basliksiz-6

Taner Çarkıt

Elektrik Elektronik mühendisi

 

 

 

 

Abstract

 Güneş panellerinin üzerine ışık düştüğü zaman bağlantı uçlarında DC gerilim oluşur. Oluşan elektriğin performans değeri, üzerine düşen gün ışığının miktarına, geliş açısına ve iklimsel parametrelere göre değişir. Dönüşümden elde edilen elektrik enerjisinin verimi pillerin yapısına göre %10 ile %20 arasında değişmektedir.

Atar Kelimeler – Solar hücreler, panel sıcaklığı, sıcaklığın PV panellere etkisi

1.GİRİŞ

Fotovoltaik yapı iki katmanlı silisyum yapıdan meydana gelmektedir. N tipi taban üzerinde ince bir P tipi malzeme (Şekil-1) bulunmaktadır. Işık bu iki malzemenin eklemine(junction) düştüğünde, N-tipi malzemenin P-tipine göre pozitif olduğu bir gerilim meydana gelir. Çıkış gerilimi, elemanın üzerine düşen ışık şiddetine bağlıdır. 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 elde edilecek akım ve gerilimin şiddeti arttırılabilir.[2]

the-structure-of-the-pv-panels

Şekil – 1: PV panellerin yapısı

2.PV PANELLERDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ, PANELLERİN YAPISI

Güneş paneli hücrelerinin üst tabakaları çatlamaların, kırılmaların ve enerji kaybının önlenmesi için yansımayı önleyici kaplama ve korumalardan oluşur. Bu katmanların altında ise N tipi ve P tipi yarı iletken maddeler bulunur. N ve P tipi maddeler yarı iletken maddelerin eriyik halindeyken istenilen maddeler ile kontrollü olarak katkılandırılması sonucu oluşurlar. Güneş pillerinde yarı iletken madde olarak çoğunlukla çok kristalli-Polikristalin silisyum kullanılmaktadır. Yarı iletkenli elektronik devre elemanlarının yapısını da oluşturan Silisyum ve Germanyum elementleri devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz. Bu maddelere katkılar yapılarak Değerlik Bandı enerji seviyesi yukarıya veya İletkenlik Bandı enerji seviyesi aşağıya çekilir. Değerlik bandının yukarı çekildiği yarı iletkenlere P tipi yarı iletken denir. P tipi yarı iletkende (Şekil-2) yüklü b oşluk(hol) derişimi yüksektir.

basliksiz-1

 

Şekil – 2: P tipi yarıiletken

İletkenlik bandının aşağıya çekildiği yarı iletkenlere N tipi yarı iletken (Şekil-3)  denir. N tipi yarı iletkende ise elektron(e-) derişimi yüksektir. Güneş paine 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. 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.

n-type-semiconductor-3

n-type-semiconductor

 

n-type-semiconductor-2

Şekil – 3: N tipi yarı iletken

series-connection-of-the-panel-1

Şekil-4:Panellerin bağlanması

parallel-connection-of-panels

Şekil-5: Panellerin paralel bağlanması

series-connection-of-the-panel

Şekil-6:Panellerin seri-paralel bağlanması

 

  1. ÜRETİME SICAKLIĞIN ETKİSİ

Gerçek bir PV hücresinde performans parametrelerini belirlemek amacı ile

basliksiz-1

Testler(Şekil-7)yapılır.

simple-electrical-equivalent-model-of-a-pv-cell

Şekil – 7: Bir PV hücresinin basit elektriksel eşdeğer modeli

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.) I veV  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.

basliksiz-2

losses-incurred-in-pv-panels

Şekil – 8: PV panellerde oluşan kayıplar

constant-radiation-and-power-outputs-at-different-temperatures-for-a-solar-cell

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

 

isc-and-vocs-exchange-that-according-to-the-ambient-temperature

Şekil – 10:IscandVoc’s Exchange thataccordingtotheambienttemperature

Buna göre sıcaklığa bağlı PV hücre parametreleri (Şekil-11, 12, 13, 14) aşağıdaki gibi yazılabilir;

basliksiz-3

according-to-the-temperature-w-and-v-peak-values

Şekil – 11: Sıcaklığa göre W ve V peak değerleri

Şekil-12:PV panellerde sıcaklığın voltaj etkisi

the-effect-of-temperature-on-pv-panel-voltage

Şekil-13: PV panellerde sıcaklığın akıma etkisi

the-effect-of-temperature-on-current-in-the-pv-panels

the-effect-of-temperature-on-pv-panels-to-power

Şekil – 14: PV panellerde sıcaklığın güce etkisi

  1. SONUÇ

Herhangi bir T sıcaklığı icin .Pmp(T) hesaplanmak istenirse;

basliksiz-4

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^2ve rüzgar hızı 1 m/s için tanımlanır. Farklı ortam sıcaklıkları için hücre sıcaklığı aşağıdaki gibi hesaplanır.

basliksiz-5

TEŞEKKÜR

 Bu çalışmada bana yardımcı olan BW Enerji San. Tic. A.Ş. ailesine ve değerli mühendislerine, sayın Metin DEMİREL Bey’ e teşekkürlerimi borç bilirim.

REFERANSLAR:

[1]A.Q. Jakhrani et al.,Comparison of Solar PhotovoltaicModuleTemperatureModels, World AppliedSciencesJournal 14, 01-08, 2011. [2]E. Arıkan, Mono Kristal Fotovoltatik Modüllerin Sıcaklık Katsayılarına Genel Bakış, p: 1-10[3]T.Nordmann, L.Clavadetscher, TNS Consultion [4]Virtuani, et al.,Overview Of TemperatureCoefficients Of DifferentThin Film Photovoltaic Technologies. [5]E. Deniz, Güneş Enerjisi Santrallerinde Kayıplar, Akademi Enerji, p:1-3 [6]H.Esen, A.Kapıcıoğlu, BEU Journal of Sicience 4(2), 198-204, 2015 [7]İ.H.Altaş, EnergyElectricityElectromechanical- 3e (46), 86-91, Mart 1998

 

 

Yorumlar

Yorum Mesajınız