Fotovoltaik (kısaltılmış PV), güneş ışınımını elektriğe dönüştürmenin en doğrudan yoludur ve ilk kez gözlemlenen fotovoltaik etkiye dayanır. Katı veya sıvı bir sisteme bağlı iki elektrot arasında, bu sisteme ışık tutulması üzerine bir elektrik voltajının ortaya çıkması oldukça genel olarak tanımlanır.

Pratik olarak tüm fotovoltaik cihazlar, fotovoltajın geliştirildiği bir yarı iletkende bir pn bağlantısı içerir. Bu cihazlar aynı zamanda güneş pilleri olarak da bilinir. Işık absorpsiyonu yarı iletken bir malzemede gerçekleşir.

Yarı iletken malzeme, güneş spektrumunun büyük bir bölümünü absorbe edebilmelidir. Malzemenin soğurma özelliklerine bağlı olarak ışık, yüzeye az ya da çok yakın bir bölgede soğurulur.

Işık kuantaları emildiğinde, elektron deliği çiftleri üretilir ve rekombinasyonları önlenirse, bir elektrik alanıyla ayrıldıkları bağlantı noktasına ulaşabilirler. Silikon gibi zayıf soğuran bir yarı iletken için bile, çoğu taşıyıcı yüzeye yakın üretilir.

Yayıcı ve taban katmanını ayıran pn bağlantısı, foto-üretilmiş yük taşıyıcıları için yüksek bir toplama olasılığına sahip olmak için yüzeye çok yakındır. Bağlantı noktasının üzerindeki ince yayıcı katman, şekilde de gösterildiği gibi, iyi tasarlanmış bir temas ızgarası gerektiren nispeten yüksek bir dirence sahiptir.

Pratik kullanım için güneş pilleri, seri olarak bağlanmış bir dizi kristal Si hücresi veya yine dahili olarak seri bağlı bir ince film malzeme tabakası içeren modüller halinde paketlenir. Modül iki amaca hizmet eder: Güneş hücrelerini ortamdan korur ve yalnızca 1 Volt’tan daha düşük bir voltaj geliştiren tek bir hücreden daha yüksek bir voltaj sağlar.

Günümüzün üretim hücrelerinin dönüştürme verimlilikleri %13 ila 16 aralığındadır, ancak modül verimlilikleri biraz daha düşüktür. Şimdiye kadar elde edilen kristal silisyumun en iyi laboratuvar verimliliği %24,7’dir ve bu, bu tür bir güneş pilinin teorik sınırına yaklaşır.

İleride de göreceğimiz gibi, fotovoltaik dönüşüm elde etmenin tek yolu pn bağlantıları ve yarı iletkenler değildir. Gelecek, birçok yeni malzeme ve konsepti barındırabilir.

Fotovoltaiklerin Kısa Tarihi

Fotovoltaik etki, 1839’dan 1954’te Bell Laboratuarlarında ilk silikon güneş pilinin geliştirildiği 1959’a kadar bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Uzun yıllar ana uygulama uzay aracı güç kaynaklarıydı.

Fotovoltaiklerin (PV) karasal uygulaması çok yavaş gelişti. Bununla birlikte, PV sadece araştırmacıları değil, genel halkı da büyüledi.

Güçlü noktaları şunlardır:

– güneş radyasyonunun doğrudan elektriğe dönüştürülmesi,
– mekanik hareketli parça yok, ses yok,
– yüksek sıcaklık yok,
– kirliliğe hayır,
– PV modüllerinin kullanım ömrü çok uzundur,
– enerji kaynağı olan güneş bedavadır, her yerde bulunur ve tükenmezdir,
– PV çok esnek bir enerji kaynağıdır, gücü mikrovattan megavata kadar değişir.

Güneş pili teknolojisi, başlangıçta transistörler ve daha sonra entegre devreler için geliştirilen yüksek silikon teknolojisi standardından büyük ölçüde yararlandı. Bu, yüksek mükemmelliğe sahip tek kristal silikonun kalitesi ve mevcudiyeti için de geçerliydi. İlk yıllarda, güneş pilleri için sadece Czochralski (Cz) yetiştirilen tek kristaller kullanıldı.

Fotovoltaik sistem Nedir
Fotovoltaik Enerji Nedir
Fotovoltaik hücre Yapımı
Fotovoltaik malzemeler
Fotovoltaik etki Nedir
Fotovoltaik hücre Nedir
Fotovoltaik Panel
Fotovoltaik panel Nedir

Bu malzeme hala önemli bir rol oynamaktadır. Silisyum maliyeti bir güneş pilinin maliyetinin önemli bir kısmını oluşturduğundan, bu maliyetlerin düşürülmesi için büyük çabalar sarf edilmiştir.

1970’lere dayanan bir teknoloji, maliyetli çekme sürecini önleyen blok dökümdür. Silikon eritilir ve kare şeklinde bir SiO/SiN kaplı grafit potaya dökülür. Kontrollü soğutma, büyük bir kristal tane yapısına sahip çok kristalli bir silikon blok üretir.

Katı hal fiziğinden silikonun fotovoltaik dönüşüm için ideal malzeme olmadığını biliyoruz. Göreceli olarak düşük güneş radyasyonu soğurma özelliğine sahip bir malzemedir ve bu nedenle etkin soğurma için kalın bir silikon tabakası gereklidir. Teorik olarak bu, silikonun değerlik bandı maksimumunun iletim bandı minimumundan dengelendiği yarı iletken bant yapısı ile açıklanabilir.

Işık absorpsiyonunun temel süreci bir elektronun valanstan iletim bandına uyarılması olduğundan, ışık absorpsiyonu engellenir çünkü momentum değişikliği gerektirir. Daha uygun bir malzeme arayışı, neredeyse güneş pili teknolojisinin başlamasıyla başladı. Bu arayış ince film malzemeler üzerinde yoğunlaşmıştır. Onlara çok güçlü ışık emilimi sağlayan doğrudan bir bant yapısı ile karakterize edilirler.

Bugün, gelecek vaat eden malzeme ve teknolojiler ortaya çıkmaya başlasa da, hedef hala belirsiz. Ortaya çıkan ilk malzeme şekilsiz Silikondu (a-Si). Bu alandaki ikinci yarışmacının bile bu sefer amorf formundaki silikon elementine dayanması dikkat çekicidir.

Amorf silisyum, kristal silisyumdan temel olarak farklı özelliklere sahiptir. Ancak malzemenin temel özelliklerinin anlaşılması oldukça uzun zaman aldı. Bu malzemedeki yüksek beklenti, şu ana kadar elde edilen nispeten düşük verimlilik ve bu tür bir güneş pili için ilk ışık kaynaklı bozulma (Staebler-Wronski etkisi olarak adlandırılır) tarafından engellendi.

Günümüzde a-Si, özellikle iç mekan kullanımı olmak üzere tüketici uygulamalarında sabit bir yere sahiptir. Işığa bağlı bozunma sorunlarını anladıktan ve kısmen çözdükten sonra, amorf silikon enerji piyasasına girmeye başlar. Stabilize hücre verimliliği %13’e ulaşır. Modül verimlilikleri %6-8 aralığındadır. İnce film modüllerinin görsel görünümleri, onları cephe uygulamaları için çekici kılmaktadır.

Amorf silisyumun ötesinde, yüksek ışık absorpsiyonu gereksinimini karşılayan ve bu nedenle ince film güneş pilleri için uygun olan birçok başka potansiyel güneş pili malzemesi vardır. Periyodik tablodaki konumlarına göre III-V bileşikleri olan GaAs veya InP gibi bileşik yarı iletkenler sınıfına aittirler.

Diğer önemli gruplar, tıpkı elementel yarı iletkenler gibi atom başına dört bağa sahip olan II–VI ve I–III–VI2 bileşikleridir. Neredeyse sonsuz sayıda bileşiğin dikkate alınabileceği açıktır. Çoğu ampirik araştırmadan yalnızca çok az sayıda umut verici materyal elde edilmiştir.

Bunların başında Bakır İndiyum Diselenid (CIS) ve Kadmiyum Tellurid (CdTe) gelmektedir. Daha 1960’ların başlarında kadmiyum sülfür/bakır sülfür güneş pilleri geliştiriliyordu. Düşük verimlilik ve yetersiz stabilite sorunları, bu malzemenin daha fazla nüfuz etmesini engelledi.

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

P-iletken temel malzeme ve üst tarafta n-iletken bir katmandan oluşan bir fotovoltaik hücrenin temel yapısını gösterir. Hücre arka tarafının tamamı metalik bir kontak ile kaplanırken ışınlanmış taraf, gölgeleme kayıplarını en aza indirmek için parmak tipi bir kontak sistemi ile donatılmıştır.

Ayrıca tam kapatıcı, şeffaf iletken tabakalar kullanılmaktadır. Yansıma kayıplarını azaltmak için, hücre yüzeyine ilave olarak yansıma önleyici bir kaplama sağlanabilir. Bu yapıya sahip bir silikon güneş pili genellikle mavi bir renge sahiptir. Ters piramitlerin yüzeye dahil edilmesiyle yansıma kayıpları daha da azaltılır.

Piramit yüzeylerinin eğimi öyledir ki fotonlar başka bir piramit yüzeyine yansır ve böylece kristale foton nüfuz etme olasılığını önemli ölçüde artırır. Güneş ışığının bu hücreler tarafından soğurulması neredeyse tamamlanmıştır, hücreler siyah görünmektedir.

Akım-gerilim karakteristiği ve eşdeğer devre

Aydınlatılmış bir güneş pili ideal olarak paralel diyot ile sağlanan bir akım kaynağı olarak düşünülebilir. Fotoakım IPh’nin, hücre üzerindeki foton akışı olayıyla orantılı olduğu varsayılır. İdeal diyotlar için Shockley denklemi, bir güneş pilinin akım ve voltajının (akım-voltaj karakteristiği) karşılıklı bağımlılığını tanımlar.

Terminallerden akan akımı, IPh fotoakımı ve I0 diyotun doyma akımını temsil ederken, e0 temel yükü, U hücre voltajını ve k Boltzmann sabitini ve θ sıcaklığı temsil eder.

Bununla birlikte, Denklemde, I akımının işareti, geleneksel notasyona kıyasla ters çevrilmiştir. Karakteristik eğrilerin dördüncü değil birinci kadranda yer almasının nedeni budur. Ancak, bu tür bir temsil yaygın bir uygulama haline gelmiştir.

Gerçekçi koşullar altında, bir güneş pilinin performansı sol üstte gösterilen eşdeğer devre şemasında gösterildiği gibi açıklanabilir. Işınlama olmadan, güneş pili, etkisi ışık gelişinde de korunan sıradan bir yarı iletken diyota eşittir.

Bu nedenle diyot D, eşdeğer devre şemasında fotovoltaik hücreye paralel olarak bağlanmıştır. Her bir p-n-kavşağı, aynı zamanda, güneş pillerinin modellenmesi için tipik olarak ihmal edilen, belirli bir tükenme katmanı kapasitansına sahiptir.

Artan ters voltajda, tükenme katmanı daha geniş hale gelir, böylece kapasitans, bir plaka kapasitörün elektrotlarının gerilmesine benzer şekilde azalır. Bu nedenle, güneş pilleri, büyüklüğü mevcut gerilime bağlı olan değişken kapasitansları temsil eder.

Bu etki, diyota paralel olarak yerleştirilmiş kapasitör C tarafından dikkate alınır. Seri direnç RS, kontakların ve kabloların direncinin yanı sıra yarı iletken malzemenin kendisinin direncinden oluşur. Kayıpları en aza indirmek için, kablolarda maksimum kesit sağlanmalıdır.

Paralel veya şönt direnci RP, p-n-bağlantısının ideal şönt reaksiyonunun azaltılabileceği fotovoltaik hücre kenarlarındaki “kaçak akımları” içerir. Bununla birlikte, iyi tek kristalli güneş pilleri için şönt direnci genellikle kΩ bölgesi içindedir ve bu nedenle akım-voltaj karakteristiği üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur.

Çeşitli çalışma modları için akım-gerilim eğrisinin tipik şeklini gösterir (örn. değişen ışınlama ve sıcaklık).

Eğrinin ve eksenlerin kesişme noktalarında, kısa devre akımı ISC (1. dereceden yaklaşımda IPh’ye eşittir) U = 0’da ve açık devre gerilimi UOC, I = 0’da sağlanır. kısa devre akımı, hücre gerilimi sürekli olarak artırıldığında, hücre akımı ilk başta sadece hafifçe azaltılır ve açık devre gerilimine ulaşmadan kısa bir süre önce orantısız olarak azalır. Bu etkiler karakteristik şekle neden olur.

Fotovoltaik hücre Nedir
Fotovoltaik hücre yapımı
Fotovoltaik hücre fiyatları
Fotovoltaik Nedir
Fotovoltaik hücre yapısı
Fotovoltaik hücre çalışma prensibi
Pv hücreler arsenit
PV hücre çeşitleri

Elektrik gücü, voltaj ve akımın ürünü olarak tanımlanır. Böylece karakteristik eğrinin belirli bir noktasında güneş pilinin maksimum gücüne ulaşılır. Bu çalışma noktasına MPP (Maksimum Güç Noktası) denir. Karakteristik eğri ve dolayısıyla MPP, güneş radyasyonunun ve fotovoltaik hücrenin sıcaklığının bir fonksiyonudur.

− Foto-akım veya kısa devre akımı, fotovoltaik hücrenin artan ışınımıyla neredeyse doğrusal olarak artar. Ayrıca açık devre gerilimi Denklem’e göre artırılır; ancak artış logaritmiktir.

Akım-gerilim eğrisi böylece artan güneş radyasyonu ile dikey eksene paralel hareket eder. Güneş pilinin karşılık gelen gücü, artan ışınlama ile tamamen aşırı orantılı bir şekilde artar; bu etki, farklı MPP’leri birleştiren eğimli eğri ile ifade edilir.

− Bu korelasyon yalnızca güneş pilinin sıcaklığı sabit tutulursa doğrudur. Sıcaklık artırılırsa, p-n-bağlantısı içindeki difüzyon voltajı azalır. Örneğin, bir silikon güneş pilinin açık devre voltajı yaklaşık -2,1 mV/K değiştirilir. Buna paralel olarak, yarı iletken içindeki yük taşıyıcıların artan hareketliliği nedeniyle kısa devre akımı yaklaşık %0,01/K artar.

Bu nedenle, artan sıcaklıklarda, ticari olarak temin edilebilen bir silikon güneş pilinin karakteristik akım-gerilim eğrisi, hafifçe artan bir kısa devre akımı ve nispeten güçlü bir şekilde azalan açık devre voltajı ile karakterize edilir. Bu nedenle, artan sıcaklıklarla hücre gücü azalır (yani, 1.000 W/m2 ışınlama için gösterilen karakteristik eğriler setindeki MPP kayması).

Maksimum güç (akım IMPP’nin ürünü ve MPP içindeki UMPP gerilimi) ile açık devre gerilimi UOC ve kısa devre akımı ISC’nin ürünü arasındaki ilişki, doldurma faktörü FF olarak adlandırılır.

Doldurma faktörü, fotovoltaik hücrenin “kalitesine” yönelik bir indeks görevi görür. Yüksek değerler, p-n-kavşağının iyi doğrultma özellikleriyle elde edilir (yani, düşük bir doygunluk/kilitleme akımı I0 için, düşük seri dirençli RS ve yüksek paralel dirençli RP’de).

Verimlilikler ve Kayıplar

Bir elektronu valanstan iletim bandına yükseltmek için, enerji aralığı Eg tarafından tanımlanan, malzemeyle ilgili, kesin olarak tanımlanmış bir minimum enerji miktarı gereklidir. Enerji aralığının altındaki enerji ile karakterize edilen fotonlar, enerjileri elektronları iletim bandına yükseltmek için yetersiz olduğundan, bu süreci başlatmak için uygun değildir.

Ancak, enerji miktarı Eg’ninkinden fazla olan fotonlardan sadece tam olarak Eg enerjisi elektrik enerjisi üretimi için kullanılabilir. Eg’yi aşan herhangi bir enerji, ısı şeklinde doğrudan kristale iletilir. Böylece, geleneksel güneş pillerinde foton başına yalnızca bir elektron deliği çifti üretilir.

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