Güneş Panelleri Nasıl Çalışır?

Dünya çok fazla güneş enerjisine maruz kalıyor: Yaklaşık 173 bin terawatt. Bu güç tüm gezegen nüfusunun kullandığından 10.000 kat daha fazla güç demektir. Peki, bir gün dünyanın tamamen güneş enerjisine bağımlı olması mümkün mü? Bu soruyu cevaplamak için öncelikle güneş panellerinin güneş enerjisini elektrik enerjisine nasıl dönüştürdüğünü incelememiz gerekiyor.

Güneş panelleri, güneş pili adı verilen daha küçük birimlerden oluşur. En yaygın güneş pilleri, Dünya'da en bol bulunan ikinci element olan yarı iletken silikondan yapılır. Bir güneş pilinde, iletken katmanlar arasında silikon sandviçlenir. Her silikon atomu, elektronları yerinde tutan, böylece hiçbir akımın akmamasını sağlayan 4 güçlü bağ ile komşularına bağlanır.

Güneş Pili Nasıl Yapılır?

Bir silikon güneş pili, iki farklı silikon katmanı kullanır. N tipi bir silikonun ekstra elektronları vardır ve P tipi silikon elektronlar için delikler adı verilen fazladan boşluklara sahiptir. İki tip silikonun buluştuğu yerde elektronlar, bir tarafta pozitif bir yük bırakarak P/N bağlantısı boyunca dolaşabilir. Işığı, güneşten fışkıran foton adı verilen küçük parçacıkların akışı olarak düşünebilirsiniz. Bu fotonlardan biri silikon hücreye yeterli enerjiyle çarptığında, bir boşluk bırakarak bağından bir elektronu vurabilir. Negatif yüklü elektron ve pozitif yüklü deliğin konumu artık serbestçe hareket edebilir ama P/N kavşağındaki elektrik alanı nedeniyle sadece tek yöne gidecekler. Elektron N tarafına çekilirken delik P tarafına çekilir. Hareketli elektronlar, hücrenin tepesindeki ince metal parmaklarla toplanır. Oradan, bir ampule güç vermek gibi elektrik işi yaparak harici bir devreden geçerler.

Her silikon hücre sadece 0,5 volt verir, ancak daha fazla güç elde etmek için bunları modüller halinde güçlendirebilirsiniz. Otuz altı (36) fotovoltaik hücre, 12 voltluk bir invertör pilini şarj etmek için yeterliyken, tüm bir eve güç sağlamak için 3kW güneş panelleri gerekir. Elektronlar bir güneş pilindeki tek hareketli parçadır ve hepsi geldikleri yere geri dönerler. Yıpranacak veya tükenecek hiçbir şey yok, bu nedenle güneş pilleri onlarca yıl dayanabilir.
 

Peki, Bizi Tamamen Güneş Enerjisine Bağımlı Olmaktan Alıkoyan Nedir?

Statüsünü korumaya çalışan işletmelerden bahsetmiyorum bile, oyunda siyasi faktörler de var. Ancak şimdilik, fiziksel ve lojistik zorluklara odaklanalım ve bunların en bariz olanı, güneş enerjisinin gezegene eşit olmayan bir şekilde dağılmış olmasıdır.

Bazı bölgeler diğerlerinden daha güneşlidir. Bulutlu günlerde veya geceleri daha az güneş enerjisi mevcuttur. Bu nedenle, tam bir güven, güneşli noktalardan bulutlu noktalara elektrik almanın verimli yollarını ve enerjinin etkin bir şekilde depolanmasını gerektirir. Hücrenin kendisinin verimliliği de bir meydan okumadır. Güneş ışığı soğurulmak yerine yansıtılırsa veya yerinden çıkan elektronlar devreden geçmeden tekrar bir deliğe düşerse, o fotonun enerjisi kaybolur.

En verimli güneş pili henüz mevcut güneş ışığının sadece %46'sını elektriğe dönüştürür ve çoğu ticari sistem şu anda %20-23 verimlidir. Bu sınırlamalara rağmen, günümüzde güneş enerjisi teknolojisi ile tüm dünyaya güç sağlamak, altyapıyı ve çok fazla alanı inşa etmek için finansmana ihtiyacımız var. Tahminler, on binlerce mil kareden yüz binlerce mil kareye kadar uzanıyor ki bu çok fazla gibi görünüyor, ancak Sahra Çölü tek başına 3 milyon mil karenin üzerinde bir alana sahip.

Yüzen güneş çiftlikleri gibi yenilikler manzarayı tamamen değiştirebilir. Deneyler bir yana, bir milyardan fazla insanın, özellikle çoğu güneşli olan gelişmekte olan ülkelerde, güvenilir elektrik şebekelerine erişimi olmadığı gerçeği var. Dolayısıyla böyle yerlerde güneş enerjisi, dizel / benzin / gazyağı / kömür gibi mevcut alternatiflerden çok daha ucuz ve güvenlidir.