1974-1975 yıllarında dünyada ilk büyük petrol
krizinin baş göstermesi, özellikle sanayileşmiş ülkeleri,
başka enerji kaynaklarına yöneltmiştir.

İlk zamanlarda sadece değişen damak tadı için
enerji kullanan insanoğlu, 16.yüzyılın baslarında
kömürün, 19. yüzyılın ikinci yarışında petrolün ve 20.
yüzyılın baslarında da doğalgazın keşfi ile daha çok enerji
tüketmeye başlamıştır.

Bu üç fosil kökenli enerji kaynaklarının
kullanımının artması küresel ısınmayı beraberinde
getirmiştir.

Sanayileşmiş ülkelerin yöneldiği enerji
kaynakları şöyle sıralanabilir:
• Güneş,
• Rüzgâr,
• Biyokütle,
• Biyogaz,
• Hidrojen.

Özünde güneş enerjisi olmayan enerji türleri
şöyle sıralanabilir:
• Nükleer,
• Jeotermal,
• Gel-git.

Yeryüzüne güneşten bir yılda gelen enerji,
dünya’da bulunan ve yenilenemeyen fosil (kömür, petrol,
doğalgaz) ve uranyum rezervlerinin sağlayacağı toplam
enerjiden fazladır.

Güneş, dünyaya yaklaşık olarak 150 milyon km
uzaklıktadır.

Güneşin çapı dünyanın 109 katıdır.

Güneşin kütlesi dünyanın kütlesinin 330 bin
katıdır.

Güneşin merkezindeki yoğunluğu 1,6 x 105
kg/m3’tür.

Güneşin ortalama yoğunluğu 1,4 x 103 kg/m3’tür.

Güneşin merkezindeki sıcaklık 15,7 milyon
°C’dir.

Güneşin yüzey sıcaklığı 5500 °C’dir.

Güneşin kütlesel olarak 3/4’ü hidrojen, kalanının
çoğu da helyumdur.

Güneşin enerjisi, nükleer füzyonla dört hidrojen
çekirdeğinin kaynaşarak helyum çekirdeğine dönüşümü
sonucu açığa çıkan enerjiden oluşmaktadır.

Güneşin, dünyamız dâhil, uzayın dört bir yanına
dağılan enerjisi için kullandığı hidrojen miktarı saniyede
620 milyon tondur.

Yer yüzeyine ulaşan güneş ışığının enerji miktarı,
yer yüzeyinde ihtiyaç duyulan enerjinin, yaklaşık on bin
katıdır.

Yer yüzeyine ulaşan ve çok düşük olan güneş
enerjisinden elektrik enerjisi üretmek için geniş yüzeyli
güneş panelleri kullanılmaktadır.

Deney esnasında dikkat edilmesi gereken
güvenlik önlemleri şöyle sıralanabilir:
• 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 e 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 pilleri çalışma ilkelerine göre türleri şöyle
sıralanabilir:
• Fotodirenç,
• Fotosel lamba,
• Fotovoltaik.

Bunların içerisinde fotovoltaik güneş pilleri
büyük miktarda elektrik üretiminde kullanılırken diğer
ikisi ise elektrik ve elektronik devrelerin açılıp
kapanmasında anahtar olarak kullanılmaktadır

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 seklinde
gerçekleşir.

Doğal olarak, güneşten yararlanmak ve ifade
edilenlerin gerçekleşebilmesi için güneş enerjisinin olması
gerekir. Bu da ancak gündüzleri olabilir demektir.

Güneşten enerjinin bize taşınması,
elektromanyetik dalgalarla olmaktadır.

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 ultraviyole ışını gibi) veya ışının sahip
olduğu dalga boylarına uygun isimlerden esinlenerek
(mikro dalga ve radyo dalgaları gibi) adlandırılmıştır.

Güneşten çıkan elektromanyetik dalgaların
tamamı ışık değildir.

Elektromanyetik dalgalar hem dalga özelliği ve
hem de parçacık (tanecik veya yaygın olarak foton
denmektedir) özelliği gösterirler.

Elektromanyetik dalgaların sahip oldukları dalga
boylarına göre enerjileri vardır. Enerjileri, dalga boyları
büyük olanların küçük, dalga boyları küçük olanların
büyüktür.

Bu durumda ultraviyole ışınının enerjisi ışığın
enerjisinden büyük olacaktır.

Işık olarak tanımladığımız elektromanyetik
dalgaların dalga boyları, 4 x 10-7 ile 7 x 10 -7 metre
aralığındadır.

Güneşten gelen enerjinin %90’ından fazlası
sözünü ettiğimiz dalga boylarındaki ışınlarla
gerçekleşmektedir.

Elektromanyetik dalgalar maddelerle aşağıdaki
şekillerde etkileşime geçmektedir:
• Yansıma,
• Kırılma,
• Soğurulma.

Etkileşimler ışının dalga boylarına önemli ölçüde
bağlı olduğu kadar maddeye de bağlıdır.

Güneş pilleri ile elektrik enerjisi üretmek söz
konusu olduğuna göre; kullanılacak maddenin veya
malzemenin mümkün olduğu kadar güneş ışınlarını
soğurmasını ve soğurulan ışının elektrik akımı meydana
getirmesi istenir.

Güneş pillerinin diğer adı, Fotovoltaik pildir.

Güneş pili yapımında yaygın olarak kullanılan
malzemeler silisyumdan (Si) yapılmışlardır.

Silisyum doğada kum içerişinde 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.

Fotovoltaik güneş pilleri yaklaşık 40 yıldan beri
elektrik üretiminde önemli bir yere sahip olmuştur.

Güneş pillerinden oluşan elektrik santrallerinin
kuruluş anındaki maliyeti yüksek olmasına rağmen,
hareketli mekaniksel elemanları olmaması bakımını
kolaylaştırmakta ve maliyetini düşürmektedir.

Güneş pillerinin verimliliği şunlara bağlıdır
• Havanın bulutlu olmasına veya sisli olmasına,
• Dağ veya binalar ile gölgelenmesine,
• Işığın yaz kış geliş durumlarına,
• Panellerin yerleşim konumlarına,
• Kullanılan yarıiletken malzemeye.

Güneşin en yoğun olduğu yaz aylarında daha
yüksek verimle elektrik enerjisi üretilir.

Güneş pillerinin çalışma verimlilikleri, %10-20
değerlerindedir.

Deneyde kullanacağınız güneş pilleri polikristal
silisyumdan yapılmıştır.

Güneş pilleri dc akım ve dc voltaj üretirler.

Güneş pillerinin seri ve paralel bağlanmasıyla
oluşmaktadırlar.

Güneş panellerinin uygun biçimde bağlanmasıyla
geniş yüzeyler elde edilerek yüksek güç üreten elektrik
santralleri oluşturulmaktadır.

Güneş pillerinin seri olarak bağlanması,
pillerdeki seri bağlanma ile aynıdır. Yani; yan yana
konulan pillerin birinin “–” ucunu diğerinin “+” ucuna
bağlayarak sonunda ilk bastakinin “+” 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 imkânı sağlar.

Sistemde seri olarak bağlanan pillerden biri hasar
görüp çalışmazsa sistem bütün olarak çalışmaz hale gelir.

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 paralel 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 ise yaramaz olması
durumlarında bile devreyi en son bir tanesinin besleyebilir
olmasıdır.

Deneyde kullanılan araç ve gereçler şöyle
sıralanabilir (S:147, Şekil 6.2):
• Bağlantı kabloları (Mavi, Kırmızı),
• Multimetre,
• Güneş pili,
• Halojen ışık kaynağı,
• Devre tamamlayıcı modüller, (Düz, T-şeklinde,
Köşe, İki yuvalı),
• Destek çubuk ve ayakları.

1000 watt gücünde bir ışık kaynağı
kullanılacaktır.

Akım ölçmeye yarayan cihaz, Ampermetre’dir.

Gerilim ölçmeye yarayan cihaz, Voltmetre’dir.

Devrede iki yuvalı modüle ampermetrenin
bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu akımdır.

Devrede iki yuvalı modüle voltmetrenin
bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu voltajdır.

İki yuvalı modül güneş pili veya pillerinin çıkış
terminalleridir.

Ortam aydınlık olduğundan, ortamdaki uygun
ışınların güneş pili tarafından soğurulup voltaj oluştuğuna
işaret etmektedir.

Bu değer, güneş pilinin uçları arasındaki açık
devre voltajıdır.

Voltmetrenin “V-ohm” yuvasına takılı olan fişi
çıkarıp, “mA” yuvasına takınız. Voltmetre olarak
kullanmış olduğunuz multimetre mili amper bölgesinde
akım ölçebilen bir ampermetreye dönüştürülmüştür.

Bu akım güneş pilinin aydınlatma altında kısa
devre akım değeridir.

Güneş pilleri üzerine düşen ışık miktarı arttığı
için güneş pili devreye daha yüksek bir akım vermektedir.

Voltmetreden okunan bu değer seri olarak
bağlanmış iki pilin çıkış terminalleri arasındaki potansiyel
farktır.

Devreye seri olarak iki pil bağlandığı için açık
devre voltaj değeri yaklaşık iki katına çıkacaktır.

Lamba açıldıktan sonra devreden geçen akımın
yükseldiği görülmektedir.

Bu akım seri olarak bağlanmış olan iki güneş
pilinin kısa devre akımıdır.

Bu voltaj değeri paralel olarak bağlanmış güneş
pillerinin açık devre voltajıdır.

Akımın bu değeri paralel olarak bağlanmış iki
güneş pilinin aydınlatılmış durumda iken devre
terminalleri arasındaki kısa devre akımıdır.

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-?” 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.