edilir. Seri-paralel modül bağlantıları ile arzu edilen güç seviyesi elde edilmiş olur.
Hücrelerin seri bağlanmasıyla modül gerilimi artırılır. Modüllerin paralel bağlanmasıyla, modülün sağlayacağı akımın miktarı ayarlanır. Modüllerin seri-paralel bağlanmasıyla, istenilen güç seviyesi elde edilmiş olur.
2.4.4. Fotovoltaik Panellerin Yapısı ve Özellikleri
Fotovoltaik paneller sıkıştırılmış iki ayrı ince yarı iletken malzemeden oluşan kristallerin içinden güneş ışınlarının geçmesi sonucunda alt ve üst yarı iletkenler arasında elektrik akımı meydana getirerek elektrik üretir. Görünüm olarak dikdörtgen, kare ve daire şeklinde olup kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm’dir. Bu teknolojide, güneş ışınları fotovoltaik panel yüzeyine çarpması sonucu güneş ışınlarını kullanarak elektrik enerjisine dönüştürür. Güneş ışınları 3 parçadan oluşur. Bunlar güneş ışınları, foton ve güneş enerjisidir. Güneş ışınlarından gelen fotonlar belirli miktarda enerji taşıyarak hücredeki elektronlara geçirerek güneş ışınlarını elektrik enerjisine dönüştürmüş olur [21].
2.4.4.1. Alüminyum Çerçeveli ve Camlı Modüller
Panel cam bir tabaka ve pilleri çevresel etkilerden koruyacak bir filmle kaplanmış PV pillerinden oluşur. En çok kullanılan modül tiplerindendir.
2.4.4.2. Çerçevesiz Modüller
Oldukça yüksek etkinliğe sahip monokristal silikon PV pillerinden yapılırlar ve iki tabaka optik filmle kaplanırlar. Genellikle trafik ikaz ışıkları gibi sistemlerde kullanılır.
25 2.4.4.3. Metal Tabanlı Modüller
Özel yapışkan ve yalıtım yapan kaplama ile kaplanmış paslanmaz çelik, metal üzerine ya da alüminyum alaşım üzerine oturtulur [22].
Güneş pillerinin yapıları basitçe bir p ve n eklemden oluşan diyotlara benzer.
Fotoelektrik olay prensibine dayanarak pilden fotonlar tarafından kopartılan elektronlar eklemde harekete geçer ve bir elektrik akımı oluşturur. Bu akım doğru akımdır.
Şekil 2.15. Fotovoltaik hücre diyagramı (Aslan H., 2003)
Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Yarı iletken malzemelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gerekir.
Katkılanma saf yarı iletken eriyik içerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Örneğin silisyumdan n tipi silisyum elde etmek için
26
eriyiğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element eklenir. Periyodik cetvelin 5.
grubundan bir elemente örnek olarak fosforu verebiliriz. Silisyumun dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğundan fosfor bir fazla elektronunu kristal yapıya verir. Bu nedenle 5. grup elementlerine verici ya da n tipi katkı maddesi denir.
Silisyumdan p tipi silisyum elde etmek için ise eriyiğine periyodik cetvelin 3. grup elementi eklenir. Bu eklenen elementin son yörüngesinde 3 elektron vardır. Bu nedenle kristal yapıda bir adet elektron eksikliği oluşur. Bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir. Bu nedenle de p tipi maddelere de alıcı adı verilir.
Şekil 2.16. P ve N tipi katkılanma
Yarı iletken eklemler oluşturulduktan sonra güneş ışınlarından gelen fotonlar, sayesinde n tipinden kopan elektronlar p tipine doğru hareket eder. Bu olay her iki tarafta yük dengesi oluşuncaya kadar devam eder. Bunların elektron azlığı (hol veya delik) ve diğerindeki (yük sağlayan) fazlalığı, bu bölgenin her iki tarafında bir elektrik alanının oluşmasına yol açar. Yarıiletken tarafından emilen ışık akısının fotonları, yarıiletken parçanın iki tarafında ayrı ayrı toplanan elektron-hol çiftlerini oluşturur.
Bunun sonucunda, eklemin aydınlanan yüzüyle ve buraya düşen ışığın yoğunluğuyla orantılı bir elektrik akımı meydana gelir.
27
Şekil 2.17. Fotovoltaik kesiti
PN tipi maddenin ara yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, N bölgesi tarafında pozitif yük birikir.
28
Şekil 2.18. Fotovoltaik hücrenin tabakaları
Hücrelerin üst tabakaları yansımayı önleyici kaplama ve korumalardan oluşur. Güneş hücreleri son derece kırılgan olduğu için böyle bir koruma, çatlama ve kırılmaları önlemek açısından gereklidir. Yansıma önleyici anti reflektif kaplamanın koyulmasının sebebi de güneşten gelen ışığın yansıtmadan soğurulmasını sağlamaktır.
Böylece güneş ışınlarından elde edilen verim daha da artar [7].
Bilindiği gibi fotovoltaik piller diğer adı ile Güneş pilleri kendi yüzeylerine gelen güneşin ışığını elektrik enerjisine dönüştürmeye yarayan donanımlardır. Farklı geometrik yapılara sahip biçimlerde şekillendirilebilen Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayanarak çalışıyorlar. Güneş ışığını alır almaz bir elektrik geriliminin oluşmasına zemin hazırlarlar. İhtiyaç duyulan güç oranına göre birbirine bağlı olan modüller seri bağlantı ya da paralel bağlantı şeklinde bağlanabilmektedir. Güneş pilleri üzerlerine düşen ışığın yüzde yirmiye varan oranındaki potansiyeli elektriğe çevirebilirler, elde edilen gücü artırmak için çok sayıda Güneş pilleri birbirlerine bağlanırlar. Bu bağlantı şekilleri ve seri ya da paralel olabilir. Modern teknoloji çağında kullanılan fotovoltaik hücre yapıları doğrultucu diyot transistörler gibi Güneş pilleri de yarı iletken elementlerden yapılmaktadırlar. Yarı iletken elementler istenildiğinde iletken olabilmekte istenildiğinde yalıtkan hale getirilebilmektedir.
29
Bu şekilde Elektrik akımını geçirmek veya kesmek mümkün olmaktadır. Yarı iletken madde yapımında galyum silisyum kadmiyum gibi elementler kullanılmaktadır. N tipi yarı iletkenler ve P tipi yarı iletkenler olmak üzere iki kısımda incelenebilen yarı iletkenler transistörlerde PNP NPN şeklinde bir araya getirilerek farklı görevlerde kullanılabilmektedirler. fotovoltaik hücreler istenilen seviyede akım ve gerilim elde etmek için ihtiyaca göre Seri ve paralel bağlantı gerçekleştirilebilir. Güneş Enerji sistemlerinin en önemli yapılarından birisi güneş panelleridir ve güneş panellerinden elde ettiği elektrik enerjisini depolamak üzere akümülatörler kullanılır. Şu ana kadar elde edilen enerji doğru akım DC elektrik enerjisidir. Evlerde bu elektrik enerjisini 220 volt AC akıma dönüştürmek için invertör elemanına ihtiyaç duyulur [23].