Fotovoltaik ve Verimilik

Güneş pillerinin verimlilik değeri monokristal modüllerde ortalama %16-20 ve polikristal modüllerde %14-18 arasıdır, buna karşı fosil enerjinin verimlilik değeri %30‘un altındadır. Tabi ki ilk karşılaştırmada fosil enerji sanki daha verimli gözükse de tam doğru değildir. Verimlilik nedir? Genel bir tanımlama yapılırsa; Verimlilik: bir üretim yada hizmet sisteminin ürettiği çıktı ile, bu çıktıyı yaratmak için kullanılan girdi arasındaki ilişkidir. Bu nedenle verimlilik, çeşitli mal ve hizmetlerin üretiminde ki kaynakların emek veya etken kullanımıdır diye tanımlanır. Yüksek verimlilik, aynı miktar kaynakla daha çok üretmek yada aynı girdiyle daha çok çıktı elde etmektir. Mesela bir tüketici enerji kaynağının sadece %5 miktarını kullanabilmemizi sağlıyorsa, o zaman verimlilik değeri η = 0,05. Genelde kullanılmayan daha doğrusu kullanılamayan enerji oranı, ısı enerjisi olarak, çevreye veriliyor. Güneş pillerini güneş ışığını fotoelektriksel etkiden dolayı doğrudan elektriğe çevirme imkanı sağladığı halde verimlilik derecesinin düşük olması sadece ısı kaybından meydana geldiğini söylemek yanlıştır. Enerji Kaynağı - Radyasyon ve Spektrum Mono- ve polikristal güneş pilleri, daha doğrusu ham madde olarak c-Si (kristal silisyum) kullanılan hücrelerin silisyum levhası, yeryüzüne (AM: Hava Kütlesi) AM1.5 de düşen ışınım yoğunluğunun içerdiği enerjinin maksimum ~%30 oranını elektrik enerjisine çevirebilir. Hava kütlesi AM1.5 de yeryüzüne düşen radyasyon yoğunluğu ~1m² alanda 1000 W olmasıyla beraber, silisyum hücre %100 verimlilik oranı ile çalışmış olsa dahi, maksimum 300 W elektrik enerjisine dönüştürebilir. Sağda ki grafikte gösterildiği gibi fiziksel açıdan c-Si güneş hücreleri radyasyonun sadece belirli bir miktarını doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilir. Laboratuvar şartları altında c-Si silisyum hücreleri ~%25 verimlilik oranında çalışmaktadır ve bu oran silisyum hücresinin ~%80 verimlilik oranında çalıştığını göstermektedir ve maksimum verimlilik oranı ise fiziksel açıdan %85 ile sınırlıdır. Fosil enerjiden daha verimli Şu an fabrika üretimi c-Si güneş pilleri mono (%16-20) ve poli (%14-18) verimlilik ile çalışması c-Si hücrelerin potansiyelini göstermektedir, çünkü gerçek açıdan bakılırsa monokristal hücreler ~%60 ve polikristal hücreler ~%50 verimlilik ile çalışmaktadırlar. Fosil enerjinin kullanılmasının en büyük avantajı depolanmış şekilde (petrol, kömür veya doğalgaz) var olması ve kolay kullanılabilmesidir ama sonuçta sınırlı enerji kaynağı, her zaman CO2 üretmesi, çevreyi kirletmesi veya küresel ısınmanın ana sebeplerinden biri olmasıdır. Geleceğin güneş pilleri c-Si hücreleri teknik açıdan verimlilik sınırına çok yaklaşmış olsalar dahi, ar-ge çalışmaları sonucu geleceğin hücreleri sandviç yapımı olacağını göstermektedir.Sandviç hücreler çeşitli maddelerin mesela a-Si (amorf) artı μs-Si (mikrokristal) silisyumun üst üstte kullanılması ile birlikte radyasyon oranının daha büyük oranını elektrik enerjisi dönüşümü için kullanabilmesini amaçlamaktadır. %30-40 verimlilik değerinde çalışması umulan geleceğin hücreleri için belki biraz daha (~10 yıl) beklememiz gerekecektir Türkiye coğrafi açıdan güneş pilleri ile elektrik üretebilme kapasitesinden dolayı çok şanslı bir ülke. Neden şanslı? Güneş pillerin verimli çalışabilmesi için temel olarak yıllık güneşlenme saati önemli olsa dahi, başka bir faktör de çok önemlidir. Diğer faktör ise ısıdır. Güneş pilleri ısındıkça verimsizleşir. Bu demek oluyor ki, modüller soğuk ve çok güneşli ortamda en verimli şekilde çalışırlar. Tabii ki hem güneşli hem de soğuk bir ortam yaratmak birbirine zıt olan faktörlerdir. Ama bu faktörlerin karışımını düşündüğümüz de Türkiye‘nin coğrafi konumu neredeyse mükemmel sayılır. Ne sahara ne arabistan çölleri kadar sıcak ne de güneşlenme saatleri Kuzey Avrupa ülkeleri kadar kötü. Ayrıca bunun dışında Türkiye iklim şartlarından dolayı, yılda ortalama 2650 saat veya günde 7.2 saat güneş görmektedir. Elektrik üretme potansiyeli Türkiye genelinde 1000 Wp güneş pili sistemi ile yılda ortalama ~1250 kWh elektrik üretme potansiyeline sahip ve bilhassa güneş pillerini inanılmaz bir şekilde destekleyen ve neredeyse her evin çatısında bulunan Almanya gibi bir ülke için, rüyalarında bile göremeyecekleri bir rakam. Almanya ise 1000 Wp bir sistem ile yıllık ortalama ~850 kWh elektrik üretebilme kapasitesinde. Türkiye güneş pilleri ile teknik olarak yılda ortalama 380 milyar kWh elektrik enerjisi üretme potansiyelinde. Ülke olarak bu potansiyeli en iyi şekilde değerlendirmemiz gerekiyor, çünkü güneş enerjisi fosil enerji kaynakları gibi sınırlı değil.