Güneş Paneli Nasıl Çalışır? Elektrik Üretimine Etkisi

Güneş ışığı, dünyanın en avantajlı ücretsiz ve sınırsız ısınma ve enerji kaynakları arasında yer alır. Bu kaynağın farklı yöntemler ile dönüşümünün gerçekleştirilmesi sayesinde elektrik enerjisi elde edilmesi de mümkündür. Bu enerji üretiminde de güneş enerjisi sistemleri içerisinde özellikle güneş panelleri önemli bir göreve sahiptir. Paneller güneş ışığı enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinde görev alırlar. 

Günümüzde güneş enerji sistemleri içerisinde kullanılan güneş panelleri enerji üretiminde fotovoltaik hücreler sayesinde elektron hareketi oluştururlar. Elbette güneş panelleri bugün evlerde ve konutlarda, ticari yapılarda, endüstriyel tesislerde, tarımda, ulaşımda, aydınlatmada, havacılık veya kırsal bölgelerde kullanılabilmektedir. Ancak temel olarak güneş enerji sistemleri içerisinde paneller belirli bir çalışma prensibi ile enerji üretimini sağlayabilen ekipmanlardır. 

Güneş Enerjisi Paneli Nasıl Çalışır? 

Fotovoltaik güneş enerjisi panelleri belirli adımlar ile birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması ile elektrik enerjisi üretimini sağlarlar. Fotovoltaik (PV) hücreler güneşten gelen ışınım sayesinde fotonları yakalarken, bu fotonları hücreleri içerisinde tepkimeye uğratırlar ve elektron hareketi elde edilmesine yardımcı olurlar. Bu hareket güneş ışığının doğrudan olarak elektrik enerjisine dönüşümünü gerçekleştirir.

Detaylı bir şekilde güneş enerjisi panellerinin çalışma prensibi incelenirse, belirli adımlarda bu prensibin daha net olarak anlaşılması da mümkündür. Bu aşamalar aşağıdaki liste ile takip edilebilir. 

• Öncelikli olarak güneş kimyasal tepkimelerini sürdürdüğü sürece ortaya çıkan enerji ile bir ışık yayar. Bu ışık atmosfer koşullarını geçerek dünyaya ulaşır. 
• Dünyaya ulaşan güneş ışınları dünyanın herhangi bir yerinde kurulmuş olan güneş enerjisi santrallerinde paneller üzerine direkt olarak çarpar. 
• Fotovoltaik paneller içlerindeki hücreler sayesinde üzerlerine çarpan güneş ışığını içerisine alarak dahillerinde bulunan yarı iletken malzemeler vasıtasıyla elektronların serbest kalmasını sağlarlar. Genellikle yarı iletken olarak da panellerde tek veya çok kristalli silikon kullanılır. 
• Elektronlar serbest bir hale geldikten sonra hücreler içerisindeki artı ve eksi taraflar arasında hareket oluştururlar. 
• Elektron hareketleri ise doğru akım (DC) elektrik gerilimi elde edilmesini sağlar.
• Panellere bağlı olan inverter yani dönüştürücü ekipmanlar, oluşturulan doğru akım (DC) gerilimini alternatif akım (AC) gerilim türüne dönüştürürler.
• Elde edilen alternatif akım enerji ev, ticarethane veya sanayi kullanıcısına elektrik şebekesi üzerinden ulaştırılır. 

Güneş enerjisi panelleri içerisinde silikon gibi malzemeler vasıtasıyla üretilen hücreler ışığı emdikten sonra kendi içinde bir elektron hareketi oluşturur ve bu elektron hareketi elektrik üretimi sağlarken daha sonrasında elde edilen akım inverter vasıtasıyla dönüştürülerek kullanılır hale gelir. Bu pratik çalışma prensibi için güneş panelleri içerisinde özellikle silikon hücreler, kaplama çerçevesi, bağlantı kutuları, hava temasını kesen yalıtım malzemeleri ve temperli cam gibi ayrıntılar yer alır. 

Elektrik Üretiminde Güneş Panellerinin Etkisi 

Güneş panelleri genel olarak hangi malzemeden üretilmiş olursa olsun kalitesi, boyutu ve nitelikleri değişse de temel amacı güneş ışığından elektrik enerjisinin üretilmesidir. Ancak bu çalışma prensibine karşılık olarak seçilen güneş panelinin elektrik üretiminde oluşturduğu verim artışı veya düşüşü gibi faktörler yer alır. Ayrıca seçilen panelin türü, bazı çevresel özellikler ve koşullara göre enerji üretim veriminde ve seviyesinde değişimler oluşturabilir. 

Günümüzde güneş enerji sistemleri için tercih edilen güneş paneli türleri çalışma verimleri ile birlikte birbirinden aşağıdaki şekilde ayrılabilir. 

• Standart olarak en yaygın şekilde kullanılan paneller arasında monokristal güneş panelleri yer alırken, ortalama 30 yıl kullanım ömrü ile yüksek maliyetli fakat verimli bir sonuç ortaya koyarlar. Bu panellerde verimlilik oranı %20 ve üzerine ulaşabilmektedir. 
• Eski dönemlerden bu yana kullanılan polikristal güneş panelleri ise %15 civarında bir verimlilik oranı ile 25 yıla kadar kullanım sağlayabilmektedir. Düşük maliyeti ile de özellikle Türkiye’de geniş bir kullanım alanı oluşturmaktadır. 
• En düşük verimlilik ile %10 verimlilik oranı sağlayan ve ortalama 10 yılda ömrünü tüketebilen ince film paneller ise çok uygun bir fiyata sahiptir ve fakat verimli bir enerji üretimi sağlayabilir.

Yenilenebilir enerji kaynağı olarak sonsuz güneş enerjisinden yararlanan, çevre dostu ve düşük bakım maliyeti gerektiren bu paneller özellikle enerji üretiminde bazı noktalarda büyük avantajlar oluşturabilmektedir. Çalışma şekilleri ile birlikte ekonomik anlamda fatura maliyetlerini düşüren paneller, yatırımın geri dönüş süresini ortalama 6-7 yılda sağlayabilmektedir. Esnek yapıları ile birlikte paneller değişen büyüklüklerde seçilebilirken; arazi, tarla, çatı veya su üstü bölgeler gibi birçok noktada kullanılabilmektedir. 

Güneş panellerinin elektrik üretiminde en önemli etkileri arasında ise bilhassa konum ve iklim koşulları bulunmaktadır. Çalışma prensiplerine göre güneş ışınlarını sağlıklı bir şekilde almaları ve içyapılarında elektrik enerjisine dönüştürmeleri gerekir. Bu neden ile Türkiye’de güneye dönük bir şekilde konum açısından da güneşli ortamlarda etrafta gölge oluşturmayacak arazilerde panel kullanımı gerekir. Açık ve güneş alma oranı yüksek arazilerde çok fazla yağmur ve bulutlu hava koşulları bulunmaması ve yüksek nem oranı yer almaması da güneş panellerinin çalışma sağlığında önemli bir nokta oluşturmaktadır.