ATÖLYE ÇALIŞMASI I

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

Güneş’ten enerjinin bize taşınması nasıl olmaktadır? Aslında, “evrenin dört bir yanına iletilmesi nasıl olmaktadır?” diye sormak gerekir. Bu sorulara verilecek en kısa ve uygun cevap “ışık ile olmaktadır” olacaktır. Bu cevap tam olmamakla beraber bir ölçüde doğrudur. Doğru cevap “elektromanyetik dalgalarla olmaktadır” şeklinde olmalıydı. Eksik olarak kabul ettiğimiz cevapta geçen “ışık” da elektromanyetik dalgadır. Ancak; Güneş’ten çıkan elektromanyetik dalgaların tamamı ışık değildir. 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) adlandırılmışır. 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. Örnek olarak, ışık ile ultraviole (morötesi) ışını karşılaştıralım. Ultraviole ışınının dalgaboyu ışığın dalgaboyundan küçüktür. Bu durumda ultraviole ışınının enerjisi ışığın enerjisinden büyük olacaktır. Doğru cevap B şıkkıdır.

Elektromanyetik dalga maddelerle nasıl etkileşmektedir? Sizlerin de gözlemlediği olayları açıklayarak soruya cevabı bulmaya çalışalım.

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

olmak üzere madde ile üç farklı durumda etkileşir. Burada belirtmek gerekir ki; bu etkileşimler ışının dalgaboylarına önemli ölçüde bağlı olduğu kadar maddeye de bağlıdır. Örneğin; bir maddenin ışınla etkileşmesinde, yukarıda sözü edilen üç olaydan birisi görünür bölge ışınları ile oluyorsa, diğer olaylar da bu bölgenin dışında kalan ışınlarla olabilir. Doğru cevap E şıkkıdır.

Güneş pili veya pillerinin çeşitli bağlanma biçimlerindeki işlevlerini 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 belirleyeceksiniz. Bu ölçümler için hem dc voltmetre ve hem de dc ampermetre olabilen bir multimetre kullanacaksınız. Doğru cevap B şıkkıdır.

Güneş pillerinin seri olarak bağlanması, pillerdeki seri bağlanma ile aynıdır. Yani; yanyana 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. Doğru cevap A seçeneğidir.

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. Doğru cevap B şıkkıdır.

Güneş pilleri polikristal silisyumdan yapılmıştır. Piller, Güneş’i temsil eden bir lamba ile aydınlatılacaktır. Güneş pili modülü üzerinde gördüğünüz “+” ve “-” işaretleri pilin çalıştırılması durumundaki polaritesini göstermektedir. Güneş pilleri dc akım ve dc voltaj üretirler. Işın kaynağı ile pil  arasına bir engelin girmesiyle, devre çıkışlarında ölçtüğünüz değerlerin değişimini de gözleyebilirsiniz. Güneş pilleri seri ve paralel bağlanarak önce güneş panellerini ve bunlar da kendi aralarında uygun bağlanma biçimleriyle geniş yüzeyler elde edilerek yüksek güç üreten elektrik santrallerini oluştururlar. Doğru cevap B şıkkıdır.

Ateşin keşfinden sonra insanoğlunun günlük hayatına enerji kavramı girmiştir. İlk zamanlarda sadece değişen damak tadı için enerji kullanan insanoğlu, 16.yüzyılın başlarında kömürün, 19. yüzyılın ikinci yarısında petrolün ve 20. yüzyılın başlarında da doğalgazın keşfi ile daha çok enerji tüketmeye başlamıştır. Bu üç fosil kökenli enerji kaynaklarının kullanımının artması küresel ısınmayı beraberinde getirmiştir. 1974-1975 yıllarında dünyada ilk büyük petrol krizinin baş göstermesi, özellikle sanayileşmiş ülkeleri, başka enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Bunların başında güneş, rüzgar, biyokütle, biyogaz, hidrojen gibi temiz enerji kaynakları gelmektedir. Dünyada kullanılan enerji türlerinden nükleer, jeotermal ve gel-git dışında kalan hangi tür enerji olursa olsun hepsinin özünde güneş enerjisinin olduğu görülür. Yeryüzüne Güneş’ten bir yılda gelen enerji, Dünya’da bulunan ve yenilenemeyen fosil (kömür, petrol, doğalgaz) ve uranyum rezervlerinin sağlayacağı toplam enerjiden fazladır. Doğru cevap D şıkkıdır.

Dünya'mızdan yaklaşık olarak 150 milyon km (kilometre) uzaklıkta bulunan Güneş’in çapı, Dünya çapının 109 katı, kütlesi Dünya'nın kütlesinin 330 bin katıdır. Güneş’in merkezindeki yoğunluğu 1,6x105 kg/m3 (=160 kg/dm3), ortalama yoğunluğu da 1,4x103 kg/m3’tür. Merkezindeki sıcaklık 15,7 milyon °C, yüzey sıcaklığı ise 5500 °C’dir. Güneş’in kütlesel olarak 3/4’ü hidrojen, kalanının çoğu da helyumdur. Güneş’in enerjisi, nükleer füzyonla dört hidrojen çekirdeğinin kaynaşarak helyum çekirdeğine dönüşümü sonucu açığa çıkan enerjiden oluşmaktadır. Güneş’in, Dünya'mız dahil, uzayın dört bir yanına dağılan enerjisi için kullandığı hidrojen miktarı saniyede 620 milyon tondur. Doğru cevap E şıkkıdır.

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. Doğru cevap B şıkkıdır.

İnsanoğlu, 16.yüzyılın başların- da kömürün, 19. yüzyılın ikinci yarısında petrolün ve 20. yüzyılın başlarında da doğalgazın keşfi ile daha çok enerji tüketmeye başlamıştır. Bu üç fosil kökenli enerji kaynaklarının kullanımının artması küresel ısınmayı beraberinde getirmiştir. 1974-1975 yıllarında dünyada ilk büyük petrol krizinin baş göstermesi, özellikle sanayileşmiş ülkeleri, başka enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Bunların başında güneş, rüzgar, biyokütle, biyogaz, hidrojen gibi temiz enerji kaynakları gelmektedir. Doğru cevap C'dir.

Günlük yaşamımızın hemen hemen her anında yer alan ve yararlandığımız elektrik enerjisinin, dikkatli olunmadığı durumda ne kadar tehlikeli olabileceği hususları vurgulanmaktadır. Deneyleri yaparken hep dikkatli olmanız gerektiği söylenmektedir. Çünkü farkında olmadan, deney yapmak için verilen cihazları oyun oynanacak cihazlar gibi değerlendirebilirsiniz. Devrede elektrik enerjisinin, az veya çok, varken size verebilecek zararını tahmin edemezsiniz. E seçeneği yanlıştır bir arıza durumunda müdahale edilmemeli, ilgili kişiye haber verilmelidir. Doğru cevap E'dir.

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. 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 şeklinde gerçekleşir. Doğal olarak, Güneş’ten yararlanmak ve ifade edilenlerin gerçekleşebilmesi için güneş enerjisinin olması gerekir. Bu da ancak gündüzleri olabilir demektir. Doğru cevap D'dir.

Güneş'ten çıkan elektromanyetik dalgaların tamamı ışık değildir. 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. Örnek olarak, ışık ile ultraviole (morötesi) ışını karşılaştıralım. Ultraviole ışınının dalgaboyu ışığın dalgaboyundan küçüktür. Bu durumda ultraviole ışınının enerjisi ışığın enerjisinden büyük olacaktır.

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,

*soğurabilir; Güneş'in etkisi altında kalan cisimlerin ısınması gibi.

olmak üzere madde ile üç farklı durumda etkileşir. Burada belirtmek gerekir ki; bu etkileşimler ışının dalgaboylarına önemli ölçüde bağlı olduğu kadar maddeye de bağlıdır. Örneğin; bir maddenin ışınla etkileşmesinde, yukarıda sözü edilen üç olaydan birisi görünür bölge ışınları ile oluyorsa, diğer olaylar da bu bölgenin dışında kalan ışınlarla olabilir. Buna göre doğru cevap A'dır.

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. Ayrıca; güneş pillerinin % 10-20 verimlilikle çalıştıkları göz önüne alınırsa coğrafik bölgenin önemi de ortaya çıkmaktadır. Doğru cevap D'dir.

Güneş pillerinin paralel bağlanması, pillerin “+” uçlarının kendi aralarında ve “-“ uçlarının da kendi aralarında bağlanmasıyla gerçekleşir. doğru cevap B'dir.

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. Doğru cevap E'dir.

Kısa devre akımı, iki yuvalı modüle ampermetrenin bağlanarak ışık altında güneş pilinin oluşturduğu akımdır. Doğru cevap A'dır.