Fotovoltaik sistem

Fotovoltaik sistem veya PV sistem, güneş enerjisini kullanılabilir enerjiye çeviren sistemdir. PV sistem, birçok bileşenlerin bir araya getirilmesi ile oluşturulur ve güneş panelleriyle güneş ışığını soğurup elektriğe çevirir. Güneş çeviricisi elektriksel akımı doğru akımdan alternatif akıma doğru değiştirmektedir. Bunun gibi birleştirme, kablolama ve diğer elektriksel aletlerin kurulumu çalışan bir sistem oluşturmaktadır. Ayrıca bu sistem güneş takip sistemi ile kendisinin genel performansını artırabilir ve gömülü pil çözümünü de içinde barındırabilir.

Fotovoltaik sistemler ışığı direkt olarak elektriğe çevirmektedirler ve yoğun güneş gücü ile ısıtma ve soğutmada kullanılan diğer teknolojilerle karıştırılmamalıdırlar. Fotovoltaik sistemler, binaya monte edilmiş birkaç kilowattlık küçük menzilli sistemler veya güç istasyonlarından oluşan yüzlerce megawattlık geniş menzilli sistemler şeklinde olabilir. Günümüzde birçok fotovoltaik sistem grid bağlantılıdır fakat bazı müstakil sistemler ağın yalnızca küçük bir kısmından sorumludur.

Modern sistem

Genel

Fotovoltaik sistem güneşin ışınlarını kullanılabilir enerjiye çevirmektedir. Bu sistem güneş enerjisi sağlayan tertibatı içermektedir ve sistemin bileşenlerini bir denge haline sokmaktadırlar. Fotovoltaik sistem farklı yönlerde kategorize edilebilmektedir:

• bina entegrelerine karşın raf yapısında olan sistemler
• şebeke bağlı olan sistemlere karşın tek başına olan sistemler
• meskun sistemlere karşılık iş kolaylığı sağlayan sistemler
• dağıtılmış olan sistemlere karşın merkezileştirilmiş olan sistemler
• çatı sistemlerine karşın zemin sistemleri
• kaydırma sistemlerine karşın sabitlenmiş eğik sistemler
• yeni inşa edilmiş sistemlere karşın teknoloji bakımından yenilenmiş sistemler

Ayrıca, mikroçeviricilere sahip olmaya karşın merkezi çeviriciye sahip olmayı, kristal silikon kullanmaya karşın ince film teknolojisini kullanmaya ve farklı üretim yerlerine (Çin, Avrupa, Amerika) göre de sınıflandırılabilir. Yüzde 99’un üzerinde Avrupa'da ve yüzde 90 oranında Amerika'da güneş güç sistemleri elektrik şebekesine bağlanmışlardır. Şebekeden bağımsız sistemler Avustralya'da ve Güney Kore'de oldukça bilindik sistemlerdir. Fotovoltaik sistemler nadiren pil depolamasını da kullanmaktadırlar.

Kristal silikonlar yüzde 90 oranında dünya genelinde baskın malzeme olarak güneş modülleri üretmek amacıyla kullanılmışlardır. Bu sırada rakip olan ince filmler piyasada kullanım alanlarını son yıllarda yitirmişlerdir. Yüzde 70 oranında tüm güneş panellerinin ve modüllerinin üretimi Çin ve Tayvan’da yapılmaktadır fakat yüzde 5 oranında bir kısmı ise Avrupa ve Amerika üreticileri tarafından karşılanmaktadır. İkisi için de üretilmiş kapasite, küçük tepe sistemleri için ve geniş güneş güç istasyonları için hızlı bir şekilde eşit parçalarda büyümektedir ve aynı zamanda kolaylaştırma sistemlerine doğru belirgin bir akım oluşmaktadır ve bu akımda odak noktası Avrupadan güneşli bölgelere doğru kaymaktadır. Buna örnek olarak Amerikadaki Güneş Kuşağı (Sunbelt) örnek olarak verilebilir.

Teknoloji alanında yapılan yenilikler tarafından üretimde ölçü ve mantıksal gelişim artmıştır. Bunun sonucu olarak fotovoltaiklerde fiyat devamlı olarak azalmıştır. Net ölçüm ve finansal teşvik tedbirleri, tercih edilen güneşten üretilmiş elektrik için besleme tarifeleri, büyük bir oranda desteklemiş fotovoltaik kurulumlara sahiptir ve rekabet alanında geleneksel elektrik kaynaklarını coğrafik bölge listelerinde genişletmiştir. Fotovoltaik sistemler son zamanlarda yüzde 1 oranında dünya genelinde üretilen elektriği karşılamaktadırlar. Fotovoltaik sistemlerin en meşhur üreticileri kapasite anlamında hala Çin, Japonya ve Amerikadır. Bu sırada dünya kapasitesinin yarısı Avrupada üretilmektedir ve bu üretime Almanya ve İtal %7 ila %8 oranında şahsi kullanılabilir elektrik tüketimlerini güneş fotovoltaik sistemiyle birlikte dahil de etmektedir. Uluslarararsı Enerji Fonu güneş gücünü dünyanın en geniş elektrik kaynağı olmasını 2050 yılına kadar beklemektedir ve bu beklentilerinde güneş fotovoltaikleri ve güneş termali %16 ila 11 oranın küresel talebi karşılamasını da beklemektedir.

Şebeke bağlantısı

Şebeke bağlantılı sistem bağımsız, geniş bir şebeke ile bağlantılıdır. (Tipik olarak halkın kullandığı elektrik şebekesi). Ayrıca bu şebekedeki elektriği direkt olarak beslemektedir. Bu enerji meskun olarak veya reklam olarak binalarda önce veya sonra gelir ölçüsü olarak kullanılabilir. Tüketicinin enerji tüketimi veya sadece enerji farkı, bilinen enerji üretimi bağımsız olarak hesaplanmış olsa da olmasa da bir farklılık oluşmaktadır. Şebeke bağlantılı sistemler boyutları bakımından meskunlardan güç istasyonlarına kadar farklılık göstermektedirler. Bu da merkezsizleşmiş elektrik üretiminin bir türüdür. Elektriğin şebeke içindeki beslenmesinden doğru akımın alternatif akıma doğru taşınması gerekmektedir. Bu taşıma da özel olarak tasarlanmış olan şebeke ağ çeviricisinin senkronlanmış halinden yapılır. Kilovat boyutunda üretilmiş doğru akım voltajı ohmik kayıp boyutu kadar yüksektir (tipik olarak 1000V, Amerikan 600 V hariç). Birçok modül (60 veya 72 kristal silikon pilleri) 160W’dan 300W’a kadar 36 voltta üretim yapmaktadırlar. Bu da bazen istenilen düzeydedir veya gereksinim halindedir ve modüller özel olarak seri yetrine paralel olarak bağlanmışlardır. Bir modül seti ise seri olarak bağlanmıştır ve buna ‘yay’ adı verilmiştir.

Sistem skalası

Fotovoltaik sistemler genel olarak üç farklı piyasa segmentinde kategorize edilmişlerdir. Bunlar çatı sistem tipi, reklam tipi ve yerden sabir kolaylık sağlayan sistemlerdir. Bunların kapasite menzili birkaç kilovattan yüzlerce megavata kadar uzanmaktadır. Tipik meskun sistem 10 kilovat civarındadır ve eğimli bir biçimde konumlandırılmıştır. Bu sırada reklam sistemleri megavat ölçüsüne ulaşmıştır ve genel olarak düşük eğimli veya katlarca yapılandırılmıştır. Çatı sistemlerinin küçük olmasına rağmen ve her watt için kolaylık sağlayan sistemlerden daha fazla yüksek fiyatlara sahip olmasından dolayı piyasada daha büyük bir konuma sahiptir. Buna rağmen, piyasada büyüyen yönelim kolaylık sağlayan güç kuruluşlarına doğrudur. Özellikle gezegendeki “sunbelt” bölgesidir.

Şebeke ölçeği

Geniş kolaylık sağlayan güneş parkları veya bölgeleri, güç istasyonları ve enerji sağlamakla yükümlü ve yüksek miktarda tüketicilere elektrik sağlayan sistemler bulunmaktadırlar. Üretilen elektrik dağıtım şebeke gücünde merkezi üretim tarafından beslenmektedir (şebeke bağlantılı veya şebekeye bağlı sistemler) veya biriyle veya daha fazlasıyla bağlantılı sistemler evde kullanılan elektrik üreticileri küçük bir elektrik şebekesinde beslenmektedirler. (hibrit ürün). Çok nadir durumlarda üretilen elektrik direkt olarak adalarda depolanır veya tüketilir. Fotovoltaik sistemler gene olarak yüksek enerji ürününü istenilen yatırıma sağlamak amacıyla tasarlanmışlardır. Bazı geniş fotovoltaik güç istasyonları, örneğin Solar Star, Waldpolenz Solar Park ve Topaz Solar Farm onlarca hatta yüzlerce hektarlık alan kaplamaktadırlar ve yüzlerce megavata kadar güç üretimi sağlamaktadırlar.

Bina çatısı

Küçük fotovoltaik sistemler alternatif akıma yeterli elektriği tek ev üretmek amacıyla gücü sağlamaya elverişlidir veya izole edilmiş bir cihaza alternatif akımı doğru akıma çevirmekle mesuldur. Örnek olarak, askeriye veya dünya gözlemlemelerinde uydular, sokak lambaları, yapım ve trafik sinyalleri, güneş enerjisiyle çalışan çadırlar ve elektrikle çalışan hava araçları fotovoltaik sistemleri yedek güç kaynağını içerebilirler ve bu alternatif akımdan doğru akıma doğrudur. Ayrıca bu olay tasarıma ve güç talebine de bağlıdır. 2013 yılında, çatı sistmeleri dünya genelinde yüzde 60 oranında bir üretime sahiptir. Buna rağmen, çatı sistemlerinden kolaylık sistemlerine doğru bir akım oluşmaktadır. Bunun benzer örneğini fotovoltaik sistemlere olan odağın Avrupadan gezegenin kemer bölgelerine doğrudur ve yere monte edilmiş güneş çiftlikleri daha az vurgulanmıştır.

Yapı entegresi

Kentsel alanlarda ve şehre yakın olan alanlarda, fotovoltaik ekipmaklar güç sağlamak amacıyla çatı sistemlerinde kullanılmaktadırlar; genellikle binalar güç şebekesinden bağlantılara sahiptirler ve bu bağlantılar fotovoltaik ekipmanlardan kaynaklanan enerjinin genel kontrollerde tekrar kullanılmasına olanak oluşturmaktadır. New York’ta bulunan Solvay Electric gibi bazı kolaylık sağlayan firmalar reklam amaçlı olarak müşterilerine çatı sistemlerini sunmuşlardır ve telefon direkleri fotovoltaik panelleri kullanmak için kolaylık sağlamaktadırlar. Güneş ağaçları da bu sistemin bir elemanıdır ve bunları adları ağaçların birer kopyasını ima etmekedirler ve sokak lambalarına geceleri birere fonksiyon katmaktadırlar.

Performans

Zamana bağlı olarak gelirde olan belirsizlikler en çok güneş kaynaklarının değişimiyle alakalıdır ve sistemin kendi performansıyla alakalıdır. En iyi durum olarak, yüzde 4 oranında belirsizlikler yıldan yıla iklim değişkenliği ile ilgilidir, yüzde 5 oranında ise güneş kaynaklarının tahmini ile ilgilidir (yatay düzlemde), yüzde 3 oranında aydınlatmak bölgelerinin tahminiyle, yüzde 3 oranında güç kaynaklı modüllerle, yüzde 2 oranında pislikler ve kirlerle, yüzde 1.5 oranında kardan dolayı yaşanan kayıptan ve yüzde 5 oranında hatadan dolayı kaynaklanan diğer kaynaklar içindir. İdare edilebilen kaybı tanımlamak amacıyla kar ve O&M verimi kritiktir. Sistem performansını görüntülemek sistem sahibi, yapımcı ile üretilen enerji için harcamanın arasında bir parça olarak söylenebilir. Son zamanlarda, “sentetik günler” adıyla üretilen method hazır olarak kullanma amacıyla hava verilerini ve doğrulama konularında Open Solar Outdoors Test Field adlı sistemi kullanaraktan fotovoltaik sistem performansını yüksek derecede doğrulukla tahmin edebilmektedir. Bu method mekanikte gerçekleşen kaybı belirli bir bölgede bulmakta veya yüzey kaplama materyalleri ile (hidrofilik) karda oluşan kaybın üzerinde kullanılmaktadırlar. (Ağır kar koşullarında birkaç yüzeyi girişimler yıllık olarak kardan dolayı %30 oranında kayıpla sonuçlanmaktadırlar.). İnternete erişim gelecekteki yeniliklere özellikle enerji görüntülemesinde ve iletişimde olanaklar sağlamaktadırlar. Özel sistemler birçok satıcıda bulunmaktadır. Güneş fotovoltaik sistemleri mikroçeviricileri kullanmaktadırlar (doğru akımdan alternatif akıma dönüşüm), güç modüllerinin verileri ise otomatik olarak sağlanmaktadırlar. Bazı sistemler performans alarmı kullanarak telefon/e-maik/yazı uyarılarını limit sınıra ulaştıklarında başlatmaktadırlar. Bu çözümler sistem sahibi için ve üretici için veri sağlamaktadırlar. Üreticiler uzaktan kontro monitörlerindeki birçok yeniliklerle kullanma yetkisine sahip olmuşlardır ve ürettikleri temelin tamamınına göz atma yetkisine sahip olmuşlardır.

Bileşenler

Fotovoltaik sistem, yerleşim, reklam veya endüstriyel enerji tedariki için güneş enerjisi sağlayan tertibatı ve sistem balansı olarak tanıttığı birçok bileşeni içermektedir (BOS). Bu terim bazı BOS bileşenlerinden gelmektedir ve güç üreten yarısistemin güneş enerjisi sağlayan tertibatı güç kullanaraktan dengeleyen ve yükleyen sistemden gelmektedir. BOS bileşenleri güç iyileştiren ekipmanlarınıiçermektedir ve tipik olarak bir veya daha fazla doğru akımı alternatif akıma çeviren çeviricileri içermektedirler. Ayrıca bunlar evirici olarak da bilinmektedirler, enerji depolayan cihazdır, güneş enerjisi sağlayan tertibata destek olan bir sistemdir, elektriksel iletimi ve bağlantıyı sağlamaktadır ve gelecekteki bileşenlere destek olacaktır. İsteğe bağlı olarak, sistemin dengesi şunlardan birini veya tamamını içerebilir: yenilenebilir enerhi gelir ölçüsü, maksimum güç takip cihazı(MPPT), batarya sistemi ve şarj edicisi, GPS güneş takipçisi, enerji yönetim yazılımı, güneş ışıması sensörleri, rüzgar hızını ölçen aleti veya özel görev aksesuarlarını özel gereklilikleri birleştirmek amacıyla sistem sahibi için kullanmaktadır. Buna ek olarak, CPV sistemi optik lensleri veya aynaları ve bazen soğutma sistemini gerektirebilmektedir. “Güneş enerjisi sağlayan tertibat” ve” Fotovoltaik sistem” anlam olarak genellikle alternatifli olarak, güneş enerjisi sağlayan tertibatın tüm sistemi sarmasının yanı sıra, kullanılmaktadırlar. Buna ek olarak “ güneş paneli” genel olarak eş anlamlısı olan “ günel modülü” olarak da söylenmektedir. Bu panel bir dizi farklı modüller içermektedir. Güneş sistemi ise fotovoltaik sistem için yanlış bir isim olarak kullanılmaktadırlar.

Güneş enerjisi sağlayan tertibat

Geleneksel c-Si güneş pilleri,normalde seri olarak bağlanmış olanlar, kendilerini hava koşullarından korumak amacıyla kapsüllenmiş bir hal almışlardır. Bu modül damperli camla kaplamıştır, koruyucu yumuşak ve esnektir, arka tarafı kötü havadan oluşabilecek aşınmalara karşı ve ateşe karşı dirençli bir malzemeden yapılmıştır ve dış katmanında alüminyum bir tabaka vardır. Elektriksel olarak bağlantılı ve monteli yardımcı yapı, güneş modülleri bir dizi modül inşa etmiştir, genellikle güneş paneli olarak adlandırılmaktadırlar. Güneş enerjisi sağlayan tertibat bir veya daha fazla panelden oluşmaktadırlar. Fotovoltaik tertibat veya güneş enerjisi sağlayan tertibat birçok güneş paneliyle bağlantılı haldedir. Bir modülün ürettiği güç bir evin veya iş yerinin gerekliliklerini sağlayabilecek ölçüde kapasiteye nadiren sahiptir. Bu yüzden, bütün modüller bir sıra şekli oluşturmak amacıyla beraber bağlıdırlar. Birçok fotovoltaik tertibat modüller tarafından üretilen doğru akımı, ışıklara, motorlara ve diğer ekipmanlara güç sağlaması amacıyla alternatif akıma çevirmektedir. Fotovoltaik tertibatta bulunan modüller istenilen gerilimi sağlamak amacıyla ilk olarak seri bağlanmışlardır; bireysel diziler ise sistemin daha fazla akım üretmesini sağlamak amacıyla paralel olarak bağlanmışlardır. Güneş panelleri genellikle STC (Standard test durumları) altında ölçülmüştür veya PTC (PVUSA test durumları)’nda watt cinsinden ölçülmüşlerdir. Genel olarak panel derecelerinin menzilleri 100 watt’dan az olup 400 watt’ın üstüne kadardır. Dizi sıralamsı panel derecelerinin toplamını watt, kilowatt veya megawatt cinsinden içermektedirler.

Modül ve verim

Tipik “150 watt” fotovoltaik modülü boyut olarak bir metrekare büyüklüğündedir. Bu tür modüllerden her gün 0.75 kilowatt-saat (kWh) üretmeleri beklenmektedir, ortalama olarak, hava ve enlem faktörlerini göz önüne aldıktan sonra her günde oluşan bir güneş saati için 5 güneş radyasyonu oluşmaktadır. Son 10 yılda, ortalama reklamsal ince kristal silikon modüllerin verimi %12 den %16’ya yükselmişti ve CdTe modül verimi %9’dan %13’e aynı periyotta artmıştır. Modül verimi ve ömrü artan sıcaklıktan dolayı azalmıştır. Çevresel hava ortamda akmaktadır ve üstünde de aynı durum gözlenmektedir, fotovoltaik modüller bu tür problemi azaltmaktadır. Verimli modül ömrü gene olarak 25 yıl veya daha fazladır. Fotovoltaik güneş yeniliklerinde gerçekleşen gelişmeler için yapılan geri ödeme periyodu büyük ölçüde çeşitlilik göstermektedir ve genel olarak yatırma geri dönüşün hesaplanmasından daha az kullanışlıdır. Bu genel olarak hesaplandığı sırada 10 ila 20 yıl arasında, finansal olarak geri ödeme periyodu teşvik tedbirleri ile birlikte daha kısa olacaktır. Bireysel güneş pilinin düşük geriliminden dolayı (genellikle 0.5V), birkaç piller seri olarak baplanmışlardır. Tabaka hali koruyucu hava koşullarına karşı dayanıklı kılıfla kaplanmış bir haldedir, böylece fotovoltaik modül veya güneş paneli oluşturmaktadır. Modüller daha sonra bir arada fotovoltaik tertibatı sağlamak için dizilmektedirler. 2012 yılında güneş panelleri tüketiciler için üretilmiştir ve %17’nin üstünde bir verime sahiplerdi. Fakat bu sırada reklamsal üstünlüğü olan panller ise %27’ye kadar verime sahiplerdi. The Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems taradından üretilen pilin %44,7 verimine ulaşabildiği kaydedilmişti bu da bilim adamlarının umutlarını %50 olan eşik enerjisine ulaşabileceği yönünde güçlendirmişti.

Gölgeleme ve kirlilik

Fotovoltaik pil elektriksel verim olarak çok büyük hassasiyete ve ışığa karşı korumaya sahiptir. Bu korumanın etkisi çok iyi bilinmektedir. Küçük bir pil bile olsa veya dizi korumaya alınmış bile olsa, geriye kalan kısım güneş ışığında, verimi hızlı bir şekilde içten kaynaklanan kısa devreden dolayı (elektronlar belli bölge boyunca geri dönebilmektedirler. Eğer birçok pil dizisinden çekilmiş akım belirtilen pilden büyük değilse, dizi tarafından üretilen pil ve güç sınırlıdır. Eğer geriye kalan pil dizisinden yeterli voltaj mümkünse, akım pil boyunca birleşme yerinde belirli kısımda zorlanacaktır. Bu çöküş gerilimi 10 volt ila 30 volt arasında genellikle bilindik haldedir. Panel tarafından üretilmiş olana güç eklemek yerine, pil güç soğuracaktır ve bunu ısıya çevirecektir. Belirlenen pilin ters gerilimi gelecekteki aydınlatılmış pilin geriliminden daha büyük olduğundan beri, bir pil diğer dizideki pillerin soğuracağı gücün hepsini soğurabilir, oransız bir biçimde panel verimini de etkileyebilir. Örnek verecek olursak, pil 8 volta düşerse, 0.5 volt akım eklemek yerine belirli bir akım seviyesinde, dolayısıyla diğer 16 pilden üretilen gücü soğuracaktır. Bu da fotovoltaik gelişmelerin ağaçlarla veya diğer engellerle gölgelenemeyecek olmasını belirtmektedir. Birçok methodlar ağaçlardan fotovoltaik sisteme doğru oluşan kaybı belirleme amacıyla geliştirilmişlerdir ve geniş bölgelerde LİDAR kullanılmıştır. Fakat, bireysel sistem seviyesinde sketchup kullanmışlardır. Birçok modüller ikinci yol diyodunu her pil arasında veya pil dizisinde gölgeleme etkisini minimum düzeye getirme amacıyla kullanmışlardır ve sadece gölgelenen miktarda dizinin gücünü kaybetmiştir. Diyodun temel görevi diziye gelecekte uğrayabilecek zararları önlemek amacıyla ve ateşten korumak amacıyla çalışmaktır. Güneş ışığı toz,kar veya diğer etkenler tarafından modülün yüzeyinde soğurulmuştur. Bu, pillere çarpabilecek ışığı da azaltmaktadır. Genel olarak bu kayıplar Kanada da bile olsa yıllar boyunca küçük bir yere kümelenmişlerdir. Temiz modülü sağlamak için yüzey verimi modülün hayatı boyunca artmalıdır. Google güneş panellerini temizlemek amacıyla 15 ay boyunca verimlerini %1,0’e arttırmıştır fakat %5 oranında dizi ise yeterli olarak yağmur suyu tarafından temizlenmiştir.

Güneş radyasyonu ve enerji

Güneş radyasyonu direkt olarak yayılır ve radyasyon yanısıtır. Fotovoltaik pillerin soğurucu faktörü pil tarafından soğurulan güneş radyasyonunun kesri olarak ifade edilmektedir. Ekvatorda bulutsuz bir öğle gününde güneşin gücü 1 kW/m², Dünya’nın yüzeyinde, bir uçak güneşin ışınlarına dik kesişmektedir. Bunun gibi fotovoltaik tertibat her gün boyunca güneşi izleyerek enerji birikimini büyük ölçüde değiştirmektedir. Buna rağmen, takip cihazları fiyat ve savunma eklemektedir, bu yüzden fotovoltaik tertibat için eğimli ve güneş ışınları için ortalama Kuzey yarım kürenin güneyinden dolayı veya Güney yarım kürenin kuzeyinden dolayı çok bilindik özelliğe sahiptir. Eğim açısı, dikey olarak, her mevsim değişmektedir fakat eğer sabit olsaydı, elektriksel talebin en üst seviyesinde uygun bir verim tek başına idare edilen bu sisteme sağlanabilirdi. Uygun modül eğim açısı tanımlamak amacıyla maksimum yıllık enerji verimi için gerekli bir koşul değildir. Fotovoltaik sistemin uygun hale getirilmesi için özel çevre koşulları güneşin akması, kirlenmesi, kar kaybı için karmaşık bir hale gelebilir ve bunlar birer etken olarak göz önüne alınabilir. Buna ek olarak, son zamanlardaki iş hayali etkiler ugun fotovoltaik malzeme seçiminde birer etken olabilmektedirler. Örnek olarak, hayali albedo fotovoltaik sistem yüzeyine bağlı olarak üretilen verimde önemli bir rol oynamaktadır ve güneş pili malzemesi olarak görev yapmaktadır. Hava ve enlemler için Amerikada ve Avrupa’da tipik radyasyon mezilleri 4 kWh/ m²/gün ‘den kuzey iklimlerinde 6.5 kWh/m²/gün’e kadar güneşli bölgelerde ulaşmaktadırlar. Fotovoltaik donanımlar güney enlem bölgelerinde Avrupa’da veya Amerikada 1kWh/ m²/gün üretmeleri beklenmektedir. Tipik 1 kW fotovoltaik donanım Avustralya’da veya güney enlem Avrupa veya Amerika bölgelerinde 3.5-5 kWh miktarı her gün üretebilir, bölgeye bağlı olarak, yönelim, eğim, ışıma ve diğer faktörlere bağlıdır. Sahra Çölü’nde daha az bulut örtüsü ile daha iyi güneş geliş açısı, ideale yakın olan 8.3 kWh/ m²/gün miktarına yaklaştığı saptanmıştır fakat rüzgar birimlerin üzerine kumu fırlatmaması gerekirse bu olay gerçekleşecektir. Sahra Çölü 9 milyon km kare’nin üstündedir. 90,600 km² veya %1 tüm dünyadaki bitkilerden elektrik gücünü karşılayabilirdi.

Montaj

Bazı tür montaj sistemlerinin içine modüller monte edilmişlerdir ve bunlar yer montesi, çatı montesi veya kutup montesi olarak sınıflandırılmaktadırlar. Güneş parkları yere geniş raflarla monte edilmişlerdir ve modüller raflara monte edilmişlerdir. Binalar için ise birçok farklı raflar eğimli çatılar için planlanmışlardır. Düz çatılar,raflar, kovalar ve binalar için entegre edilmiş çözümler kullanılmışlardır. Güneş panellerinin rafları kutupların en üstüne yerleştirilmiştir ve bunlar sabit veya hareketli olabilirler. Kutupların kenarlarındaki raflar üzerlerine bir şey monte edilmesi gibi her durum için uygundur. Bunlar aydınlatma armatürleri veya antenler olabilirler. Kutup montajı eğer yere monte edilmiş tertibal olsaydı istenmeyen bir hal alacaktı ve belki de elektriksel kod gerekliliklerini kablolamanın ulaşılmazlığını da hesaba katmak gerekecekti. Kutuptan monte edilmiş paneller soğuk havaya performanslarını arttıran alt kısımlarından açıktırlar. Kutup raflarının çok çeşitliliği araba garajı veya diğer gölgelik yapıları gibi türlerden oluşabilir. Güneşi soldan sağa takip etmeyen raf aşağı veya yukarı düzenlemelerine gidebilir.

Kablolama

Bunların dışarıdaki kullanımlarından dolayı, güneş kabloları özel olarak UV ışınlarına ve yüksek sıcaklık değişimlerine karşın dirençli olmaları bakımından tasarlanmışlardır. Ayrıca genellikle hava koşullarından etkilenmemektedirler. Fotovoltaik sistemde elektrik kablolarının kullanımını birkaç standartlar özelleştirmektedirler. Bunlara örnek olarak, International Electrotechnical Commission tarafından üretilen IEC 60364, “ Solar photovoltaic (PV) power supply systems”, İngiliz standartlarında BS 7671, mikrojenerasyonla alakalı olan düzenlemeleri birleştirme ve US UL 4703 standardı, 4703 “Photovoltaic wire” ile alakalıdır.

Takip cihazı

Güneş takip cihazı, güneş panelini gün içinde gelen ışınlara doğru eğimli bir hale getirmektedir. Takip sisteminin türüne bağlı olarak, panel ya direkt olarak güneşe hedeflenmiştir veya gökyüzünün bulutlu kısmının en parlak yerine hedeflenmiştir. Takip cihazları performanslarını sabahın erken saatlerinde ya da öğlenin geç saatlerinde büyük ölçüde arttırmaktadırlar, sistem tarafından toplam üretilen güç %20,25 bandında tek bir takip cihazı içindir ve %30 oranında çift eksenli takip cihazına enleme bağlı olarak aittir. Takip cihazları, güneş ışınlarını direkt olarak büyük miktarda aldıkları zaman daha etkilidirler. Yayılan havanın (bulut veya sis koşulları altında), ya çok az ya da hiç değeri yoktur. Çünkü en çok konsantre olan fotovoltaik sistemler güneşin açısına çok hassastırlar, takip sistemleri günün belli periyotları için daha çok güç üretmelerini kullanışlı hale dönüştürmektedirler. Takip sistemleri iki temel neden için performansı arttırmaktadır. İlk olarak, güneş paneline güneş ışınları dik gelirse, eğimli halinden daha fazla yüzeyinden ışık alacaktır. İkincisi ise direk ışın eğimli ışından daha çok etkilidir. Özel olarak tasarlanan yansıtma karşıtı kaplamalar güneş panelinin verimini takip sistemini yararlarını oldukça azaltsa da direk ve eğimli ışıkları için arttırmaktadırlar. Takip cihazları ve sensörler performansı optimize etmek için opsiyonel olarak sunulur fakat takip sistemleri uygulanabilir verimi %45’e kadar arttırabilirler. Fotovoltaik tertibattan bir megawatt’a yaklaşabilen veya onu aşabilenler genellikle güneş takip cihazı kullanırlar. Bulutlar için yapılan hesaplamada ve Dünya’nın büyük bir kısmının ekvatorda olmamasından dolayı güneş gücünün doğru ölçülmesi güneş radyasyonundan kaynaklıdır bu da genellikle bir günde metrekareye düşen kilowatt-saat miktarın ortalama sayısıdır. Hava ve enlemler için Amerika’da ve Avrupa’da tipik güneş radyasyon menzilleri 2.26 kWh/m² kuzey iklimlerinde ve 5.61 kWh/m² güneşli bölgelerdedir. Geniş sistemler iöin, takip cihazından kazanılan enerji eklenen kompleksliğe (takip cihazları verimi %30 veya daha fazlasına kadar arttırabilir.) fazla gelebilir. Çok geniş sistemler için ise, eklenen takip sisteminin sürdürülürlüğüne önemli bir zarardır. Takip sistemi kat panelleri için ve düşük yoğunluklı fotovoltaik sistemler için gerekli değildir. Yüksek yoğunluklu fotovoltaik sistemler için, çift eksenli takip sistemi bir gereksinindir. Fiyat trendleri eklenen sabir panellere karşın raflı paneller arasında bir denge sağlamaktadırlar. Güneş panel fiyatları düştüğü zaman, takip sistemleri daha az ilgi çeken bir konuma gelmektedirler.

Redresör

Alternatif akımı (AC) iletmek üzere tasarlanmış sistemlere denilmektedir. Buna örnek olarak, şebeke bağlantılı sistemlerde doğru akımı (DC) güneş modüllerinden alternatif akıma çevirme gereksinimi vardır. Şebeke bağlantılı redresörler, alternatif akım elektriğini eğrili bir şekilde tedarik etmek zorundadırlar, şebeke frekansıyla senkronize bir biçimde, gerilimle beslenen, şebeke geriliminden yüksek olmayan ve eğer şebeke voltajı kapalıysa şebekeden kendisini devre dışı bırakabilme özelliklerine sahip olmalıdırlar. Redresörlerin sadece gerekli gerilimleri üretmeleri gerekmektedir ve frekansları eğimli bir dalga biçiminde senkronize veya koordinasyon olmadan şebeke sağlayıcısına iletmeleri gerekmektedir. Güneş redresörü birçok güneş panelleriyle bağlantılı halde olabilir. Bazı donanımlarda mikro güneş redresörleri her bir güneş paneliyle bağlantılı haldedirler. Güvenlik sebeplerinden dolayı akım anahtarı hem alternatif akımı hem de doğru akımı sürdürme amacıyla sağlamaktadır. Alternatif akım çıkışı elektik sayacı boyunca şebekede bağlantı halinde olabilir. Sistemde bulunan modül sayısı, güneş enerjisi sağlayan tertibat tarafından üretilen toplam doğru akım miktarını belirlemektedir. Fakat, redresör sonunda tüketim için dağıtılan alternatif akım miktarını yönetmektedir. Örnek olarak, fotovoltaik sistem 11 kilowatt doğru akımı fotovoltaik sistemler için içermektedir,10 kilowatt alternatif akıma sahip redresörle eşleşmiştir, bunu redresörün 10 kW verimi için sınırlandırmıştır. 2014 yılından itibaren, teknoloji harikası redresörler için %98’in üzerine ulaşmıştır. Redresör ağları orta dereceli fotovoltaik sistemleri için kullanılırken, merkezi redresötler reklam ve kolaylık piyasalarında geniş bir alanı kaplamaktadırlar. Merkezi ve bağlı redresörler için Pazar piyasası sırasıyla %50 ve %48 oranındadır ve %2’lik bir miktarı mikro redresörlere bırakmışlardır. Maksimum güç noktası takip sistemi (MPPT), şebeke bağlantısı olan redresörlerin maksimum mümkün gücü fotovoltaik tertibattan sağlamasını sağlayan bir sistemdir. Bunu yapmak amacıyla, redresörün MPPT sistem dijital örneklerinde güneş enerjisi sağlayan tertibatın güç çıkışı ile uygulanan direncin optimal maksimum güç noktasını bulmak için olduğunu belirtmektedir. “Anti islanding” ise acilen redresörü kapatan ve üretimden koruyan bir koruma mekanizmasıdır. Alternatif akım gücü, işe yapılan bağlantı uzun sürmediğinde kendini devre dışı bırakır. Buna örnek verecek olursak elektriklerin kesilmesi anında bu olay gerçekleşecektir. Bu koruma sistemi olmadan, ikmal hattının gücü, güçsüz hatlardan oluşan bir deniz gibi ada olarak adlandırılan kısmı çevrelemişlerdir ve bu örneğin aynısı güneş enerjisi sağlayan tertibatın doğru akımı elektriklerin kesilmesinde iletimine devam etmesinde de görmüştük. Çevreleme çalışanlar için bir risktir ve bu kişiler alternatif akım devresini güç olarak hala gerçekleştirememişlerdir ve cihazların tekrar otomatik bağlantısını da önlemektedir.

Batarya

Hala pahalı olmasına rağmen, fotovoltaik sistemler tekrar sarj edilebilme kolaylığı sağlayan bataryaları geceleri fazlalığı kullanmak amacıyla depolamaktadırlar. Şebeke depolaması için kullanılan bataryalar aynı zamanda elektrik şebekesini azami yükü kademelendirerek sabitlemeye çalışmıştır ve akıllı şebekede aynı önemli bir rol oynamaktadır. Bunlar düşük talebin olduğu dönemlerde ve depolanan enerjiyi talebin yüksek olduğu zamanda şarj etmektedirler. Bilinen batarya teknolojileri bugünün fotovoltaik sistemlerinde kullanılmaktadır ve valf ile ayarlanan kurşun batarya bilinen kurşun batarya, nikel kadmiyum ve lityum iyon bataryalarının modifiye edilmiş versiyonudur. Diğer tür bataryalarla kıyaslandığı zaman kurşun asidi bataryalar kısa ömür ve düşük enerji yoğunluğuna sahiptirler. Buna rağmen, güvenilirliklerinden dolayı, düşük batarya boşaltımı, düşük yatırım ve fiyat sabitliğinde de olduğu gibi hala küçük bir skalada kullanılan baskın teknolojidir. Buna ek olarak fotovoltaik sistemler için depolama cihazları hala sabittir, düşük enerji, enerji yoğunluğu ve kurşun asidin yüksek ağırlığı kritik değildir. Örnek olarak, elektrik taşıması verilebilir. Diğer şarj edilebilen bataryalar fotovoltaik sistemler için dağıtılmıştır ve bunlar sodyum sülfür ve vanadyum redoks bataryaları içermektedirler, bunların öne çıkan türleri sırasıyla erimiş tuz ve akıntı bataryasıdır. 2015 yılında Tesla motorları Powerwall tarafından kurulmuştur, tekrar şarj edilebilir lityum iyon bataryaları enerji tüketiminde devrim yapmak amacıyla üretilmişlerdir. Fotovoltaik sistemler entegre edilmiş batarya çözümleri ile aynı zamanda şarjı kontrol eden bir şeye ihtiyaç duymaktadırlar ve bu gerilim ve akımı güneş enerjisi tertibatının sabit düzenlemeler için gerekliliklerini yüksek dozda şarjdan korumak amacıyla çeşitlendirmektedir. Temel şarj kontrolcüleri fotovoltaik panellerle açılıp kapatılabilir veya gerekli enerji PWM veya darbe genişlik modülasyonu adı verilen stratejiye ihtiyaç duymaktadır. Şarj kontrolcülerindeki daha fazla yenilikler MPPT mantığıyla batarya şarj algoritmaları içerisinde işbirliği yapacaktırlar. Şarj kontrolcüleri enerjiyi bazı amaçlarlar diğer batarya şarj cihazlarından dönüştürebilir. Gerekmediğinde serbest fotovoltaik enerjiyi direk kapatmaktansa, kullanıcı batarya tam dolu iken havayı veya suyu ısıtmayı seçebilir.

Görüntüleme ve ölçme

Ölçme enerji birimlerini her iki yönde de toplamak zorundadır veya en az 2 metre kullanmak zorundadır. Birçok ölçümler çift yönlü olarak yığılmaktadırlar, bazı sistemelr 2 ölçme sistemi kullanmaktadırlar, fakat tek yönlü ölçme şebekeden sonuçlanan enerjiyle ileride yığılım sağlayamayacaktır. Bazı ülkelerde, 30 kW üzerindeki frekansa sahip donanımlarda ve gerilimin fazların bağlantısı olmadan görüntülenmesi gerekliliktir. Güneş gücüne ihtiyacın daha fazla olduğu bölgelerde bu olay gerçekleştirilmektedir ve fazlalık dışarı çıkartılamaz veya depo edilemez. Şebeke operatörleri tarihsel olarak iletişim hatlarını ve üretim kapasitesini sağlama gerekliliğine sahiptir. Son zamanlarda ayrıca depolamayı da sağlamak gereklilikleri vardır. Bu normal olarak su depolamadır fakat diğer bir anlamı ise depolananın kullanımıdır. İlk olarak depolama, ana yük enerji üretimi ile ilgili jenaratörlerin son seviyede verimle çalışmaları amacıyla kullanılmışlardır. Değişik türde yenilenebilir enerji kaynakları sayesinde, depolama güç üretimini ne zaman uygun olursa üretmesine yetki vermiştir ve tüketiminin de ne zaman olursa tüketilmesi gerektiğini söylemektedir. Şebeke operatöründe iki değişken elektriği gerekli olduğu zamanlar için depo etmektedir veya nerede ihtiyaç varsa oraya transfer etmektedir. Bu durumların ikisi de sonuç verememektedir, 30kWp üstünde otomatik olarak kendilerini kapatmaktadırlar ve bunun yanı sıra tüm redresörlerin gerilim düzenlemeleri koruma halindedir. Ayrıca, yük yeterli miktarda değil ise güç sağlamasını durdurmaktadırlar. Şebeke operatörleri, sistemlerden fazla üretilenleri kısma opsiyonuna sahiptirler ve bunun yanı sıra rüzgar enerjisi, güneş enerjisinden daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Sonuç olarak önemli bir miktarda gelir kaybı yaşanmaktadır. Üç fazlı redresörler iş esnasında kullanılmak üzere üretilen reaktif gücü tedarik etmede eşsiz bir imkâna sahiptirler. Fotovoltaik sistemler arızaları tespit edip görüntülemektedirler ve operasyonlarını uygun hale getirmektedirler. Donanımların verimine ve donanımların doğasına dayanaraktan birçok fotovoltaik görüntüleme stratejileri bulunmaktadırlar. Görüntüleme iş alanında veya uzaktan gerçekteştirilebilmektedir. Bu sadece üretimi ölçebilir ve tüm verileri redresörlerden geri alabilir. Ayrıca yine tüm verileri iletişim ekipmanlarından da geri alma imkânına sahiptir. Görüntüleme cihazları, kendilerini denetime bağlamaktadırlar veya ekstradan özellikleri de sunmaktadırlar. Bireysel redresörler ve batarya şarj kontrolleri görüntülemeyi, üreticinin özel yazılımı ve tutanaklarını kullanarak gerçekleştirmektedirler. Redresörün enerji ölçümü denge bakımından kısıtlanabilir ve ölçme amaçlarından sağlanan gelire pek uygun olmayabilir. Üçüncü nesil veri kazanın sistemi çoklu redresörleri görüntüleyebilir ve bu esnada üreticinin tutanakları sayesinde redresör kullanır. Ayrıca buna ek olarak, havayla alakalı sistemlerden bilgi de sağlamaktadırlar. Bağımsız akıllı ölçüm cihazları fotovoltaik tertibat sisteminden üretilen toplam enerjiyi ölçmektedirler. Uzay görüntüleme analizi veya güneş radyasyon ölçümü (piranometre) gibi farklı ölçümler ayrılığın toplam yoğunluğunu tahmin etmede kullanılmaktadırlar. Görüntüleme sisteminden elde edilen toplam veriler dünya genelinde internette, OSOTF gibi, uzaktan görüntülenmektedir.

Diğer sistemler

Bu bölüm sistemlerin yüksek özelliklere sahip olanlarından ve tanınmayan yahut hala yeni teknolojileri limitli gereksinimle ortaya çıkaranları kapsamaktadır. Buna rağmen, yalnız veya şebekeden bağımsız sistemler özel bir yere sahiptirler. 1980 ve 1990 yıllarında bunlar en çok yaygın ve bilinen sistemlerdi. Bu zamanlarda fotovoltaik sistem hala pahalı ve iyi bir konumda uygulamalara sahiptiler. Sadece elektrik şebekesinin olmadığı bölgelerde kullanılabilir haldelerdi ve bunlar ekonomik olarak kullanılabilir durumdalardı. Yeni yalnız sistemler hala dünya genelinde yayılmış olsalar da, fotovoltaik sistemler üzerinde bu sistemlerin dağılımı azalmaktadır. Avrupa’da, şebekeden bağımsız sistemler üretilen kapasitenin yüzde 1’lik bir miktarından sorumludurlar. Amerika’da, bu oran yüzde 10 civarında görülmektedir. Avustralya, Güney Kore ve diğer gelişen ülkelerde şebekeden bağımsız sistemler hala yaygın olarak görülmektedirler.

CPV

Yoğunlaştırıcı fotovoltaikler (CPV) ve yüksek yoğunlaştırıcı fotovoltaik sistemler (HCPV) optik lensleri ve kavisli aynaları küçük bir alan üzerine veya güneş panellerinin üzerine, güneş ışığını toplamak için kullanılmaktadırlar. Optik üzerine yoğunlaşmasının yanı sıra, CPV sistemleri bazen güneş takip cihazlarını ve soğutma sistemlerini hatta daha pahalı sistemleri de kullanabilmektedirler. Özellikle HCPV sistemleri yüksek güneş ışınlarına sahip bölgelerde en iyi şekilde konumlanmışlardır, güneş ışığına 400 kat veya daha fazlasına kadar odaklanmıştır ve yüzde 24-28 onanında verimle birçok sıradan sistemin haricinde görev yapmaktadır. CPV ve HCPV sistemleri için farklı türde tasarımlar reklamsal olarak da mümkündür fakat pek yaygın değildir. Buna rağmen, devam eden araştırmalar ve gelişmeler yerlerini almaktadırlar. CPV genellikle CSP (konsantre güneş gücü) ile karıştırılmaktadır. CSP fotovoltaikleri kullanmamaktadır. İki teknoloji de güneş ışığını çok alan yerleri tercih etmektedirler ve birbirleriyle yarışma halindedirler

Hibrit

Hibrit sistem, fotovoltaiklerin üretimdeki diğer türlerinin kombinesiyle oluşmuştur ve genellikle dizel jeneratörler bu gruba dahil edilmektedirler. Biogaz da kullanılmaktadır. Bu neslin diğer türleri talebe göre verimli güç üretmektedir. Buna rağmen, yenilenebilir enerjinin birden fazla türü, rüzgar enerjisi gibi, kullanılmaktadır. Fotovoltaik güç üretimi yenilenemeyen yakıtların tüketimini azaltmaktadır. Hibrit sistemler en çok adalarda bulunmaktadır. Almanya’daki Pellworm adası ve Yunanistan’daki Kythnos adasın bunun önemli örneklerindendir (ikisi de rüzgar enerjisi ile bilinmektedirler.). Kythnos dizel tüketimini %11,2 oranına indirmiştir. 2015 yılında, yedi ülkenin katılımıyla gerçekleşen ve küçük şebekelerle ve izole şebekelerle hibritleşme tarafından üretim maliyeti düşürülecektir. Buna rağmen, hibritler için finansal rakamlar çok önemlidirler ve geniş alanda güç üretilen yerin mülkiyet yapısına bağlıdır. Devlete ait yapılar için maliyet azatlımı önemliyken, bunun yanı sıra halka açık olmayanlar için ekonomik faydaları da önemli bir ölçüde araştırılmaktadırlar. Bağımsız güç üreticileri buna örnektir. Fotovoltaik etki limitinin son zamanlardaki araştırmalara göre PV+CHP gibrit sistemine sahip ağda Amerika’da yayılması görülmektedir. Güneş akışının geçici dağılımında, elektriksel ve ısısal gereksinimlerin yalnızca Amerika için analiz edilip fotovoltaiklerle beraber ek olarak fotovoltaik yayılımını geleneksel elektrik sistemiyle nasıl mümkün olabileceğini göstermişlerdir. Bu teori birçok simulasyonlarla her saniyeye göre güneş akış verisinin gerekli batarya yedeklemesi için ve hibrit sistemlerin ucuz batarya sistemlerine oranla mümkün olabileceğini göstermektedir. Buna ek olarak, geniş oranda fotovoltaik sistem ve CHP sistemi kurumlara ait binalar için mümkün olabileceğini göstermektedir ve bu binalar kesik olarak işleyen fotovoltaiklere tekrar destek olmak için ve CHP çalışma süresini azaltmak içindir. PVT sistem: (hibrit PV/T), fotovoltaik termak hibrit güneş toplayıcıları olarak bilinmektedirler ve güneş ışığını ısı ve elektrik enerjisine çevirmektedirler. Bu sistemler güneş modüllerinini (PV), güneş ısı toplayıcılarıyla birbirini tamamlayan bir şekilde sağlamaktadır. CPVT sistem: Yoğunlaştırılmış fotovoltaik ısı hibriti (CPVT), PVT sisteme benzer özellikler göstermektedir. Yoğunlaştırılmış fotovoltaikleri (CPV) bilinen PV teknolojisi yerine kullanmaktadır ve güneş ısısı toplayıcısıyla kombine olmaktadır. CPV/CSP sistemi: Yeni geliştirilen CPV/CSP gibrit sistemi son zamanlarda önerilen bir sistemdir, yoğunlaştırılmış fotovoltaikleri fotovoltaik olmayan yoğunlaştırılmış güneş gücüyle (CSP) birleştirilmiştir veya yoğunlaştırılmış ısı enerjisi olarak da bilinmektedir. PV dizel sistem: Fotovoltaik sistemi dizel jeneratörle kombine etmiştir. Diğer yenilenebilir enerji kaynakları da bunun içindedir ve rüzgar türbünlerini de içinde barındırmaktadır.

Floatovoltaikler

Floatovoltaikler, içme suyu rezervlerinin üzerinde yüzen fotovoltaik sistemlerdir, göl ocakları, sulama kanalları veya iyileştirme ve atık gölleri bunlara örneklerdir. Bu sistemlerin az miktarı Fransa’da, Hindistan’da, Japonya’da, Kore’de, Amerika’da ve İngiltere’de bulunmaktadırlar. 2008 yılının Mayıs ayında, Far Niente Winery’de dünyanın ilk flatovoltaik sistemini 994 güneş fotovoltaik modülüyle 477 kW kapasiteyle 130 dubanın üstünde ve onların Winery’nin sulama göllerinde üzerinde yüzerek gerçekleştirmektedirler. Bu sistemlerin ilk yararı diğer sebeplerce kullanılmak üzere değerli arazilerin feda edilmesi gerekliliğinden kaçınmaktır. Far Niente Winery’ye karşılık, üç çeyrek akre araziye dayalı sistemlerde gereklidir. Flatovoltaik sistemlerin diğer bir faydası ise kendi olduğu seviyeden daha fazla sıcaklığı soğutmayı korumaktadır. Daha fazla etkili güneş enerji dönüşümünü korumaktadır. Fotovoltaiklerin yüzen tertibatı aynı zamanda buharlaşma ve su yosunlarının büyümesini engellemek için su kaybını da azaltmaktadır. Şebeke ölçeğinde yüzen fotovoltaik sistem çiftliklerinin üretimine başlanmıştır. Multinasyonel elektronikler ve seramik üreticisi Kyocera dünyanın en büyüğü olan ve 13.4 MW çiftliği Yamakura Dam üstünde Chiba Prefecture’da 50,000 güneş paneli kullanarak geliştirmektedir. 2016 yılının Mart ayında kullanılabilir hale geleceği beklenmektedir. Tuzlu su direnci olan yüzen çiftlikler okyanus kullanımı için de inşa edilmişlerdir. En geniş flatovoltaik proje Breziya’nın Amazon bölgesinde yer alan 350 MW güç istasyonudur.

Doğru akım şebekesi

Doğru akım şebekeleri elektrik gücünü taşımada bulunmuştur: trenyolu, tramvaylar ve troleybüslerdir. Birkaç deneme kuruluşu bu tür uygulamalar için kurulmuştur ve buna örnek olarak Hannover Leinhausen’de yer alan fotovoltaik yardımcıları kullanarak üretilen tramvay istasyonlarıdır. 150 kW Geneva 600V doğru akımı direkt olarak tramvayların elektrik ağlarına sağlamaktadır fakat bunun yanı sıra önceden 1999 yılındaki açılışta %15 oranın elektrik sağlamaktaydı.

Tek başına ek bileşen

Ek bileşen veya şebekeden bağımsız sistem elektrik şebekesine bağlı değildir. Bağımsız sistemler boyut ve uygulama alanlarında saatlerden hesap makinalarına kadar değişiklik göstermektedirler. Bunlara uzaktan kumandalar ve uzay araçları da dahildirler. Güneş ışınlarından bağımsız olarak yük yüklenirse, üretilen güç depo edilecektir ve bataryaya bağlanacaktır. Taşınamayan uygulamalarda ağırlık bir sorun haline gelmezse, örnek olarak binalar, kurşun asit bataryaları hem fiyat olarak hem de suistimal toleransı olarak en çok kullanılanlar arasındadırlar. Batarya kontrol cihazları sistemle birleşmiş bir haldedir ve batarya darbelerinden korumak ve fazla şarj ve deşarj olmasından korumaktadır. Güneş enerjisi sağlayan tertibattan maksimum güç takip tekniğini kullanarak (MPPT) üretimin optimize edilmesine yardımcı olmaktadır. Buna rağmen, basit fotovoltaik sistemlerde, fotovoltaiklerin voltajının batarya voltajıyla eşleştiği yerlerde, MPPT elektroniklerini kullanarak geneliikle gereksiz oldukları düşünülmüşlerdir, batarya voltajı yeterli seviyede dayanıklı olup ve fotovoltaik modül için toplanan gücü maksimum seviyede sağladığından beri bu şekilde gereksiz oldukları düşünülmüştür. Küçük cihazlarda (hesap makinaları, park metreleri) sadece doğru akım tüketmektedirler. Büyük sistemlerde ise (binalarda, uzaktan su pompalarında) alternatif akım genellikle gereklidir. Doğru akımı modüllerden veya bataryalardan alternatif akıma redresör kullanarak çevirirler. Tarımsal düzenlemelerde, doğru akım pompalarında direkt olarak bu tertibat kullanılmaktadır ve redresör kullanmak gerekli değildir. Uzaktan yönetilebilen sistemlerde özellikle dağ bölgelerinde, adalarda veya diğer bölgelerde güç şebekesi uygun değildir. Güneş enerjisi sağlayan tertibat elektriğin tek kaynağı olarak kullanmaktadır, genellikle depolama bataryasını yüklemektedir. Bağımsız sistemler yakın olarak mikro üretim ve güç dağıtımında kullanılmaktadırlar.

• Piko Fotovoltaik Sistem

En küçük, genellikte taşınabilir fotovoltaik sistemler piko güneş fotovoltaik sistemleri veya piko güneş olarak adlandırılmaktadırlar. Bunlar genellikle tekrar şarj edilebilen bataryalarla kombine edilmektedirler ve çok küçük fotovoltaik panellerle kombine edilmektedirler. Panelin önemsiz kapasitesi birkaç watt (1-10 W) ve alanı 10 metrekareden veya 10 ayak kare alandan azdır. Farklı uygulamaların geniş menzilindeki güneşle alakalı sistemlere müzik çalarlar, fanlar, taşınabilir lambalar, güvenlik ışıkları, güneş fenerleri ve sokak lambaları telefon sarj aletleri, radyolar veya 7 inch LCD televizyonlar 10 watt gücünden daha az güçte çalışabilmektedirler. Piko hidrodan güç üretilmesine karşılık olarak, piko fotovoltaik sistemler küçük kırsal topluluklarda bu sistemler kullanıma uygundur ve bu bölgelerde az miktarda elektriğe ihtiyaç duyulmaktadırlar. Birçok aletin veriminin gözle görülür bir biçimde arttırılmasından beri, LED lambaların özellikle kullanımından ve geri sarj edilebilir bataryaların verimlerinden, piko güneş panelleri maddi açıdan elverişli bir alternatif haline gelmiştir, özellikle gelişen dünyada bu sıklıkla görülmektedir. Piko ön eki “trilyonuncu” anlamını katmak amacıyla sistemin elektrik gücünün ne kadar küçük olduğunu belirtmektedir.

• Güneş Panelli Sokak Lambaları

Güneş panelli sokak lambaları genellikle ışıklandırma birimine monteli fotovoltaik panelden üretilen güçle ışık kaynakları arttırmaktadır. Güneş enerjisi sağlayan tertibat şebekeden bağımsız fotovoltaik sistemin geri şarj edilebilir bataryayı doldurması, fluoresan veya LED lambaları gece boyunca aydınlatmasını sağlayan sisteme öncülük etmektedir. Güneş panelli sokak lambaları bağımsız güç sistemleridir ve yatırımda avantaja sahiptir, çevredüzeninde ve fiyatını korumada aynı elektrik faturalarında da olduğu gibi, normal sokak lambalarıyla kıyaslandıklarında ilk tutarlarının fazla olduğunu göz ardı edersek aynı konumdadırlar. Bunlar yeterince geniş bataryalarla dizayn edilmişlerdir ve en az bir hafta boyunca operasyonu sağlamak için en kötü durumlarda bile bu özelliklerini sürdürmektedirler. Bunlardan çok hafif bir şekilde sönük hale gelmeleri beklenmektedir.

• İletişim ve Telekomünikasyon

Güneş enerjisi sağlayan fotovoltaik güç ideal olarakiletişim uygulamalarında şehir içi telefon değişimi, radyo ve TV yayını, mikrodalga ve diğer elektronik iletişim bağlantıları gibi uygulamalara uygun hale getirilmişlerdir. Bunun sebei, çoğu iletişim uygulamalarında, depolama bataryaları her zaman kullanılmaktadır ve elektrik sistemleri temel olarak doğru akımdır. Dağlık alanlarda ise radyo ve TV sinyalleri engellenen veya inişli çıkışlı araziden dolayı geri doğru yansıtılmasından dolayı ulaşamamışlardır. Bu bölgelerde, düşük güç vericileri algılamak için ve yeniden sinyali lokal bölgelere aktarmaktadırlar.

• Güneş Arabaları

Güneş arabaları, yerde, havada, suda veya uzayda da olsa gerekli enerjinin birazını ya da tamamını güneşten alabilmektedirler. Yüzey araçları genellikle yüksek güç seviyelerini gerektirmektedirler ve pratiksel olarak boyutlandırılan güneş enerjisi sağlayan tertibattan devamlılıklarını sağlayabilirler, bu yüzden batarya en üst seviyede talep edilen gücü ve güneş enerjisi sağlayan tertibattan şarj edilmektedir. Uzay araçları başarılı bir şekilde yıllarca operasyonlar için güneş fotovoltaik sistemlerini kullanmışlarıdır, ilk bataryaların veya yakıtın ağırlığını göz ardı etmişlerdir.

• Güneş Pompaları

En çok maliyeti karlı olan güneş uygulamaları güneşten kaynaklı pompalardır, güneş paneli üretmekten şebeke hattı yürütmenin daha kolay olması gibidir. Bunlar genellikle güç hatlarına ulaşmaktan hariç su ihtiyacıyla buluşmaktadırlar, rüzgar gülü veya su değirmeni de bunların içinde yer almaktadırlar. Bilinen uygulamalardan birisi tankları doldurmaktır, bunun amacı ise otlatılan sığırların faydalanmasıdır. Diğer depo tankını doldurma ise uzaktan kumandayla veya kendine yeten evlerdendir.

• Uzay Araçları

Uzay araçlarındaki güneş panelleri Vanguard 1’in 1958 yılında üretilmesinden itibaren fotovoltaik sistem ugulamalarının ilki olarak sayılmaktadır ve Vanguard 1 güneş pillerini kullanan ilk uydudur. Sputnik’in aksine, gezegenin yörüngesine oturan ilk uydu, güneş gücünün eksikliğinde 21 gün içinde biten bataryaya sahiptir, birçok modern iletişim uyduları ve uzay incelemeleri güneş sisteminde, güneş panellerini kullanmaya elektriği güneş ışığından türetmek için yatkındırlar.

• Kendin Yap Topluluğu

Çevre dostu olan yeşil enerjiye duyulan ilginin büyümesiyle, DIY topluluğundaki sayısı artan hobiciler kitlerden veya bölgesel olarak DIY’dan kendi güneş fotovoltaik sistemlerini inşa etmek için emek harcamışlardır.Genellikle, DIY topluluğu pahalı olamayan veya yüksek verimli sistemleri kendi güçlerini üretmek amacıyla kullanırlar (güneş takip cihazları). Sonuç olarak, DIY sistemleri ara sıra reklamsal akranlarına oranla daha ucuza sonlanmaktadırlar. Bazen de bu sistemler düzgün güç şebekesiyle alakalıdırlar, yedek bataryanın yerine de net metreleme kullanmışlardır. Bu sistemler genellikle 2 kW veya daha az güç üretmektedirler. İnternet boyunca, topluluk bölgesel planları sağlama kabiliyetine sahip olmuşlardır ve sistemi oluşturabilirler. Evcil ihtiyaçlar için bunları üretmeye büyük bir trend hakimdir.

Üretim ve ekonomi

Fotovoltaik pilleri üretmenin maliyeti üretimdeki ekonomik skaladan dolayı ve pazarlamadaki teknolojik yeniliklerden dolayı düşmüştür. Geniş skalalalı yenilikler için, şu sıralar her watt için 1.00 $’ın altındadır. Fiyatları 2006’dan 2011’e kadar %50 oranında azaltmak Avrupa’da başarılmıştır ve 2020’ye kadar üretim fiyatlarını %50 oranında düşürmek amaçlanmaktadır. Kristan silikon güneş pişeri daha az pahalı olan multikristal silikon güneş pilleriyle değiştirilmişlerdir ve ince film silikon güneş pişeri son zamanlarda düşük maliyetle icat edilmişerdir. Bunlar enerji dönüşüm verimliliği anlamında tek kristal “siwafers” den azaltılmış olmasına rağmen, bunlar düşük maliyetle kıyaslanırsa üretimleri daha kolaydır. Alttaki tabloda Amerika’da toplam fiyatları cent cinsinden her bir kWh olarak fotovoltaik sistem için üretilen elektrik miktarı belirtilmektedirler. Soldaki satır başlıkları fotovoltaik donanımların toplam fiyatını her bir kilowatt (kWp) olarak göstermektedir. Fotovoltaik sistemlerin fiyatları Almanya’da düşmüştür, örnek olarak, Amerika’da 1389 kWp’e düştüğü 2014 sonuna kadar belirtilmiştir. Sütunun başında yıllık enerji verimi kWh cinsinden üretilen kWp’dan beklenilen gösterilmiştir. Bu coğrafik bölgelerde farklılıklar göstermenktedir çünkü ortalama güneş radyasyonu ortalama bulutluluğa ve atmosferin geçmiş kalınlığına bağlıdır. Aynı zamanda güneşin izlediği yolun panele ve ufka oranla izlediği yola da bağlıdır. Paneller genellikle belirli bir açıyla enleme bağlı olarak yerleştirilmektedirler ve ara sıra sezonsal olarak bunlar güneş sapmasına göre düzenlenmektedirler. Güneş takip cihazı, güneş ışığının çok dik olduğu yerlerde bile işleri kolaylaştırmaktadırlar, bu yüzden toplam enerji verimi artmaktadır. Tablodaki hesaplanmış değerler toplam fiyatları cent cinsinden her bir üretilen kWh için yansıtmaktadırlar. Bunlar toplam yatırım maliyetinin %10 olacağını varsaymaktadırlar (örnek olarak, %4 faiz oranı, %1 yürütme ve koruma fiyatı ve sermaye masrafının 20 yıla kadar değerinin düşmesi.) Normal olarak, fotovoltaik modüllerin 25 yıllık bir garantileri vardır. 2013’teki Sistem Fiyatı Bunun 2014 modelinde “Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy” raporu, Uluslararası Enerhji Fonu’nun (IEA) Amerika’da doların her bir watt’a karşılık fiyatlarını yayınlamıştır, reklamsal ve şebeke ölçeğindeki fotovoltaik sistemlerin 2013’teki sekiz büyük market için yayınladığı bilinmektedir.

Avantajları

Güneş pillerinin gelecekte yaygın olarak kullanılmasını cazip kılan temel avantajları şunlardır:

• PV sistemlerin ömrü, maliyetini amorti edecek kadar uzundur.
• Bakımları kolaydır ve bakım masrafları çok azdır.
• Yakıt olarak güneş enerjisini kullandığı için yakıt satın alma ve nakliye maliyeti yoktur. Ayrıca yakıt piyasasına bağımlılığı olmadığı için maliyet değişimlerinden etkilenmez.
• Çevreye zararlı bir atık bırakmazlar ve sessiz çalışırlar.−
• Sistem bileşenlerinin birçoğu taşınabilir bir yapıya sahiptir.
• Wattdan birkaç Kilowatt’a kadar geniş bir güç bölgesinde uygulanabildiği gibi istenildiği takdirde sistemin genişletilebilme imkanı da vardır.
• Kırsal kesim gibi elektrik şebekesinin ulaşmadığı bölgelerde, binaların, arabaların, yatların üzerinde küçük birimler halinde kullanılabilme imkanları vardır.
• Hareket eden parçası olmadığı için bir jeneratöre göre daha az arıza yapar. Orta büyüklükteki bir sistemdeki bir modül ya da batarya arızalandığı takdirde ise sistemin bütünü etkilenmez ve çalışmaya devam eder.
• Jeneratörlerle karşılaştırıldığında ilk yatırım maliyeti yüksek olmasına karşınuzun süreli kullanımlarda, yakıt ve bakım masraflarından dolayı onlardan daha az maliyetli olmaktadır.
• Üretilen elektrik bataryalarda depolandığı için istenildiği zamanda ve miktarda kullanılabilme serbestliği vardır oysa bir tek ampul ihtiyacı için bile bir jeneratörün çalışması gereklidir.
• PV sistemlerde tesisat ve kablolama işlemlerinin elektrik kanunlarına uyma zorunluluğu olmadığı için maliyetleri düşüktür.
• Enerjinin üretildiği yerle tüketildiği yer arasında uzun mesafeler olmadığı için enerjinin taşınması sırasında oluşabilecek kayıp miktarı oldukça azdır.
• Sistem, istenildiği takdirde sökülüp kaldırılabilme imkanını verir.

Dezavantajları

Çok sayıda avantajı olması karşın, PV sistemlerin diğer elektrik üreten sistemlere göre aşağıda sıralanan dezavantajları da mevcuttur:

• İlk yatırım maliyeti yüksektir.
• Yüksek güç gerektiren motorlar ve ısıtma sistemleri için ekonomik değildirler.
• Güneş enerjisini elektriğe dönüştürme oranı düşüktür bu nedenle geniş alanlara ihtiyaç duyar.
• Sistemin üretim potansiyeli mevsimsel ve günlük hava değişikliklerden etkilenmektedir.
• Şebeke bağlantısının olmadığı durumlarda depolama ihtiyacı vardır.
• Doğru akım ürettiklerinden, üretilen elektriğin kullanıma uygun hale gelmesi için alternatif akıma dönüştürülmesi gereklidir.
• Şebeke elektriğine göre pahalıdır.

Düzenlemeler

Standardizasyon

Fotovoltaik sistemlerin kullanımındaki artışla birlikte ve fotovoltaik sistemlerin gücünün yapılara ve genel standartların değerindeki artış amacıyla dağılımının tedarik edilmesi konularında fotovoltaik bileşenler ve sistemler için bu tanım gereklidir. Bu standartlar International Electrotechnical Commission (IEC) tarafından derlenmişlerdir ve verim, dayanıklılık, pillerin güvenliği için, modüllere, simülasyon programlarına,fiş bağlantılarına ve kablolara, montaj sistemlerine, tüm redresör verimlerine vb. uygulanmaktadırlar.

Planlama ve yetki

Uluslararası Elektrik Kodu olan 690 makalesi fotovoltaik sistemlerin kurulumu için rehberlik etmişlerdir, bu rehberler bölgesel kurallar ve düzenlemelerin yerine geçmiş olabilirler. Genellikle bir yetki planın gerektirdikleri plan bildirmeleri ve yapı hesapları içimn önceden çalışmaya başlamış olabilir. Ek olarak, birçok bölgeler lisanlı elektrikçilerle beraber gerçekleştirmeleri gereken performanslar üzerinde çalışmak zorundadırlar. Herhangi uygulanabilir kurallar veya düzenlemelerle birlikte uygunluğunu sağlamak için bölgesel şehirlerin kontrolü yapılabilir. Amerika’da AHJ tarafından tasarımlar ve konuların yetkileri yeniden gözden geçirilecektir., daha öncesinde yapım aşaması yasalar tarafından kabul edilmiştir. Elektriksel yenilikler yapılan çalışmalara razı olmaktadırlar ve bunun yanı sıra NEC ile birlikte standartları belirlemelidir. Ayrıca AHJ tarafından konbtrol edilmiş yapı kodları, elektrik kodları ve yangın güvenlik kodları belirlenmiştir. Yetki sınırları test edilmiş, listelenmiş, sertifikası verilmiş ve etiketlenmiş ekipmanlara en az bir kez NRLT tarafından yapılan testten geçmiş olması gerekmektedir. Karmaşık donanım sürecinin yanı sıra, son yapılan listede güneş uzmanları büyük çoğunluğun yeniliklerinin 2000 yılından itibaren bulunduğunu söylemektedir.

Uluslararası düzenlemeler

İngiltere

Uluslararası Elektrik Kodu olan 690 makalesi fotovoltaik sistemlerin kurulumu için rehberlik etmişlerdir, bu rehberler bölgesel kurallar ve düzenlemelerin yerine geçmiş olabilirler. Genellikle bir yetki planın gerektirdikleri plan bildirmeleri ve yapı hesapları içimn önceden çalışmaya başlamış olabilir. Ek olarak, birçok bölgeler lisanlı elektrikçilerle beraber gerçekleştirmeleri gereken performanslar üzerinde çalışmak zorundadırlar. Herhangi uygulanabilir kurallar veya düzenlemelerle birlikte uygunluğunu sağlamak için bölgesel şehirlerin kontrolü yapılabilir. Amerika’da AHJ tarafından tasarımlar ve konuların yetkileri yeniden gözden geçirilecektir., daha öncesinde yapım aşaması yasalar tarafından kabul edilmiştir. Elektriksel yenilikler yapılan çalışmalara razı olmaktadırlar ve bunun yanı sıra NEC ile birlikte standartları belirlemelidir. Ayrıca AHJ tarafından konbtrol edilmiş yapı kodları, elektrik kodları ve yangın güvenlik kodları belirlenmiştir. Yetki sınırları test edilmiş, listelenmiş, sertifikası verilmiş ve etiketlenmiş ekipmanlara en az bir kez NRLT tarafından yapılan testten geçmiş olması gerekmektedir. Karmaşık donanım sürecinin yanı sıra, son yapılan listede güneş uzmanları büyük çoğunluğun yeniliklerinin 2000 yılından itibaren bulunduğunu söylemektedir.

Amerika Birleşik Devletleri

Amerika’daki birçok topluluklar fotovoltaik sistem kurmak için yetkiye ihtiyaç duymaktadırlar. Şebeke bağlantılı sistemler normalde lisanslı elektrikçilerin yardımıyla sistemle şebeke bağlantılı kablolu bina arasında bağlantı kurmaktadırlar. Kurucular bu vasıflarla beraber her bölgede bulunabilirler. Kalifornia eyaletinde ev sahiplerinin birleşmesi güneş cihazları tarafından yasaklanmıştır.

İspanya

İspanya’nın %20 enerjisini fotovoltaiklerle kullanılması Huelva ve Sevilla’da her yıl 3000 güneş yılı ile övünç duyulmaktadır. Bunlardan şebekeyle bağlantılı olanlardan 30 milyon euro para cezası kesilmektedir.

Kaynakça

1. Beckers, J.M. (1993). "Adaptive Optics for Astronomy: Principles, Performance, and Applications". Annual Review of Astronomy and Astrophysics 31 (1): 13–62. Bibcode:1993ARA&A..31...13B. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.000305
2. Booth, Martin J (15 Aralık 2007). "Adaptive optics in microscopy" (PDF). Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 365 (1861): 2829–2843. Bibcode:2007RSPTA.365.2829B
3. Booth, Martin J.; Schwertner, Michael; Wilson, Tony; Nakano, Masaharu; Kawata, Yoshimasa; Nakabayashi, Masahito; Miyata, Sou (1 Ocak 2006). "Predictive aberration correction for multilayer optical data storage" (PDF). Applied Physics Letters 88 (3): 031109. Bibcode:2006ApPhL..88c1109B. doi:10.1063/1.2166684.
4. Roorda, A; Williams, DR (2001). "Retinal imaging using adaptive optics". In MacRae, S; Krueger, R; Applegate, RA. Customized Corneal Ablation: The Quest for SuperVision. SLACK, Inc. pp. 11–32. ISBN 1-55642-625-9.
5. "Improved Adaptive Optics Mirror Delivered". ESO Announcement. Erişim tarihi 6 Şubat 2014.
6. "'Adaptive optics' come into focus". BBC. 18 Şubat 2011. Erişim tarihi 24 Haziran 2013.
7. Joe Palca (24 Haziran 2013). "For Sharpest Views, Scope The Sky With Quick-Change Mirrors". NPR. Erişim tarihi 24 Haziran 2013.
8. Watson, Jim. Tip-Tilt Correction for Astronomical Telescopes using Adaptive Control (PDF). Wescon – Integrated Circuit Expo 1997.