Güneş Pilleri (Güneş Hücresi) Nedir ? Nasıl Çalışır ?

Bu yazımızda günümüzde giderek popüler hala gelen fotovoltaik sistemlerin en temel bileşeni olan güneş panelinin en küçük yapı taşı, güneş hücresi olarak da bilinen güneş pilleri teknolojisinin ne olduğunu yapısını ve çalışma prensibini derledik.

Güneş Pilleri Nedir?

Güneşten elektrik üretimi günümüzde çok popüler bir hale geldi. Fotovoltaik sistemlerin temel elemanı olan güneş panellerini oluşturan güneş pilleri ise sistemin kalbini oluşturuyor. Gelin bu küçük ama muazzam güneş hücrelerini yakından inceleyelim.

Güneş Pilleri Yapısı

Güneş pilleri, veya güneş hücresi silikon ve yarı iletken malzemelerden oluşan bir yapıdır. Güneş hücresinin üst katmanı yansımayı en aza indiren, gelen ışığını absorbe eden ARC adı verilen bir tabakayla kaplıdır. Bundan sonra ise koruyucu ön kontak kısmı bulunur. Bunun da altında ise n-tipi katman bulunur. Bu katman az miktarda fosfor ile katkılanmıştır. Bu şekilde silikon atomlarıyla ve fosfor atomları arasında bir yer değişimi meydana gelir. Bu da negatif yükler oluşturur n-tipi denmesinin de sebebi budur. Alttaki katmanda ise az miktarda bor ile katkılandırılmış p-tipi silikon tabaka bulunur. Silikon ve bor atomlarının yer değişimi de bu katmanda pozitif yükler meydana getirir. Son katman da hücrenin dayanıklılığını arttıran ve arkasını kapatan metalden yapılmış arka kontaktır.

Güneş Pilleri Çalışma Prensibi

Güneş pilleri, fotonla yani ışıkla çalışan bir diyot görevi görür. Diyotlar da yapısında bulunan yarı iletken malzemeler yüzünden ışık altında az miktarda elektrik üretir. Güneş hücresinin elektrik üretebilmesi için sadece güneşe ihtiyacı yoktur. Bu yüzden kapalı havalarda bile elektrik üretebilir. Foton hücre tarafından soğurulur ve bu enerji n-tipi silikondaki zayıf elektronların pozitif yüklü p-tipi silikonuna serbestçe akmasına izin verir. Bu işlem sonucu hücre akım ve gerilim üretmiş olur. Üretilen elektrik enerjisi de hücre de bulunan arka kontak ile alınır ve diğer hücrelerle seri bağlantı yapılarak panel oluşturulur.

Tek bir hücre 0,5 V – 0,6 V arası gerilim üretir. Hücre verimliliğin günden güne artmasıyla birlikte bilinen hücre başına üretilen gerilim de artmaktadır. Akım değeri ise hücre boyutuna göre değişiklik gösterir.  Örneğin: 250 W güneş panelindeki tek bir hücrenin akım değeri  yaklaşık olarak 8,3 A iken 10 W bir panelin tek bir hücresinin akım değeri ise 0,56 A’dir. Çünkü yüzey alanı küçüldükçe n katmanından p katmanına geçen elektron miktarı azaldığından akım değeri düşer. 0.5 V gerilime sahip hücreleri seri olarak birbirine bağladığımızda da güneş panellerini oluştururuz.  Örneğin; 250 W güneş paneli 30 V’luk bir gerilime sahiptir ve 60 adet hücre içermektedir. Bilindiği üzere seri bağlantılarda gerilim, paralel bağlantılarda akım artar. Bu yüzden 60 adet hücre x 0,5 V = 30 V yapar. Hücrelerden güneş paneli tasarımını daha ayrıntılı bir şekilde ayrı bir yazıda ele alacağım.

Güneş Pilleri Çeşitleri

Çok sayıda güneş pili çeşidi vardır. Piyasa da en yaygın kullanılan hücreler inorganik hücrelerdir.

Bu hücreler de kendi içerisinde üçe ayrılır.

1) Kristal Silisyum Hücreler

• Tek Kristal Silisyum Hücreler (Monokristal)
• Çok Kristal Silisyum Hücreler (Polikristal)

2) İnce Film Hücreler

• Amorf Silisyum Hücre
• Çok Kristal İnce Film Hücre
• İnce Film ve Çok Kristal İnce Film Hücre
• İnce Film ve Nano Kristal Silisyum Hücre
• İnce Film ve Kalgonit Hücre

3) Tek ve Çok Eklemli Hücreler

• Çok Eklemli Hücreler
• Üç Eklemli Hücreler

Bu hücre tipleri yapılarında bulunan yarı iletken malzemelere ve katkı maddelerine göre sınıflandırılmıştır. Hücre verimlilikleri ve kullanım koşulları birbirlerinden farklıdır. Güneş pilleri çeşitleri ile ilgili ayrıntılı bilgiyi sizlere başka bir yazıda vereceğiz.