Yenilenebilir Enerji

Güneş Paneli Nedir ? Nasıl Üretilir ?

0

Güneş paneli, güneşten elektrik üretiminde kullanılan en yaygın sistem elemanıdır. Belirli ölçü ve sayıdaki güneş hücrelerinin belli bir alan içerisinde birbirleriyle seri olarak bağlanmasıyla oluşturulan panele güneş paneli denir. Piyasada çeşitli güçte ve ebatta güneş paneli bulunmaktadır. Güneş hücresi boyutuna ve birleştirilme şekline göre güneş panelinin gücü değişmektedir. Günümüzde en yaygın kullanılan solar panel türleri polikristal hücreli 5 W,10 W,100 W,150 W,265 W,275 W ve 320 W güçteki panellerdir.

1) Güneş Hücresi Tasarımı

1.1) Silikonun Atomu ve Özellikleri

Silikon (Si) , doğada en yaygın olarak bulunan yedinci elementtir. Yerkabuğunda da oldukça fazla miktarda bulunan silikon ametal bir elementtir. Silikon doğada genelde kuvartz olarak da adlandırılan silikon dioksit formunda bulunur.

Silikon elementi 14 elektrona sahiptir ve son yörüngesinde 4 elektron bulunur. Atom çekirdeğinin en dış katmanında bulunan bu 4 elektronun enerjisi çekirdeğe yakın olanlarınkine göre daha yüksektir. Bu 4 değerlik elektronu silikon elementine elektriksel özellik kazandırılması için oldukça önemlidir.

Silikonun kristal yapıya dönüştürülmesi için 5 silikon atomunun değerlik elektronlarıyla birbirlerine bağlanması gerekmektedir. Bu yapı da yarı iletken olarak adlandırılır. Silikon elementi sadece bu şekilde foton yani ışıkla elektrik üretebilir. Bu duruma göre çalışan güneş hücreleri kristal silikon hücreler olarak adlandırılır ve monokristal ve polikristal olmak üzere iki formda kullanılır. Güneş paneli de bu hücre türlerine göre farklılık gösterir.

1.2) Silikon Levha Tasarımı

Güneş hücresi yapımı için üretilen silikon kristallerinin neredeyse tamamı Polonya’lı bir kimyager olan Jan Czochralski ‘nin 1916 yılında keşfettiği bir yöntem ile üretilir. Güneş hücresi üretimi için %99 saflıkta yarı iletken özellikte silikon gereklidir. Bu yöntem elementlerin maksimum düzeyde kristalize hale  getirilmesinde önemli bir yer tutar. Ayrıca bu yöntem silikonun yanında diğer yarı iletkenler germanyum ve galyum arsenit gibi elementleri kristalize etmek için kullanılır. Aşağıdaki animasyon ile silikon levha tasarımını daha iyi anlayabilirsiniz.

İlgini Çekebilir  Yeni Geliştirilen Çift Katmanlı Güneş Pili Rekor Kırdı

Öncelikle bir kap içerisinde ham halde bulunan silikon 1500 C sıcaklıkta ısıtılarak eritilir. Bor ve fosfor gibi elementler sırasıyla p-tipi ve n-tipi silikon oluşturmak amacıyla eritilmiş silikona eklenir. Silikon tamamen eridiğinde ucuna bir parça kristal takılmış olan bir mil erimiş silikona daldırılır. Mil saat yönünün tersi yönde döndürülürken kap ise saat yönünde döndürülür. Bu şekilde erimiş haldeki silikon milin etrafına toplanır milde aynı anda yavaşça yukarı doğru çekilerek silindirik katı bir silikon külçe oluşturulmuş olur.

Oluşan silindirik silikon yapının uzunluğu kapta eritilen silikonun miktarına bağlı olarak 1 m veya 2 m çapı da 200 mm veya 300 mm olabilir. Bu katı silikonun özel kesme makineleriyle ve çok telli elmas testereyle çok dikkatli bir şekilde kesilmesi gerekmektedir. Çok ince bir şekilde dilimlenen bu katı silikon güneş hücresinin en çıplak hali oluşturulmuş olur. Oluşan bu hücrelere de gerekli işlemler yapılarak güneş paneli üretimine hazır hale getirilir.

2) Güneş Paneli Tasarımı Nasıl Yapılır ?

Güneş paneli gücünün belirlenmesi bünyesindeki güneş hücresi boyutuna ve bağlantısına bağlıdır. Bir güneş hücresi yaklaşık olarak 0,5 V elektrik üretir. Ürettiği akım değeri de hücrenin boyutuna ve türüne göre farklılıklar gösterir.

Piyasadaki en yaygın kullanılan güneş hücresi çeşitleri polikristal, mono kristal ve thin-filmdir. Günümüzde polikristal güneş hücreleri güneş paneli üretiminde büyük bir kullanım yüzdesine sahiptir. Çünkü bu üç hücreye verimlilik fiyat kıyası yaptığımızda polikristal hücreler daha çok ön plana çıkıyor. Bizde tasarımımızı polikristal hücreye göre anlattık.

Güneş hücrelerinin boyutuna göre güç değerleri değişiklik gösterir. Hücre voltajı her hücre boyutunda sabit olmasına rağmen, akım değeri doğrudan boyut ile doğru orantılıdır. 250W ve üstü panellerde kullanılan hücrelerinin gücü 4W-4,7W arasındadır. Bu hücreler lazer kesim ile kesildiğinde boyut küçüldüğünden üretilen amper değeri de düşecektir.  Şimdi sizlere hücre gücü çeşitlerine göre güneş  paneli tasarımını örneklerle belirteceğiz.

2.1) Hücre Boyutu ve Sayısına Göre Güneş Paneli Gücünü Belirleme

İlerleyen günümüz teknolojisiyle Polikristal güneş hücresinin verimi %18 civarına yükselmiştir. Hem ekonomikliği hem de veriminin monokristal hücrelere yaklaşması nedeniyle polikristal güneş hücreleri güneş paneli üretimi için çok önemli bir hale gelmiştir. Şimdi polikristal bir güneş hücresiyle boyutuna ve adedine göre oluşturulabilecek güneş paneli türlerini birkaç örnekle inceleyelim.

İlgini Çekebilir  Güneş Enerjili İklimlendirme Sistemi Nasıl Çalışır?

4,4 W gücünde bir polikristal güneş hücresinin teknik özellikleri aşağıdaki gibidir.

Polikristal Güneş Hücresi
Güç:4,4 W
Voltaj:0,52V
Akım:8,62 A
Boyut:156 mm X 156mm

Bilindiği üzere seri bağlantıda voltaj, paralel bağlantıda da akım değeri artar. Tablo 1’deki polikristal güneş hücresinin güneş paneli üretiminde kullanıldığını düşünelim. Tek bir hücre voltajı 0,52 V’dur. 60 adet hücre kullanılırsa seri bağlantı yapıldığı için 60 x 0,52 V = 31,2 V olarak maksimum güç voltajı elde edilir. Hücre akımı da 8,62 A olduğuna göre oluşacak panelin maksimum gücü 31,2 V x 8,62 A işleminden yaklaşık olarak 265 W elde edilir.

60 Hücreli  Polikristal 265 W Güneş Paneli

Maksimum Güç (Pmax)265 W
Maksimum Güç Voltajı (Vmp)31,4 V
Maksimum Güç Akımı (Imp)8,44 A
Açık Devre Voltajı (Voc)38,6 V
Açık Devre Akımı (Isc)9,03 A
Maksimum Sistem Voltajı1000 V DC
Güneş Paneli Ağırlığı18 kg
Güneş Paneli Ölçüleri1650 x 992 x40 (mm)

Tablo 1’deki hücre daha az sayıda kullanılırsa daha düşük güçlerde güneş paneli üretilebilir. Örneğin; 36 adet hücre kullanılırsa seri bağlantı yapıldığı için 36 x 0,52 V = 18,72 V olarak maksimum güç voltajı elde edilir. Hücre akımı da 8,62 A olduğuna göre oluşacak panelin maksimum gücü 18,72 V x 8,62 A işleminden yaklaşık olarak 160 W elde edilir.

36 Hücreli 80 W Güneş Paneli
Maksimum Güç (Pmax)80 W
Maksimum Güç Voltajı (Vmp)17,8 V
Maksimum Güç Akımı (Imp)4,48 A
Açık Devre Voltajı (Voc)21,76 V
Açık Devre Akımı (Isc)5,12 A
Maksimum Sistem Voltajı1000 V DC
Güneş Paneli Ağırlığı8 kg
Güneş Paneli Ölçüleri780x675x28 (mm)

Hücrelerin boyutuna, sayısına ve verimliliğine göre çeşitli güçlerde güneş paneli üretilebilir. Hücreler lazer kesimle kesilerek daha düşük güçlerde panel üretimi yapılabilir. Hücrelerin boyutu düşürüldüğünde sadece amperi düşer voltaj sabit kalır.

3) Güneş Paneli Üretim Aşamaları

Bir güneş paneli sırasıyla alüminyum çerçeve sızdırmazlık bandı cam EVA folyo,hücre ve tedlar folyo gibi katmanlardan oluşur. Güneş paneli fabrikalarında birçok çok üretim hattı bulunur. Güneş hücresi test edici makinelerden güneş paneli oluştuktan sonra flaşör makinesiyle bunun testine kadar çeşitli üretim hatları vardır. Sırasıyla üretim hatları aşağıdaki gibidir.

  • Cam Yükleme Hattı
  • Cam Yıkama Hattı
  • Folyo Serme Konveyörü
  • Tabber Stringer Hattı
  • Lehimleme Hattı
  • Laminasyon Hattı
  • Kenar Düzeltme Hattı
  • Çerçeve Pres Hattı
  • Simule ve Kontrol Hattı
İlgini Çekebilir  Şebekeden Bağımsız (Off Grid) Solar Sistem Tasarımı

Aşağıdaki videoda güneş paneli üretimi ve aşamalarını görebilirsiniz.

Güneş Paneli Üretim Hattı

Güneş Paneli Üretim Hattı

3.1) Hücre Testi

Güneş Hücresi testi, güneş paneli üretiminin ilk işlemi olarak uygulanır. Test yapılırken hücrenin bir solar simülasyon altında elektrik performansı test edilir. Ayrıca kalite testi olarak da yüzey kalitesi, kırılmalar ve çatlaklar gibi istenmeyen olumsuz etkiler kontrol edilir.

3.2) Cam Yükleme ve Yıkama Hattı

Güneş paneli üretiminde kullanılan camlar demir oksit oranı düşük düz veya buzlu temperli camlardır. Demir oksit oranının düşük olması camın ışınım geçirgenliğini arttırır. Aşağıdaki cam türleri güneş panelleri için en çok tercih edilen camlardır.

Güneş paneli üretiminde kullanılan cam türleri

Güneş paneli üretiminde kullanılan cam türleri

Bu hatta otomatik robot kollar tarafından camlar hatlara hassas bir şekilde yüklenir. Robot kollar minimum hatayla çalıştıkları için camlarda yüklemeden kaynaklı kırık ve çatlaklar minimum düzeydedir. Cam yüklendikten sonra yüzey kontrol ve temizlenme işlemlerinden geçirilir. Yüzey çatlakları ve deforme olmuş yüzeyleri bu aşamada tespit edilir.  Camlar yüzey geçirgenliklerinin arttırılması ve EVA’nın yüzeye daha iyi yapışabilmesi için yıkanarak, kurutulup temizlenir.

3.3) Folyo Serme Hattı

Güneş paneli üretim sistemlerinde elektrik üretimini daha verimli hale getirmek ve hücreleri oluşabilecek darbelere karşı korumak amacıyla EVA (etilen vinil asetat) solar filmi kullanılır. Camile hücre arasında bulunan EVA folyolar bu hatta cam ile birleştirilir.

3.4) Stringer ve Lehimleme Hattı

Güneş hücreleri üzerindeki mikro çatlaklar ve deformasyonlar tespit edildikten sonra bu hatta hücreler hizalanarak dizilir. Stringer makineleri hücre üzerilerine lehim pastası püskürterek, kızılötesi veya lazer ile lehim yapılır.

3.5) Laminasyon Hattı

Laminasyon hattında, EVA materyalinin sabit bir zamanda ve ısıda tamamen eriyerek, şeffaf bir görüntü alması ve hücreler ile tüm paneli çok iyi kavraması gerekmektedir.

3.6) Çerçeve Pres Hattı

Panellerin kenar düzeltmeleri ve kesimleri yapıldıktan sonra çerçevenin oturtulması için bu hatta gönderilir. Çerçeve işlemi tamamlandıktan sonra, panellere by-pass diyotları ve klemensler monte edilir.

3.7) Simule ve Kontrol Hattı

Güneş paneli üretiminin son aşaması olan bu hatta üretilmiş paneller standart koşullar altında test edilir.  Bu hatta yüksek gerilim izalasyonu, topraklama ve panelin akım-gerilim grafikleri gibi tüm parametreler test edilir.

Emre LEBLEBİCİOĞLU
Emre LEBLEBİCİOĞLU, 1993 yılının Ekim ayında Adana'nın Seyhan ilçesinde doğdu. İlk,orta ve lise öğrenimini burada tamamladı. 2011 yılında Karabük Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümünü kazandı. 2012 yılında ise yine aynı üniversite de Mekatronik Mühendisliğinde çift anadala başladı. 2014 yılının ilk döneminde erasmus programı kapsamında Bükreş Politeknik Üniversitesi'nde eğitim aldı. 2015 yılında haziran ayında Enerji Sistemleri Mühendisliğinden, ağustos ayı sonunda ise Mekatronik Mühendisliğinden mezun oldu. Mezuniyetten sonra ise yaklaşık 2 yıl solar enerji sektöründe faaliyet gösterdi. Askerlik vazifesini de yedek subay olarak tamamladı. Şuan da ise Marmara Üniversitesi İngilizce Makine Mühendisliği bölümünde tezli yüksek lisans yapmaktadır.

Beygir Gücü ( HP ) Nedir ?

Önceki Yazı

3 Fazlı Trafo (Transformatör) Nedir ?

Sonraki Yazı

Bunları da beğenebilirsiniz

Yorum

Cevap Yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bu konuda daha fazla Yenilenebilir Enerji