Güneş, yaşam kaynağımız olmakla birlikte dünyadaki nükleer enerji haricindeki tüm yakıtların kaynağıdır. Bu büyük yıldızın dünyamıza olan uzaklığı 1,496x1011 m olup çapı dünyanın çapının yaklaşık 109 katıdır. İçerisinde, sürekli olarak Hidrojenin Helyuma dönüştüğü füzyon tepkimeleri gerçekleşir. Tepkimelerden oluşan kütle farkı, ısı enerjisine dönüşüp uzaya yayılmaktadır.
Güneşin enerjisi; 4 Hidrojen atomunu 1 Helyum atomuna dönüştürmesinde gizlidir. 4 H = 4,032 , 1 He = 4,003 birim ağırlıktadır. Yani tepkimeler sonucu 0,029 birim ağırlık enerjiye dönüşüp uzaya aktarılmaktadır. Yani, güneşte her saniyede yaklaşık olarak 564 milyon ton H, 560 milyon yon He’ye dönüşmektedir. Kaybolan 4 milyon ton kütle foton olarak uzaya yayılmaktadır.
Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370 W/m2 değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Güneş enerjisi teknolojileri temel olarak termal ve fotovoltaik sistemler olarak iki ana gruba ayrılır. Fotovoltaik piller, yüzeylerine gelen güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bu piller güneş enerjisini yapısına bağlı olarak %5 ile %20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevirebilmektedir. Panellerin temel çalışma prensibi fotonların koparttığı elektronların eklemde dolaşması ve elektrik akımı üretmesidir.
N tipi yarı iletken ve P tipi yarı iletken olmak üzere temel olarak 2 katmandan oluşurlar. N tipi yarı iletken elde etmek için yaygın olarak kullanılan silisyum eriğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element eklenir (örneğin fosfor). Silisyumun dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için fazla olan elektronu güneşten gelen fotonların enerjisi ile dışarıya verir. P tipi yarı iletken elde etmek için ise, silisyum eriğine periyodik cetvelin 3. Grup elementlerinden biri eklenir (örneğin: alüminyum, indiyum, bor). Bu elementlerin son yörüngesinde 1 elektron eksik olduğundan N tipi yarı iletkenden P tipi yarı iletkene elektron akışı olur ve doğru akım oluştururlar.
Şebeke Bağlantılı Güneş Pili Sistemleri:
Şebeke bağlantılı güneş pili sistemlerin gücü, birkaç kW’ tan birkaç MW’lara kadar değişebilmektedir. Şebeke bağlantılı güneş pili sistemleri yüksek güçte,santral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibi daha çok görülen uygulamalar ise binalarda küçük güçlü uygulamalar şeklindedir. Bu tür sistemler, iki ana gruba ayrılır.
İlk tür sistem, temelde bir yerleşim biriminin mesela, bir konutun elektrik ihtiyacını karşılar. Bu sitemlerde, üretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılır. Yeterli enerjinin üretilmediği durumlarda şebekeden enerji satın alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen d.a. elektriğin, a.a. elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olması yeterlidir.
İkinci tür şebekeye bağlı güneş pili sistemleri kendi başına elektrik üretip, bunu şebekeye satan büyük güç üretim merkezleri şeklindedir. Bunların büyüklüğü 600-700 kW’ tan MW’ lara kadar değişir.
Şebekeye Elektrik Veren Güneş Pili (PV) Sistemi:
1-Şebeke Bağlantılı 4,8 kW Güneş Pili Sistemi:
Güneş pilleri şebekeden bağımsız sistemler olarak kullanılabileceği gibi mevcut elektrik şebekesine bağlı olarak da kullanılabilirler. Enerji maliyetinin pahalı olması nedeniyle güneş pilleri genellikle şebekeden uzak yerlerdeki küçük güçlerin enerji talebinin karşılanmasında kullanılmıştır. Son yıllarda ise özellikle gelişmiş ülkelerde şebekeye bağlı güneş pili uygulamaları yaygınlaşmaktadır. Bu kapsamda EİE Didim Güneş ve Rüzgar Enerjisi Araştırma Merkezi'ne 4,8 kW gücünde şebeke bağlantılı güneş pili sistemi kurulmuştur.
2- Şebeke Bağlantılı 1,2 kW Güneş Pili Sistemi:
Şebeke bağlantılı sistemlerin demonstrasyonu amacıyla 1,2 kW gücünde bir şebekeye bağlı güneş pili sistemi de EİE Yenilenebilir Enerji Kaynakları Parkı’na tesis edilmiştir.
Bağımsız Güneş Pili sistemleri:
Sistemin Yapısı Ve Özellikleri:
FV sistemlerinin en tipik ve en yaygın kullanım şekli, yerleşim yerlerinden uzak yörelerde enerji gereksinimini karşılayan bağımsız (stand - alone) sistemlerdir. Bu sistemler birkaç watt’tan birkaç yüz kW’ lara kadar değişebilen güçlerde ve çok çeşitli türlerde yüklerin enerji talebini karşılayabilir. Bu tür sistemlerde yeterli sayıda güneş pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda yada özellikle gece süresince kullanılmak üzere genellikle sistemde akümülatör bulundurulur. Güneş pili modelleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerji akümülatörden alınır.
Akünün aşırı şan ve deşarj olarak zara görmesini engellemek için kullanılan kontrol birimi ise akünün durumuna göre, ya güneş pillerinden gelen akımı yada yükün çektiği akımı keser. Şebek uyumlu alternatif akım elektriğin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme bir inverter eklenerek akümülatördeki d.a. gerilim 220 V 50 Hz’ lik sinüs dalgasına dönüştürülür. Benzer şekilde, uygulamanın şekline göre çeşitli destek elektronik devreleri sisteme katılabilir. Şekilde şebekeden bağımsız bir güneş pili enerji sisteminin şeması verilmektedir.
Küçük bir FV sistemi Şekilde gösterilen bölümlere ayrılabilir. FV levhalar güneş enerjisini direkt olarak elektrik enerjisine dönüştürürler. Tipik bir levha güneşli açık havada 12 volt, 10 Amper kadar, yani 120 Watt elektrik üretebilir. Elde edilen gerilimi arttırmak için levhalar seri olarak, akımı arttırmak için ise paralel olarak bağlanırlar. Güneşten maksimum enerjiyi toplayabilmek için FV levhaların gün boyunca en çok güneş gören güney yönüne bakmaları ve bulunan eyleme göre zamana bağlı olarak yatay ile belirli bir eğimde olmaları gerekir. Genel olarak kış aylarında levha yaz aylarına nispeten daha dikey olmalıdır.
Güneş enerjisi değişen ve her zaman olmayan bir enerji türüdür. Mesela, güneş doğmadan önce, güneş battıktan sonra veya kapalı ve bulutlu havalarda güneş enerjisi olmadığından toplanan fazla enerjinin depolanıp bu zamanlarda kullanılması gerekir. Bu amaçla yüksek kapasiteli ( mesela 100 Ah) batarya kullanılır. Genel olarak bir bataryanın ömrünü arttırmak için kapasitesinin %80’den fazla deşarj olmaması gerekir.
FV sistemlerde güneş olduğu zamanlarda bataryaların tamamıyla dolduktan sonra akım almalarını (overcharge) önlemek gerekir. Fazla şarj bataryanın ısınmasına, sıvı kaybına ve batarya ömrünün kısalmasına yol açar. Regülatör, FV levhalar ile bataryalar arasına konur ve bataryaların fazla şarj almalarını önler. İnverter 12 veya 24 voltluk düşük doğru akımı 240 volt alternatif akıma dönüştürür. Çok küçük uygulamalarda inverter yerine düşük gerilim ve doğru akımla çalışan elektrikli cihazlar kullanmak mümkündür.
Bağımsız güneş pili sistemlerinin kullanıldığı tipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır:
- Radyolink istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri
- Petrol bor hatlarının katodik koruması, metal yapıların (köprüler, kuleler vb.) korozyondan korunması
- Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, hava gözlem istasyonları
- Bina içi yada dışı aydınlatma
- Dağ evleri yada yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması
- Tarımsal sulama yada ev kullanımı amacıyla su pompası
- Orman gözetleme kuleleri
- Deniz fenerleri
- İlk yardım, alarm ve güvenlik sistemleri
- İlaç ve aşı soğutma
Güneş pili sistemleri en çok iletişim alanında kullanılmaktadır. Radyolink istasyonlarının çoğunlukla elektriği bulunmayan yüksek ve ulaşım sorunu olan yerlerde güneş pili modülleri kullanmak uygun bir çözüm olmaktadır. Bu alanı, su pompajı ve aşı-ilaç koruma izlemektedir. Bu gün dünyanın çeşitli yerlerinde, binlerce bağımsız güneş pili sistemi kullanılmaktadır. Yapılan araştırmalarda güvenilirlik, yakıt, gerektirmeme ve çok az bakım isteme gibi özellikler nedeniyle bu sistemlerin kullanıldığı belirlenmiştir. Kullanılan güneş pili modülleri çoğu kez sistemi destekleyen elektronik bileşenlerden daha güvenilir ve dayanıklı bulunmuştur.
Bu bileşenler dikkatle seçilirse PV bir sistemin uzun yıllar sorunsuz ve güvenilir olarak çalışması mümkündür. Tüketiciye yönelik ürünlerin en tipik örneği ise yıllardır ticari ortamda kullanılan güneş pili ile çalışan hesap makineleridir. Bunun dışında, güneş pilliyle çalışan bahçe aydınlatma setleri, taşınabilir lambalar, güvenlik ve alarm ürünleri, kapı zilleri, otomobil havalandırma sistemleri, oto akü şarj cihazları gibi bir çok üründe son yıllarda tüketicilere sunulmuştur.
Bağımsız Güneş Pili sistemi Uygulama Örnekleri
1- Güneş Ocağı:
Güneş ışınlarını parabolik olarak yoğunlaştıran bu tür güneş ocakları dünyanın çeşitli yerlerinde yemek pişirmek için kullanılmaktadır. EİE’de deneme amaçlı imal edilen güneş ocağı 750 ºC sıcaklığa ulaşmaktadır.
2- Güneş Pilli Trafik İkaz Sistemi :
Karayollarında, trafik ikaz amacıyla kullanılan uyarı lambalarının güneş pilleri aracılığıyla çalıştırılmasını amaçlayan projede 50 W gücünde modül, 70 Ah akü kullanılmıştır.
3- Güneş Pilli Aydınlatma Birimleri:
Gün boyunca güneş enerjisinden üretilen elektrik enerjisi ile akü şarj edilerek, geceleri aydınlatma lambaları çalıştırılmaktadır. Bu birimlerden 2 tanesi Ankara AOÇ Atatürk Evi önünde, 2 tanesi Didim Güneş ve Rüzgar Enerjisi Araştırma Merkezi'nde, 1 adeti EİE Genel Müdürlük Binası girişinde çalışmaktadır. Ayrıca, Didim’de 160 W gücünde bir sistem ile de çevre aydınlatması yapılmaktadır.
4- Güneş Pilli Su Pompaj Sistemleri:
Küçük çaplı sulamada kullanılabilecek olan bu sistemlerin birincisinde 616 W gücünde güneş pili, inverter ve dalgıç pompa bulunmaktadır. 7 m derinlikteki bir kuyudan yılda yaklaşık 11000 m³ su pompalayabilen bu sistem şebekeden uzak yerlerde dizel motopomplarla ekonomik olarak rekabet edebilmektedir. 756 W gücünde diğer bir su pompaj sistemi ise EİE Yenilenebilir Enerji Parkı’nda bulunmaktadır.
Bağımsız Sistemler ile Şebeke Bağlantılı Sistemlerin Karşılaştırılması:
Fotovoltaik sistemlerde üzerinde en çok düşünülen konu sistemin ne tip olacağıdır. İlk olarak üzerinde durulması gereken husus şebekeye olan uzaklığıdır. Bataryalı sistemin avantajı enterkonnekte şebekede bir sorun olsa dahi enerji kesintisi söz konusu değildir. Fakat bu tip sistemlerde, maliyet fazladır. Bataryanın getireceği ek maliyet, bataryanın konacağı yer sorunu ve bakım gereksinimi, sistemin dezavantajlarıdır. Ayrıca bataryaların şarjı için şarj regülatörü gerekmektedir. Modül kapasitesi arttırıldıkça, akü kapasitesinin de aynı oranda arttırılması gerekmektedir.
Şebekeye bağlı sistemin avantajları:
- Batarya ihtiyacı yoktur. Sadece çok acil durumlar için sistem düşünülebilir.
- PV sistemin ürettiği fazla elektrik enterkonnekte şebekeye satılabilir.
- PV sistemdeki herhangi bir arızada veya PV sistemin yeterli olmadığı durumda şebeke direk devreye girecektir.
- Modül sayısı yani çıkış gücü istenildiği zaman arttırılabilir
- PV sistem tasarlanırken tüketicinin aşırı kullanımına göre modül boyutu belirlenemez. Toplam yükün belirli bir oranım PV tarafından karşılanması yeterlidir.
Şebekeye bağlı sistemin dezavantajları:
- Şebekede bir sorun olduğunda ve PV sistem yeterli gelmediğinde, tüketici enerjisiz kalacaktır.
- Frekans, güç faktörü, harmonikler, dalga şekli gibi önemli elektriksel parametreler çok düzenli regülasyon ister. Bunu şebekeye bağlı sistemde yapmak için yüksek kalitede elektronik ekipmanlara ihtiyaç vardır. Bu da maliyeti arttırmaktadır. Eğer, az maliyetli ve güvenilir bir sistem isteniyorsa şebekeye bağlı ve küçük bir bataryalı sistem düşünülmelidir.
- Şebekede bir sorun olduğunda veya kullanıcı PV sistemi şebekeden ayırmayı düşündüğünde, dual-mode inverter bataryadaki d.a. gerilimi a.a. gerilime çevirecektir. Ayrıca, şebeke kesintisi kötü ve yağışlı havalarda meydana geldiğinden, bu tip ortamlarda da PV sistem elektrik üretemeyeceğinden, bir jeneratör ihtiyacı doğabilir.
PV SİSTEMLERDE KULLANILAN ELEMANLAR
PV Sistemlerde Aküler:
1-Temel özellikler:
Uygulamada PV sistemlerde şu aksaklıklar görülmüştür.
- Güneş ışığının az geldiği dönemlerde aşırı deşarj
- Güneşli dönemlerin sonuna doğru aşırı deşarj
- PV kaynağının az olmasından kaynaklanan ve iç kayıplar nedeniyle daha da ağırlaşan sürekli yetersiz şarjda kalma durumu
- Özellikle Güneş kuşağı bölgelerinde çevre sıcaklığının yüksek olması bunun sonucunda iç tüketimin ve korozyonun artması, aşırı şarj koşullarının ağırlaşması ve malzemenin daha hızlı yıpranması.
Bu sorunların temel nedenleri şöyle sıralanabilir;
- İşletme ve bakım yöntemlerinin yetersiz olması
- Yetersiz şarj kontrol
- Yetersiz tasarım ve boyutlandırma
- Akünün durumu hakkında bilgi sahibi olmama
Bu güne kadar, PV sistemlerde kullanılan akülerden verimli sonuçlar alınamamıştır. Bu durumun tipik göstergesi 7-8 yı1 olarak hesaplanan akü ömrünün, uygulamada 4-5 yıl civarında olmasıdır. PV sistemlerde kullanılacak aküler için aşağıdaki şartların incelenmesi gerekir.
- Günlük yada mevsimlik şarj-deşarja dayanma
- Yüksek ve düşük dış devre sıcaklığına dayanma
- Bakımsız yada az bakımla güvenli çalışabilme
- Hasar görmeden uzak ve kırsal yörelere taşınabilme
- Az sayıda alet ve niteliksiz işgücü ile kolaylıkla tesis edilebilme
- Ev modüllerinin 20 yıllık ömrü süresince güvenilir olarak çalışma
2- Akü İşletimini Geliştirmek İçin Yapılabilecek Çalışmalar:
PV tesislerindeki deneyimler mevcut akülerin yaklaşık 8 yıllık bir ömrü ve minimum bakım gerektirme gibi özellikleri yerine getiremediğini göstermektedir. Akünün ömrünü artırmak için daha gelişmiş akü tasarımları gereklidir. Her bir uygulama için, uygun akü seçilmesi ve akünün çalışma şartları, ömrünü uzatacak şekilde optimize edilmelidir. PV sistemlerdeki aküler için yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları, bu pazarın küçük olması nedeniyle sınırlı kalmıştır. PV sistem aküleri toplam akü pazarının ancak % l’ini kapsamaktadır.
Bununla birlikte yapılan çalışmalar sonucunda bazı gelişmeler sağlanmış, Ni Cd ve kurşun asit akülerde asit ajitasyonu, gelişmiş ızgara yapıları ve akü durumunu izleme gibi konularda yeni çalışınalar yapılmıştır. Ayrıca sodyum sülfür, çinko-bromür ve lityum gibi yeni akü teknolojilerinde gelişmeler olmuştur. Bu tür aküler, taşınabilir kaynak olarak kullanılmak için yapılmakta ve toksin metallerin, kurşun, civa ve kadmiyumun akil üretiminde kullanılmasını en aza indirmeyi amaçlayan yasal düzenlemeler tarafından da üretimleri teşvik edilmektedir.
Akü ömrünü arttırmak için yapılabilecek geliştirme çalışmaları arasında şunlar yer almalıdır:
- Şarj denetiminin aşağıdakiler göz önüne alınarak geliştirilmesi
- Aşırı şarj eşiklerinde sıcaklık kompanzasyonu
- Derin deşarj ve aşırı şarj sınırlarının mevsimlik değişmesi
- Hata durumunda akünün korunması
- Derin deşarj ısının deşarj akmına göre kompanze edilmesi
- Akünün yaşlanmasını takip etme
- Akü hücrelerinin birbirine göre eşitlenmesi
- Güvenilir akü izleme cihazlarının (şarj durumunun gösterilesi dahil) kullanılması. Kullanıcı izlenen akü verilerinden ve hücrelerin durumundan akünün çalışmasını ayarlayabilir.
- Optimum boyutlandırma ve seçme
Fotovoltaik Levhalar (Paneller):
Bir fotovoltaik sistemin en önemli bölümü olan fotovoltaik levhalar güneş enerjisini doğru akım elektrik enerjisine dönüştürürler. Güneş pillerinin bir araya gelmesiyle fotovoltaik modüller elde edilir. Bu modüllerin bir araya gelmesiyle fotovoltaik levhalar oluşturulur. Bu levhalar ise gerekli miktarda kullanılarak fotovoltaik sistem oluşturulur. Tipik bir fotovoltaik levha güneşli açık bir havada 12 volt, 10 amper kadar yani 120 watt elektrik üretilebilir. Elde edilen gerilimi artırmak için levhalar seri olarak, akımı artırmak için ise paralel olarak bağlanabilirler.
Genel olarak küçük uygulamalarda bir veya birkaç tane fotovoltaik levha kullanılmaktadır. Güneş olmadığı zamanlarda bataryalardan daimi akım çekilir ve güneş olduğu zamanlarda batarya şarj edilir. Bataryalar genelde kurşun asit çeşidi olmalarına rağmen, araba bataryalarına kıyasla derin şarj-deşarj özelliklerine sahiptirler. Fotovoltaik sistemlerde fazla enerji depolama maksadı ile genel olarak birden fazla batarya paralel olarak bağlanır ve bu şekilde toplam depolama kapasitesi artırılmış olur.
Regülatör:
Fotovoltaik sistemlerde güneş olduğu zamanlarda bataryaların tamamıyla dolduktan sonra akım almalarını (overcharge) önlemek gerekir. Fazla şarj bataryanın ısınmasına, sıvı kaybına ve batarya ömrünün kısalmasına yol açar. Regülatör, fotovoltaik levhalar ile bataryalar arasına konur ve bataryaların fazla şarj olmalarını önler.
Çalışma prensibi olarak regülatör batarya voltajını sürekli kontrol eder, batarya dolunca bataryaya giden akımı otomatik olarak keser. Bir regülatör seçerken dikkat edilmesi gereken en önemli husus, regülatörün gerekli olan maksimum akıma dayanıklı olmasıdır. Seçilen regülatörün, kullanılan batarya voltajı ile uyumlu olmasına da dikkat edilmelidir.
Zener Diyot İle Regülasyon:
Düşük güçlü PV üreteçlerde aküye paralel bağlanmış bir zener diyodu ile akü gerilimi sürekli olarak aynı değer civarında tutulabilir.
- Paralel Regülatör
Aküye paralel bağlanan bir transistörün elektriksel geçirgenliği, akü gerilimine veya akü akımına orantılı olarak otomatik ayarlanır.
- Seri Regülatör
Paralel tipte olduğu gibi ayarlanır. Ancak paralel tipten farklı olarak, seri transistör devrede sürekli aktif durumda olduğundan belirli bir enerji burada ısıya dönüşerek kayba uğramaktadır.
- Süreksiz Çalışan Şarj-Deşarj Regülatörü
Birden fazla modülün paralel bağlı olduğu PV jeneratörlerde, aküye giden şarj akımı, bazı modüllerin devreden çıkarılması veya devreye alınması ile azaltılabilir veya çoğaltılabilir. Aynı şekilde akü şarj seviyesi kritik değerin altına indiğinde de yük devreden çıkartılır. Bu müdahaleler sisteme süreksiz karakterde çalışan bir regülatör vasıtasıyla yapılır.
- İnverter
İnverter 12 veya 24 Volt düşük doğru akımı 240 volt alternatif akıma dönüştürür. Birkaç tane elektrikli cihazı besleyen küçük fotovoltaik sistemlerde inverter yerine düşük voltajlı doğru akımla çalışan elektrikli cihazlar kullanmak daha verimli olabilir. Örneğin, 12 Volt ile çalışan buzdolabı, televizyon, lamba vb. elektrikli cihazlar kullanıldığı takdirde invertere ihtiyaç olmayacaktır. Yalnız düşük voltaj ile çalışan elektrikli cihazlar genelde daha pahalı olup çeşit bulmak da oldukça güçtür
İnverterin çalışma prensibi: D.a gerilimi alır bir veya bir kaç çift transistörden geçirir. Sırasıyla bu transistörlerin tetiklenip bırakılması ile a.a. gerilimi elde edilir. Bir transformatör yardımı ile konutlarda kullanılan 220 volt şebeke gerilimi elde edilmiş olur. Kare dalga inverterler genellikle motorlarda ve el aletlerinde kullanışlıdır. Sinüs dalga inverterler ise diğer elektronik cihazlarda kullanılır. Sinüs dalga inverterler, kare dalga inverterlere göre daha düzenlenmiş ve temizlenmiş bir inverter tipidir, fakat daha pahalıdır. Fotovoltaik sistemlerde, çıkış dalga şekline bağlı olarak 3 çeşit inverter kullanmak mümkündür.
- Kare Dalga İnverter
Bu tip inverterler doğru akımı kare dalgaya dönüştürür. Kare dalga inverter ucuz olup daha çok aydınlatma, soba, motor vb. hassas olmayan elektrikli cihazlar için kullanılır.
- Değiştirilmiş Sinüs Dalgası İnverter
Bu inverterlerde çıkış dalga şekli sinüs dalgasına benzetilmiştir. Bu tip inverterler televizyon, radyo, mikrodalga vb. birçok elektronik cihazı çalıştırmak için kullanılır.
- Sinüs Dalgası İnverter
Bu inverterler tam bir sinüs dalgası üretirler. Bu tip inverterler pahalı olup çok hassas elektronik cihazlarını (örneğin lazer yazıcı, bilgisayar vb.) çalıştırmak için kullanılabilir.
Bir inverter seçerken dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, inverterin daimi ve kısa anlık güç kapasitesidir. Seçilen inverterin, kullanılanı batarya voltajı ile uyumunun sağlanması da dikkat edilmesi gereken bir husustur.
4- GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİNİN EKONOMİSİ
Güneş pili sistemlerinin enerji maliyetini üç önemli etken belirler. Bunlar:
- Pil verimi
- Sistemin ilk yatırım maliyeti
- Sistemin ömrü
- Verim
Pil veriminin maliyet üzerinde doğrudan bir etkisi vardır. Bu verimin artırılmasıyla güneş pili sistemlerinin maliyeti azalacaktır. Daha gelişmiş teknolojiler kullanılarak gelecekte pil verimlerinin %24’ler mertebesine çıkarılacağı umulmaktadır.
- Yatırım Maliyeti
Güneş pili sistemlerinin işletme ve bakım maliyetleri çok az olduğu için toplam sistem maliyetinin büyük bir kısmını ilk yatırım maliyeti oluşturur. Üretim teknolojisinin geliştirilmesi yüksek verimli pillerin yapılması, modül tasarım ve yapım tekniklerinin geliştirilmesi ile ilk yatırım maliyeti azalacaktır. Güneş pili sistemlerinin ilk yatırım maliyetleri arasında arazi, tesisat, montaj, inverter ve diğer güç cihazları gibi destek elemanlarının maliyeti yer alır. Destek sistemlerinin maliyeti bir güneş pili sistemini maliyetinin yaklaşık yarısını oluşturduğu için, bu tür maliyetleri azaltmak en az modül
- Modül Ömrü
Silisyum kristal piller için bu etken fazla önem taşımaz. Çünkü bu pillerde hedeflenmiş olan 30 yıllık ömre ulaşılmıştır. Amorf silisyum ve diğer güneş pili türlerinde zamanla güç çıkışı bozularak azaldığı için ömür daha önemlidir. Modül ömrünün artmasının enerji maliyetleri üzerinde etkisi olacaktır.
Bir güneş pili sisteminin ürettiği enerjinin maliyeti, depolama yapılmadığı zaman 0.3-0.4 $/ kWh arasındadır. Bu maliyetle güneş pili sistemleri, enterkonnekte şebekenin olmadığı veya ulaşımın zor ve pahalı olduğu bölgelerde diğer alternatif enerji kaynakları ile yarışabilir düzeydedir. Bu gibi yerlerde bir kaç kW’a kadar küçük güçteki uygulamalar (iletişim, ilaç-aşı soğutma, su pompası ve aydınlatma gibi), teknolojik açıdan olduğu kadar ekonomik açıdan da kendini kanıtlamıştır.
5- GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİNİN ÜSTÜNLÜKLERİ
Güneş pilleri dayanaklı, güvenilir ve uzun ömürlüdür. Çalışmaları sırasında bir elektriksel sorun çıkarmazlar ve bozulmazlar. Güneş pili modüllerinin karşı karşıya kalabilecekleri en büyük tehditler, yıldırım düşmesi ve uzun dönemde (yaklaşık 20 yıl) hava koşullarından dolayı aşınmadır. Güneş pilleri modüler yapıdadır, uygun şekilde düzenlenerek 1V’tan, bir kaç kV’a kadar çıkış verebilirler. Çok küçük güç ihtiyaçlarını karşılayabildikleri gibi, kendi başlarına bir güç santralı olarak da çalışabilirler. İlk yatırım maliyetlerinin fazla olması güneş pili sistemlerinin en büyük dezavantajıdır. Elektrik şebekesinin olduğu yerlerde güneş pilinin kullanılması ilk anda maliyet açısından uygun olmayabilir.
Ancak elektrik şebeke hattı bulunmayan veya elektrik şebeke hattının götürülmesinin pahalıya mal olduğu kırsal yörelerde güneş pillerinin kullanımı daha ekonomik olabilmektedir. Çünkü güneş pili sistemlerinde bir kez yatırım yapıldıktan sonra başka masraf olmamaktadır. Oysa dizel jeneratörler ucuz satın alma fiyatlarına karşılık, yakıt ve bakım maliyetleri nedeniyle uzun dönemde daha pahalıya mal olmaktadır. Genellikle ulaşımın da zor olduğu bu tip kırsal yörelerde, dizel jeneratörlere sürekli yakıt taşımak sorun olabilmektedir. Jeneratörlerin tersine, güneş pilleri bakım gerektirmez, parça değişimleri gibi bir sorunları yoktur.
Güneş pili sistemlerinin en fazla üstünlük gösterdiği alanlardan biriside, tıpkı bütün diğer yenilenebilir enerji kaynaklarında (rüzgar, hidrolik, termal güneş, jeotermal) olduğu gibi çevre açısından olumsuz etkilere sahip olmamasıdır. Halen dünya enerji tüketiminin % 80’ini oluşturan fosil kökenli yakıtlar, neden oldukları asit yağmuru, karbondioksit yayınım gibi dezavantajlarla dünya iklimi için tehlike oluşturmaktadır. Benzer şekilde nükleer enerji de muhtemel kazalar ve radyoaktif atıklar nedeniyle kamuoyunu rahatsız etmektedir. Oysa güneş pilleri, çevre açısından temiz enerji kaynaklarıdır.
- Güneş pillerinin yakıtı güneş enerjisidir.
- Yakıt masrafı yoktur.
- Çevreyi kirletmezler.
İleride dünyayı bekleyen en önemli sorunların global kirlenme ve sera gazı emisyonu olacağı artık bilinmektedir. Petrol türevi tüm yakıtlar sera gazı emisyonu yaparlarken, güneş pillerinin diğer sürdürülebilir enerji kaynaklarında olduğu gibi doğaya hiçbir zararlı etkisi yoktur. Dünya da her konuda olduğu gibi enerjide de merkeziyetçilikten, bireyselliğe yönelim vardır. Her ev, kendi enerjisini çatısına kurduğu güneş pilleriyle karşılayabilir. Böylece iletim ve enerjiyi taşıma maliyetleri ve kayıpları ortadan kalkar. Petrol rezervleri 50 yıl içinde tükeneceği tahmin edilmektedir. Ancak dünyanın enerji ihtiyacı her geçen gün çığ gibi büyümektedir.
Dünya, petrol gibi konvansiyonal enerji kaynaklarından, yeni enerjiye geçmek zorundadır. Bu geçiş döneminde petrolün önlenemez fiyat artışlarına şahit olabiliriz. Ancak güneş pili teknolojisinin hammaddesi kumdur. Dünya da çok fazla bulunur. Güneş pili teknolojisi ilerledikçe, hammade sarfiyatı da ince film teknolojisinde olduğu gibi azalmaktadır. Bununla paralel olarak fiyatlarda düşme eğilimindedir. Daha ilerisi için Hidrojen enerjisinin, petrolün yerine geçeceği düşünülmektedir. Ancak Hidrojen bile elektroliz yoluyla yine güneş pillerinden elde edilecektir. Petrol ile yeni enerjinin ve güneş pillerinin birim maliyetlerde fiyat çakışma noktası sanıldığı kadar uzak değidir.
Bunun farkında olan gelişmiş ülkelerin hemen hepsi, şebekeye bağlı güneş pilleri sistemlerini destekleyici kanunlar çıkarmış ve uygulamıştır. Almanya hatta İngiltere gibi Türkiye’ye göre güneş fakiri ülkelerde bile, bugün yüz binlerce ev, enerjisini güneşten almaya başlamıştır. Türkiye de bu gelişimlerin gerisinde kalamaz, kalmamalı.
6-PV GÜÇ SİSTEMLERİNİN FİYATLARI
PV güç sistemlerinin fiyatlarının önemli bir bölümünü modül fiyatları oluşturur. Güç sistemlerinin büyüklüğüne ve kullanılan malzemeye bağlı olarak modül fiyatları dalgalanmalar gösterse de, fabrika çıkış fiyatı kristalli silisyum için 5,5$/W ile 4,9$/W arasında; amorf silisyum için 4.9$W ile 4,1$/W arasında değişmektedir. 1993 ve 1995 yılları arasında modül fiyatları %20-39 arasında düşüşler göstermiş ve bu maliyet düşüşü sürmektedir.
Yıllık modül üretim kapasitesi 1997 de 120MW/yıl civarında gerçekleşmiştir. 1996 da Madrid de yapılan ‘Avrupa için yenilenebilir Enerji Stratejileri’ konferansında küresel boyutlarda gerçek PV güç isteminin 500 MW/yıl ile 1 GW/yıl arasında olduğu belirtilmiştir. PV modüllerinde üretilen d.a. elektriğin, a.a. elektriğe dönüştürülmesinde gerçekleştirilen çeviriciler. Sistem fiyatına 0.88$/VA ve 1.065$/VA arasında değişen bir katkı getirmektedir.
PV güç sistemlerinin anahtar teslim $/W fiyatları, sistemin büyüklüğüne, bulunduğu bölgeye, şebekeye bağlı ya da şebekeden bağımsız olmasına bağlı olarak, oldukça geniş bir aralıkta değişebilmektedir. Örneğin, şebekeden bağımsız 100-500Wbüyüklüğündeki güç sistemlerinin fiyatı 14$/W– 41$/W arasında değişirken, 1-4 kW sistemler için 10$/W- 28$/W arasında hesaplar çıkarılmıştır.
Sistemlerin büyüklüğü ile ters orantılı olan PV sistemleri için güç üretiminin fiyatı için en sağlıklı değerler, 1997 de başlayan bir Avrupa Topluluğu desteği ile yaşama geçirilen ve bu güne kadar en büyük PV güç sistemi projesi olan Grit adasının 50MW bir PV sistem ile elektrifikasyonunda ortaya çıkan rakamlardır. Çok kristalli silisyum modüllerin kullanıldığı projede 8.5 cent/kW-saat olan maliyet PV sektörü için oldukça isteklendiricidir.
Avusturya-Viyana da Temmuz 1998 de yapılan 2.dünya fotovoltaik enerji Konferansında belirtilen fotovoltaik gücün %30 -%40 arasındaki yıllık ortalama büyüme hızının (1997’de %40) sürmesi, fotovoltaik kurulu gücün 2030-2040 arasında 1000 gigawatt düzeye çıkmasını beraberinde getirecektir.
