Fotovoltaik enerji nasıl çalışır?

Yenilenebilir enerjinin ortaya çıkışı, güneşin kullanımıyla el ele gitti, peki fotovoltaik enerji nasıl çalışır ve evinize nasıl ulaşır?

Gökyüzümüzü kaplayan ve neredeyse var olmuş tüm insan kültürlerinin etrafında döndüğü, döndüğü ve (kelimenin tam anlamıyla) dönmeye devam edeceği o akkor küre, Güneş. Giderek daha az mistik bir insanlık tarafından yok edilmek şöyle dursun, kültürel ve dini bir tapınma, enerji yoluyla bilimsel bir sömürüye dönüşüyor. Gerçek şu ki, diğer yıldızların yaşına kıyasla neredeyse yetişkin sayılabilecek bu 4,603 milyar yıllık yıldız, Dünya’daki yaşam için hayati önem taşıyor (bu noktada nedenini açıklamaya gerek olmadığını düşünüyoruz), aynı zamanda temiz, sürdürülebilir ve tükenmez enerji üretimi için de hayati önem taşıyor: fotovoltaikler. Böylece, sadece birkaç on yıl içinde, enerji açısından bakıldığında, sırtımızı güneşe dayamış bir şekilde yaşamaktan, güneşimizin potansiyelinden elektrik üretmek için yararlanmaya başladığımız bir fotovoltaik ateş yaşamaya geçtik. Peki, fotovoltaik güneş enerjisinin nasıl çalıştığını hiç merak ettiniz mi? Bugün sizi aydınlatacağız. Biraz güneş kremi sürün, başlıyoruz.

Belki de ilk ve en gerekli şey, fotovoltaik güneş enerjisinin ne olduğunu açıklamaktır. Bu enerji türü, güneş radyasyonunun, elektromanyetik radyasyonun bir malzemeye, bu durumda fotovoltaik panellerin yüzeyinde bulunan fotovoltaik hücrelere çarpması sonucu elektronların (daha sonra elektriğe dönüşecek) emisyonundan oluşan, fotoelektrik etki adı verilen bir yöntem sayesinde elektriğe dönüştürülmesiyle elde edilir; bu etki, boyutları ve teknolojileri ne olursa olsun, fotovoltaik panellerin yüzeyinde bulunan fotovoltaik hücrelerdir. Bunlar, silikon veya diğer malzemelerden yapılmış, elektriksel yarı iletken malzemeden yapılmış bir dizi katmana sahiptir ve bunlar, güneş radyasyonunun geçişine izin veren ve enerji kaybını en aza indiren camsı bir tabaka ile kaplıdır. Ancak şu anda en gelişmiş tesislerde maksimum verimlilik %20’dir. Bu sayede, içeride kalan güneş ışınları, elektrik tesisatından geçen bir elektrik devresinden geçen bir elektrik alanı oluşturarak fotovoltaik panelin içinde “hapsolur”.

Artık, bilimin “sihri” sayesinde, yoğunluğu tesisatımızın kapasite sınırları dahilinde üretebileceğimiz gücü belirleyecek olan sevgili güneş ışınlarımız elektrik devremizde hapsolmuştur. Şimdi bunları kullanabileceğimiz gerçek elektrik enerjisine dönüştürme zamanı.

“Hapseden” fotonlar elektronları serbest bıraktıkça, fotovoltaik panel devresi aracılığıyla giderek daha fazla elektrik üretirler. Ancak bu devre, üretilen tüm elektronları kullanamaz ve bunları daha sonra tekrar girebilmeleri için sözde negatif panele yönlendirir. Böylece bu döngüsel süreç, doğru akım olarak bildiğimiz şeyin üretilmesine olanak tanır. Bu akım, daha sonra açıklamamızın ikinci büyük kahramanı olan voltaj invertörlerinin çalışması sayesinde alternatif akıma (evde tükettiğimiz akıma) dönüştürülmek üzere pillerde depolanır.

Fotovoltaik enerji nasıl çalışır?

Bu invertörler çok önemlidir, çünkü onlarsız fotovoltaik güneş enerjisinden faydalanmamız imkânsız olurdu. Dolayısıyla, bu cihazların yaptığı iş, DC’den AC’ye geçiş sayesinde evdeki herhangi bir prizde bulabileceğimiz enerji akımına eşittir. Akımı tersine çevirme ihtiyacının açıklaması, doğru akımın, adından da anlaşılacağı gibi, tek yönlü bir şekilde akan düzenli bir akış sağlaması, alternatif akımın ise güç tepe noktaları ve vadileri oluşturan farklı aralıklarla sürekli değişen bir güç ve yön sayesinde çalışmasıdır. Bu şekilde, invertörler doğru akımın yönünü sürekli olarak alternatif akıma çevirir; Böylece evlerimizde de bundan faydalanabiliriz, çünkü cihazlarımızın özgül voltajını alternatif akıma uyarlamak çok daha kolaydır.

Güneş enerjisi ve küresel katkısı

Açıklamaya devam etmek için şu anda hangi tür fotovoltaik tesislerin mevcut olduğuna odaklanmamız gerekiyor. Temel olarak bunları iki büyük gruba ayırabiliriz:

• Elektrik şebekesine bağlı fotovoltaik tesisler
• Elektrik şebekesine bağlı olmayan fotovoltaik tesisler

Çalışmalarındaki farklılıklara ve bunların kullanımını garanti altına almak için devreye giren diğer unsurlara bakalım.

Elektrik şebekesine bağlı fotovoltaik güneş enerjisi tesisleri

İster öz tüketimli (kendimize “bedava” enerji sağlamak için evlerimize kurduğumuz) ister merkezi tesis (fotovoltaik güneş enerjisi üreten ve bunu farklı tüketicilere dağıtan büyük bir tesis) olsun, bu tür tesisler büyük elektrik şebekesine bağlıdır; Bu, enerji fazlasını (öz tüketim durumunda) ve üretimini (enerji santralleri durumunda) beslemesine olanak tanır.

Elektrik şebekesine bağlı olmayan fotovoltaik güneş enerjisi tesisleri

Bu ikinci sınıflandırma en az yaygın olanıdır, ancak tarım gibi alanlarda ve uzak veya ulaşılması zor yerlerde oldukça yaygındır. Temel olarak bunlar, özerk tesislerin enerji ihtiyacını karşılamak için “enerji adaları” olarak bilinen yerlerde faaliyet gösteren tesislerdir. Dolayısıyla, ana elektrik şebekesine bağlı olmadıkları için ek bir şalt cihazı gerektirmedikleri için işletimi çok daha basit olan bu tür fotovoltaik tesisler, aydınlatma, plantasyonların sulama sistemleri veya dizel jeneratörler gibi diğer üretim sistemleri için destek görevi görebilirler.

Bunu yapmak ve enerjinin güneş panelinden geçip akülerimizde güvenli bir şekilde depolandığı noktaya geri dönersek, bu tesislerin çalışma açısından onları farklılaştıran başka bir ek unsura daha ihtiyaçları vardır: regülatörler. Bu eleman, temel olarak aküyü elektriksel aşırı yüklere veya depolanan enerjinin olası verimsiz veya sorumsuz kullanımlarına karşı bir koruma sistemi olarak çalışır. Bu şekilde, iyi korunan aküler, enerjiyi özerk elektrik şebekesine (kablolama ve evsel/tarımsal/endüstriyel tesis) aktarır ve ikincisi bu enerjiyi kullanır. İşte bu kadar basit.

Fotovoltaik enerji: sürdürülebilir ve ucuz

Yakın zamana kadar, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarında olduğu gibi, fotovoltaik enerji hakkındaki tartışmalar da oldukça kapsamlıydı. Güneşli “fotovoltaik gökyüzünü” kaplamakla tehdit eden bulutlar, bir enerji kaynağı olarak uygulanabilirliği konusundaki şüphelerden başka bir şey değildi. Herhangi bir teknoloji gibi, fotovoltaikler de ilk aşamasında ek maliyetler ödedi ve çok yönlülüğünü kanıtladığı birkaç yılın ardından, teknolojik olgunluğu ve kurulum fiyatlarındaki sürekli düşüş sayesinde bu maliyetlerin üstesinden gelmeyi başardı.

Böylece, yalnızca iki yıl önce,  Uluslararası Enerji Ajansı (IEA)‘nın 2020 yıllık enerji raporunu (Dünya Enerji Görünümü) yayınlamasıyla fotovoltaik güneş enerjisi tarihinde bir dönüm noktası yaşandı. Raporda, güneş enerjisinin yalnızca rekabetçi ve verimli değil, aynı zamanda “tarihin en ucuz elektriği” olduğuna hükmedildi; bu da kayda değer bir şey. Bunun anahtarı, güneş enerjisi projelerinin sermaye maliyetidir. Bu maliyet, güneş enerjisinin megavat saat başına 20 dolardan daha düşük bir fiyata üretilmesini sağlar ve bu nedenle, yüksek kârlılığı nedeniyle, finans kuruluşlarının yeni güneş enerjisi projelerini desteklemek için sermaye sağlanmasına olumlu bakmasının nedenlerinden biri haline gelir.

Günümüzde fotovoltaik enerji üretim kapasitesi, küresel elektrik şebekesine 168 GW kapasitenin eklendiği 2021 yılındaki mükemmel performansın katkısıyla 1.000 GW psikolojik sınırına ulaşmıştır. Bu durum, SolarPower Europe‘un Güneş Enerjisi için Küresel Pazar Görünümü raporuyla da doğrulanıyor. Raporda ayrıca, fotovoltaik sektörünün yıllık kurulum rekorunu kırdığı dokuzuncu yıl olduğu vurgulanıyor. Bu eğilimin, güneş enerjisi kurulumlarının ilk kez 200 GW’ı aşacağı tahmin edilen 2022’de de tekrarlanması bekleniyor.