Güneş Pili Nedir
Fotovoltaik hücre (PV hücresi) olarak da adlandırılan güneş pili, güneş ışığını fotovoltaik etki yoluyla doğrudan elektriğe dönüştüren elektronik bir cihazdır. Elektriği bir yalıtkandan daha iyi ileten ancak elektriği metal kadar iyi iletmeyen yarı iletken bir malzemeden yapılmıştır. Güneş ışığı, güneş spektrumunun farklı dalga boylarına karşılık gelen değişen miktarlarda enerji içeren fotonlardan veya güneş enerjisi parçacıklarından oluşur. Enerji dönüşümü, yarı iletkende elektron-delik çiftleri oluşturan ve yük taşıyıcılarını ayıran ışık enerjisinin emilmesini içerir. Elektrik enerjisi üretmek, daha yüksek enerjili bir elektronun güneş pilinden harici bir devreye taşınmasını gerektirir. Güneş pilleri tipik olarak küçüktür, 1 ila 2 watt güç üretir ve genellikle dört insan saçı kalınlığından daha azdır.
Güneş Pili Verimliliği Nedir
Güneş pili verimliliği, kullanılabilir elektriğe dönüştürülen güneş enerjisinin yüzdesini ifade eder. Güneş pili tarafından salınan enerjinin Güneş tarafından emilen enerjiye oranıdır. Bir güneş pilinin verimliliği, gelen güneş ışığının spektrumu ve yoğunluğunun yanı sıra güneş pilinin sıcaklığına da bağlıdır. Güneş spektrumu için optimal bant aralıklarına sahip geleneksel tek eklemli hücreler, Shockley-Queisser sınırı olan %33,16’lık maksimum teorik verime sahiptir. Çoğu ticari panelin verimliliği %17 ila %20 arasındadır, ancak araştırmacılar neredeyse %50 verimli fotovoltaik hücreler geliştirdiler. Verimlilik, bir panelin güneş hücrelerinin ne kadar güneş enerjisini kullanılabilir elektriğe dönüştürdüğünü ölçer. Güneş paneli ne kadar verimli olursa hücreye çarpan ışık miktarı başına o kadar fazla enerji üretir ve bu da enerji ihtiyacını karşılamak için daha az yüzey alanına ihtiyaç duyar.
CIGS güneş pillerinin rekor kıran verimliliği bağımsız olarak doğrulandı; bu, bir zamanlar popüler olan ancak son yıllarda gölgede kalan teknolojinin hala hayatta ve iyi durumda olduğunu gösteriyor.
Günümüzde fotovoltaik sistemlerin büyük çoğunluğu silikon bazlıdır. Bununla birlikte, silikon hücreler maksimum verimliliklerine yaklaşıyor ve üretmek için nispeten yüksek sıcaklıklar gerektiriyor, bu da aşılması zor olan daha düşük bir maliyet ve enerji sınırıyla sonuçlanıyor. Çok daha yeni olan perovskit teknolojisi şaşırtıcı bir hızla gelişiyor ancak perovskit hücrelerinin ömrü konusunda şüpheler sürüyor.
Bu nedenle bazı araştırmacılar alternatif bir yaklaşım için seçenekleri açık tutmakla ilgileniyorlar. Ayrıca farklı türdeki güneş pillerinin üst üste istiflenmesi, tek başına elde edilemeyecek verimliliklere yol açar. CIGS, her ne kadar pazar payı 2000’li yılların başından bu yana azalmış olsa da, bu yakıtların her ikisinin de fosil yakıtların yerini almanın potansiyel bir parçası olduğunu düşünüyor. CIGS’deki harfler bakır, indiyum, galyum ve selenit anlamına gelir; bunların bir kombinasyonu sıradan pencere camına gümüş ve sodyumla birlikte uygulanır. Uppsala Üniversitesi’nden bir ekip, hücrenin farklı kısımlarındaki galyum konsantrasyonunun ayarlanması da dahil olmak üzere birçok yenilikle öncüllerini geride bırakan böyle bir hücre yarattı.
Bu bileşim kulağa pahalı geliyor; bu metallerin bazıları oldukça pahalıdır. Rubidyum florür, arkalarına bir molibden tabakası ve önlerinde şeffaf bir tabaka uygulanması gerekmesi durumu iyileştirmez. Ancak bu tür hücrelere boşuna “ince tabaka” denmemektedir. Levhalar o kadar incedir ki gereken metal miktarının silikonla karşılaştırıldığında engelleyici olması gerekmez.
Ancak CIGS’in değerli olabilmesi için en azından rakip teknolojilere yakın bir verimlilik gerekir. Onlarca yıldır güneş enerjisi mühendisleri verimliliği artırmaktan çok üretim maliyetlerini azaltmakla ilgileniyorlardı, ancak güneş pilleri artık o kadar ucuz ki verimliliği artırmak son yıllarda bir öncelik haline geldi.
On yıl içinde, geleneksel ticari güneş panellerinin verimliliği iki kattan fazla arttı; bu da sınırlı alana sahip çatılarda çok daha fazla enerji üretilmesine olanak sağladı ve güneş enerjisinin arazi için tarımla rekabet edeceğine dair korkuları hafifletti. Uppsala Üniversitesi’ndeki araştırmacılar 1990’larda CIGS’nin etkinliği konusunda rekor kırdı ancak bu rakam onlarca yıldır aşıldı. Ancak yakın zamanda kendi testlerinin neredeyse yüzde 24 etkili olduğunu gösterdiği bir element yarattılar. Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü tarafından yapılan bağımsız testler artık yüzde 23,54’lük bir değer gösteriyor.
Uppsala Üniversitesi’nden Profesör Marika Edoff yaptığı açıklamada, “Bu güneş pili ve diğer yeni üretilen güneş pilleri için kendimiz yaptığımız ölçümler, bağımsız ölçümlerin hata sınırları dahilindedir” dedi.
Bu, CIGS tacını geri aldı ve Japonya’nın Solar Frontier rekorunu yüzde 0,29 ile geride bıraktı, ancak yine de silikon (yüzde 27,6) ve perovskitin (yüzde 26,1) gerisinde kaldı. Ancak CIGS’in rolünü oynayabilmesi için silikonun verimliliğini aşması gerekmiyor. Farklı hücre teknolojileri, Dünya’ya ulaşan güneş ışığı spektrumunun farklı bölümlerini yakalamak için en uygun olanlardır. Tandem hücreleri, mavi ve ultraviyole ışığı iyi yakalayan ve daha uzun dalga boylarına karşı nispeten şeffaf olan bir üst katmana sahiptir. Altında kırmızı ışığı daha iyi yakalayan başka bir katman daha var. Herhangi bir tek katmanlı hücreden daha verimli olabilirler; rekor şu anda yüzde 33,9’dur. “Araştırmamız, CIGS ince film teknolojisinin şebekeden bağımsız güneş pillerine rekabetçi bir alternatif olduğunu gösteriyor. Edoff, teknolojinin aynı zamanda tandem güneş panelinin alt hücresi gibi başka bağlamlarda da çalışabilecek özelliklere sahip olduğunu söyledi. CIGS’nin yüksek güvenilirliği ona diğer bazı adaylara göre de avantaj sağlıyor.
Tandem hücreler kaçınılmaz olarak birim alan başına ve günümüzde de birim enerji başına daha pahalıdır. Bu nedenle, yalnızca verimliliğin maliyetten çok daha önemli olduğu yerlerde, örneğin uydulara güç sağlamak için kullanılırlar. Ancak çeşitli teknolojilerdeki gelişmeler devam ederse tandem, hatta üçlü veya dörtlü hücreler çok daha yaygın hale gelebilir.
Bu yazı Nature Energy adresinden derlenmiştir.