Güneş'ten gelen ışığın elektriğe dönüştürüldüğü Güneş enerjisi nasıl çalışıyor? Güneş enerjisinden doğan elektrik ya anında kullanılır ya da gereksinim yoksa şebekeye aktarılır. DC (Doğru Akım) ile elektrik üreten güneş panelleri DC elektriği AC (Alternatif Akım) elektriğe dönüştürmek için solar invertere bağlanır.
Güneş enerjisi ne zaman keşfedildi?
İnsanlar Güneş enerjisini MÖ 7. yüzyıl gibi erken bir tarihte kullandı. İnsanlar ateş yakmak güneş ışınlarını parlak nesnelere yansıtma yöntemini buldular. Daha sonra MÖ 3. yüzyılda Yunanlılar ve Romalılar dini törenlerde meşaleleri aynayla yakmak için güneş enerjisini kullandı.
Fransız fizikçi Edmond Becquerel 1839'da henüz 19 yaşındayken iletken bir çözeltide metal elektrotlardan yapılmış hücre üzerinde deneyler yaparken fotovoltaik (PV) etkisini keşfetti. Hücrenin ışığa maruz kaldığında daha fazla elektrik ürettiğini kaydetti – üzerinde çalıştığı fotovoltaik bir hücreydi.
1954'te Daryl Chapin, Calvin Fuller ve Gerald Pearson, 1954'te Bell Laboratuarlarında bir silisyum PV hücresi geliştirdiler ve böylece PV teknolojisi doğdu. Bu buluş elektrikli ekipmanları çalıştırmak için güneş enerjisini emen ve onu güce dönüştüren ilk güneş piliydi.
Bugün Dünya yörüngesindeki uzay araçları ve uydular güneş enerjisiyle çalışıyor.
Güneş enerjisinden nasıl elektrik üretiliyor?
Güneş paneli, fotonun yani ışık parçacıklarının elektronları (elektrik yüklü parçacıklar) atomlardan kopararak elektrik akışı başlatmasıyla çalışır. Güneş panelleri aslında fotovoltaik hücre denilen küçük birimlerden oluşuyor. Güneş ışığını elektriğe dönüştüren bu hücrelerdir. Her bir fotovoltaik hücre temelde iki yarı iletken malzeme diliminin birleştirilmesinden oluşuyor. Fotovoltaik hücreler silisyumdan yapılır yani mikro elektronikte kullanılanla aynı madde.
Fotovoltaik hücrenin çalışması için elektrik alanı oluşturması gerekir. Zıt kutuplar nedeniyle oluşan manyetik alan gibi, zıt yükler birbirinden ayrıldığında elektrik alan oluşur. Bu alanı elde etmek için, üreticiler silisyumu diğer malzemelerle "doping" yaparak sandviçin her dilimine pozitif veya negatif elektrik yükü verir.
Bu amaçla silisyumun üst katmanına fosfor ekerler ve bu işlem katmana ekstra negatif yüklü elektron getirir. Bu esnada alt katman bor sayesinde daha az elektronla (yani daha çok pozitif yükle) sonuçlanır. Tüm bunlar silisyum katmanlar arasındaki bağlantı noktasında elektrik alanı oluşturur. Güneş ışığının fotonu elektrona çarparak onu serbest bıraktığında elektrik alan o elektronu silisyum bağlantısından dışarı itecektir.
Bugün yalnızca ,3 mikron kalınlığında (insan saçının yaklaşık 1/100'ü) ve bir ofis kağıdından 20 kat hafif ultra ince, esnek güneş pilleri üretildi. Bu hücreler o denli hafif ki bir sabun köpüğünün üzerine durabiliyor ve yine de cam bazlı güneş pilleri kadar verimli enerji üretiyorlar. Bunlar gibi daha hafif, daha esnek güneş pilleri mimariye, havacılık teknolojisine ve hatta giyilebilir elektroniklere entegre edilecek.
Güneş enerjisi temiz bir enerji kaynağı mı?
Güneş enerjisi yenilenebilir olan sonsuz bir enerji kaynağı. Güneş parlamaya devam ettiği sürece enerji olacak. Güneş enerjisini temiz enerji kılan bir diğer etken, fosil yakıttan farklı olarak güce dönüştürülürken zararlı sera gazı emisyonu üretmemesidir. Güneş panelleri 25 yıl çalıştığından ve verimlilik kaybı yaşamadığından karbon ayak izleri zaten çok küçük. Ve güneş panellerinde kullanılan malzemeler giderek daha fazla geri dönüştürebilir hale getiriliyor. Dolayısıyla karbon ayak izi küçülmeye devam edecek.
Bulutlu havada güneş enerjisi üretilebilir mi?
Evet, üretilebilir. Dünya'da en bulutlu havaya sahip ülkelerden Birleşik Krallık Güneş'ten enerji üretmek için uygun bir yer gibi görünmeyebilir. Ancak Güneş enerjisinden yararlanmak için yalnızca bir miktar gün ışığı yeterli oluyor. Yine de Güneş panelinin elektrik üretme hızı, Güneş ışığı miktarının yanı sıra kullanılan panelin kalitesi, boyutu, sayısı ve konumu ile ilişkili.
Şaşırtıcı ki Birleşik Krallık dünya çapında 7. en büyük Güneş enerjisi üreticisidir. Çin, ABD, Japonya, Almanya, Hindistan ve İtalya'dan sonra geliyor. İngiltere güneşli İspanya'dan daha fazla güneş enerjisi üretiyor. Ülke henüz 20 Nisan 2020'de 9680 MW güneş enerjisi üretti ve beş milyon su ısıtıcısını çalıştırmaya yeterlidir.
PV güneş paneli ve termal panel farkı
PV güneş panelleri elektrik üretirken, termal güneş panellerı ısı üretiyor. Enerji kaynakları aynı Güneş olsa da her sistemdeki teknoloji farklı. PV, fotonun (temel ışık birimi) silisyum gibi bir yarı iletken yüzeye çarparak elektron salınımı oluşturduğu fotovoltaik etkiye dayanır. Termal panel ise daha az karmaşık ve suyun (veya diğer sıvıların) doğrudan Güneş ışığıyla ısıtılması olayıdır. Evsel kullanım için Güneş'e bakan bir çatıya güneş enerjisi paneli monte edilir, sıcak su silindirinde depolanan su ısınır ve sıcak su ve ısıtma sağlanır. Güneş enerjisi termik santrallerde kullanılabiliyor.
Güneş çiftliği nedir?
Güneş enerjisi çiftliği veya güneş tarlası olarak bilinen güneş enerjisi çiftlikleri, aynı anda büyük miktarda güneş enerjisi hasat etmek için dönümler üzerine yerleştirilmiş birbirine bağlı güneş panelleri içeren geniş arazi alanlarıdır. Güneş çiftlikleri genellikle tek bir eve veya binaya güç sağlayan bireysel güneş panellerinin aksine, doğrudan şebekeyi besleyen büyük ölçekli güneş enerjisi üretimi için kullanılıyor.