Key Words : Photovoltaic,dc,ac,lighting Page Number : 97 Adviser : Assist. Prof. Dr. Fadıl ÇELİKKOL

viii TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam Yrd. Doç. Dr. Fadıl ÇELİKKOL a, ayrıca desteklerinden dolayı Av. Ünal ÖZGÖÇMEN ve Elk. Müh. Ütğm. Cüneyt DEMİR e yine kıymetli tecrübelerinden faydalandığım Nihat ÖZER e, manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan anneme ve babama teşekkürü bir borç bilirim.

ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR... viii İÇİNDEKİLER... ix ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xi ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xii RESİMLERİN LİSTESİ... xiii SİMGELER VE KISALTMALAR... xv 1.GİRİŞ...1 2. TÜRKİYEDE TEMİZ ENERJİ KAYNAKLARI...3 2.1. Türkiyenin Enerji Kaynakları Arasında Güneş Enerjisinin Yeri...4 3. GÜNEŞ PİLLERİ...9 3.1. Güneş Pillerinin Tarihçesi...9 3.2. Güneş Pillerinin Yapısı...11 3.3. Birleşme Kesitinde Elektrik Alanın Oluşması...12 3.3.1.Yüzeyleri birleştirilmiş silikonlara enerji verilmesi...13 3.4. Güneş Pilindeki Kayıplar...14 3.4.1. Işıksal kayıplar...14 3.4.2. Elektriksel kayıplar...15 3.4.3. Akım kayıpları...15 3.4.4. Açık devre gerilim...15 3.4.5. Direnç gerilimi...16 3.4.6.Verim kaybı süreçleri...16 4. GÜNEŞ PİLİ SİSTEM ENERJİ DENGESİ...17 4.1. Güneş Modülü...20 4.2. Akü...20 4.3. Şarj Kontrol Devresi...22 4.4. Evirici Devresi...25 4.5. Modül Eğim Açısı...28 4.6. Deneylerin Yapılışı...29

x Sayfa 4.6.1. Deney 1...30 4.6.2. Deney 2...31 4.6.3. Deney 3...33 4.6.4. Deney 4...37 4.7. Devrede Kullanılan Tüm Devreler...41 4.7.1.78XX Regülatörü...41 4.7.2.6N60 Mosfet...43 4.7.3.LM 339 Entegresi...44 5. SİSTEM MALİYET HESABI...45 6. SONUÇ VE ÖNERİLER...48 KAYNAKLAR...51 EKLER...52 EK-1 LM 339 Entegresi özellikleri...53 EK-2 IRF 5305 Entegresi özellikleri...72 EK-3 6N60A Entegresi özellikleri...80 EK-4 LM78XX Entegresi özellikleri...88 EK-5 TC 4069 Entegresi özellikleri...92 ÖZGEÇMİŞ...97

xi ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 3.1. Elektrik alanın n tip in p tip i etkileyiş diyagramı...13 Şekil 3.2. Fotonların silikondaki elektron hareketi oluşturması...13 Şekil 4.1. Güneş pili sistemi enerji dengesi...17 Şekil 4.2. Akım enerji dengesi...18 Şekil 4.3. Şarj kontrol devresinde kullanılan elemanlar...23 Şekil 4.4. Şarj kontrol devresinin bağlantı şeması...23 Şekil 4.5. Evirici devresinde kullanılan elemanlar...25 Şekil 4.6. Evirici devresinin bağlantı şeması...26 Şekil 4.7. Modül eğim açısı...28 Şekil 4.8. Sistem bağlantı şeması...40 Şekil 4.9. 78xx Regülatörünün ayak bağlantıları...42 Şekil 4.10. Akım takviyeli pozitif gerilim regülatörü devresi...42 Şekil 4.11. 6N60 MOSFET in dıştan görünümü...43 Şekil 4.12. LM 339 Entegresinin giriş ve çıkış kapıları...44

xii ÇİZELGELER LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Türkiye nin yıllık yenilenebilir enerji potansiyeli...3 Çizelge 2.2. Türkiye nin aylık ortalama güneş enerjisi potansiyeli...7 Çizelge 2.3. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı...8 Çizelge 4.1. Ankara da aylara göre eğimli yüzeyde güneş ışınımı...29 Çizelge 4.2. Akü şarj akımı ölçümü...30 Çizelge 4.3. Değişik 78XX regülatörleri...41 Çizelge 5.1. Güneş paneli ve akü fiyat listesi...45 Çizelge 5.2. Şarj kontrol devresi fiyat listesi...45 Çizelge 5.3. Evirici devresi fiyat listesi...46 Çizelge 5.4. Maliyet hesabı...47

xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 4.1. Güneş paneli...20 Resim 4.2. Akünün dıştan görünümü...21 Resim 4.3. Şarj kontrol devresi görüntüsü...22 Resim 4.4. Evirici devresi görüntüsü...25 Resim 4.5. Panel eğim açısı gösterimi...30 Resim 4.6. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken panel için yapılan osiloskop ölçümü...31 Resim 4.7. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken panel için yapılan voltmetre ölçümü...32 Resim 4.8. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken akü için yapılan osiloskop ölçümü...32 Resim 4.9. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken akü için yapılan voltmetre ölçümü...33 Resim 4.10. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda akü çıkışı için Osiloskop ölçümü...33 Resim 4.11. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda akü çıkışı için voltmetre ölçümü...34 Resim 4.12. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda evirici girişi için Osiloskop ölçümü...34 Resim 4.13. Yüksüz durumda evirici girişi için voltmetre ölçümü...35 Resim 4.14. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda evirici çıkışı için osiloskop ölçümü...36 Resim 4.15. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda evirici çıkışı için voltmetre ölçümü...37 Resim 4.16. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda akü çıkışı için osiloskop ölçümü...37 Resim 4.17. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda akü çıkışı için voltmetre ölçümü...38 Resim 4.18. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda evirici çıkışı için osiloskop ölçümü...38 Resim 4.19. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda evirici çıkışı için osiloskop ölçümü...39

xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama AC CIS DMİ DC EİE FV Kcal KWh KW MTEP MW Alternatif akım Bakır indiyum diselenit Devlet Meteoroloji İşleri Doğru akım Elektrik İşleri Etüd İdaresi Fotovoltaik Kilo kalori Kilo watt saat Kilo watt Mega ton eşdeğer petrol Mega watt Kısaltmalar Açıklama E pv E L1 E L2 H I pv I m Güneş pilinin ürettiği enerji Şarj denetleyici çıkışındaki enerji Yüke verilen enerji Işınım Güneş pilinin ürettiği net akım Güneş pili modülü akımı

xv Kısaltmalar Açıklama η inv η A n M η S η pv P vm P L t V Evirici verimi Akü verimi Modül düzeltme katsayısı Kablo ve sistem bileşen kayıpları Fotovoltaik çevrim enerji verimi Güneş pili gücü Lamba- yük gücü Yükün çalışabilme süresi Sistem gerilimi

1 1. GİRİŞ Mevcut enerji üretim kaynaklarının hızla tükenme eğilimi içine girmesi, hammadde fiyatlarının artması, çevreye ve insan sağlığı üzerine olan olumsuz etkileri, kullanımlarındaki bir takım zorluklar son yıllarda yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde yapılan çalışmaları arttırmıştır [Çetin ve ark.,2001]. Her şeyden önce fotovoltaik enerji; temiz, çevreye ve canlılara zararı olmayan ve hiçbir atık içermeyen bir enerji üretim türüdür. Petrol doğalgaz, kömür v.b. fosil ve nükleer yakıtlara dayalı enerji üretim sistemlerinin çevreye verdiği zarar oldukça fazladır. Çevre dostu olmalarının yanı sıra fotovoltaik sistemler aynı zamanda modülerdir. Yani ihtiyaca göre istenilen yere monte edilebilirler. İhtiyacın artması durumunda, sisteme yeni fotovoltaik modeller kolaylıkla çok kısa sürede ilave edilebilir. Diğer enerji üretim sistemleri için bu durum söz konusu değildir. Özellikle son kullanıcıların yakınına kurulan fotovoltaik sistemler, iletim ve dağıtım cihazları gereksinimini azaltır ve yerel elektrik hizmetinin güvenilirliğini arttırır [Kelly,1998]. Fotovoltaik sistemlerin işletme ve bakım maliyetleri, diğer enerji üretim sistemlerine göre son derece düşük hatta yok denecek kadar azdır. Özellikle kırsal alanlarda petrol kullanan enerji kaynakları arasında son derece ucuz ve temiz enerji elde edilebilir [İstanbulluoğlu,1998]. Enerji talebini arttırıcı unsurların başında dünya nüfusundaki artış görülmektedir. Nüfus artışı ve giderek yükselen yaşam düzeyinin getirdiği kişi başı enerji tüketim artışı, önümüzdeki yıllarda dünya enerji tüketiminin artacağını göstermektedir. Türkiye açısında duruma bakılacak olunursa, 1980 yılında 44 milyon civarında olan nüfusumuz 1995 yılında 62 milyonun üzerine çıkmıştır. Ayrıca dönemde enerji tüketimimiz 1980 yılında 32 milyon TEP den 1995 yılında 63

2 milyon TEP e ulaşmıştır ki nüfus artışındaki %40.7 lik orana karşılık enerji tüketim artışı %97.7 olmuştur. Buna rağmen kişi başına enerji tüketimi açısından Türkiye dünya ortalamasının oldukça altındadır.türkiye hızla sanayileşmesini tamamlamak ve kişi başına enerji tüketimini artırarak insanlarına daha iyi yaşam koşulu sunmak durumundadır [Korucu- Özdemir,1999]. Önümüzdeki yıllarda giderek artan nüfus ve %6 nın üzerinde olacağı tahmin edilen ekonomik büyümeye bağlı olarak enerji talebimizde giderek artacaktır. Yapılan tahminlere göre enerji talebi 2010 yılında 175 milyon TEP e ulaşacaktır. Arz ve talep projeksiyonları yerli üretim payının yavaş yavaş azalacağını, ithal enerji payının artan bir yöneliş izleyeceğini ortaya koymaktadır. Bu nedenle gelecekteki enerji talebinin karşılanmasında güneş, rüzgar ve jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılması kaçınılmaz olacaktır [Korucu ve Özdemir,1999].

3 2. TÜRKİYE DE TEMİZ ENERJİ KAYNAKLARI Türkiye, yenilenebilir enerji kaynaklarının çeşitliliği ve potansiyeli bakımından zengin bir ülkedir. Ülkemiz birçok ülkede bulunmayan jeotermal enerji de dünya potansiyelinin %8 ine sahiptir. Ayrıca coğrafi konumu nedeniyle büyük ölçüde güneş enerjisi almaktadır. Türkiye hidrolik enerji potansiyeli açısından da dünyanın sayılı ülkeleri arasındadır. Rüzgar enerjisi potansiyeli yaklaşık 160 TWh olarak tahmin edilmektedir [Dönmez ve Özyurt, 2003]. Çizelge 2.1 de Türkiye nin yenilenebilir enerji türleri; güneş enerjisi, hidrolik enerji, rüzgar enerjisi ve jeotermal enerji olarak gösterilmiştir. Enerji potansiyeli bakımından ilk sırayı güneş enerjisi alıp,bunu hidrolik enerji takip etmektedir. Çizelge 2.1.Türkiye nin yıllık yenilenebilir enerji potansiyeli (MTEP:Mega Ton Eşdeğer Petrol) Yenilenebilir Enerji Kullanım Enerji Doğal Teknik Ekonomik Türü Türü Potansiyel Potansiyel Potansiyel Elek.Enj.(milyarkWh) 977000 6105 305 Güneş Enerjisi Isı (MTEP) 80000 500 25 Hidrolik Enerji Elek.Enj.(milyarkWh) 430 215 124.5 Direkt Rüzgar 400 110 50 Rüzgar Enj.Karasal Enerjisi Elek.Enj.(milyarkWh) Direkt Rüzgar - 180 - Enj.Denizsel Elek.Enj.(milyarkWh) Deniz Dalga 150 18 - Enj. (Milyar kwh) Elek.Enj.(milyarkWh) - - 1.4 Isı (MTEP) 31500 7500 2843 Jeotermal Enerji Yakıt Modern (MTEP) 90 40 25

4 Türkiye nin temel enerji kaynakları petrol,linyit,kömür,doğalgaz,jeotermal ve hidrolik enerji olarak gözükmektedir.türkiye nin kendi üretimi tüm enerji ihtiyacının ancak 48 ini sağlayabilmektedir. Yenilenebilir olmayan fosil yakıtlar bakımından fakir bir ülke olan ülkemiz direkt elektrik, doğalgaz, petrol ve yüksek kalitede kömür alımı için her yıl milyarlarca dolar ödemektedir. En çok kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları hidrolik enerji ve güneş kollektörleridir. Güneş enerji sistemlerinin bir avantajı, herhangi bir enerji maddesinden tam bağımsızlık, doğal afetlere karşı güvenlik, enerji kaynağının çeşitlendirilmesi ve merkezi enerji üretiminden kurtulmak olarak sıralandırılabilir. FV sistemin, güneşi ve rüzgarı çok bol olan Türkiye için çok önemli kriterler olan taşınabilirliği, bakım ihtiyacı olmaması, ihtiyacın olduğu yerde üretimi, hiçbir açık çıkmaması, sessiz üretim ve modüler yapı özellikleri ile merkezci enerji üretimi ve dağıtımından uzak olması diğer avantajları arasındadır. Bu avantajlar yerli enerji üretim modellerine geçişi sağlamakta önemli etkenlerdendir. Sınırsızca ve sorumsuzca enerji tüketiminin yerini, bilinçli ve çevreye saygılı ve ihtiyacı karşılamaya yönelik enerji kullanımı alacaktır. Böyle bir ortamda da, refah düzeyini en fazla tüketen sistem yerine, en verimli enerji kullanan sistemler belirleyecektir.türkiye de benzeri bir anlayışın hakim olması ile yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha da artacaktır [Sağlam,2000]. 2.1.Türkiye nin Enerji Kaynakları Arasında Güneş Enerjisinin Yeri Elektrik enerjisi tüketiminin gelişmişliğin bir göstergesi halini aldığı çağımızda, birincil enerji kaynaklarının sürekli tükenmekte oluşu ve bu kaynakların enerji üretimi için yakılmaları esnasında ortaya çıkan ekolojik bozulmalar, bugün enerji konusunu acil olarak çözülmesi gerekli bir problem olarak ortaya

5 koymaktadır. Bu problemin çözümlerinden birincisi yeni ve temiz enerji kaynaklarının bulunması, ikincisi ise tüketimin ekonomik olarak kabul edilebilecek en alt düzeye indirilmesi biçiminde özetlenebilir. Sanayileşme süreci ile birlikte hızla artan enerji ihtiyacının karşılanması için geliştirilen ve uygulanan yeni teknolojiler birçok problemi de beraberinde getirmiştir. Dünya ekolojisinin etkilenmesi bakımından büyük önem taşıyan, enerji ve çevre etkileşiminde ortaya çıkabilecek çevresel bozulmaların en azda tutulabilmesi, bu problemin en büyüğüdür. Günümüzde kullanılmakta olan enerji kaynaklarının çevre üzerindeki olumsuz etkileri bilinmekte ve çevre üzerindeki bu tahribatın durdurulmasına çalışılmaktadır. Çevre dostu enerji kaynaklarının kullanılmasının yaygınlaştırılması, dünyanın geleceği bakımından çok önemli bir adım olacaktır. Güneş enerjisi ile rüzgar enerjisinin çevreye verdiği zarar, günümüz enerji sistemleriyle karşılaştırılmayacak kadar azdır. Ancak dünya genelinde bu enerji kaynaklarına, ülkelerin enerji politikaları veya bu kaynakların yetersizliği gibi nedenlerle gerekli önem verilmemektedir. Son yıllarda görülen yakıt fiyatlarındaki yüksek artışlar nedeniyle birkaç yıl öncesine kadar ekonomik görülmeyen güneş enerjisi, bazı kullanım alanlarında oldukça ekonomik hale gelmiştir. Fizyon enerjisinin en büyük kaynağı, dünyaya zarar vermeyecek bir mesafede olan güneştir. Nitekim petrol, kömür ve atom enerjisi gibi birincil enerji kaynaklarına alternatif olarak güneş enerjisi çok umut vericidir. Güneşten dünyaya gelen enerjinin yoğunluğu, atmosferin üzerindeki m² başına 1.35 kw kadardır. Bu yoğunlukta dünya çapının kapladığı alana gelen güneş gücü 178-10 6 MW düzeyindedir. Dünyanın tüm yüzeyine bir yılda düşen güneş enerjisi, 1.22-10 14 TET (ton eşdeğer taş kömürü) ya da 0.814-10 14 TEP gibi görkemli boyuttadır. Bir başka anlatımla, bir yılda gelen güneş enerjisi miktarı, bilinen kömür rezervinin elli katı, bilinen petrol rezervinin 800 katıdır [Gençoğlu ve Cebeci, 2000].

6 Türkiye deki elektrik enerjisi üretiminin 34 ü fueloil ve motorin tüketilerek küçük kapasitelerde yapılmaktadır. 1MW dan küçük bu güç üniteleri ile 1500 MW güç üretilmektedir. Ülkemizin dağlık bir yapıya sahip olması ve yerleşim merkezinin birbirinden uzak olması, bu yerleşim merkezlerine elektrik enerjisi iletimini güçleştirmektedir. Üretimin ancak 3 ü bu tip yalıtılmış yerlerde tüketilmektedir. Bu bölgelerin bileşikbağlı sisteme bağlanma maliyetlerinin çok yüksek olması ve üretilen enerjinin önemli bölümünün iletim ve dağıtım hattında kaybolduğu göz önüne alınırsa, bölgesel ve bağımsız olarak çalışacak küçük güneş enerjisi elektrik santrallerinin önemi belirginleşmektedir. Türkiye nin güneş enerjisi gücü ilk kez 1970 yılında, bir bilimsel araştırma kapsamında yapılmıştır. Belirlenen olgulara göre Türkiye nin yıllık güneşlenme süresi 2608.8 saat olup, maksimum değer 361.8 saat ile temmuz ayında ve minimum değer 97.8 saat ile aralık ayında görülmektedir. Güneşlenme süresi yönünden en zengin bölge yılda 3015.8 ile Güneydoğu Anadolu dur [EİE Ulusal Enerji Tasarrufu merkezi Yayını,1998]. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kwh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kwh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Aylara göre Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ise Çizelge 2.2 de verilmiştir [www.eie.gov.tr].

7 Çizelge 2.2. Türkiye nin aylık ortalama güneş enerjisi potansiyeli Aylar Aylık Toplam Güneş Enerjsi Güneşlenme (Kcal/cm2-ay) (KWh/m2-ay) Süresi (Saat/ay) Ocak 4.45 51.75 103.0 Şubat 5.44 63.27 115.0 Mart 8.31 96.65 165.0 Nisan 10.51 112.23 197.0 Mayıs 13.23 153.86 273.0 Haziran 14.51 168.75 325.0 Temmuz 15.08 175.38 365.0 Ağustos 13.62 158.40 343.0 Eylül 10.60 123.28 280.0 Ekim 7.73 89.90 214.0 Kasım 5.23 60.82 157.0 Aralık 4.03 46.87 103.0 Toplam 112.74 1311 264.0 Ortalama 308.0 cal/cm²-gün 3.6 kwh/m²-gün 7.2 saat/gün Çizelge 2.3 e göre Türkiye nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı da Çizelge 2.3 de verilmiştir. Ancak, bu değerlerin Türkiye nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır. Bu durumun nedenleri arasında, öncelikle DMİ nin güneş enerjisi ölçümlerini, enerji amaçlı değil tarımsal klimatoloji amaçlı ölçmüş olması, kullanılan cihazların hassasiyetinin düşük olması ve zamanla istasyonların şehir içinde kalması yer almaktadır [www.eie.gov.tr].

8 Çizelge 2.3. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı BÖLGE TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ (kwh/m2-yıl) GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl) G.DOĞU ANADOLU 1460 2993 AKDENİZ 1390 2956 DOĞU ANADOLU 1365 2664 İÇ ANADOLU 1314 2628 EGE 1304 2738 MARMARA 1168 2409 KARADENİZ 1120 1971

9 3.GÜNEŞ PİLLERİ Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır. Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar. Yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş pilinde mekanik olarak elektrik üreten cihazların aksine hareketli parçalar olmadığından teorik ömürleri sonsuzdur. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir. Bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt tan megawatt lara kadar sistem oluşturulur.[çetinkaya, 2001] Güneş pilleri, hali hazırda elektrik şebekesinin olmadığı, yerleşim yerlerinden uzak yerlerde ekonomik yönden uygun olarak kullanılabilmektedir. Bu nedenle ve istenen güçte kurulabilmeleri nedeniyle genellikle sinyalizasyon, kırsal kesimin elektrik ihtiyacının karşılanması vb. uygulamalarda kullanılmaktadır. 3.1. Güneş Pillerinin Tarihçesi İlk kez 1839 yılında Becquerel, elektrolit içerisine daldırılmış elektrotlar arasındaki gerilimin, elektrolit üzerine düşen ışığa bağımlı olduğu gözlemleyerek Fotovoltaik olayını bulmuştur. Katılarda benzer bir olay ilk olarak selenyum kristalleri üzerinde 1876 yılında G.W. Adams ve R.E. Day tarafından gösterilmiştir. Bunu izleyen yıllarda çalışmalar bakır oksit ve selenyuma dayalı foto diyotların, yaygın olarak fotoğrafçılık alanında ışık metrelerinde kullanılmasını beraberinde getirmiştir. 1914 yılında fotovoltaik diyotların verimliliği %1, değerine ulaşmış ise de gerçek anlamda güneş

10 enerjisini %6 verimlilikle elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik diyotlar ilk kez 1954 yılında silikon kristali üzerine gerçekleştirilmiştir. Fotovoltaik güç sistemleri için dönüm noktası olarak kabul edilen bu tarihi izleyen yıllarda araştırmalar ve ilk tasarımlar, uzay araçlarında kullanılacak güç sistemleri için yapılmıştır. Fotovoltaik güç sistemleri 1960 ların başından beri uzay çalışmalarının güvenilir kaynağı olmayı sürdürmektedir. 1970 li yılların başlarına kadar, güneş pillerinin uygulamaları ile sınırlı kalmıştır. Güneş pillerinin yeryüzünde de elektriksel güç sistemi olarak kullanılabilmesine yönelik araştırma ve geliştirme çabaları 1954 ler de başlamış olmasına karşın, gerçek anlamda ilgi 1973 yılındaki 1. petrol bunalımı nı izleyen yıllarda olmuştur. Amerika da, Avrupa da, Japonya da büyük bütçeli ve geniş kapsamlı araştırma ve geliştirme projeleri başlatılmıştır. Bir yandan uzay çalışmalarında kendini ispatlamış silikon kristaline dayalı güneş pillerinin verimliliğini artırma çabaları ve diğer yandan alternatif olmak üzere çok daha az yarı iletken malzemeye gerek duyulan ve bu neden ile daha ucuza üretilebilecek ince film güneş pilleri üzerindeki çalışmalara hız verilmiştir. 1975 ten sonraki ilk 15 yılda özellikle uzay programları için silikon güneş pillerinin üretimi yılda ortalama 100 kw civarındaydı. 1987 yılına doğru tüm dünya içinde yerküre uygulamaları için kullanılan modellerin yıllık siparişi 1986 yılında 28.6 MW a ulaştı. Güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirme, basit, çevre dostu olan fotovoltaik sistemlerin araştırılması ve geliştirilmesi, maliyetinin düşürülerek yaygınlaştırılması misyonu uzun yıllar üniversitelerin yüklendiği ve yürüttüğü bir görev olmuş ve bu nedenle kamuoyunda hep laboratuarda kalan bir çalışma olarak kalmıştır. Ancak son yirmi yılda dünya genelinde çevre konusunda duyarlılığın artmasına bağlı olarak kamuoyundan gelen baskı, çok uluslu büyük şirketleri fosile dayalı olmayan yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları konusunda çalışmalar yapmaya zorlamışlardır. Büyük şirketlerin

11 devreye girmesiyle fotovoltaik piller konusundaki teknolojik gelişmeler ve güç sistemlerine artan talep ve buna bağlı olarak büyüyen üretim kapasitesi, maliyetlerin hızla düşmesini de beraberinde getirmiştir. Yakın geçmişe kadar alışıla gelmiş elektrik enerjisi üretim yöntemleri ile karşılaştırıldığında çok pahalı olarak değerlendirilen fotovoltaik güç sistemleri, artık yakın gelecekte güç üretimine katkı sağlayabilecek sistemler olarak değerlendirilmektedir. Özellikle elektrik enerjisi üretiminde hesaba katılmayan ve görünmeyen maliyet olarak değerlendirilebilecek sosyal maliyet göz önüne alındığında, fotovoltaik sistemlerden fosile dayalı sistemlerdin daha ekonomik olarak değerlendirilebilir. 3.2. Güneş Pillerinin Yapısı Güneş pili hücreleri yarı iletken malzemelerden yapılır. Silikon en çok kullanılan yarı iletken malzemedir. Işık yarı iletken malzemeye ulaştığında malzeme tarafından emilir. Diğer bir anlatımla ışık enerjisi yarı iletken malzemeye geçer, malzemedeki elektron bağlarını zayıflatır ve bir yerden bir yere gitmesini sağlayarak elektrik akımını oluşturur. Yarı iletkenler üzerine koyulan metal kollektörler bu elektrik akımını toplarlar. Tabi ki bu anlatım aslında çok basittir. Silikonun tek kristal halini incelemek gerekir. Slikon kristal halindeyken birçok kimyasal özelliğe sahiptir. Slikon atomunun 14 elektronu vardır. Üç halka şeklinde çekirdeğin etrafında hareket ederler. İlk halkada iki, ikinci halkada sekiz elektron çekirdeğe yakın şekilde hareket ederler. Son halkada 4 elektron vardır. Silikon son halkadaki 4 elektrona bir başka 4 elektron ekleyip son halkasındaki elektron sayısını 8 e çıkarmaya çalışır. Halkadaki 4 elektron yanı başındaki diğer silikon atomundaki 4 elektronla sanki el tutuşarak bağlanır. Bu bağlantı diğer komşu atomlarla devam eder ve silikon saf kristal yapısına kavuşmuş olur. Bağlanacak elektronu kalmayan kristal silikon atomunun iletkenliği çok zayıflar. Çünkü elektronlar sıkıca birbirine bağlı olduğundan bağlanacak elektron arayışı son bulmuştur [Kroposki-Thomas,1998].

12 Saf silikona ısı verilirse, bu ısı enerjisi saf silikondaki bazı elektronların atom yapısından kopmasını sağlar, ancak bu saf silikonda çok azdır. Silikon, yapısında elektronu kopmuş yere başka bir elektron arar. Aynı şekilde yan atomdan kopan elektronu bu boşluğa yerleştirir. Bu boşluktan çıkan elektron da yerine gelen elektronun boşluğuna gider. Bu elektronların yer değiştirmesinden elektrik akımı oluşur. Ancak saf silikonda serbest kalabilen elektron çok azdır. Bunun için saf silikona enerji verildiğinde çok az elektrik akımı oluşur. Enerji verildiğinde daha fazla elektronun kopup yer değiştirmesi için, saf silikonun içine bir madde ilave edilmelidir. Bu elektronlar yer değiştirirken de elektrik enerjisi üretecektir. Saf silikonun fosforla zenginleştirilmesine katkılandırma denir. Her bir milyon silikon atomunun içine, son halkasına 5 elektron olan bir adet fosfor atomu atıldığı düşünülürse, komşu silikon atomlarıyla bağlandığında fosfor atomunun çekirdeği tarafından sadece bir adet elektron tutulur. Bu durumda bir milyon silikon atomu birbirine bağlı ve bu bağ bir fosfor elektronları çok az bir enerjiye yer değiştirebilecek durumdadır. Bu durumdaki silikon yarı iletken haline dönüşmüştür. Fosforun silikonla yapmış olduğu bu bağa negatif tip denir. Oluşturulan bu hücre bir yerde dururken, aynı metotla silikon boron la zenginleştirir. Boron atomunun son halkasında 3 adet elektron vardır. Milyonlarca silikon atomu boron ile zenginleştirildiği zaman, yapıda 1 elektronluk boş bir delik olacaktır. Böylelikle bu yapıda pozitif tip olacaktır. 3.3. Birleşme Kesitinde Elektrik Alanın Oluşması Bu ayrı ayrı elektrik alanın olmayan ve kendi halinde doğal olan parçalar birleştirildiğinde, birleşme kesitinde n tip silikonun içindeki elektronlar p tip silikonun içindeki pozitif boşlukları dolduracak, ancak birleşme yerinde bu birleşme o kadar kuvvetli olacak ki elektronlar bu bariyeri bir zaman sonra geçemeyeceklerdir. Yani elektronlar n tip silikon, elektronunu p tipe

13 gönderdiğinden, birleşme noktasında + alan oluşacak, aksi taraftaki p tip elektron aldığından - alan oluşturacaktır. Serbest kalabilecek elektronların hareket yönleri Şekil 3.1 de gösterilmiştir. Şekil 3.1. Elektrik alanın n tip in p tip i etkileyiş diyagramı 3.3.1.Yüzeyleri birleştirilmiş silikonlara enerji verilmesi Güneş ışığının içindeki foton denilen enerji bu birleşmiş malzemeye yansıdığında, elektronları serbest bıraktıracaktır. Serbest kalan elektronların yeri de boş kalacaktır. Eğer bu olay birleşme alanı yakınında oluyorsa elektronlar n tipe, boşluklarda p tipe geçecektir. Eğer bu iki parça bir iletkenle birbirine bağlanırsa, elektronlar tekrar eski yerine, deliklerde eski yerine döneceklerdir. Elektrik enerjisinin temel prensibi olan bu elektron hareketinden dolayı akım, elektrik alanından dolayı da voltaj elde edilir. Bu döngü ışık olduğu sürece devam eder. Şekil 3.2 fotonların silikonda oluşturduğu elektron hareketini göstermektedir. Şekil 3.2. Fotonların silikondaki elektron hareketi oluşturması

14 3.4. Güneş Pilindeki Kayıplar Güneş pilleri kayıplar nedeni ile daha düşük verimle çalışmaktadır. Bu bölümde güneş pili kayıplarının özellikle nereden kaynaklandığını belirlenmeye çalışılmıştır. Güneş pillerinde ilk çalışma anından başlayarak görülen kayıplar aşağıdaki gibidir. Işıksal Kayıplar: Güneş ışığı fotonlarının soğurulmaması ve azınlık taşıyıcılarının üretilememesinden doğan kayıplar, Elektriksel Kayıplar: Fotovoltaik diyotların optimum elektrik parametrelerini düşüren kayıplar, Ara Yüzey Kayıpları: Beş tabakanın her biri için hacim kayıplarına ek olarak ortaya çıkan kayıplar olarak ortaya sınıflandırabiliriz. 3.4.1. Işıksal kayıplar Güneş pillerinde üretilen akım değeri, üretilen azınlık taşıyıcıları ve soğurulan güneş ışığı fotonlarının sayısı ile belirlenir. Işıksal kayıplar (JL) değerinde azalmalara yol açar. Bu kayıplar, her tabakada gerçekleşen yansıma kayıpları ile takalar veya ara yüzeylerde görülen dış soğurulma kayıpları olarak iki kısımda incelenebilir. 3.4.2. Elektriksel kayıplar Elektrik kayıplarını tanımlamanın en kolay yolu akım-gerilim karakteristiğini kullanmaktır. Bu kayıplar akım gerilim kayıplarından oluşur. Toplanıp çoğunluk taşıyıcılarına çevrilemeyen azınlık taşıyıcıları, akım kayıplarını belirler. Gerilim kayıpları, açık devre geriliminin beklenen değerinin altına bir düşüş olarak tanımlanır. Seri ve paralel direnç kayıpları ile zayıf diyot karakteristikleri,elde edilecek akım gerilim değerlerini küçültecektir.

15 3.4.3. Akım kayıpları Güneş pillerinde üretilen azınlık taşıyıcılarının kaybı pek çok yolla gerçekleşebilir. Hacim içinde yeniden birleşme kayıpları, uyarılan taşıyıcıların sonlu ömürlerinden kaynaklanır. Bu nedenle ortaya çıkan akım kaybı, yayınım uzaklıklarıyla soğurucu kalınlığı arasındaki orana bağlıdır. Soğurucu kalınlığının aynı zamanda soğurmayı en iyi hale getirmek üzere seçilmesi gerektiğinden, ışıksal ve elektriksel gereksinimler arasında bir uzlaşma sağlanmalıdır. İyi tasarlamış güneş pillerinde hacim içi yeniden birleşme kayıpları %5 ile %20 arasında değişir.yüzey yeniden birleşmesi, bir malzemedeki her kesitinin yeni elektronik koşullar yaratmasından kaynaklanmaktadır. Işınımla üretilen ve yüzeye doğru yayınıma uğrayan taşıyıcılar, yüzey etkilerini önleyici özel önlemler alınmadığı ya da taşıyıcıların yüzeye ulaşmaları engellendiği zaman, yüzeyde yitirilirler. Yüzeyde bir oksit tabakanın oluşturulması, genellikle, yüzey koşullarının etkisini ve bundan dolayı da taşıyıcı kaybını azaltır. Yüzey yakınlarına uygulanan homojen olmayan bir katıştırma işlemi, bir iç elektrik alanı oluşumuna yol açarak, azınlık taşıyıcıların yüzeyden uzaklaştırılmasına ve akım kayıplarının azaltılmasına neden olur. Yüzeydeki bu yeniden birleşme kaybı en iyileştirilmiş güneş pillerinde %0-5 arasında değişim gösterir. Kristal sınırları iç yüzeyler gibi davranabildiğinden, serbest bir yüzey ölçüsünde azınlık taşıyıcı kaybına neden olabilirler. Kristal sınırlarında pürüzler çok daha etkin olduğundan yapılacak bir katıştırma işlemi azınlık taşıyıcılarını uzaklaştıracak ve akım kayıplarını önlemede başarılı olacaktır. 3.4.4. Açık devre gerilimi Homojen eklemler,heterojen eklemler ve Schottky açık devre gerilimi ya hacim içi yeniden birleşme ömrü, ya da ara yüzey yeniden birleşme hızları ile

16 denetlenir. Açık devre gerilimini kontrol eden ve etkileyen ek parametreler bant aralığı ve eklemin n ve p taraflarının katıştırılma seviyeleridir. Açık devre gerilim kayıpları %4 ile %50 arasında değişir. 3.4.5. Direnç kayıpları Seri direnç ve paralel iletkenlik güneş pillerinde arzu edilmeyen özelliklerdir. Paralel direnç değeri açık -devre gerilimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. İdeal bir güneş pilinde paralel direnç sonsuza yakın olmalıdır. Bakır Sülfid/Kadmiyum Sülfid güneş pillerinde alın ızgara, Kadmiyum Sülfid tabakasına kısmi kontak yaparak paralel bir iletkenlik oluşturur. Güneş pillerinde paralel iletkenlik ve seri direnç kayıpları %0-%10 mertebesindedir. 3.4.6. Verim kaybı süreçleri Güneş pillerinde maliyetin düşürülebilmesi, pil ömrünün uzun olması ile mümkündür. Günümüzde güneş pillerinin ömrüne ilişkin belirsizlikler vardır. Ancak genellikle, 20 yıllık bir süre için güneş pili veriminde %10 ile %20 arası düşüşler tasarımcı ve imalatçılarının hedefi olmaktadır. Güneş pillerinin çıkış gücündeki azalmanın kolayca anlaşılabilen birkaç nedeni vardır. Pilin dış yüzeyinde, güneş ışınımının gelişini engelleyen toz ve pisliklerin birikmesi bu nedenler arasındadır.

17 4. GÜNEŞ PİLİ SİSTEMİ ENERJİ DENGESİ Güneş pilinden elektrik üretimi sistem tasarımında ilk olarak sistemin dengelenmesi gerekmektedir. Fotovoltaik sistemler üç ayrı grupta toplanır. Birincisi güneş enerjisini doğru akım elektrik enerjisine çeviren grup; altı hücreden oluşan modüldür. İkincisi enerjiyi kullanan gruptur. Bu gruba elektrikle çalışan ekipmanlar girmektedir. Üçüncü grup ise enerji üretimi ile tüketimi arasında kalan ve sistemi dengeleyen araçlardır. Bu grupta ise akü, şarj kontrol devresi, evirici devresi ve kablolar bulunmaktadır. Şekil 4.1 de güneş pili sistemi enerji dengesi gösterilmiştir. Şekil 4.1. Güneş pili sistemi enerji dengesi Şekil 4.2 de fotovoltaik sistemlerin akım enerji dengesini göstermektedir. Buna göre; Işınım : H (Wh/m²*gün) Güneş Pili Gücü : P vm (W) Güneş Pili Alanı : A (m²) η pv : Fotovoltaik Çevrim Enerji Verimi Alanı (m²) iken, güneş pilinin standart koşullarda ürettiği enerji: E pv E pv = P pv *(H/1000)=η pv *A*H olacaktır. (4.1)

18 Şekil 4.2. Akım - enerji dengesi E L1 : Şarj denetleyici Çıkışındaki Enerji η A : Akü Verimi η S : Bağlantı, Kablo ve Sistem Bileşen Kayıpları E pv : Güneş Pili Üretimi Akü kayıpları, şarj denetleyici, kablo ve diğer bileşenlerde oluşan sistem kayıplarıyla birlikte şarj denetleyici çıkışındaki enerji; E L1 = η A *η S *E pv (4.2) E L2 : Yüke Verilen Enerji η inv : Evirici Verimi

19 Evirici verimi ile yüke verilen enerji; E L2 = η inv *E L1 (4.3) olacaktır. Bu genel enerji akışını dikkate alarak akımlar üzerinden tasarım; I pv : Güneş pilinin ürettiği net akım n M : Modül düzeltme katsayısı (derate factor). Modülün çalışma ortamında nominal çalışma değerlerinden kaymasını dikkate almak amacıyla yapılan bir indirgeme katsayısıdır. I m : En yüksek güç noktasında güneş pili modülü akımıdır. I pv =n p *n m *I m (4.4) Gelen güneş ışınımı H*Wh/m²*gün iken güneşlenme saati denen tepe ışınım gelme süresi bu değerin 1000 W/m² ye bölünmesiyle bulunacağından, güneş pilinin ürettiği enerji Ah olarak; E pv = I pv *(H/1000) (Ah/gün) dür. E L : Yüke verilen enerji E L = η A *η S *η inv * E pv Ah/gün (4.5) Bu enerji ile yükün çalışabilme süresi t; P L : Yük gücü V : Sistem gerilimi t= E L / (P L / V) saat olacaktır. (4.6)

20 4.1. Güneş Modülü Resim 4.1. Güneş paneli [Özgöçmen,2007] Teknik Özellikleri; Panel monokristal (tek kristalli) yapıdadır. Panel açık devre voltajı 21V tur. En yüksek güç tüketimindeki voltajı 18 volttur. En yüksek güç tüketimindeki akımı 612 ma.dir. Panel çalışma sıcaklık aralığı -30 C - +70 C dir. Panel 18-21.6 volt 10 watt düzeyinde enerji temin etmektedir. Panel performans tolerans aralığı -10% / +10% değerindedir. Panel boyutu 240mm x 320mm ebatlarındadır. 4.2. Akü Fotovoltaik sistemlerde aküler, geceleri kullanım için veya gündüzleri modüller yük ihtiyaçlarını karşılayacak yeterli gücü üretmediği zamanlar için elektrik depolarlar. Akünün sistem içinde doğru işletilmesi aydınlatma sisteminin güvenilir çalışmasının en önemli yönüdür.

21 Akü hücrelerinin kapasiteleri amper saat cinsinden verilir. Bu; tam şarjlı bir aküden belirli bir deşarj oranı ve elektrolit sıcaklığı altında, belirli bir gerilime kadar çekilebilen elektrik miktarıdır. Çalışmada kullanılan akünün özellikleri aşağıdaki gibidir: Teknik Özellikleri; Batarya güneş paneli modülünden gelen enerji ile sürekli olarak dolacaktır. Batarya bakımsız kuru tip aküdür. Batarya 12 volt 7 AH/20 saat gücündedir. Batarya boyutları 60 mm x 148mm x 93mm ebatlarındadır. Resim 4.2. Akünün dıştan görünümü [Özgöçmen,2007] Akülerin genel özellikleri; Tamam olarak kapalı bakımsız tiptir. Geniş ısı yelpazesinde çalışabilir. Özel alçak basınçlı emniyet valfleri ile teçhiz edilmiştir. İç direnci düşük olup, bekleme kayıpları son derece azdır. Yatay ve dikey herhangi bir pozisyonda çalıştırılabilinir. Uzun ömürlü ve yüksek performanslıdır.

22 Kullanım alanları; Yedek aydınlatma sistemleri Yangın emniyet sistemleri Kesintisiz güç kaynakları Haberleşme cihazları Kontrol cihazları Alarm sistemleri Akünün verimliliğini belirlemede kullanılan başlıca parametreler şunlardır: Akü tipleri, kapasiteleri, maksimum şarj akımları, gaz hali voltaj değerleri, sıcaklık, üretici toleransları, akünün dinamik zaman sabiti, akünün yaşı ve gaz haline etki eden diğer parametreler gibi. Bu parametrelerin birbirine bağlı olması da söz konusudur. 4.3.Şarj Kontrol Devresi Resim 4.3.Şarj kontrol devresi görüntüsü [Özgöçmen,2007]

23 Şekil 4.3. Şarj kontrol devresinde kullanılan elemanlar Şekil 4.4. Şarj kontrol devresinin bağlantı şeması

24 Şarj kontrol devresi güneş pilinden aküye ve yüke akan elektriği düzenler. Sisteme bağlanan güneş panelinden gelen gerilim şarj kontrol devresini besler. Devre girişinde kullanılan LM7815 regüle entegresi, güneş panelinden gelen voltajın 15 voltun üzerinde olduğu anlarda gerilimi 15 volt seviyesine düşürerek gerilimi sabit tutmaktır. Devrenin amacı akünün fazla şarjda kalmasını ve akünün düşük voltajda çalışmasını engellemektir. LM339 gerilim karşılaştırıcı entegresi akü voltajını ölçerek referans değerden aşağıda ise şarj edilmesini sağlar. Aynı zamanda yukarı referans değerinden fazla ise akü şarjını keser. Akünün şarj edilmesini 4069 entegresi sağlar. Bu entegre devrede osilatör olarak kullanılmıştır. Çıkışına bağlanan 5305 güç transistorleri tampon ve sürücü işini yapar. Devre aküyü aşırı doldurmadan sürekli tam dolu vaziyette tutar. Yük güç çekmeye başladığı zaman kontrol devresi şarjın modülden aküye, yüke veya her ikisine birden akışına izin verir. Devrede kullanılan diyotlar akımın tek yönde akması için kullanılmıştır. Kondansatörler çalışma esnasında oluşan ripple voltajların devrenin çalışmasını etkilememesi için parazit silici olarak çalışır. Ledler ile devrenin çalışıp çalışmadığı gözlemlenmiştir.sigortalar ise devreyi yüksek akım çekilmesi durumunda bozulmaktan korur. Şarj kontrol devresinin en önemli kısmı güneş panelinin ürettiği 5-21 V arası gerilimi şarj pompasına 15 V sabit olarak tutabilmesidir. Burada kullanılan regüle entegresi 1,5 A sürekli akım çekilmesine dayanacak güçtedir. Güneş panellerinden gelen gerilim şarj kontrol devresinde akü gerilimiyle karşılaştırılır. Akünün gerilimi güneş panellerinden sağlanan gerilimden düşükse, evirici devresi beslenirken aynı anda akü de şarj edilir. Eğer akü gerilimi panellerden elde edilen gerilimden düşük değilse LM339 entegresi şarj pompasını kapalı tutar. Panellerden yeterli gerilim sağlanmadığı takdirde evirici devresi aküden beslenir.

25 4.4. Evirici Devresi Resim 4.4. Evirici devresi görüntüsü [Özgöçmen,2007] Şekil 4.5. Evirici devresinde kullanılan elemanlar

26 Şekil 4.6. Evirici devresinin bağlantı şeması Eviriciler kısaca DC gerilimi AC gerilime dönüştüren devrelerdir. Bu evirici devresi ile 12 voltluk akü kullanılarak tıraş makinesi, küçük flüoresan lambaları gibi 220 V AC gerektiren cihazlar çalıştırılabilir. DC ve AC arasındaki bu dönüşüm sırasında frekans ve genlik istenen bir değere ayarlanabilir. Devre girişinde kullanılan LM7805 entegresi devrenin gerilim değişimlerinden etkilenmemesi için gerilim regülatörü olarak çalışır. Devre girişindeki sigortalar aşırı akım çekilmesi durumda devrenin korunmasını sağlar.1000µf kondansatörler ani akım çekilmelerinde devrenin hatalı çalışmasını engellemek için akım takviyesi olarak çalışır. Diyotlar, transformatörün oluşturacağı yüksek gerilim darbelerinden transistörleri korumak içindir.

27 Devrede TC4069 kare dalga osilatörü kullanılmış olup alternatif akımın frekansı kullanıma göre kolayca değiştirilebilir. Trimpot ile osilatörün ürettiği kare dalganın her iki yarım saykılınında eşit genişlikte olması sağlanmıştır. Entegre tamponlarının çıkışına bağlanan 3,3nf kondansatörler sürücü olarak görev yapan 6N60 transistörlerinin sürekli olarak gerilim altında kalmasını engeller. Transistörlere base ucundan eğer titreşimli bir sinyal uygulanırsa verilen doğru gerilim titreşimli olarak çıkar. Evirici genel olarak bir osilatör çıkışından elde edilen sinyal sürücü yada yükseltici katı ile güçlendirilerek DC gerilim AC ye dönüştürülür. Entegre çıkışları akım ve gerilim olarak düşük seviyede olduğu için bu çıkışlar T1 ve T2 güç transistörleri ile kuvvetlendirilerek trafonun 2X12 volt girişine uygulanmıştır, böylece trafonun diğer tarafından 220 V luk gerilim elde edilmiştir. Osilatör çıkışı T1'in bazını sürmekte, böylece transformatörün primerinin yarı sargılarına akım sağlanmaktadır. T2, T1' in kollektör gerilimi ile sürülmekte, böylece osilatör sinyalinin diğer yarı saykılı ile beslenmiş olmaktadır. Transformatörün girişine uygulanan bu gerilim ile sekonderden istenilen yüksek gerilim alınmaktadır. Kullanım amacına göre sekonder gerilimi doğrultularak DC gerilim de elde edilebilir. Kullanılan transformatör, besleme transformatörü olup, iki adet eşit sargılı primeri, bir adet sekonderi bulunmaktadır. Transformatörün gücü kullanılacak yere göre değişmektedir. Bu devrede 25 W' a kadar olan transformatörler kullanılabilir. Ama 25 W dan büyük trafolar kullanılacağı zaman sürücü transistorlerin soğutucu plakalara bağlanması gerekir. Devrenin aynı zamanda D.C. çıkışıda mevcuttur. Buradan 12 V ve 10 A akım alınabilir. Toplam gücü DC çıkış için 120 wattır.

28 4.5. Modül Eğim Açısı Tasarlanan sistemde kullanılan güneş pili modülünden en verimli şekilde elektrik enerjisi elde edebilmek için modülün güneş ışığına dik gelecek şekilde monte edilmesi gerekmektedir. Yüzeye gelen güneş ışınımı miktarı modül eğim açısına göre değişmektedir. Şekil 4.7. de modülün yatay tabanla yaptığı açı modül eğim açısı olup α olarak gösterilmiştir. Şekil 4.7. Modül eğim açısı Çizelge 4.1 Ankara ili için eğime göre ışınım miktarını göstermektedir. Tabloya göre kış toplamı; Kasım, Aralık, Ocak, Şubat aylarındaki toplam ışınımdır. Ankara için tüm yıl ışınımının en fazla olduğu açı 30 ve kış ayları içinde ışınımın en fazla olduğu açı ise 60 dir. En son sütunda ise bu dört ayın ışınım ortalaması verilmiştir [Elektrik İşleri Etüd İdaresi Sonuç Raporu].

29 Çizelge 4.1. Ankara da aylara göre eğimli yüzeyde güneş ışınımı Eğim O Ş M N M H T A E E K A Yıl. Ort. Kış Ort. 0 1694 2528 3722 4861 6139 7028 7111 6556 5111 3528 2083 1417 4315 1931 10 2061 2898 4035 5020 6152 6950 7075 6703 5473 4020 2513 1750 4554 2306 20 2381 3204 4261 5077 6054 6755 6913 6714 5712 4419 2886 2045 4702 2629 30 2645 3737 4392 5030 5844 6442 6625 6585 5820 4714 3190 2291 4751 2890 40 2844 3589 4425 4880 5526 6018 6216 6318 5795 4896 3415 2481 4700 3082 50 2973 3656 4359 4631 5110 5494 5699 5923 5637 4958 3556 2609 4550 3199 60 3028 3636 4196 4292 4608 4887 5089 5411 5350 4900 3607 2672 4306 3236 70 3007 3530 3940 3873 4038 4220 4409 4799 4944 4722 3568 2668 3976 3193 80 2911 3340 3599 3387 3422 3519 3685 4108 4431 4430 3439 2596 3572 3072 90 2743 3073 3184 2851 2787 2823 2954 3365 3826 4034 3225 2459 3110 2875 4.6. Deneylerin Yapılışı İlk olarak güneş panelimiz şarj kontrol devresine bağlanmıştır. Böylece güneşten alınan enerji panele gelerek güneş pillerinin çalışma prensibi doğrultusunda elektrik enerjisi üretilmiştir. Panel çıkış gerilimi 21 V tur. (Bu değer 6 hücreli kullanılan panel için geçerli olup daha fazla gerilim istenildiği taktirde seri panel sayısının artırılması yeterlidir.) Ve panel uçları şarj kontrol devresine bağlanmıştır. Şarj kontrol devresinin çıkışı ise akü ve evirici devresine bağlanmıştır. Evirici devresi, DC gerilimi AC gerilime çevirip yükselterek lambanın yanması sağlamıştır. Birinci deneyde oda ortamında ve açık havada akü şarj deneyi yapılmıştır. Elde edilen şarj akımları tablo haline getirilerek karşılaştırma yapılmıştır. İkinci deneyde panelin ve akünün boşta gerilimi ölçülmüştür. Ve bu değerler ilk olarak voltmetrede ölçülmüş daha sonra osiloskopta çıkışları alınmıştır. Üçüncü deneyde sistem bileşenleri bağlı fakat yüksüz durumda sıra ile akü çıkışı, evirici girişi ve evirici çıkışı gerilimleri voltmetre yardımıyla ölçülerek osiloskop çıkışları gözlenmiştir.

30 Dördüncü deneyde ise sistem bileşenleri ve yükte bağlanarak ikinci deneyde yapılan ölçümler tekrarlanmış ve fotoğrafları çekilmiştir. 4.6.1. Deney 1 Akü şarj deneyi Resim 4.5.Panel eğim açısı gösterimi [Özgöçmen,2007] Çizelge 4.2. Akü şarj akımı ölçümü Akü Şarj Akımı Saat Oda Açık Hava 12:00 0.30 A 0.50 A 13:00 0.17 A 0.28 A 14:00 0.32 A 0.52 A 15:00 0.25 A 0.42 A 16:00 0.20 A 0.37 A 17:00 0.13 A 0.20 A

31 Bu deneyde panel ve akü, şarj kontrol devresine bağlanarak belirli saatlerde akü şarj akımları ölçülmüş ve akünün dolduğu gözlenmiştir. Ölçümler hem oda içerisinde hem de açık havada yapılmıştır. Oda içerisindeki şarj akımı değerleri açık havadaki değerlere göre % 63 daha düşüktür. Bu düşüklüğün nedenleri ise; Güneş ışınımının oda içerisine yeterince ve istenilen açı ile gelememesi, Oda camının yansıtıcı özelliğidir. Saat 12:00 de 0.5 A olan akü şarj akımı, saat 13:00 de 0.28 A olarak görülmüştür. Bu düşüşün nedeni saat 13:00 de bulutluluk oranının artmış olmasından kaynaklanmaktadır. Saat 15:00 den sonra ise güneş ışığının azalması ile doğru orantılı olarak akü şarj akımında da azalma görülmüştür. Ölçüm sırasında panel eğim açısı 60º dir. Panel eğim açısının 60º alınmasının sebebi kış aylarında yüzeye en fazla ışınımın geldiği açı olmasından kaynaklanmaktadır. 4.6.2. Deney 2 Panel için yapılan osiloskop ve voltmetre ölçümü Resim 4.6. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken panel için yapılan osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007]

32 Resim 4.7. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken panel için yapılan voltmetre ölçümü [Özgöçmen,2007] Yüksüz durumda panel girişinde ölçülen değer voltmetrenin 20 V kademesinde 15.7 V olup, osiloskop ölçümünde de 5V kademesinde aynı değer görülmüştür. Akü için yapılan osiloskop ve voltmetre ölçümü Resim 4.8. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken akü için yapılan osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007]

33 Resim 4.9. Şarj kontrol ve evirici devresi bağlı değilken akü için yapılan voltmetre ölçümü [Özgöçmen,2007] Akü uçlarında yapılan ölçümde 12.65 V ölçülmüş, osiloskop ekranında da 5V kademesinde aynı değer görülmüştür. 4.6.3. Deney 3 Akü çıkışı (yüksüz) osiloskop ve voltmetre ölçüm Resim 4.10. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda akü çıkışı için Osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007]

34 Resim 4.11. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı,yüksüz durumda akü çıkışı için voltmetre ölçümü [Özgöçmen,2007] Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, fakat yüksüz durumda akü uçlarındaki gerilim voltmetre yardımıyla 12.88 V ölçülmüş, 5V kademesinde osiloskop ekranında aynı değer görülmüştür. Evirici girişi (yüksüz) osiloskop ve voltmetre ölçümü Resim 4.12. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda evirici girişi için Osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007]

35 Resim 4.13. Yüksüz durumda evirici girişi için voltmetre ölçümü [Özgöçmen,2007] Evirici girişindeki görülen 12.9 V luk voltmetre değeri, 5 V kademesindeki osiloskop değeri ile paralellik sağlamaktadır.

36 Evirici çıkışı (yüksüz) osiloskop ve voltmetre ölçümü (a) (b) Resim 4.14. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüksüz durumda evirici çıkışı için osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007] a. Pozitif yarım saykıldaki görünüm b. Negatif yarım saykıldaki görünüm

37 Resim 4.15. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı,yüksüz durumda evirici çıkışı için voltmetre ölçümü [Özgöçmen,2007] Trafo çıkışında voltmetre ile yapılan ölçümde 235 V değerine ulaşılmıştır. Osilokopun 50 V kademesinde ekranında ise 235 V kare dalga görülmüştür. Osiloskop görüntüsü ekranda tam olarak görünmediği için X koordinatı sabit tutulup Y koordinatı üzerinde kaydırma yapılıp görüntü Resim 4.9.a ve Resim 4.9.b. olmak üzere iki resim halinde gösterilmiştir. 4.6.4. Deney 4 Akü çıkışı (yüklü) osiloskop ve voltmetre ölçümü Resim 4.16. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda akü çıkışı için osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007]

38 Resim 4.17. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda akü çıkışı için voltmetre ölçümü [Özgöçmen,2007] Sistem yük bağlı iken voltmetre ile akü uçlarındaki gerilim 12.41 V olup, 5 V kademesinde DC gerilim 12.4 V olarak görülmektedir. Evirici çıkışı (yüklü) osiloskop ve voltmetre ölçümü Resim 4.18. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda evirici çıkışı için osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007]

39 Resim 4.19. Şarj kontrol devresi ve evirici devresi bağlı, yüklü durumda evirici çıkışı için osiloskop ölçümü [Özgöçmen,2007] Sistem yüklü durumda iken voltmetre yardımıyla ölçülen evirici çıkışındaki gerilim değeri 200 V olup, osiloskop ekranında da 50 V kademesinde 200 V AC alınıp kare dalga görülmüştür.

Şekil 4.8. Sistem bağlantı şeması 40

41 4.7. Devrelerde Kullanılan Tüm Devreler 4.7.1. 78XX regülatörü 78 serisi regülatörleri Çizelge 4.3 de gösterildiği gibi bir seri halindedir. Değişik giriş ve çıkış gerilim ve akımlarında çalışmaktadırlar. 78 den sonra gelen iki rakam, regüleli çıkış gerilimini göstermektedir. Çizelge 4.3. Değişik 78XX regülatörleri Entegre 78XX 7805 7805A 7806 7806A 7808 7808A Giriş 10 gerilimi (V) 10 11 11 14 14 Çıkış gerilimi (V) 5 5 6 6 8 8 Çıkış akımı (A) 0,5 1 0,5 1 0,5 1 Entegre 78XX 7812 7812A 7815 7815A 7818 7824 Giriş 19 gerilimi (V) 19 23 23 27 33 Çıkış 12 gerilimi (V) 12 15 15 18 24 Çıkış akımı 0,5 (A) 1 0,5 1 1 1

42 Şekil 4.9. 78xx Regülatörünün ayak bağlantıları 78xx Regülatörünün ayak bağlantıları şöyledir: 1 Nolu ayağı : Giriş 2 Nolu ayağı : Çıkış 3 Nolu ayağı : Toprak Şekil 4.10. Akım takviyeli pozitif gerilim regülatörü devresi Şekil 4.9 da, 7815 regülatörlü bir devrenin çıkış akımını yükseltmek için uygulanan transistör devresi gösterilmiştir. Transistör çalıştığı zaman I L yük akımını arttırmaktadır. R direnci hem transistörün emiter-beyz polarmasını, hem de tüm devre giriş bağlantısını sağlamaktadır. Transistörün çalışması için V BE = 0,6 Volt olmalıdır. Bu gerilim, R direnci üzerindeki, V R gerilim düşümü ile oluşmaktadır. Yani, V R =V BE dir.

43 Transistörün çalışması için R direncinden geçmesi gereken I R akımının hesaplanması: R direnci 4,7 Ω gibi küçük değerlerde seçilir. I R =V R /R =0,6/4,7 = 0,217 A olarak bulunur. I R = 0,127 A e ulaştığında transistör çalışır ve yük akımını takviye eder. Güçlü bir transistör seçildiği takdirde bu takviye 10 A e kadar çıkar. Transistörün takviye akımı tamamen regülatör giriş akımına bağlı olup, bu akım sabit kaldığı müddetçe, transistörün giriş ve çıkış akımları da sabit kalacak ve belirli bir oranda I L yük akımını takviye edecektir. Dolayısıyla yük gerilimi de belli değerlerde sabit kalacaktır. 4.7.2. 6N60 Mosfet Şekil 4.11. 6N60 MOSFET in dıştan görünümü Uygulama alanları; Anahtar modlu güç sistemi (SMPS) Kesintisiz güç sistemi Yüksek hızlı güç anahtarlamasında Yüksek voltaj izolasyonunda kullanılır.

44 Yararları; Yol verme esnasında düşük kapı şarjı meydana getirir. Gelişmiş kapı özelliği,artan ve dinamik dv/dt sağlamlığı Tamamen karekterize edilmiş kapasitans, artan voltaj ve akım sağlar. V DSS : 600V R ds (on) max : O,75Ω I D : 5,5A 4.7.3. LM 339 entegtesi Şekil 4.12. LM 339 Entegresinin giriş ve çıkış kapıları Teknik Özellikleri; Düşük girişli polarizasyon akımı :25 na Düşük girişli sapma akımı : ±5nA Sapma gerilimi : ±3mV Yüksek çıkış doyma gerilimi :250mV Faydaları; Bütün lojik formlarla uyumludur. Yüksek hassasiyette karşılaştırır. Batarya çalışması için uygun güç akışını sağlar.

45 5. SİSTEM MALİYET HESABI Çizelge 5.1.Güneş paneli ve akü fiyat listesi Malzeme Adı Adet Fiyat Güneş Paneli 1 (6 Hücreli) 200$ Akü 1 10$ Çizelge 5.2. Şarj kontrol devresi fiyat listesi Şarj Kontrol Devresi Malzeme Adı Adet Fiyat 30D1 Diyot 3 0,30 YTL TC 4069 1 0,60 YTL LM 339 1 2,00 YTL Sigorta 3 0,20 YTL 71N40 Diyot 2 0,10 YTL Kırmızı Led 2 0,10 YTL 7815 Voltaj Regülatörü 1 0,50 YTL 1000µF Kondansatör 25 V 5 1,50 YTL Direnç 8 0,80 YTL 100µF Kondansatör 25 V 1 0,10 YTL 6.8µF Kondansatör 16 V 1 0,10 YTL Klemens 2 0,20 YTL IRF 5305 Mosfet 1 3,00 YTL Osilatör 2 0,20 YTL Toplam 9,70 YTL

46 Çizelge 5.3. Evirici devresi fiyat listesi Evirici Devresi Malzeme Adı Adet Fiyat 15 W,12 V Trafo 1 9,00 YTL 100µF Kondansatör 25 V 1 0,10 YTL IRFZ 44 N 1 0,85 YTL L7805 CV 1 0,50 YTL Klemens 3 0,30 YTL Direnç 7 0,70 YTL TC 4069 1 0,60 YTL 1000µF Kondansatör 25 V 2 0,60 YTL Direnç 8 0,80 YTL 100µF Kondansatör 25 V 1 0,10 YTL 71N40 Diyot 1 0,10 YTL Osilatör 2 0,20 YTL IRF 5305 Mosfet 1 3,00 YTL Osilatör 1 0,25 YTL Sigorta 3 0,30 YTL Duy 1 1,00 YTL Ampul 1 1,00 YTL Toplam 19,40YTL

47 Çizelge 5.4.Maliyet hesabı Malzeme Adı Panel Akü Şarj kontrol devresi İnvertör devresi Diğer Genel Toplam Fiyat 288 YTL 14 YTL 9,70 YTL 19,40 YTL 20 YTL 351.10 YTL Yukarıdaki çizelgelerden de anlaşılacağı gibi sistemde kullanılan elemanların fiyatlarını kullanarak yapılan maliyet hesabında, sistemin ilk yatırım maliyetinin yüksek olduğu görülmektedir. Ancak işletme maliyetinin düşük olması, ilk yatırım maliyeti düşük olan fakat ömür boyunca işletme ve yakıt maliyeti yüksek olan sistemler ile karşılaştırma olanağı sağlamıştır.

48 6. SONUÇ VE ÖNERİLER Güneş enerjisinin kaynak olarak kullanıldığı bu çalışmada 6 hücreli güneş paneli ile gerilim üretilmiş, bu gerilim şarj devresinde sabitlenerek akünün şarj kontrolü yapılmıştır. Belirli zamanlarda akü şarj akımları ölçülmüştür. Hem oda içerisinde hem de açık havada ölçüm yapılmıştır. Bu iki değerler arasında açık havadaki şarj akım değeri oda içerisinde ölçülen şarj akım değerinden daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Buna dayanak güneş pili sistemlerinde yeterli verimin sağlanabilmesi için güneş panelinin açık havada bulunması gerekmektedir.yapılan deneyde akünün tam şarj olamadığı gözlemlenmiştir. Akünün tam şarjının sağlanması, seri yada paralel bağlı modül sayısını artırılması ile mümkündür. Akü şarj devresindeki sabitlenen DC gerilimin evirici devresine gelerek AC ye çevrildiği ve lambanın yandığı gözlenmiştir. Deneylerin karşılaştırılması yapıldığında; Boşta akü uçlarındaki gerilim 12.65 V ölçülmüştür. Sistem elemanları bağlandığında güneş ışığının panele gelmesiyle elde edilen enerji ve şarj kontrol devresi yardımıyla akü uçlarındaki gerilim 12.88 V değerine ulaşmıştır. Yani akü dolmaya başlamıştır. Yüksüz durumda 12.88 V değerinde olan akü uçlarındaki gerilim yüklü durumda yani lambanın sisteme bağlanması ile 12.41 V değerine düşmüştür. Bu düşüşün birinci nedeni deneyde kullanılan panel sayısının yetersizliğidir. Çünkü panelden elde edilen akım tam olarak lambayı beslemeyip, lambanın çalışması için gerekli olan gücün bir kısmı aküden sağlanmaktadır. Bu da akü uçlarındaki gerilimin düşmesine neden olmaktadır. Akü uçlarındaki gerilim düşüşünün ikinci nedeni ise güneş ışınımının yetersizliğidir. Bu tarz gerilim düşüşlerinin olmaması ve sistemin daha verimli bir biçimde çalışması için yüke uygun olarak sisteme bağlanacak panel sayısının artırılması gerekmektedir.

49 Yapılan diğer deneyde ise şarj kontrol ve evirici devresi bağlı fakat yüksüz durumda iken evirici çıkışındaki gerilim 235 V olarak ölçülmüştür. Yüklü durumda bu değer 200 V değerine düşmüştür. 235 V gerilim değeri osiloskop ekranına tam olarak sığmadığından Resim 4.9.a. ve Resim 4.9.b. olmak üzere iki bölüme ayrılmıştır. Eğer ölçümler sırasında 1/10 prob kullanılsaydı 235V luk değer osiloskop ekranında tam olarak görüntülenebilirdi. Yüklü durumda evirici devresi çıkışında alınan osiloskop görüntülerine bakıldığında pozitif yarım saykılda olmayan fakat negatif yarım saykılda görülen tepeleşme olayı, devrede bulunan kondansatörlerin şarj deşarj durumundan kaynaklanmaktadır. Deşarjın şeklinin üssel olması kondansatörden kaynaklandığını göstermektedir. Yüklü ve yüksüz durumda osiloskopta görülen grafiklerin iniş ve çıkışlarının sert oluşu kullanılan mosfetlerin anahtarlama sürelerinin kısa oluşundan kaynaklanmaktadır. Sistemde kullanılan akü,sarj kontrol devresi ve evirici devresi deneyde kullanılan yükten daha büyük güçteki elemanları çalıştırabilme kapasitesine sahiptir. Sisteme eklenebilecek fotosensör yardımıyla sistemin çalışma zamanı ayarlanabilir. Deneyler sırasında; Panel üzerindeki tozlanmalar ve gökyüzündeki bulutluluk oranı panel verimini olumsuz etkilemiştir. Paneli oluşturan 6 tane hücreden herhangi birine gelen ışık kesildiğinde panel geriliminin sıfır olduğu gözlemlenmiştir. Bunun nedeni ise paneli oluşturan hücrelerin birbirine seri bağlı oluşudur.

50 Güneş panellerinin ve dolayısı ile güneş enerjisi sistemlerinin kış aylarında verimsiz çalıştığı görülmüştür. Toplam maliyette %95 lik kısmını pil maliyetinin oluşturması ilk yatırım maliyetinin yüksek olmasında büyük rol oynamaktadır. Ancak uzun vadede düşünüldüğünde işletme maliyetinin düşük oluşu, ilk maliyetinin yüksekliğinin düşünülmemesi gerektiğini gösterir. Gelişen teknoloji ile önümüzdeki yıllarda güneş pillerinin daha da ucuzlayacağı beklenmektedir. Fotovoltaik sistemlerin uzun ömürlü olmaları, çevreyi kirletmemeleri, gürültüsüz çalışmaları ve en nemlisi enerji kullanımından dolayı para ödenmemesi gibi avantajları sebebiyle önümüzdeki yıllarda kullanımının artması beklenmektedir.

51 KAYNAKLAR Çetin, E., Ükte, A. ve Sazak, B. S., 2000, ELECO 2000 Bildiriler Kitabı (Elektrik) 176-180. Çetin, E., Sazak, B. S., 2004, Fotovoltaik Enerji Dönüşüm Sistemlerinde Kullanılabilecek Bir Seri Rezonans İnvertör Devresinin İncelenmesi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(3) : 339-346. Çetinkaya, H.Basri, 2001, Güneş Enerjisinden Elektrik Enerjisi Elde Edilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli Üniversitesi, 2-10. Gençoğlu M.T., 2002, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Türkiye Açısından Önemi, Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 14(2): 57-64. Gençoğlu M.T., Eylül 2000, Türkiye nin Enerji Kaynakları Arasında Güneş Enerjisinin Yeri ve Önemi, Kaynak Elektrik Dergisi, 110. Güven Ş.Y.,Şenol R., 2001, Güneş Pili Destekli Çevre Aydınlatma ve Sulama Sisteminin Örnek Bir Uygulaması, Mühendis ve Makine, 46(548):13-19. İstanbulluoğlu, S. 1998, Elektrik Mühendisliği Dergisi, 39,(403): 35-36. Korucu Y., Özdemir A.,1999, Ülkemizde Güneş Enerjisi Kullanımı, EİE Bülteni, 682:39-44. Korkmaz A., 2001, Güneş Enerjisinden Direkt Elektrik Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü,Yıldız Teknik Üniversitesi, 8-10. Özdemir, A., 2003, Güneş Pili ve Aydınlatma Birimleri Araştırma Geliştime Projesi Sonuç Raporu Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü,1-5,8-12,24-28. Özdemir, A., 2002, Şebekeye Bağlı Güneş Pili Sistemi Tasarımı, EİE Bülteni, 32(194):43-48. Özgöçmen, A., Arşivinden (2007). Sağlam, Ş. 2000, Türkiye de Güneş Enerjisi Potansiyeli nin ve Kulanım Alanlarının İncelenmesi Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Marmara Üniversitesi,3-28. İnternet : Elektrik İşleri Etüd İdaresi Güneş Pilleri http://www.eie.gov.tr/turkce/gunes/gunespv.html (2006)

EKLER 52

EK-1 LM339 Entegresinin özellikleri 53

EK-1 (Devam) LM339 Entegresinin özellikleri 54

EK-1(Devam) LM339 Entegresinin özellikleri 58

EK-2 IRF5305 mosfetinin özellikleri 72

EK-2 (Devam) IRF5305 mosfetinin özellikleri 73

EK-3 6N60 mosfet inin özellikleri 80