Güneş Paneli Nasıl Çalışır? Fotovoltaik Etkiden Prizdeki Elektriğe

Fotovoltaik etki: elektrik nasıl doğuyor?

Bir güneş hücresi, farklı şekilde katkılanmış iki silisyum katmanından oluşur. Üst katman (n-tipi) fazla elektron içerir, alt katman (p-tipi) elektron boşluğu taşır. İkisinin birleştiği yerde bir elektrik alanı oluşur.

Güneş ışığı hücreye çarptığında fotonlar, silisyum atomlarındaki elektronları yerlerinden koparır. Serbest kalan elektronlar, birleşim bölgesindeki elektrik alanı nedeniyle tek yönde hareket etmeye zorlanır. Bu yönlü hareket, doğru akımdır.

Tek bir hücrenin ürettiği gerilim yaklaşık 0,5–0,7 volttur. Bu nedenle bir panelde 108, 144 veya 156 hücre seri bağlanır; böylece panel çıkışında 30–50 volt seviyesinde kullanılabilir bir gerilim elde edilir.

Panelden prize: enerjinin izlediği yol

Panellerin ürettiği doğru akım, evinizde kullanılamaz — priz ve cihazlarınız alternatif akımla çalışır. Bu dönüşümü inverter yapar.

1. Paneller güneş ışığından doğru akım (DC) üretir.
2. Paneller seri bağlanarak 'string' oluşturur ve gerilim inverterin çalışma aralığına yükseltilir.
3. DC kablolar çatıdan inverterin bulunduğu noktaya iner.
4. İnverter, DC'yi 230 V / 50 Hz alternatif akıma çevirir ve şebekeyle senkronize eder.
5. Üretilen enerji önce evin o anki tüketimine gider; fazlası çift yönlü sayaç üzerinden şebekeye verilir.
6. Akşam üretim durduğunda tüketim şebekeden karşılanır ve mahsuplaşma faturada gerçekleşir.

Sıcaklık verimi neden düşürür?

Yaygın bir yanılgı, panelin sıcaklıkla daha fazla üreteceğidir. Gerçek bunun tersidir: silisyum hücrelerin gerilimi sıcaklık arttıkça düşer. Panellerin sıcaklık katsayısı tipik olarak °C başına -%0,29 ile -%0,35 arasındadır.

Pratikte bu şu demek: 25 °C'de test edilmiş bir panel, çatıda 60 °C'ye ulaştığında nominal gücünün yaklaşık %10–12 altında üretir. Bu yüzden panelin arkasında havalandırma boşluğu bırakılması ve N-Type gibi düşük sıcaklık katsayılı teknolojilerin tercih edilmesi önemlidir.

Bulutlu havada ve kışın ne olur?

Paneller doğrudan güneş ışığı olmadan da üretir; dağınık (difüz) ışık da fotovoltaik etkiyi tetikler. Bulutlu bir günde üretim, açık bir günün yaklaşık %10–25'i kadardır.

Kış aylarında üretim düşer ama bunun nedeni soğuk değil, güneşin ufuktaki açısının azalması ve gün uzunluğunun kısalmasıdır. Türkiye ortalamasında aralık ayı üretimi, temmuz ayının yaklaşık %38'i düzeyindedir. Mahsuplaşma bu mevsimsel farkı yıl geneline yayar.

Gölge neden bu kadar önemli?

Seri bağlı bir stringde paneller aynı devrenin parçasıdır; tek bir panelin gölgelenmesi tüm stringin akımını düşürür. Bir bacanın gölgesi, sabahın belirli bir saatinde bir paneli kapatıyorsa, o string boyunca üretim kaybı yaşanır.

Modern panellerde bu etkiyi azaltmak için bypass diyotları bulunur; half-cut (yarım kesim) hücre tasarımı da kaybı sınırlar. Gölgelenmenin kaçınılmaz olduğu karmaşık çatılarda ise panel bazında optimizasyon yapan sistemler (SolarEdge gibi) veya mikro inverterler devreye girer.