PV PANELLERİN YAPISI VE PANELLERDEN ELEKTRİK ÜRETİMİNE SICAKLIĞIN ETKİSİ

Taner ÇARKIT [email protected]

kontrollü olarak katkılandırılması sonucu oluşurlar. Güneş pillerinde yarı iletken madde olarak çEoLEğKuTnRlİuKkMlaÜHEçNoDkİSLkİĞrİistalliPolikristalin silisyum kullanılmaktadır.

1.GĠRĠġ

PV PANELLERİNYarıYAPiletIkSenIli VEelektronik devre

FotoPvoAltaiNk EyapLı LikiEkRatmDanElı NsilisEyumLEKSeTlielimsRyaunİmlaKrvıneıÜnGerRmyaaEpnıysTuınmıİeMledmaİenNtloelEruişdtuevrarne yapıdan meydana gelmekStedIirC. NAtipKi tLabaInĞINeleEmaTnı KüreİtiSmiİnde saf olarak kullanılmaz.

üzerinde ince bir P tipi malzeme (Şekil-1)

Bu maddelere katkılar yapılarak Değerlik

bulunmaktadır. Işık bu iki malzteamneerncTaianrnkiet.risÇ@AgRmKBIaTail.ncodmı enerji seviyesi yukarıya veya

eklemine (junction) düştüğünde, N-tipi

Ġletkenlik Bandı enerji seviyesi aşağıya

malzemenin P-tipine göre pozitif olduğu

çekilir. Değerlik bandının yukarı çekildiği

bir 1g. eGriirliişm meydana gelir. Çıkış gerilimi,

F elemangoıteonlmvoeltkaütiekzdeyirar.piNınitkeiipki atadtmbüaanşnelüınzseirliisnyıduşemıkinycaepbşıdiiradnPdmteipetiyidmnaeanlayarı iletkenlere P tipi yarı iletken denir. P

İletkenlik bandının aşağıya çekildiği yarı iletkenlere N tipi yartıiipleitkeyna(rŞıekiill-e3)tkdeennird. Ne ti(pŞi yearkı iille-tk2e)ndye üisekellüektbroonşluk

bağzlıedmıer(.ŞeÇkiılk-1ı)şbaulbunimr aykütakdır.bIşaığk lbaunikdi ımğaılnzedmae,nibnierkakımgleömreainpkeoaz(jciutianf kcotltdioıurnğ.)udBbüişrutgüeğarüiklnimıdmem, Nıen-ytdiaşpniiadmgdaelelziert.miÇ,eınkeiılşnegPme-rtiialpiminnie, üzereilenmeanvıne üezleerimneadnüşyenüızşıekyşidadleatninıenbaağdlıdüışr.eÇnıkıışşaıkbir şiddyeeülektmibnaaneğülazbneadriığnğelınıvddeaıe,rleb.mirBaanukyımühzeüaykcaarclaaenklıtenırar.dB(üupşeianlklııeşmırkı)nş,idşsiddeedtreinitie, ya bdağalıdıpr.aBruahleüclrelbera(ğplilalenr)a, rsaerki ya edladpearaleeldbialğelacnearkak akımeldve eedgileecreiklaimkıminveşgiedridliemtiin aşirdtdteıtriıalratbtıriıllairb.il[ir2.][2]

(e-()hdoerli)şidmei ryüişkismektiiry. üksektir.

Güneş paneli üzerine düşen güneş ışığı fotovoltaik hücreler tarafından absorbe edilir. Radyasyon etkisiyle polarize olan katkılı (üzerinde elektriksel boşluklar oluşmuş bor katkılı P tipi silisyum maddesi ve elektronların biriktiği fosfor katkılı N maddesi) Silisyum maddesi fotonların enerjisini alarak serbest hale gelen elektronlar nedeniyle bir enerji kaynağına dönüşür. P tipi maddeden ayrılarak N maddesinde birikmiş elektronlar, dış devre yoluyla, P tipi madde üzerinde

oluşmuş olan hollere tekrar dönerler. Bu sabit ve tek yönlü

akışla DC (direkt current) akım oluşur.

Şekil 1: PV panellerin yapısı

Şekil - 1: PV panellerin yapısı

2. PV Panellerden Elektrik Üretimi, Panellerin Yapısı

2.PVGüneşPpaAneNli hEücLreLlerEinRinDüsEt taNbakalaErı çLatElamKalTarRın,ĠkKırılÜRmEaTlarĠıMn veĠe,nPerAji kNaybEınLınLönEleRnmĠeNsi iYçinAyaPnsIımSaIyı önleyici kaplama ve korumalardan oluşur. Bu katmanların altında ise

GünNmeatşdipdiepvleearPnyaetriılpiiileytahkreıünilcmertkaedelndeemrleianrdinidneerleiyrüikbsuhtlaulinntuadrbe.yaNkekvnaeilsPatertniıpi-i çatllaemn maaldadreılner, ile koknıtrroılllmü oalalraarkıknatkılanvdeırılmaseınsoenrujciu kayobluınşuırnlar. Güönneşlpeinllemrinedseiyarı ileiçtkienn maddyeaonlasraıkmçoağyuınönleluykilaciçokkkarpisltaalmli-paolivkeristkaloinrsuilmisyaulmarkdulalannılomlauktşaudırr.. Bu oYklauarşıttmiulerataknnenlSaliirlieıslnyeukmtarlotnvıeinkGddaeervmriesaeenlyeuNmmanteilalperıminıevnnetylaePprıistıdniepıvdirea yarıelielmeatnkıeünretmimainddedesalfeorlarbauk lkuulnlaunrıl.mNaz. BvuemPaddtiepleire madkvedaytekaılİlleaerrtkyeanpylıialkarrBıaaknDdilıeeeğntekerrlejiiknseBvaimnyedsaıi deanşdaeğerıjyliaesçreeivkniyileisri.eDyrueikyğaeirrkılyika bandının yukarı çekildiği yarı iletkenlere P tipi yarı iletken denir. P tipi yarı iletkende (Şekil-2) yüklü boşluk (hol) derişimi yüksektir.

Şekil - 2: P tipi yarı iletken

P-tipi yarı iletken Şekil 2: P tipi yarı iletken

Şekil 5: Panellerin paralel bağlanması

n-tipi yarı iletken Şekil 3: N tipi yarı iletken

Şekil 6: Panellerin seri-paralel bağlanması

Çıkışa bir yük bağlandığında, bir akım akacaktır. Bu akımın şiddeti, eleman üzerine ve eleman yüzey alanına düşen ışık şiddetine bağlıdır. Bu hücreler (piller), seri ya da paralel bağlanarak (Şekil-4, 5, 6) elde edilecek akım ve gerilimin şiddeti arttırılabilir.

3. Üretime Sıcaklığın Etkisi Gerçek bir PV hücresinde performans parametrelerini belirlemek amacı ile (i) Kısa devre akımı (Isc) (ii) Acık devre gerilimi (Voc) testleri (Şekil-7) yapılır.

Şekil 4: Panellerin seri bağlanması

Şekil 7: Bir PV hücresinin basit elektriksel eşdeğer modeli 2016 Temmuz • Sayı-457

PV modül güç çıkışı ile modül sıcaklığı arasında ters orantı vardır. Yani modül sıcaklığı yükseldikçe PV modülden alınan güç azalır. Sıcaklıktan kaynaklanan kayıplar, direkt olarak hücre sıcaklığı ile doğru orantılıdır. Eğer ortam sıcaklığı yükselirse, hücre sıcaklığı da yükselir, bu da üretilen enerjinin azalmasına neden olur (Sıcaklığın artması ile PV hücrenin kısa devre akımı artarken acık devre gerilimi azalır).

Io ve Vo sırası ile referans sıcaklıktaki akım ve gerilim olsun. α ve β ise akım ve gerilimin sıcaklık katsayıları olsun. Eğer işletme sıcaklığı ΔT kadar artar ise yeni akım ve gerim aşağıdaki gibi olur.

Şekil 9: Bir solar hücre için sabit ışınım ve farklı sıcaklıklardaki güç çıkışları

Şekil - 9: Bir solar hücre için sabit ışınım ve farklı sıcaklıklardaki güç çıkışları

Şekil 8: PV panellerde oluşan kayıplar 2016 Temmuz • Sayı-457

Şekil - 10: Isc and Voc’s Exchange that

Şekil 10: Isc and Voc’s Exchange that according to the ambient tempaercactuorreding to the ambient temperature Buna göre sıcaklığa bağlı PV hücre parametreleri (Şekil-11, 12, 13, 14) BauşnaağgıödraeksıicagkilbığiaybaağzlıılPaVbhiülicrr;e parametreleri (Şekil-11,

12, 13, 14) aşağıdaki gibi yazılabilir;

P=I x V = [ x (1 +  x ΔT)] x [ x (1 -  x ΔT)]

Şekil 11: Sıcaklığa göre W ve V tepe değerleri

Şekil 12: PV panellerde sıcaklığın voltaja etkisi

Şekil 13:PV panellerde sıcaklığın akıma etkisi

Şekil 14: PV panellerde sıcaklığın güce etkisi

4. Sonuç Herhangi bir T sıcaklığı için Pmp (T) hesaplanmak istenirse;

Hücre sıcaklığı sadece ortam sıcaklığından dolayı değil aynı zamanda güneş radyasyonunun değişimi ile değişir. PV hücreye gelen radyasyonun elektriğe dönüşmeyen kısmı ısı olarak hücrede açığa çıktığından dolayı “Nominal hücre çalışma sıcaklığı” Tnom ile tanımlanır. Tnom, ortam sıcaklığı 20 C°, güneş yoğunluğu 0,8 kW/m^2 ve rüzgar hızı 1 m/s için tanımlanır. Farklı ortam sıcaklıkları için hücre sıcaklığı aşağıdaki gibi hesaplanır.

Burada: Thücre = Hücre Sıcaklığı (C°) Tortam = Ortam Sıcaklığı (C°) G = Güneş radyasyonu (kW/m2)

Referanslar [1] A. Q. Jakhrani et al., Comparison of Solar Photovoltaic Module Temperature Models, World Applied Sciences Journal 14, 01-08, 2011. [2] E. Arıkan, Mono Kristal Fotovoltatik Modüllerin Sıcaklık Katsayılarına Genel Bakış, s: 1-10 [3] T. Nordmann, L.Clavadetscher, TNS Consultion [4] Virtuani, et al., Overview Of Temperature Coefficients Of Different Thin Film Photovoltaic Technologies. [5] E. Deniz, Güneş Enerjisi Santrallerinde Kayıplar, Akademi Enerji, s: 1-3 [6] H.Esen, A. Kapıcıoğlu, BEU Journal of Sicience 4(2), 198-204, 2015 [7] İ. H. Altaş, Energy Electricity Electromechanical- 3e (46), 86-91, Mart 1998