Dünyada uzun yıllardır kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil yakıtlar enerji kaynağı olarak kullanılıyor. Fakat fosil yakıtlar doğayı kirlettiği gibi yavaş yavaş tükenmeye yüz tuttular. Alternatif ve yenilenebilir enerji türlerine yoğunlaşan bilim insanları; rüzgar, güneş, jeotermal enerji gibi enerji türlerinin kullanım durumlarını araştırdılar ve başta güneş paneli olmak üzere pek çok yeni enerji üretim sistemi oluşturdular.
Güneş paneli kullanımını genelde herkes onaylasa ve günden güne kullanım alanları artsa da sistemin tam olarak nasıl işlediğini uzmanlardan başka bilen pek fazla kişi yok. Peki evinizin çatısına bile kurabileceğiniz güneş paneli nasıl ışık ile enerji üretiyor, o enerji nasıl elektriğe dönüşüyor? Gelin adım adım ilerleyerek sorunun yanıtına birlikte bakalım.
Güneş paneli nedir?
Pek çok filmde, belgeselde ya da güneş tarlası adı verilen güneş enerji santrallerinde gördüğünüz gibi güneş panelleri tek parça değil, pek çok farklı hücreden oluşan yapılardır. Yan yana çok sayıda hücre olmasının nedeni, her birinin ayrı bir şekilde güneş ışığı çekmesi ve diğer hücrelerde bir sorun çıksa bile işleyişin devam edebilmesidir.
Güneş ışınlarında var olan fotonlar, güneş panelinde bulunan bir hücreye çarptıkları an, hücrenin negatif ve pozitif taraflarına bağlanır ve bir elektrik devresi oluştururlar. Bunu klasik kalem pillerdeki artı ve eksi kutuplar olarak düşünebilirsiniz. Elektronlar oluşan devre içinde akarak elektrik üretirler.
Güneş panelinde bulunan her bir hücrede, her saniye bu elektrik üretim işlemi devam eder. Birbirine bağlı hücreler arasında da bir devre sistemi oluşur ve elektrik üretim alanı genişler. Yani ne kadar çok hücre birbirine bağlanırsa, o kadar fazla elektrik üretimi olur. 30 hücreden oluşan bir güneş paneli, 3000 watt değerinde bir elektrik üretebilir ve bu ortalama bir binanın elektrik enerjisinin tamamını karşılayabilir.
Güneş paneli nasıl ışıktan elektrik üretiyor?
Güneş ışınlarında bulunan fotonların gevşek atomları hücreye çarptığı an dağılıyor. Temelde yarı iletken silikon pillerden oluşan güneş panelindeki hücrenin artı ve eksi kısımlarına elektronlar tutunuyor. Tıpkı bir kalem pilde olduğu gibi bir elektrik devresi oluşmuş oluyor. Bu kutuplar arasındaki bağlantıyı, gevşek atomlara sahip güneş ışığı tamamlıyor.
Ancak tamamlanan elektrik devresi, devresi doğru akımda (DC) elektrik üretiyor. Yani tek yönlü akım sağlayanıyor. Doğru akım (DC) olan elektrikten daha fazla verim alabilmek ve kullanım alanını genişletmek için bu elektrik, alternatif akıma (AC) çevrilir. Alternatif akım (AC), uzun mesafelerde çok daha ucuza iletildiği için dünyada yaygın şekilde kullanılıyor.
Peki güneş panelinden elde edilen DC elektrik nasıl AC'ye dönüştürülüyor?
Doğru akımda elektrik üreten güneş panellerinden alınan elektriği, alternatif akıma çevirmek için bir invertör yani dönüştürücü kullanılıyor. Bu invertörleri tüm sistemin beyni olarak düşünebiliriz. Akım değişimi yapmakla kalmıyor; voltaj, akım, üretim, maksimum ve minimum güç takibi ile arıza kontrolü de sağlıyor.
Güneş panellerinin kullanıldığı ilk zamanlar tüm bir panel için merkezi bir invertör kullanılıyordu. Tek dönüştürücü olması büyük bir hataydı çünkü hücrelerden birinin arızalanması, gölgede kalması ya da tozlanması gibi durumlarda tüm sistem işlemez hale geliyordu. Bir süredir, her bir güneş paneli hücresi için özel dönüştürücüler kullanılıyor. Böylece hücrelerden biri zarar görse bile, diğer hücreler kesintisiz elektrik üretimine devam ediyorlar.
Peki ya güneşsiz saatler ve günlerde ne oluyor?
Ortamda hiç Güneş ve güneş ışığı olmadığı kötü hava şartları ve gece koşullarında elde edilen elektrik yedeklieniyor. Güneş tarlası olarak isimlendirilen güneş enerji santrallerinde oldukça büyük çaplı akülere yedeklenen fazla elektrik, üretim yapılmayan zaman dilimlerinde kullanılıyor.
Evlere kurulan küçük çaplı güneş paneli sistemlerinde de aynı akülerin, daha küçükleri bulunuyor. Kullanılmayan ve depolanmayan fazla elektrik ise elektrik şebekesiyle yapılan bir anlaşma ile şebekeye satılabiliyor. Böylece üretilen yenilenebilir enerjiden pek çok insan faydalanabiliyor.
Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en çok bilinen ve kullanılanlardan biri olan güneş paneli sistemi temel olarak böyle çalışıyor. Güneş paneli üzerinden elektrik üretme teknolojisi her geçen gün daha da gelişiyor. Belki bir gün şapkamızın üstüne ekleyeceğimiz bir portatif güneş paneli ile cep telefonlarımızı şarj edebiliriz.
