Dünya 173.000 terawatt gibi devasa boyutta bir güneş enerjisine maruz kalıyor (1 TW=1.000.000.000 kW). Bu değer tüm Dünya'nın kullandığı elektrikten 10.000 kat fazladır. Dünyanın bir gün tamamen güneş enerjisinden elektrik alması mümkün olabilir mi? Bu soruyu cevaplamak için önce güneş panelinin güneş enerjisini nasıl elektrik enerjisine dönüştürdüğünü anlamamız gerekiyor. Bir güneş panelinin içinde güneş pili denilen küçük birimler vardır. Güneş pilleri yeryüzünde en çok bulunan ikinci element olan yarı iletken silisyumdan yapılıyor.
Güneş Paneli Nasıl Çalışır?
Güneş Pili Yapımı
Güneş panelinin nasıl çalıştığını anlamak kolaydır. Önce bir güneş pili yapmak için kristalin silisyum, iletken bir katmanın arasına sıkıştırılır. Her silisyum atomu dört güçlü bağ ile komşusuna bağlanır ve bu bağlar doğası gereği elektron tutar. Elektronlar yerli yerindeyken maddeden elektrik akımı geçmeyecektir.
Bir silisyum güneş pilinde iki farklı silisyum katmanı kullanılır ve bunlardan n-tipi silisyumda fazladan elektron bulunurken p-tipi silisyumda elektronlar için fazladan boşluk bulunur. İki tip silisyumun buluştuğu yerde elektronlar PN bağlantısı denilen alanda dolaşır ve bir tarafta pozitif yük ve diğer tarafta ise negatif yük oluşur.
Güneş Işığının Enerjiye Dönüşmesi
Işık, foton denilen küçük parçacıklardan meydana geliyor. Güneş'ten çıkan fotonlar yeterli enerjiyle bir silisyum hücresine çarptığında oradaki elektronu bağından kopararak geride bir delik bırakır. Negatif yüklü elektron ve pozitif yüklü delik etrafta serbestçe hareket etmeye başlar. Fakat PN kavşağına geldiklerinde pozitif-negatif elektrik alan nedeniyle sadece tek yöne gidebilirler: Delik P tarafına çekilirken elektron N tarafına çekilir.
Bu hareketli elektronlar hücrenin tepesindeki ince metal haznenin içine akar. Oradan harici bir devreye ulaşır ve devreye bağlı nesneye güç verir, örneğin bir ampul gibi. Güç verdiği nesneden çıkarken hemen arkadaki iletken alüminyum levhaya çarparak aynı yoldan geri döner.
Her silisyum pil hücresi yalnızca yarım volt enerji verir ve daha fazla güç elde etmek için bunları modül halinde birleştirebilirsiniz. 12 fotovoltaik hücre bir cep telefonunu şarj etmek için yeterliyken, tüm bir eve güç sağlamak için birçok modül gerekiyor.
Neden Güneş Enerjisine Geçmiyoruz?
Bir güneş pilindeki tek hareketli parça elektrondur ve hepsi de başladığı yere geri döner. Güneş pilini yıpratan veya tüketen hiçbir şey olmadığından onlarca yıl çalışabiliyorlar. Bu durumda dünyanın tamamen güneş enerjisi kullanmasını engelleyen nedir diye merak edebilirsiniz.
Statükoyu korumak için lobi yapan işletmeler ve siyasi faktörler en büyük engeller arasında. Ancak aynı zamanda fiziksel ve lojistik zorluklar da var. Bunlardan en bariz olanı, güneş enerjisinin gezegene eşit şekilde yayılmıyor olmasıdır. Bazı bölgeler diğerlerinden daha fazla güneş alır. Bununla beraber güneş ışığı tutarsızdır. Bulutlu günlerde veya geceleri enerjiden yararlanamazsınız.
Bu yüzden güneşli noktalardan bulutlu noktalara elektrik aktarmanın verimli yollarını geliştirmek ve güneş enerjisinin etkin şekilde depolanmasını sağlamak gerekiyor. Güneş hücresinin ne kadar verimli olduğu ise şimdilik bir engel. Güneş paneli güneş ışığını emmek yerine yansıtırsa veya yerinden çıkan elektron devreden geçmeden tekrar deliğe düşerse fotonun enerjisi kaybolur.
En verimli güneş pili henüz güneş ışığının yüzde 46'sını elektriğe dönüştürüyor ve çoğu ticari sistem şu anda yüzde 15 ila 20 oranında verimlidir.
Yine de günümüzün güneş enerjisi teknolojisi ile aslında tüm dünyaya güç sağlamak mümkündür. Altyapıyı inşa etmek için finansmana ihtiyaç var ve gerekli arazi tahmini 10 ila 100 binlerce km kare arasında değişir ki bu çok fazla gibi görünebilir ancak tek başına Sahra Çölü'nün yüzölçümü 9,2 milyon km karedir. Güneş pilleri de giderek daha iyi ve ucuz hale gelerek şebeke elektriğiyle rekabet ediyor. Dahası, yüzen güneş çiftliği gibi yenilikler güneş enerjisine geçişi tamamen hızlandırabilir.
Düşünce deneyleri bir yana, bir milyardan fazla insanın güvenilir bir elektrik şebekesine erişimi olmadığı bir gerçektir. Bunların çoğu özellikle gelişmekte olan güneşli ülkelerdir. Dolayısıyla böyle yerlerde güneş enerjisi kerosen gibi alternatiflerden çok daha ucuz ve güvenlidir. Bununla birlikte Finlandiya veya Seattle gibi pek güneş almayan şehirler güneş panellerinden hala biraz uzakta.
Güneş Paneli Hakkında Sık Sorulanlar
Güneş panelleri güneş ışığını elektriğe nasıl dönüştürür?
Güneş panelleri, güneş ışığından gelen fotonları emen silikon katmanları içeren fotovoltaik (PV) hücrelerden oluşur. Fotonlar emildiğinde, elektronları silikon atomlarından kopararak, yakalanabilen ve elektrik olarak kullanılabilen bir elektrik akımı oluştururlar.
Bir güneş panelinin verimliliğini belirleyen faktörler nelerdir?
Panelin açısı ve yönü, güneş ışığının yoğunluğu ve süresi, panelin sıcaklığı ve PV hücrelerinin kalitesi gibi çeşitli faktörler bir güneş panelinin verimliliğini etkileyebilir.
Enerji üretimi için güneş panelleri kullanmanın avantajları nelerdir?
Güneş panelleri kullanmanın başlıca avantajları arasında düşük çevresel etkileri, uzak veya şebekeden bağımsız yerlerde elektrik üretme kabiliyetleri, uzun ömürleri ve düşük bakım gereksinimleri ve zaman içinde enerji faturalarından tasarruf etme potansiyelleri sayılabilir.
Enerji üretimi için güneş panellerinin kullanılmasıyla bağlantılı güçlükler nelerdir?
Güneş panellerinin kullanımıyla ilgili bazı zorluklar arasında nispeten yüksek ön maliyetleri, güneş ışığına ve hava koşullarına bağımlılıkları ve güneş ışığı mevcut olmadığında elektrik sağlamak için depolama çözümlerine duyulan ihtiyaç yer almaktadır.
Kaynaklar:
