SERİ VE PARALEL BAĞLI GÜNEŞ PİLLERİ

Elektrik ile ilgili yapılan deneylerde şunlara dikkat etmek gereklidir:

• Her şeyden önce elektrik ile ilgili deney yaptığınızı unutmayınız, dikkatli olunuz ve aceleci davranmayınız.
• Deney arkadaşlarınızla uyum içerisinde çalışınız ve deneyleri özverili yapınız.
• Deney devresi tamamen kurulup yetkili öğretim elemanına göstermeden devreye elektrik bağlantısı yapmayınız.
• Elektrik bağlantıları tamamen yalıtılmış olmayabileceğinden hiçbir açık tele ve bağlantıya dokunmayınız.
• Yalıtım malzemeleri eskimiş, yıpranmış ve özelliğini kaybetmiş olabilir. Bu durumu hemen ilgiliye haber veriniz.
• Bir arıza durumunda sakın müdahale etmeye kalkmayınız ve ilgiliye haber veriniz.
• Prizlerden fişleri çıkarmak için kablolarından tutup çıkarmayı denemeyiniz. Fişlerinden tutarak çıkarınız.
• Gereksiz yere elektrik enerjisi tüketmeyiniz.
• Laboratuvar ile ilgili güvenlik panosunu mutlaka okuyunuz.
• Size verilen araç ve gereçleri özenli kullanınız.
• Diğer masalarda deney yapan arkadaşlarınızı tedirgin edici ve onların dikkatini dağıtıcı tavır ve davranışlardan kaçınınız.
• Deneyinizi tamamladıktan sonra, cihazları teslim aldığınız gibi sizden sonra kullanacak olanlara düzenli bırakınız.

Güneş pilleri, güneş enerjisini doğrudan doğruya elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlardır. Güneş pillerini, çalışma ilkelerine göre, fotodirenç, fotosel lamba ve fotovoltaik (veya yarıiletken) güneş pilleri olarak sıralayabiliriz.

Elektrik enerjisine dönüşüm, güneş ışınlarının pilin yüzeyine düşmesi ile pilin çıkış uçları arasında bir potansiyel farkı oluşumu ve bunun sonucu olarak da çıkış uçlarına bir direnç veya elektrikle çalışan bir aygıt bağlandığında devreden akım geçmesi şeklinde gerçekleşir. Doğal olarak, Güneş’ten yararlanmak ve ifade edilenlerin gerçekleşebilmesi için güneş enerjisinin olması gerekir. Bu da ancak gündüzleri olabilir demektir.

Işık tanımı gereği gözlerimizin algılayabildiği elektromanyetik dalgalardır. Işık, elektromanyetik dalgaların görünür bölgesini oluşturur. Bu bölge ve dışında kalan kısım genellikle ışın olarak (x-ışını ve ultraviole ışını gibi) veya ışının sahip olduğu dalgaboylarına uygun isimlerden esinlenerek (mikro dalga ve radyo dalgaları gibi) adlandırılmıştır.

Elektromanyetik dalgalar hem dalga özelliği ve hem de parçacık (tanecik veya foton denilmektedir) özelliği gösterirler. Sahip oldukları dalgaboylarına göre enerjileri vardır. Enerjileri, dalgaboyları büyük olanların küçük, dalgaboyları küçük olanların büyüktür.

Bir madde üzerine gelen ışın:

• yansıyabilir; ayna ve metal yüzeylerde olduğu gibi,
• kırılmaya uğrayarak geçebilir; camdan geçmesi ve yağmurlu havalarda su zerrecikleri tarafından kırılarak gök kuşağının görülmesi gibi,
• soğurulabilir; Güneşin etkisi altında kalan cisimlerin ısınması gibi.

Güneş pillerinin verimliliği, havanın bulutlu veya sisli olması, dağ veya binalar ile gölgelenmesi, ışığın yaz kış geliş durumları, panellerin yerleşim konumlarına ve kullanılan yarıiletken malzemeye bağlıdır.

Güneş pili yapımında yaygın olarak kullanılan malzemeler silisyumdan (Si) yapılmışlardır. Silisyum doğada kum içerisinde bol miktarda bulunmaktadır, ancak bu kumdan saf silisyum elde etmek hem zor hem de pahalı bir işlemdir. Tercihen güneş pillerinde polikristal yapıda olanlar kullanılır. Bu yapıların kullanım süreleri en az yirmi sene olarak öngörülmektedir.

Güneş pillerinin seri olarak bağlanması, pillerdeki seri bağlanma ile aynıdır. Yani; yan yana konulan pillerin birinin “-” ucunu diğerinin “+” ucuna bağlayarak sonunda ilk baştakinin + ucundan ve en sondakinin de - ucundan alınan çıkışlarla devreye potansiyel fark uygulanır.

Bu tür bağlamanın amacı devreye uygulanan potansiyel farkın artmasını sağlamaktır. Çok sayıda güneş pillerinin bu şekilde bağlanması oldukça yüksek gerilim elde etme imkanı sağlar. Bu da yüksek güç demektir. Anlamı; devrede hem yüksek potansiyelin oluşturulduğu ve hem de yüksek akımın olabileceğidir.

Güneş pillerinin bu tür bağlanması, pillerin “+” uçlarının kendi aralarında ve “-“ uçlarının da kendi aralarında bağlanmasıyla gerçekleşir. Bu şekilde bağlanacak pillerin uçları (terminalleri) arasındaki potansiyel farkların ve dirençlerinin hemen hemen aynı olması istenir.

Çok sayıda güneş pillerinin bu şekilde bağlanması, devrede gücün artmasına katkı sağlar. Bu bağlanma biçiminin en önemli avantajı pillerden bir veya birkaç tanesinin bağlantı kablolarının kopması ile devre dışı kalması yahut işe yaramaz olması durumlarında bile devreyi en son bir tanesinin besleyebilir olmasıdır.

Deneyde kullanılan araç ve gereçler ve adetleri şöyledir:

1. Mavi ve kırmızı bağlantı kabloları (2 adet)
2. Multimetre (1 adet)
3. Güneş pili (2 adet)
4. Halojen ışık kaynağı (1 adet)
5. Düz modül (3 adet)
6. T-şeklinde modül (4 adet)
7. Köşe modül (2 adet)
8. İki yuvalı modül (1 adet)
9. Destek çubuk ve ayakları (3 parça)

Deney devresini kurmaya ilk olarak devre tamamlayıcı modülleri birleştirmekle başlanır. İki adet düz devre tamamlama modülünün birbirlerine bağlanması gerekir. Öncelikle bu modüller devrede süreklilik oluşturacak şekilde üstünde belirtilen çizgilere uygun olarak karşı karşıya getirilir. Daha sonra iki düz modülün girinti ve çıkıntıları birbirlerini karşılayacak şekilde birisi yukarıda diğeri aşağıda tutulur, bu noktalardan birbirlerine yavaşça geçirilir ve ek aynı seviyeye getirilir. Böylece her iki modülün beyaz çizgileri birbirlerini tamamlamış olur. (Bkz. Sf. 148, şekil 6.3)

Bu ünite kapsamında yapılacak deneylerde güneş pili veya pillerinin çeşitli bağlanma biçimlerindeki işlevleri, kısa devre akımını (iki yuvalı modüle ampermetrenin bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu akımdır) ve açık devre voltajını (iki yuvalı modüle voltmetrenin bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu voltajdır) ölçerek belirlenecektir. Bu ölçümler için hem dc voltmetre ve hem de dc ampermetre olabilen bir multimetre kullanılacaktır.

Voltmetre olarak kullanılan multimetre taşıma işleminden sonra da devreye bağlanabilir. Multimetre olmasa da devre kurulmuş olmaktadır. Ancak; önemli bir durum söz konusudur. Bu durum, devrede yer alan iki yuvalı modüle güneş pili ile çalıştırılmak istenen cihazın bağlanabilecek olmasıdır. Bir başka ifadeyle, iki yuvalı modül güneş pili veya pillerinin çıkış terminalleridir. (Bkz. Sf. 149, şekil 6.7)

Voltmetrenin “V-Ω” yuvasına takılı olan fişi çıkarılıp, “mA” yuvasına takılır. Voltmetre olarak kullanılan multimetre miliamper bölgesinde akım ölçebilen bir ampermetreye dönüştürülmüştür.

Seri olarak bağlanan iki adet güneş pili devresinde, lamba kapalı durumdayken açık devre voltajı ölçülür. Daha sonra lamba açılarak voltajı tekrar ölçülür. Voltmetreden okunan bu değer seri olarak bağlanmış iki pilin çıkış terminalleri arasındaki potansiyel farktır.

İki güneş pilinin paralel bağlandığı ve multimetrenin voltmetre olarak ayarlandığı devrede, lamba kapalı durumdayken devrenin terminalleri arasında bir voltaj değeri ölçülür ve daha sonra lamba açık duruma getirilir ve devre voltajının değiştiği gözlemlenir. Okunan bu voltaj değeri paralel olarak bağlanmış güneş pillerinin açık devre voltajıdır.

İki güneş pilinin paralel bağlandığı ve multimetrenin ampermetre olarak ayarlandığı devrede, lamba kapalı durumdayken devreden geçen akım ampermetre ile tespit edilir. Daha sonra lamba açık duruma getirilir ve akımda değişikli olduğu gözlemlenir. Akımın bu değeri paralel olarak bağlanmış iki güneş pilinin aydınlatılmış durumda iken devre terminalleri arasındaki kısa devre akımıdır.