Yoğunlaştırıcı fotovoltaik modüller için atmosferde normal şartlar altında oksitlenmeye bağlı verimlilik analizi ve hücre alıcısı geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, GaInP/GaAs/Ge üç eklemli güneş hücreleri kullanılarak yoğunlaştırıcı fotovoltaik (CPV) panel geliştirilmiştir. CPV panel, her birinin yüzey çapı 2 mm olan 144 adet hücreden ve her bir hücre için birer adet Polydimetilsiloksan (PDMS) polimeriyle oluşturulan Fresnel merceklerden oluşmaktadır. Hücreler, panele alıcılar sayesinde monte edilmiştir. 9 adet hücre 1 alıcı üzerine yerleştirilmiştir. Toplam 16 adet hücre alıcısı bulunmaktadır. Mercekler, güneş ışınlarını hücre üzerine yoğunlaştırdığı için hücre yüzeyinde yüksek sıcaklıklara neden olur. Sıcaklık, güneş hücrelerinin çalışma performansını düşüren bir etkendir. Hücre alıcılarının diğer bir özelliği de hücrelere gelen ısıyı alt katmanlara iletmektir. Bu sayede hücreler verimli çalışabilirler. Bu etkiyi araştırmak ve analiz etmek amacıyla oluşturulan deney düzeneği, bir adet alıcı, bu alıcının üzerine yerleştirilmiş 9 adet hücre ve 9 adet mercekten oluşmaktadır. Solar simulatör ile 1 Güneş altında sıcaklık ölçümleri alındığında, alıcının, hücre yüzeyine düşen ısıyı alt katmanlara ilettiği ve sıcaklığı düşürdüğü gözlenmiştir. Fotovoltaik bir sistemin en değerli malzemesi Güneş hücreleri olsa da, hücrelerin verimli çalışması için kullanılan alıcıların önemi açıktır. Bu sebeple CPV panel tasarımı kadar alıcı tasarımı da geliştirilmeye açıktır. İletkenliği artırıcı malzemeler alıcıları daha da kullanışlı hale getirebilir. Bu amaçla, alıcı yüzeyi, farklı iletken malzemeler ile kaplanmıştır. Malzeme seçimi yapılırken oksitlenme de düşünülmelidir. Olağan atmosfer koşullarında, metal malzemelerin yüzeyinde zamanla oluşabilecek bir oksit tabaka, malzemenin ısı ve elektriksel iletkenliğini bozar. Bu durumda fotovoltaik sistemin verimi düşer. Bu nedenle kullanılan kaplama malzemelerinin ve metal parçaların hem havada oksitlenmeye dirençli hem de pahalı olmayan malzemelerden seçilmesi önem kazanmaktadır. Kullanılan metal malzemeler genellikle Au, Ag, Ni'dir. Geliştirilen CPV panelin solar simulatörle ve Güneş altındaki ölçümleri verimlilikte, dört yıllık bir sürede % 0.1 civarında, ihmal edilebilir bir kayıp olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, Ni'in kaplama malzemesi olarak kullanılması, düşük maliyette yüksek verimlilik elde etme yönünden avantajlıdır. Enerji ihtiyacının önemi ve gelişen teknoloji, Güneş hücrelerinin geliştirilmesi çalışmalarını da hızlandırmaktadır. Bu tez çalışmasında gösterildiği gibi, tasarlanan CPV panel, verimlilikteki üstünlüğü ile oldukça ümit vericidir. Ayrıca, standart Si Güneş hücreleri ile oluşturulan panellere göre daha az yer kaplar. Bu avantajları, CPV panellerin geliştirilmesinin önemini göstermektedir.