Fotovoltaik Sistemler

Fotovoltaik Sistemler: Nedir, nasıl çalışır ve avantajları nelerdir?

Bir elektrik üretim sisteminin nasıl çalıştığını ve konut kurulumları için faydalarının neler olduğunu anlamaya yönelik temel kılavuz olabilmesi için 2021 yılının ilk yazısında fotovoltaik sistemlerden bahsetmeye karar verdim. 

Fotovoltaik etki, güneş radyasyonu kristal silikon gibi yarı iletken bir malzemeden geçtiğinde ortaya çıkan doğal bir fenomendir.

Silikon ve Fotovoltaik Etki

PN Junction (birleşme noktası) oluşturmak için uygun malzemelerle işlenen silikon kristalin yapısı güneş ışığından (elektromanyetik radyasyon) çarptığında ne olur? Güneş ışığı, foton adı verilen enerji parçacıklarından oluşur. Bu fotonlar, fotovoltaik hücrenin yarı iletken malzemesine çarptığında, enerjinin bir kısmı yansıtılır, bir kısmı ısıya dönüşür ve kalan kısım yarı iletken malzemenin atomlarında bir elektron yer değiştirmesine neden olur. Elektronlar yarı iletkenin yapısı boyunca hareket ettikçe, hem hücrenin yüzeyi hem de güneş radyasyonu yoğunluğu ile orantılı olarak bir elektrik akımı üretilir. Örneğin, tam güneş ışığı altında dik olarak vuran güneş ışığına maruz kalan 10 cm'lik bir kare hücre, 0,5 Volt'luk bir voltajda yaklaşık 1,3 Watt elektrik gücü sağlayabilir. 

Fotovoltaik enerji uygulamalarının çoğu, belirli akım ve gerilim oranlarına sahip yüksek güç çıkışları gerektirir. Bunlar, seri veya paralel olarak birden fazla hücrenin aynı anda kullanılmasıyla elde edilebilir. Birkaç hücrenin bir araya getirilmesiyle bir fotovoltaik modül oluşturulur. Daha yüksek gerilimler ve akımlar elde etmek için birden fazla fotovoltaik hücre arasında seri veya paralel bağlantılar kullanılır. Seri bağlanan modüller bir dizi oluşturur ve dizi dizisi fotovoltaik jeneratörü oluşturur.

Fotovoltaik Sistem Nedir?

Bir fotovoltaik sistem, fotovoltaik etki yoluyla bir doğru akım (DC) üretmek için güneş radyasyonu kullanır. Bu fotovoltaik modüllerin bir setini seri veya paralel bağlayarak, istenen akım ve voltaj özelliklerine sahip bir fotovoltaik jeneratör elde edilir. Modülerlik, büyük bir kullanım esnekliği sağlar. İlk aşamada, bir doğru akım üretilir ve bu daha sonra bir invertör tarafından alternatif akıma dönüştürülür. Bu akım, elektrikli cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir veya basitçe şebekeye beslenebilir.

İki ana fotovoltaik sistem türü vardır:

1. Bağımsız PV sistemleri
2. Şebekeye bağlı PV sistemleri

Bağımsız PV Sistemleri

Bağımsız sistemler, normalde konumlarından dolayı şebekeye erişilmesi veya şebekeye bağlanması zor olan haneleri elektriklendirmek için kullanılan otonom PV jeneratörlerdir. Bağımsız bir sistem, tüm enerji talebini karşılama ihtiyacıyla karakterize edilir ve aşağıdaki unsurlardan oluşur:

• fotovoltaik modüller
• Şarj kontrol cihazı
• enerji depolama sistemi (piller)
• çevirici

Bu sistemler, elektrik şebekesinin olmadığı veya ulaşılmasının zor olduğu durumlarda ekonomik olarak uygundur.

Şebekeye Bağlı Sistemler

Şebekeye bağlı PV sistemleri, üretilen enerjiyi ulusal elektrik şebekesiyle değiştirir. Güç değişimi iki yönde gerçekleşebilir: PV jeneratör çıkışı belirli bir süre tüketimi aşarsa, enerji fazlası ulusal şebekeye beslenir. Jeneratörün kullanıcıları tatmin edecek kadar elektrik sağlamadığı saatlerde enerji şebekeden alınır. Genel olarak, her iki yönde değiş tokuş edilen enerji miktarını ölçen iki enerji ölçer vardır. Bununla birlikte, alternatif akım fotovoltaik sistemin ürettiği DC akımını dönüştüren bir invertör bulunmaktadır. Şebekeye bağlı sistemler açıkça pillere ihtiyaç duymaz, çünkü ulusal şebeke elektriği güneş radyasyonu sağlar.