Her geçen gün elektrik enerjisine duyulan ihtiyacın artması, temiz enerji üretim sistemleri ile ilgili araştırmaları hızlandırmış, bu alanda yeni teknolojilerin kullanımına olanak tanımıştır. Günümüz teknolojisinin geldiği son nokta, hem sürekli artan elektrik enerjisi talebini karşılamak hem de sürekliliğini artırmak bakımından su, rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından azami ölçüde yararlanmaya olanak tanımaktadır. Güneş, Dünya için temel bir enerji kaynağı olarak karşımıza çıkıyor. Güneşten gelen ışınların dağılımına bakıldığında bunların %46’sının infrared bölgede, %45’inin görünür bölgede ve %6’sının ise mor ötesi bölgede olduğu görülmektedir. Güneşten gelen bu ışınları enerjiye çevirmek için dönüştürücüler kullanılır. Toplayıcılar ve güneş pilleri bunlara örnektir. Günlük yaşantımızda güneş enerjisinden elektrik elde etmek için güneş pilleri veya bir başka deyişle fotovoltaik hücreler yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik üretmeye olanak sağlayan bu sistemlerin genel olarak tümüne solar enerji sistemleri denir ve en önemli bileşenlerini; güneş panelleri, inverter (evirici), montaj platformları (konstrüksiyon) ve kablolama altyapısı oluşturur. Bir kombin halindeki bu sistemler güneşin dünyamıza yaymış olduğu sınırsız ışınım enerjisini elektriğe dönüştürür ve hayatımıza elektriğin girdiği her yerde kullanmamızı sağlar.

Peki nedir bu fotovoltaik solar sistemler? Nasıl çalışır? Ne işe yarar? İşte yazımızda bu konulara değinip genel bir bakış yapacağız.

Güneş panelleri yapılarına göre farklı şekil, görünüm ve boyutlarda olabilir. Ancak tipik olarak güneş hücrelerinin belirli bir voltaj ve akım değerlerine göre gruplanıp, bunları bir parça haline getirecek olan kasa ve koruyucu camdan oluşur. Güneş hücrelerinin yapısını ise yarı iletken kristal-silikon malzeme oluşturur.

 

Bu yarı iletken 0 Kelvin yani -273 santigrat derecede yalıtkan bir özellik gösterirken elektromagnetik ışıma gibi ısıl bir etkiye maruz kaldığında iletken hale gelir. Maddesel yapısı gereği içinde bulunan pozitif ve negatif yüklü iyonlar kutuplaşır, bu kutuplaşmanın sonucunda hücre içinde küçük bir gerilim oluşur. Güneş hücresinin içine birbirine paralel iletken  çubuklar yerleştirilerek oluşan bu akımın toplanıp, aktarılması sağlanır.  (Örnek Resim-1)

Bir güneş enerji sisteminin elektriksel gücünü belirleyen birçok faktör olsa da güneş paneli sayısı ve güneş paneli dizisinin toplam büyüklüğü, bir güneş sisteminden ne kadar elektrik üretileceğinin en önemli belirleyicisidir. Güneş pillerinin türü de sistemin ürettiği enerji verimliliğini de etkileyecektir. Genel olarak monokristal silikon malzeme güneş hücrelerinde kullanılacak en verimli malzemedir.

(Örnek Resim-1)

 

Yapıları gereği üretilen bu elektrik enerjisi doğru akımdır (DC). Türkiye ve dünya standartların da bazı kolaylıklarından dolayı şebeke hatlarında alternatif akım (AC) kullanılır. Bu yüzden üretilen doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) çevirme ihtiyacı duyulur. Burada güneş enerji sistemlerinin beyni olarak görülen, enerjiyi çevirme, konfigüre etme, kullanılan verimi artırma gibi özellikleriyle eviriciler (inverter) devreye girer. Genel olarak güneş inverterleri %95 kadar verimliliğe sahiptir ve genel olarak 3 tiptir:

Şebeke Bağlantılı İnverterler (ON-GRİD)

Bu tip inverterler güneş enerjisinin kullanılabilir olduğu zamanlarda tercih edilir ve üretilen elektrik kullanım için sisteme veya mevcut şebekeye aktarılır. Şebeke bağlantılı inverterler merkezi, dizi (string) ve mikro inverterler olarak üçe ayrılır.

 

Şebekeden Bağımsız İnverterler (OFF-GRİD)

Bu tip inverterler daha çok depolamalı sistemlerde kullanılmaktadır. Panellerden üretilen elektrik doğrudan AC elektriğe dönüştürülüp bir yükü besleyebilir veya akülerde depolanan DC enerji inverterler vasıtası ile AC’ye dönüştürülerek yükü besleyebilirler. Bu tarz uygulamalar daha çok şebeke hattının getirilmesinin çok masraflı olduğu çiftlik evleri, yayla evleri, gsm baz istasyonları, izleme görüntüleme, ölçme kontrol, alarm-güvenlik kamera gibi yerlerde kullanılmaktadır.

HİBRİT İnverterler (Her iki teknolojinin de kullanılabildiği)

Depolama sistemi ve şebekenin, daha fazla avantaj kazandırması için birlikte kullanıldığı sistem inverterlerdir. Prensip olarak güneşten üretilen hazır enerji öncelikli olarak kullanılır. İnverterün optimizasyonuna göre; üretim tüketimden fazla ise depolanır, eksik ise bataryalardan temin edilir veya depolanan enerji gece tüketiminde kullanılır ve bunun gibi birçok seçenek sunar.

Çalışan inverterler ve invertere gelen DC akım kabloları.

 

Üretilen bu güç tüketim noktalarına aktarılması için bir dizi kablolama altyapısına ihtiyaç duyar. Bu aktarımın sağlanması için güneş enerji üretim tesislerine özel solar kablo kullanılır. Kablolama sisteme göre farklılık gösterebilir fakat tipik olarak UV ışınlarına, sıcaklığa, dış saha hava koşullarına, termal ve mekanik yüklere dayanıklı olarak üretilir. Her elektrik aktarım sisteminde olduğu gibi burada da seçilecek olan kablonun teknik özellikleri enerji kaybı olmaması açısından önemlidir.

Temel anlamda son olarak güneş enerjisi siteminin iskeleti olan konstrüksiyon vardır. Konstrüksiyon da sistemin performansını etkileyebilecek önemli unsurdur. Özellikle güneşin aktif olarak kullanılacağı aylara, kurulacak sistemin konumuna, enlem ve boylamına göre açılandırılması doğrudan verimliliğe etki eder.

Yaygın olarak güneş sistemleri ev ve iş yerlerinin çatılarına monte edilir. Böylece güneş ışığına doğrudan daha fazla erişim sağlanabilir. Bunun dışında zemine(sahalar) monte edilerek güneş tarlaları yapılabilir. Yere monteli sistemler genellikle şebeke şirketlerine dağıtılmak üzere daha büyük miktarlarda elektrik üretmek için kullanılır. Ayrıca araç otoparkları, şarj istasyonları ve sulama sistemleri gibi farklı projelerde de uygulanabilir.  Yere bağlı montaj sistemlerinde, dizileri toprağa sıkıca sabitlemek için direkler ve temel montaj ekipmanları gerekir. Kullanılacak konstrüksiyon güneş enerji sisteminin ömrü için kötü hava koşullarına dayanıklı olmalıdır.

Kurulacak santralin konumuna göre, güneşten en iyi verimi elde etmek için panellerin açıları, güneş ışınımlarına 90 derece dik açıyla gelecek şekilde kurgulanmalıdır. Bu verimi en yükseğe çıkarmak ve günlük güneşlenme süresinden maksimum şekilde yararlanmak amacı ile, günümüz teknolojilerinde güneş takip sistemleri (solar tracker) geliştirilmiştir. Bu sistemler gün boyunca güneşin doğuşundan batışına kadar güneşi takip eder. Işınımın panellere sürekli 90 derecelik açı ile gelmesini sağlar. Fakat yatırım maliyetleri yüksek olduğundan elde edilecek geri dönüşüm istatistikleri profesyonel olarak hesaplanmalıdır.

Güneş enerjisinden elektrik üretimi anlattığımız klasik yöntemler dışında farklı şekillerde de olabilir.

Parabolik aynalar, noktasal veya doğrusal yoğunlaştırıcı sistemler, güneş kuleleri, güneş bacaları, güneş havuzları da alternatif elektrik üretme çeşitleridir.

 

Ahmet Batuhan KOÇAK