GÜNEŞ PANELLERİ NASIL ÇALIŞIR?

Güneş fotovoltaik (PV) panellerinin güneş ışığını kullanılabilir elektriğe dönüştürdüğünü hepimiz biliyoruz, ancak çok az kişi sürecin arkasındaki gerçek bilimi biliyor. Bu hafta blogda güneş enerjisinin ardındaki temel bilime gireceğiz. Karmaşık görünebilir, ancak hepsi fotovoltaik etkiye bağlı; maddenin ışıkla yıkandığında elektron yayma yeteneği.

Güneş Enerjisi Üretimi ve İletiminde Temel Adımlar

  1. Güneş ışığı güneş panellerine çarpar ve bir elektrik alanı oluşturur.
  2. Üretilen elektrik, panelin kenarına ve iletken bir tele akar.
  3. İletken tel, elektriği, DC elektriğinden binalara güç sağlamak için kullanılan AC’ye dönüştürüldüğü invertöre getirir.
  4. Başka bir tel, AC elektriğini invertörden mülkteki elektrik panosuna (kesici kutusu olarak da adlandırılır) taşır ve bu da elektriği gerektiği gibi binaya dağıtır.
  5. Üretim sırasında ihtiyaç duyulmayan herhangi bir elektrik, şebeke sayacından ve şebeke elektrik şebekesine akar. Elektrik sayacın içinden akarken, sayacın geriye doğru çalışmasına neden olarak mülkünüzü fazla üretim için kredilendirir.

Artık güneş enerjisinin üretimi ve akışı hakkında temel bir fikre sahip olduğumuza göre, güneş fotovoltaik panelinin arkasındaki bilime daha derin bir dalış yapalım.

Solar PV Hücrelerinin Arkasındaki Bilim

Solar PV panelleri birçok küçük fotovoltaik hücreden oluşur – fotovoltaik, güneş ışığını elektriğe dönüştürebilecekleri anlamına gelir. Bu hücreler, bir elektrik alanı oluşturmak için gereken elektrik dengesizliğini korurken elektriği iletebilen, çoğunlukla silikon olan yarı iletken malzemelerden yapılmıştır.

Güneş ışığı, solar PV hücresindeki yarı iletkene çarptığında (yüksek seviyeli incelememizde 1. adım), ışıktan gelen fotonlar biçimindeki enerji emilir, bir dizi elektronu serbest bırakır ve daha sonra hücre içinde serbestçe sürüklenir. Güneş pili, bir elektrik alanı oluşturmak için bir araya getirilmiş pozitif ve negatif yüklü yarı iletkenlerle özel olarak tasarlanmıştır (görselleştirme için soldaki resme bakın). Bu elektrik alanı, sürüklenen elektronları belirli bir yönde, hücreyi çevreleyen iletken metal plakalara doğru akmaya zorlar. Bu akış, bir enerji akımı olarak bilinir ve akımın gücü, her hücrenin ne kadar elektrik üretebileceğini belirler. Gevşek elektronlar metal plakalara çarptığında, akım daha sonra tellere yönlendirilir,

Güneş paneli bir elektrik akımı ürettiğinden, enerji bir dizi kablodan bir invertöre akar (yukarıdaki 3. adıma bakın). Güneş panelleri doğru akım (DC) elektrik üretirken, çoğu elektrik tüketicisi binalarına güç sağlamak için alternatif akım (AC) elektriğe ihtiyaç duyar. İnvertörün işlevi, elektriği DC’den AC’ye çevirerek günlük kullanım için erişilebilir kılmaktır.

Elektrik kullanılabilir duruma (AC gücü) dönüştürüldükten sonra, invertörden elektrik panosuna (kesici kutusu da denir) [adım 4] gönderilir ve gerektiğinde binaya dağıtılır. Elektrik artık güneş enerjisiyle ışıklara, cihazlara ve diğer elektrikli cihazlara güç sağlamak için hazır.

Kesici kutusu aracılığıyla tüketilmeyen herhangi bir elektrik, şebeke sayacı aracılığıyla şebekeye gönderilir (yukarıda belirtildiği gibi son adımımız). Şebeke sayacı, şebekeden mülkünüze giden elektrik akışını ölçer ve bunun tersi de geçerlidir. Güneş enerjisi sisteminiz sahada kullandığınızdan daha fazla elektrik ürettiğinde, bu sayaç aslında geriye doğru çalışır ve net ölçüm sürecinde üretilen fazla elektrik için size kredi verilir. Güneş enerjisi dizinizin ürettiğinden daha fazla elektrik kullandığınızda, bu sayaç aracılığıyla şebekeden ek elektrik çekerek normal çalışmasını sağlarsınız. Bir depolama çözümüyle tamamen şebekeden ayrılmadığınız sürece, özellikle güneş enerjisi dizinizin üretim yapmadığı gece saatlerinde şebekeden biraz enerji çekmeniz gerekecektir. Yine de,

Güneş enerjisinin arkasındaki ayrıntılar son derece bilimsel olsa da, bir güneş enerjisi kurulumunun bir işletmeye veya mülk sahibine getirebileceği faydaları iletmek için bir bilim insanı gerekmez. Deneyimli bir güneş enerjisi geliştiricisi, bu avantajlar konusunda size yol gösterebilir ve işletmeniz için bir güneş enerjisi çözümünün doğru olup olmadığını keşfetmenize yardımcı olabilir.

Özetle, bir güneş paneli, güneş ışığı parçacıkları elektronları atomlardan serbest bırakarak elektron akışını harekete geçirdiğinde çalışır ve elektrik üretir. Bu elektron akışı elektriktir ve güneş panelleri bu akışı yakalayacak ve onu kullanılabilir bir elektrik akımı haline getirecek şekilde tasarlanmıştır.

Güneş enerjisi üretimi, güneş panellerinin fotovoltaik hücrelerle güneş ışığını absorbe etmesi, bu doğru akım (DC) enerjisini üretmesi ve ardından inverter teknolojisi yardımıyla bunu kullanılabilir alternatif akım (AC) enerjisine dönüştürmesiyle başlar. AC enerjisi daha sonra evin elektrik panosundan akar ve buna göre dağıtılır. Güneş panellerinin eviniz için nasıl çalıştığına ilişkin ana adımlar şunlardır:

Fotovoltaik hücreler güneş enerjisini emer ve DC elektriğe dönüştürür
Solar inverter, solar modüllerinizden DC elektriği çoğu ev aleti tarafından kullanılan AC elektriğe dönüştürür.
Elektrik, evinizden geçerek elektronik cihazlara güç sağlar
Güneş panelleri tarafından üretilen fazla elektrik elektrik şebekesine beslenir
Güneş panelleri nasıl elektrik üretir?
Standart bir güneş paneli (güneş modülü olarak da bilinir), bir silikon hücre katmanından , bir metal çerçeveden, bir cam kasadan ve silikon hücrelerden akımın akmasına izin vermek için çeşitli kablolardan oluşur. Silikon (periyodik tablodaki atom numarası 14), güneş ışığını emmesine ve elektriğe dönüştürmesine izin veren iletken özelliklere sahip bir ametaldir. Işık bir silikon hücre ile etkileşime girdiğinde, elektronların harekete geçmesine neden olur ve bu da bir elektrik akımı akışını başlatır. Bu, “ fotovoltaik etki ” olarak bilinir ve güneş paneli teknolojisinin genel işlevselliğini tanımlar.

Güneş panelleri ile elektrik üretme biliminin tamamı fotovoltaik etkiye indirgeniyor. İlk olarak 1839’da Edmond Becquerel tarafından keşfedilen fotovoltaik etki, genellikle belirli malzemelerin ( yarı iletkenler olarak bilinir ) güneş ışığına maruz kaldıklarında bir elektrik akımı üretmelerine izin veren bir özelliği olarak düşünülebilir .

Fotovoltaik süreç aşağıdaki basitleştirilmiş adımlarla çalışır:

Silikon fotovoltaik güneş pili güneş radyasyonunu emer
Güneş ışınları silikon hücre ile etkileşime girdiğinde, elektronlar hareket etmeye başlar ve bir elektrik akımı akışı oluşturur.
Teller, bu doğru akım (DC) elektriğini yakalar ve alternatif akım (AC) elektriğe dönüştürülmek üzere bir güneş invertörüne besler.
Güneş panelleri bilimi, derinlemesine
Silikon güneş pilleri, fotovoltaik etki yoluyla güneş ışığını emer ve akan elektrik üretir. Bu süreç, güneş enerjisi teknolojisinin tipine bağlı olarak değişir, ancak tüm güneş fotovoltaik hücrelerinde ortak olan birkaç adım vardır.

İlk olarak, ışık bir fotovoltaik hücreye çarpar ve yapıldığı yarı iletken malzeme (genellikle silikon) tarafından emilir. Gelen bu ışık enerjisi, silikondaki elektronların gevşemesine neden olur ve bu da sonunda evinizde kullanabileceğiniz güneş enerjisine dönüşür.

Fotovoltaik hücrelerde kullanılan iki silikon tabakası vardır ve her biri bir elektrik alanı oluşturmak için özel olarak işlenir veya “katkılı” olur, yani bir taraf net pozitif yüke ve bir taraf net negatif yüke sahiptir. Bu elektrik alanı, gevşek elektronların güneş pili boyunca bir yönde akmasına ve bir elektrik akımı üretmesine neden olur. Fosfor ve bor elementleri , bir fotovoltaik hücrenin bu pozitif ve negatif taraflarını oluşturmak için yaygın olarak kullanılır.

Gevşek elektronlar tarafından bir elektrik akımı üretildiğinde, her bir güneş pilinin yanlarındaki metal plakalar bu elektronları toplar ve tellere aktarır. Bu noktada, elektronlar elektrik olarak elektrik olarak bir güneş invertörüne ve ardından evinizin her yerine akabilir .

Fotovoltaiklere alternatif güneş teknolojileri ne olacak?
Bu makalede fotovoltaik güneşten veya PV’den bahsettik , çünkü özellikle evler ve işletmeler için en yaygın güneş enerjisi üretimi türüdür. Ama orada daha fazlası var ve geleneksel fotovoltaik güneş panellerinden farklı şekillerde çalışıyorlar. PV panellerden farklı çalışan en yaygın alternatif güneş enerjisi seçeneklerinden ikisi güneş enerjisi sıcak suyu ve konsantre güneş enerjisidir .

Güneş sıcak su
Solar sıcak su sistemleri , güneşten gelen termal enerjiyi yakalar ve eviniz için suyu ısıtmak için kullanır. Bu sistemler birkaç ana bileşenden oluşur: kollektörler, depolama tankı, ısı eşanjörü, kontrol sistemi ve yedek ısıtıcı.

Güneş enerjili sıcak su sisteminde elektronların hareketi yoktur. Bunun yerine, paneller güneş ışığını ısıya dönüştürür. Bir güneş enerjisi sistemindeki paneller “kolektörler” olarak bilinir ve tipik olarak bir çatı üzerine kurulur. Geleneksel fotovoltaik panellerden çok farklı şekilde enerji toplarlar – elektrik üretmek yerine ısı üretirler. Güneş ışığı bir kollektörün cam kaplamasından geçer ve güneş enerjisini yakalamak ve ısıya dönüştürmek için tasarlanmış bir kaplamaya sahip olan emici plaka adı verilen bir bileşene çarpar. Üretilen bu ısı, plakadaki küçük borularda bulunan bir “transfer sıvısına” (antifriz veya içme suyuna) aktarılır.

Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi
Konsantre güneş enerjisi (yoğunlaştırılmış güneş enerjisi veya konsantre güneş-termal gücü olarak da bilinir), güneş ışığını ısıya dönüştürdüğü için güneş sıcak suyuna benzer şekilde çalışır. CSP teknolojisi, güneş termal enerjisini aynalar kullanarak yoğunlaştırarak elektrik üretir. Bir CSP kurulumunda, aynalar güneşi bir odak noktasına yansıtır. Bu odak noktasında, ısı enerjisini toplayan ve depolayan bir emici veya alıcı bulunur .

CSP, genellikle bir elektrik şebekesine güç sağlamaya yardımcı olmak için kamu hizmeti ölçekli kurulumlarda kullanılır .

Güneş panelleri ile şebeke bağlantısı nasıl çalışır?
Güneş panelleri ile elektrik üretimi çoğu insana mantıklı gelse de, şebekenin ev güneş enerjisi sürecine nasıl etki ettiği konusunda hala birçok genel kafa karışıklığı var. Elektrik şebekesine bağlı herhangi bir evde, enerji sağlayıcınızın evinize güç ölçmek ve beslemek için kullandığı bir elektrik sayacı adı verilen bir şey olacaktır. Çatınıza veya mülkünüzdeki bir zemin montajına güneş panelleri kurduğunuzda, sonunda evinizin elektrik sayacına bağlanırlar. Güneş sisteminizin üretimine aslında bu sayaç ile erişilebilir ve ölçülebilir.

ABD’deki ev sahiplerinin çoğu , güneş enerjisinin ekonomisini önemli ölçüde iyileştiren büyük bir güneş teşviki olan net ölçüme erişime sahiptir . Net ölçümünüz varsa, güneş sisteminiz aşırı üretim yaptığında (güneşli yaz aylarında gün içinde olduğu gibi) elektrik faturanızdaki kredi karşılığında şebekeye güç gönderebilirsiniz. Ardından, elektrik üretiminin düşük olduğu saatlerde (gece veya bulutlu günler gibi) kredilerinizi kullanarak şebekeden ekstra enerji çekebilir ve evinizin elektrik ihtiyacını karşılayabilirsiniz. Bir anlamda net ölçüm, güneş enerjisine giden mülk sahiplerine ücretsiz bir depolama çözümü sunarak güneşi hepsi bir arada bir enerji çözümü haline getiriyor.

Güneş panellerine ek önemli parçalar
Silikon güneş pillerinin yanı sıra, tipik bir güneş modülü, silikon PV hücreleri için dayanıklılık ve koruma sağlayan bir cam kasa içerir. Cam dış yüzeyinin altında, panelin yalıtım için bir tabakası ve panelin içindeki ısı dağılımına ve neme karşı koruma sağlayan koruyucu bir arka levhası vardır. Bu yalıtım önemlidir çünkü sıcaklıktaki artışlar verimde düşüşe yol açarak güneş paneli performansının düşmesine neden olur .

Güneş panelleri, güneş ışığı emilimini artıran ve silikon hücrelerin maksimum güneş ışığına maruz kalmasını sağlayan yansıma önleyici bir kaplamaya sahiptir. Silikon güneş pilleri genellikle iki hücre oluşumunda üretilir: monokristal veya polikristal . Monokristal hücreler tek bir silikon kristalinden oluşurken, polikristal hücreler silikon parçalarından veya parçalarından oluşur. Mono formatlar, elektronların hareket etmesi için daha fazla alan sağlar ve bu nedenle, tipik olarak daha pahalı olmalarına rağmen, polikristalden daha verimli bir güneş enerjisi teknolojisi sunar.

Güneş panelleri ile büyük tasarruf garantisi
Elektrikten tasarruf etmeye başlamak istiyorsanız, ilk başlamanız gereken yer güneş paneli sistem fiyatlarını karşılaştırmaktır. İşte bu noktada EnergySage yardımcı olabilir: EnergySage Marketplace’te ücretsiz bir hesap için kaydolduğunuzda , bölgenizdeki kurulumculardan size özel teklifler sağlarız. Öyleyse ne bekliyorsunuz – EnergySage ile kendi temiz enerji yolculuğunuza bugün başlayın!