Güneş termal ısısı ve enerji üretiminin yanı sıra, fotovoltaik enerji üretimi, güneş radyasyonu enerjisini doğrudan kullanmak için başka bir olasılıktır. Bununla birlikte, güneş termal elektrik üretiminin aksine, güneş enerjisi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülür. Aşağıda, bu enerji dönüştürme yönteminin temel fiziksel ilkeleri özetlenmiştir.

Enerji Açığı Modeli

Çekirdeğin içindeki pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronların yanı sıra, bir atom, çekirdeğin etrafında farklı enerji seviyeleri (“kabuklar” veya “yörüngeler” gibi) üstlenen negatif yüklü elektronlardan oluşur.

Belirli bir enerji seviyesini işgal edebilen sınırlı sayıda elektron vardır; sözde Pauli dışlama ilkesine göre, herhangi bir olası enerji seviyesi en fazla iki elektron tarafından işgal edilebilir. Bu iki elektrona ancak “dönüşleri” (yani kendi açısal momentumları) ile birbirlerinden yine farklı olmaları durumunda izin verilir.

Birkaç atom bir kristal oluşturursa, tek tek atomların farklı enerji seviyeleri birbiriyle örtüşür ve enerji bantları oluşturmak için gerilir. Bu “izin verilen” enerji bantları arasında enerji boşlukları (yani “yasaklanmış” bantlar) vardır.

Çekirdeğe yakından bağlı iç elektronlar için dar izin verilen bantlar ve dış elektronlar için geniş izin verilen bantlar vardır. Yasaklı bantların genişliği ise tam tersi şekilde değişir; yasak bantlar çekirdeğe yakın geniştir ve artan enerji seviyesiyle azalır, böylece dış bantlar üst üste biner.

İzin verilen bantların enerjik mesafeleri ve enerji boşluklarının genişliği ve elektronların izin verilen bantlara dağılımı bir kristalin elektrik ve optik özelliklerini belirler.

Ayrıca bu bantlar içinde elektronların işgal edeceği enerji seviyelerinin sayısı sınırlıdır (yani boşluk sayısı sınırlıdır). Dolayısıyla bir “sonlu enerji durumu yoğunluğu” vardır.

Sırasıyla düşük enerji seviyelerine sahip atomların iç kabukları ve katıların enerji bantları neredeyse tamamen elektronlarla kaplıdır. Elektronlar burada serbestçe hareket edemezler; sadece yer değiştirebilirler.

Bu elektronlar herhangi bir iletkenlik üretmezler. Tamamen elektronlarla dolu, enerji açısından en zengin enerji bandına değerlik bandı denir; içerdiği elektronlar malzemenin kimyasal bağ tipini belirler.

Elektrik iletkenliğine sahip bir katı, serbestçe hareket eden elektronlar gerektirir. Bununla birlikte, elektronlar ancak tamamen dolu olmayan bir enerji bandında bulunuyorlarsa serbestçe hareket edebilirler. Enerji nedeniyle, bu sadece valans bandının üzerinde bulunan enerji bandı için geçerlidir. Bu enerji bandı bu nedenle iletim bandı olarak adlandırılır.

Değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki enerji boşluğu, örneğin, “bant aralığı” olarak adlandırılır. Bu enerji aralığı, değerlik bandından iletim bandına bir elektron aktarmak için gereken minimum enerji miktarına tam olarak eşittir.

Fotovoltaik sistemler ve uygulamaları
Güneş enerjisi ile elektrik üretimi pdf
Fotovoltaik hücre yapısı
Fotovoltaik sistem elemanları
Fotovoltaik hücre üretimi
Fotovoltaik Sistemler Ders Notları
Güneş fotovoltaik bölümü
Güneş enerjisi elektrik üretimi Nasıl yapılır

İletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar

İletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar, bant yapıları ve bantlarının elektronlarla işgali açısından farklıdır.

İletkenler 

İletkenler içinde (örneğin metaller ve alaşımları) iki farklı durum meydana gelebilir.

− Elektronların işgal ettiği enerji bakımından en zengin bant (yani iletim bandı)
tamamen meşgul.
− Tamamen elektronlarla dolu en enerji açısından zengin bant (yani değerlik bandı) ve üstte bulunan iletim bandı üst üste biner, böylece kısmen örtülü bir bant (iletkenlik bandı) oluşur.

Böylece akım, malzemenin ilgili sıcaklığından bağımsız olarak kristal kafes içinde bol miktarda bulunan serbestçe hareket eden elektronlar tarafından aktarılır. Bu nedenle, elektrik iletkenleri (metaller gibi) düşük özgül dirençle karakterize edilir.

Artan sıcaklıkla birlikte, atomik çekirdeklerin artan termal salınımı elektronların hareketini engeller. Bu nedenle metallerin özgül direnci artan sıcaklıkla artar.

İzolatörler

İzolatörler (örn. kauçuk, seramikler) tamamen elektronlarla dolu bir valans bandı, geniş bir enerji aralığı (Örn. > 3 eV) ve boş bir iletim bandı ile karakterize edilir. Bu nedenle, yalıtkanlar neredeyse hiç serbestçe hareket eden elektronlara sahip değildir. Sadece çok yüksek sıcaklıklarda (güçlü “termal uyarılma”) az sayıda elektron enerji boşluğunu aşabilir. Bu nedenle, örneğin seramikler, yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda iletkenlik gösterir.

Yarı iletkenler

Prensip olarak, yarı iletkenler (örn. silikon, germanyum, galyum-arsenit) nispeten dar bir enerji aralığına (0,1 eV < Eg < 3 eV) sahip yalıtkanlardır. Bu nedenle, düşük sıcaklıklarda, kimyasal olarak saf bir yarı iletken yalıtkan görevi görür. Sadece termal enerji eklenerek elektronlar kimyasal bağlarından salınır ve iletim bandına yükselir.

Yarı iletkenlerin artan sıcaklıklarla iletken hale gelmesinin nedeni budur. Bu, iletkenliğin artan sıcaklıklarla azaldığı metallere kıyasla tam tersidir. Spesifik dirençle ilgili olarak, yarı iletkenler iletkenler ve yalıtkanlar arasındadır.

Yarı iletkenler ve iletkenler arasındaki geçiş alanı içinde, çok dar enerji boşlukları durumunda (0 eV < Eg < 0,1 eV), bu tür elementler metallerle benzer iletkenlik gösterebildikleri için metaloidler veya yarı metaller olarak da adlandırılır. Bununla birlikte, “gerçek” metallerden farklı olarak, azalan sıcaklıklarla azalan iletkenlik ile karakterize edilirler.

İçsel iletkenlik

Değerlik elektronları artan sıcaklıklarla kimyasal bağlarından ayrılarak iletim bandına ulaştıklarından (içsel iletkenlik), yarı iletkenler belirli bir sıcaklık seviyesinin üzerinde iletkendir. Kristal kafes boyunca serbestçe hareket edebilen iletim elektronları haline gelirler (yani elektron iletimi).

Öte yandan, komşu bir elektron deliğe ilerleyebileceğinden, değerlik bandı içinde ortaya çıkan boşluk da yarı iletken malzeme boyunca hareket edebilir. Delikler böylece iletkenliğe (delik iletimi) eşit olarak katkıda bulunur. Her serbest elektron, bozulmamış saf yarı iletken kristaller içinde bir delik oluşturduğundan, her iki tür yük taşıyıcı da eşit olarak bulunur.

İçsel iletkenlik, rekombinasyonla, yani serbest bir elektron ile pozitif bir deliğin rekombinasyonuyla dengelenir. Bu rekombinasyona rağmen, deliklerin ve serbest elektronların sayısı eşit kalır çünkü belirli bir sıcaklık seviyesinde rekombinasyon olarak her zaman aynı sayıda elektron-deşik-çifti oluşur.

Her sıcaklık için, belirli sayıda serbest delik ve serbest elektron içeren bir denge durumu vardır. Serbest elektron deliği çiftlerinin sayısı artan sıcaklıkla artar.

Böyle bir kristal kafese dışarıdan harici bir voltaj uygulanırsa, elektronlar pozitif kutba, delikler ise negatif kutba hareket eder. Yarı iletkenlerin içindeki içsel iletim mekanizması da enerji aralığı modeliyle açıklanabilir.

The post Fotovoltaik Enerji Üretimi – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları first appeared on Online (Parayla Ödev Yaptırma).