Akademi Solar Enerji bloğu - Akademi Mühendislik

Akademi Solar Enerji bloğu - Akademi Mühendislik

Anasayfa


Başlarken...
06 Şubat 2010


Güneş ışınlarını elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik teknolojisi yenilenebilir enerji endüstrisinin son yıllarda en hızlı gelişen teknolojilerinden birisidir. Dünyanın özellikle gelişmiş ülkelerinde belirli bir yetkinliğe ulaşmış bulunan güneş enerjisi solar PV sektörü 21. yüzyılın anahtar teknolojilerinden birisi olmaya adaydır. Karbon emisyonları, enerji güvenliği ve yükselen fosil yakıt fiyatlarıyla ilgili endişeler solar PV teknolojisinin gelişimini hızlandıran etkenlerdir.

Fotovoltaik paneller solar ışınımı doğru akım elektrik enerjisine dönüştüren solar fotovoltaik materyaller olan sollar hücrelerin birleşmesiyle oluşur. Fotovoltaik hücre yapımında kullanılan materyaller monokristal silisyum, polikristal silisyum, mikrokristal silisyum, kadmiyum tellür ve bakın indiyum selenür gibi elementlerden üretilmektedir.

Fotovoltaik üretimi 2002 yılından beri yıllık ortalama %48 büyüme hızıyla her iki senede 2 katına çıkarak en hızlı gelişen yeşil teknolojisi haline gelmiştir. 2008 senesi sonu itibariyle toplam global güneş enerjisi solar PV kurulu gücü 15.200 MW’ye ulaşmıştır. kapasitenin yaklaşık %90’lık bir bölümü elektrik şebekesine bağlı solar elektrik sistemleridir.

Bu gelişimden ülkemize düşen pay ise bu yazının kaleme alındığı tarih itibariyle hemen hemen hiçtir. Türkiye’de şu anda kurulu fotovoltaik güç sisteminin 3 MWp olduğu tahmin ediliyor ve daha çok iletişim baz istasyonları, aydınlatma sistemleri, şebekeden uzak ada sistemleri gibi elektrik şebekesinden bağımsız otonom sistemlerde kullanılmaktadır. Bunların yanı sıra birkaç üniversitede test ve demonstrasyon amaçlı kurulan sistemler, bazı şirketlerin sosyal sorumluluk projeleri kapsamında oluşturdukların PV sistemlerden başka kurulu gücümüz yoktur.

PV teknolojisinde geri kalmışlığın en önemli nedeni; dünyada güneş enerjisinden elektrik üreten sistemlerin ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşmasını sağlayan teşviklerin ne yazık ki ülkemizde bir türlü uygulama aşamasına getirilememiş olmasıdır.

Türkiye hükümeti tarafından da yenilenebilir enerji kaynaklarının payının hızla arttırılacağı açıklanmıştır. Şu anda rüzgar ve güneş elektriğinden elde edilen enerjinin toplam elektrik enerjisi üretimindeki payı sadece % 0,5 olup bu değerin 2020 yılında % 10’a çıkarılacağı bildirilmiştir. 2020 yılında rüzgar enerjisi kurulu gücü 20 GW olarak konulmuştur. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde (fotovoltaik güç sistemleri) belirlenmiş net bir kurulu güç hedefi yoktur. 2008 yılında ilgili kanunlarda yapılan değişikliklerle 500 kW değerine kadar olan güçlerde, herhangi bir lisans alınmadan ulusal şebekenin beslenebileceği hükmü getirilmiştir. 500 kW değerinin üzerine çıkıldığında Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu’ndan (EPDK) izin almak gerekir. 2009 yılının başında da Türkiye Kyoto Protokolü’nü imzalayan ülkeler arasına girmiştir. Önümüzdeki aylarda Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretiminin gelişmiş ülkelerdekine benzer oranlarda teşvik edilmesi için ilgili yasa değişikliğinin yapılması beklenmektedir. 2009 Mayısında meclis genel kuruluna gönderilen değişiklik tasarısından bugün itibariyle hala ses seda yoktur.





Türkiye Güneşlenme Haritası

EİE tarafından yapılan ön fizibilite çalışmaları ülkemizde yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip (1650 kWh/[m2.y] değerinin üzerinde) 4.600 km2 'lik kullanılabilir bir alanın olduğunu hesaplamıştır. Güneş panellerinin gücü standart çalışma koşullarında (1 kW/m2 ışınım, 25°C sıcaklık, 1,5 hava kütlesi) üretecekleri güçle Wp (anlık güç) olarak ifade edilir. Işınım ve sıcaklıktaki değişimle güneş panelinin çıkış gücü de değişir. Tasarımda güneş panelinin bulunduğu konuma göre günlük/aylık/yıllık üretebileceği enerji (Wh) hesaba katılır. 4.600 km2 alanın fotovoltaik güç sistemlerinde kullanılması 440-495 GWp kurulu PV gücü ve yılda 638-718 milyar kWh elektrik enerjisi üretimi anlamına gelir Türkiye’de kurulu elektrik güç sisteminin yaklaşık 42 GW ve yıllık elektrik enerjisi üretiminin yaklaşık 200 milyar kWh olduğunu düşündüğümüzde ciddi bir güneş elektriği kapasitesine sahip olduğumuz anlaşılır.

Sonuç olarak ülkemizde güneş enerjisi solar PV sektörü birçok anlamda (enerji üretim kapasitesi, istihdam, dünyada önde gide ülke olma potansiyeli v.b. ) olağanüstü bir potansiyele sahiptir. Devlet teşviklerinin de devreye girmesiyle bu sistemler kaçınılmaz olarak ülkemizde de gelişecektir. Girişimcilik esnekliğinin had safhada olduğu ülkemizde bu sektöre yoğun ilgi olacağına eminiz. Sektörde başarılı çalışmalara imza atan Akademi Mühendislik Eğitim Danışmanlık firmasının verdiği desteklerle oluşturulan bu sitede okuyucuları solar PV teknolojisiyle ilgili bilgilendirmeye çalışacağız. Tüketici olarak güneş enerjisi teknolojisinden faydalanmak isteyenlere rehberlik yapmaya çalışacağız. Sektörde faaliyet göstermek isteyenlere de yardımlarımızın dokunacağına eminiz.

Bol güneşli günler dileklerimizle…
Şebeke Bağımsız ve Şebekeye Bağlı Solar PV Sistemler
23 Mart 2010
Posted in temel bilgi

Şebeke Bağımsız Solar PV Sistemler

Fotovoltaikler maliyet etkin olarak ilk defa elektrik şebekesine bağlı olmadan otonom sistemlerde kullanıldı. Ana elektrik şebekesinden enerji almanın mümkün olmadığı durumlarda yada bu işlemin çok maliyetli olması durumunda ya da sırf böyle istenildiği için otonom fotovoltaik sistemler kurulabilir. Özellikle gelişmekte olan ülkelerde elektrik şebekesinin ulaşamadığı bölgelerde şebeke bağımsız güneş elektrik sistemlerine büyük bir ihtiyaç vardır. Bunun yanında, teknolojik yenilikler ve düşük maliyetli yeni üretim metotları endüstrileşmiş ülkelerde de bu sistemler için yeni ufuklar açmaktadır.





Solar enerji mini uygulamalar da geniş bir kullanım alanı bulmaktadır; hesap makineleri, saatler, akü şarj cihazları, el fenerleri, solar radyolar ve benzeri birçok uygulama otonom PV uygulamalarının başarılı örnekleridir. Şebekeden bağımsız otonom fotovoltaik uygulamalarının diğer yaygın örnekleri:

Karavan, tekne ve taşıtlardaki mobil sistemler
Uzak yerlerdeki dağ evleri, hafta sonu ve tatil için tasarlanmış konutlar
Az gelişmiş ülkelerde köylerin elektrik enerjisinin sağlanması
SOS telefonları, otopark bilet makineleri trafik sinyalizasyon sistemleri, iletişim istasyonları, baz istasyonları, elektrik şebekesine uzak şamandıra ve benzeri uygulamalar
Sokak, yol, bahçe ve manzara aydınlatması
Sulama ve içme suyu için solar pompa sistemleri, solar dezenfektasyon ve arıtma sistemleri




Şebekeden bağımsız otonom güneş elektrik sistemlerinde genellikle akü gibi enerji depolama ekipmanları bulunur. Çünkü güneşten üretilen enerjiye üretildiği anda gereksinim duyulmaz (genellikle) ya da diğer bir deyişle üretilen enerji genellikle üretildiği anda tüketilmez. Örneğin bir solar aydınlatma sisteminde enerji gündüz üretilir, gece tüketilir. Elektrik enerjisinin depolanması için şarj edilebilir aküler kullanılır. Bataryalıları aşırı şarj ve akımdan koruyup daha yüksek verimle uzun süre çalışmalarını sağlayabilmek için uygun bir şarj kontrol cihazının güç yönetim ünitesi olarak sisteme dahil edilmesi gerekir. Dolayısıyla bir şebeke bağımsız otonom sistemde şu bileşenler bulunur;

Seri ya da paralel bağlı PV modüller
Şarj kontrol ünitesi
Akü yada akü grubu
Yük ya da yükler
İnverter (AC gücün kullanıldığı sistemlerde)
Şebekeye Bağlı Solar PV Sistemler

Şebeke bağıntılı güneş elektrik sistemlerinde genellikle şu bileşenler bulunur:

PV modüller/PV modül grubu (panel ayakları ve destekleri üzerinde seri yada paralel bağlı çok sayıda PV modül)
PV modül grubu toplayıcı/bağlantı kutusu (koruma elemanlarıyla beraber)
Doğru akım DC kablolama
DC ana kesici şalteri
İnvertör
Alternatif akım AC kablolama
İçinde güç dağıtım sistemi, çift yönlü sayaç, koruma topraklaması ve diğer elektrik bağlantıların bulunduğu sayaç panosu.




Şebeke bağlantılı solar PV sistemler ilk olarak konutların çatılarında kuruldu.Daha sonraki solar sistemler okul,hastane,endüstriyel ve tarımsal yapılar olmak üzere her türlü çatı üzerine kurulmaya başlandı.Bunların yanı sıra farklı otoyol ses duvarları ve tren istasyonları platfrom çatıları gibi farklı yapılarda da güneş enerjisi solar PV sistemleri kurulmaktadır.Şu anki teknoloji sayesinde PV sistemleri binalara entegre etmenin birçok yolu var. Bunların yanı sıra enerji şebekleri elektrik iletim dağıtım şirketleri ve yatırım firmaları mega watt seviyesinde güneş tarlalarını zemine kurmaktadır.





Seçici Emitör Solar Hücre Teknolojileri-2
16 Şubat 2010
Posted in solar hücre

Lazer

Hücre üretim hatlarında kendini henüz tam olarak kanıtlamamış plazma – aşındırma metodundan farklı olarak lazer PV hücre üretiminde daha iyi bilinen bir metottur. Lazer çok küçük bir alana yüksek miktarda enerji verebildiği için, seçici emitörlerin oluşturulmasında da oldukça kullanılışlıdır. Yapılması gereken; kontak şablonlarının daha önceden yüzeysel olarak katkılandırılmış hücre yüzeyinde oluşturulmalarına benzer bir şekilde lazerin ateşlenmesidir. Hücre üzerinde fosfo – silikat cam (PSG), ilave fosforun kaynağı olacak ve lazerin enerjisi sayesinde fosfor silisyum içine difüze edecektir. Böylece lazerle yakılan bölgenin tamamı yüksek derecede katkılandırılmış olacaktır. Metal kontaklar solar hücre üzerine bir sonraki aşamada yerleştirilecektir. Manz Otomasyon AG bu metodu ticarileştirmek için çalışmalar yapmaktadır.

Centrotherm Fotovoltaik AG firması da lazer teknolojisini kullanmaktadır. Fakat lazer teknolojisini oksit maskeyi metalik kontak kalıbına sokmak için uygulamaktadırlar. Sürecin devamında standart işlemler yürütülmektedir. Hatta maskenin aşındırılması bile PSG’nin temizlenmesiyle aynı anda gerçekleşmektedir.

Kendiliğinden hizaya giren kontak yerleştirme metodu kaplama yoluyla formüle edilebilir, fakat ilave fosfor katkılandırması için yine lazer enerjisine başvurulabilir. Bu durumda yüzeysel bir emitör üzerine SiNx ilavesinden sonra, solar hücre yüzeyine bir fosfor kaynağı püskürtülür ve lazer geride kontak kalıpları bırakacak şekilde temizlenir. Böylece solar hücrenin sadece kontak oluşum alanları ayrıca katkılandırılmaz, aynı zamanda SiNx kaplı bölgeler de kesilip çıkarılır. Bu işlemin ardından yüzeydeki açık alanlar direkt olarak kaplanabilir.

Seçici Emitör Oluşturmanın Diğer Yolları

Seçici emitörler solar hücre üzerinde difüzyon bariyerlerinin uygulanmasıyla da oluşturulabilir. Bu metotta bariyerin açık alanı kontak formatını hatırlatır. Tek basamaklı difüzyonda açık alanlardan önemli miktarlarda fosfor silikon içine nüfuz eder. Böylece az miktarda katkılandırıcı atom bariyerlere difüze eder ve yüzeysel bir emitör tabakasının oluşmasını sağlar. Kalınlık ve kurutma koşulları gibi bariyer parametrelerini değiştirmek, difüzyon bariyerinin altındaki emitörün özelliklerinin değişmesini sağlar. Prosesin basitliği bariyerin solar hücre yüzeyine film baskıyla yerleştirilmesinden gelmektedir.

Film baskı cihazları fosfor katkılandırma cilasının uygulanmasında da kullanılmaktadır. Bu işlemi daha da basit hale getirir. Bu proseste cila metalize alanlar üzerine film baskı yoluyla eklenmekte, ardından da düşük katkılı bir kaynak materyal uygulanmaktadır. Sonraki aşamadaki termal işlem seçici emitörlerin üretilmesini sağlar.

Film baskı difüzyon cilalama işleme de tek adımda seçici emitörlerin üretilmesi amacına hizmet eder. Oto – katkılama metodu olarak biline bu teknikte fosfor cilası emitör tarafının metalizasyon alanları üzerine film baskılanır, ardında da difüzyon işlemi uygulanır. Cilanın altında derin bir n – katmanının oluşturulmasına ilaveten, hatlar arasındaki alan düşük miktarda katkılandırılır. Ciladan salınan fosfor buharı bu paralel katkılama prosesinde kaynak görevi görür. Buradaki zorluk hücrenin absorbsiyon bölümünün yüksek değişkenlikte katkı konsantrasyonuna sahip olmasıdır. Bu durumun sebebi bu bölgedeki difüzyonun oldukça dolaylı olmasıdır.

Pasif seçici emitörlerin üretimi için uygulanan bir ilginç metot da klasik gümüş cila tabakasının kendinden katkılanan cila tabakasıyla değiştirilmesidir. Fosfor alaşımlı bir gümüş cilası film baskılanır. Kontakların oluşumu sırasında metalik kontakların altındaki fosfor konsatrasyonu açık bir şekilde arttırılır. Böylece doğrudan olmasa da seçici emitörlerin oluşumu sağlanır. Bu proses basittir, ekonomiktir ve ölçeklendirilebilir. Diğer yandan teşekkül eden emitör daha ziyade yüzeysel olduğu ve kontakların kavşaklarında delikler açma ihtimali yüksek olduğu için cilanın bileşimi dikkatli bir şekilde optimize edilmelidir.

Seçici emitörler konusu uzun süredir araştırılmaktadır. Fakat günümüzde ticari olarak bu metodu kullanan teçhizat çeşidi oldukça azdır.

PV Sistem Çeşitleri
27 Şubat 2010
Posted in temel bilgi

Güneş enerjisi solar PV Sistemleri

Şebeke Bağımsız – Otonom Solar PV Sistemler
Şebeke Bağıntılı Solar PV Sistemler
olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Şebeke bağımsız fotovoltaik sistemlerde solar enerji hasadının elektrik enerjisi talebini karşılaması gerekir. PV sistem tarafından gerçekleştirilen solar enerji hasadının çoklukla bağlı yüklerin elektrik enerjisi talebiyle uyuşmaması nedeniyle ilave depolama sistemlerine yani bataryalara ihtiyaç duyulmaktadır. Eğer güneş enerjisi solar PV sistem dizel generatör yada rüzgar türbini gibi başka sistemler tarafından desteklenirse, bu tip gruplar fotovoltaik hibrid sistemleri olarak adlandırılır.

Şebeke bağlantılı solar PV sistemlerinde genel elektrik şebekesi yedek enerji deposu görevi görür. Almanya gibi Avrupa’nın bir çok ülkesinde güneş enerjisi solar PV sistemleri elektrik şebekesine bağlıdır. Bu ülkelerde uygulanmakta olan şebeke besleme yenilenebilir enerji teşvik sistemine göre, solar fotovoltaik sistemler tarafından üretilen elektrik enerjisinin tamamı şebekeye verilmektedir. Almanya’da yapılan tahminlere göre 40 yıl içinde ülkenin elektrik enerjisi ihtiyacının üçte biri solar sistemler tarafından karşılanacaktır.

Önümüzdeki yıllarda Kuzey Amerika ve Avrupa Kıtalarında daha fazla sayıda şebeke bağlantılı solar PV sistemin kurulması beklenirken, uzun vadede özellikle yeni gelişmekte olan ülkelerde şebeke bağımsız güneş enerjisi solar fotovoltaik sistemlerinin yaygınlaşması tahmin edilmektedir. Solar ev aletleri olarak bilinen sistemler de, evler için küçük bireysel güç kaynakları, lambalar, radyo, televizyon, buzdolabı ya da pompa gibi sistemlerin elektrik ihtiyacı için kullanılmaktadır.



PV Sistem Çeşitleri

Seçici Emitör Solar Hücre Teknolojileri-1
07 Şubat 2010
Posted in solar hücre

Solar hücre yüzeylerinde seçici emitörler oluşturmak onlarca yıllık geçmişi olan eski bir teknolojidir. Güneş enerjisi hücrelerinde elektron hasadını arttırmak ve metal yüzeylere daha iyi kontaklar sağlamak amacıyla kontakların hemen altına yüksek yoğunluklu fosfor difüzyonu yapılır, kontakların bulunmadığı açık alanın hemen altına da düşük yoğunluklu fosfor konsantrasyonu yerleştirilir. Dünyanın farklı bölgelerindeki bir çok araştırmacı bu teknolojiyi daha basit, maliyet etkin ve verimli hale getirmek için çaba sarf etmektedir. Sonuç? Literatürde ondan fazla metot vardır ve hepsi de bir noktada birleşmektedir: Seçici emitörler (selective emitter).

Seçici emitörlerin oluşturulmasında en kritik aşama metalik kontakların hücrenin yüksek miktarlarda katkılandırılmış alanlarına dizilmesidir. Bu işlem de film baskı cihazlarının seçici emitör solar hücrelerinin üretilmesinde neden bu kadar önemli rol oynadığını açıklar. Hücrenin farklı noktalarını farklı oranlarda katkılandırabilmek teknolojinin başarısını direkt olarak etkiler. Bu makalenin devamında ve konuyla ilgili gelecek yazılarımızda seçici emitör solar hücreler oluşturmanın farklı metotlarından bahsedeceğiz.

Çifte Difüzyon

Seçici emitör yaklaşımı başlangıçta kontak metallerini hücrenin yüksek derecede katkılandırılmış bölgelerine çok düzenli bir şekilde dizmek için bir çok fotolitografik aşamaya başvurarak rekor verimde hücreler üretmek üzere kullanılmıştır. Fotolitografi basamakları serisine, farklı katkılandırma miktarlarının elde edilmesi amacıyla hücrenin farklı bölgelerinin maskelenmesi için başvurulmuştur. New South Wales Üniversitesi (UNSW) tarafından geliştirilen PERC ve PERL hücre tasarımları bu teknolojinin belki de en başarılı örnekleriydi. Bu solar hücreler difüzyon aşamasından iki kez geçirilmişlerdir.

Az sayıda fotolitografi basmağına başvuran daha basit bir sistemde ilk önce solar hücrenin ön yüzeyinin tamamı maskelenir. Ardından fotolitografi yöntemiyle kontak oyukları açılır. Difüzyon tamamlandıktan sonra kontakların yerleştirildiği oyuklarda yüksek katkılandırma seviyelerine ulaşılır. Bu işlemin sonrasında maskeleme katmanı tamamen aşındırılır ve solar hücre yüzeyinin tamamı daha düşük bir katkı seviyesi ile yeniden difüzyon işlemine tabi tutulur. Böylece yüzeyin kontaklar dışında kalan kısmının yüzeysel ve düşük bir şekilde katkılandırılması sağlanır.

Almanya merkezli kimya firması Merck KGaA bu süreci daha da basit hale getirmiştir. Firma plazmayla güçlendirilmiş, kimyasal buharla silisyum nitrit (SiNx) tabakasının uygulandığı bir film baskı sistemi uygulamaktadır. Termal arıtma işleminden sonra ARC katmanı kontak oyuklarına benzer bir şekilde açılır. Maskeleme işleminde olduğu gibi ikinci bir katkılandırma prosesine gereksinim duyulur. Bu aşamada ARC katmanı maske görevi görür, böylece açık alanlar ilave bir katkılandırmaya maruz kalır. Emitör tarafının farklı oranlarda katkılandırılmasından sonra standart bir solar hücre üretim sürecinden farklı olarak, seçici emitör solar hücrelerde metalik kontakların yüksek oranlarda katkılandırılmış bölgeler üzerinde hizalanması gereklidir. Bu yüzden solar hücrenin ön tarafında işlem yapmak üzere yüksek hassasiyetli bir film baskı makinesine ve aynı zamanda her ikisi de ABD firması olan Dupont ve Ferro Corp.’un tedarik ettiği yüzey kaplama cilalarına gereksinim duyulur. Çifte difüzyon teknolojisinin dezavantajı solar hücrelerin kalitesini düşüren ve maliyeti yükselten bir yöntem olan yüksek sıcaklıkta difüzyon sürecine iki kez gereksinim duyulmasıdır.

Geriye Doğru Aşındırma

Çifte difüzyon işlemine alternatif olarak değişken katkılandırma profili ilave bir aşındırma basamağı sayesinde tek adımlık bir difüzyon süreciyle de gerçekleştirilebilir. Bu teknoloji yüzeyden solar hücrenin iç kısımlarına geçildikçe fosfor konsantrasyonunun azalmasına dayanır. Bu yüzden yüksek katkılı birörnek emitör ilk aşamada elde edilir. Ardından solar hücre yüzeyi düşük katkılı bir abzorsiyon alanı oluşacak biçimde seçici bir şekilde aşındırılır. Bu aşındırma işlemi metalizasyon sürecinden sonra gerçekleştirilir. Polimer maskeler kontakları aşındırıcı asidin etkisinden korur.

Alman Schmid Group bu teknolojiyi daha da geliştirmiştir. Schmid’in yaklaşımında kontağı andıran bir maskeleme katmanı yüksek konsantrasyonlu katkılandırma prosesinden hemen sonra uygulanır. Ardından daha düşük katkılı bir açık alan elde etmek için solar hücre yüzeyi asitle aşındırılır. Maske yüzeyden kaldırılır. Yüksek hassasiyetli bir film baskı cihazıyla ön yüzey kontakları basılır. Kendinden hizaya girme imkanı veren plazma aşındırma teknolojisi özel bir hizalama işlemine gerek duymaz. Bu proseste, solar hücrenin işlenmesi tamamen bittikten sonra yüksek katkılı emitör tekrar geri aşındırılır. Geriye aşındırma metodunun başarısı tamamen aşındırma hassasiyetine bağlıdır. Düşük hassasiyetli bir aşındırma güç kayıplarına sebep olur.

Devam edecek...

Akademi Mühendislik Eğitim Danışmanlık katkılarıyla hazırlanmıştır.

www.akademimuhendislik.net