Güneş enerji sistemleri en popüler doğal enerji sistemlerindendir. Yukarıda bir güneş enerji sisteminde bulunan en temel elamanlar şema halinde sunulmuştur. Güneşten enerji elde etmek için ihtiyaç duyulan güce eşdeğer güneş paneli, güneş panellerinden elde edilen enerjiyi depolamak için bataryalar, bataryaların şarj olmasını kontrol etmek için şarj kontrolerler, Bataryalardan alınan enerji çıkışını ev aletlerimizde kullanılacak seviyeye getiren inverterler kullanmak gereklidir.

Solar Paneller

Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren sistem parçasıdır. Bir güneş enerji sistemi oluştururken öncelikle ihtiyaç duyulan güç hesaplanır ve buna uygun büyüklükte güneş enerji panelleri seçilir.

Şarj Kontrolörler

Bataryalarda şarj aşımı olmasını önler. Doğru bir şekilde şarj edilmesi bataryaların zarar görmesini önleyecek, performansını ve kullanım ömrünü arttıracaktır.

İnverter

Güneş enerji sisteminin en önemli parçalarından biridir. Güneş panellerinden elde edilen 12 volt DC gerilimi 220 volt AC gerilime dönüştürür.Batarya

Elektrik gücünün bir kimyasal reaksiyon formunda saklandığı bölümdür. Depolama yapılmadığı taktirde güneş enerji sistemlerinden sadece güneş varken enerji elde edilebilir.

Güneş Panelleri : Çevre Dostu Elektrik Üreteci

Güneş panelleri güneş ışınlarını herhangi bir zehirli atık salınımı yapmadan ve bakım gerektirmeden elektriğe dönüştürür. Güneş enerji sistemlerinin en uçtaki elemanıdır. Birbirinden bağımsız silikon hücrelerin birleşiminden oluşur. Güneş ışınları bu hücreler üzerine düştüğünde elektronları hareket ettirerek elektrik akımı oluşmasını sağlarlar. Sadece bir silikon hücresi 0.5 volt elektrik üretebilir. Örneğin 40 cm e 80 cm standart bir 12 volt panel birbirine seri bağlı 36 hücre içerir ve çıkış tepe değeri 17 volt civarında olur. Yük altında bu çıkış 12 - 14 volt seviyelerine iner.

Eğer iki solar panel 24 volt çıkış alınacak şekilde konfigüre edilmek istenirse bu iki güneş panelini seri bağlayabiliriz. Böylece 72 hücreden oluşan 24 volt çıkışlı bir sistem elde edilebilir.

Birden fazla solar panel paralel bağlanarak akım kapasiteleri ( dolayısıyla daha fazla güç ) arttırılabilir. Güneş paneli sistemlerinden yüksek voltajlı çıkış almak akımı düşürüceğinden üretilen elektrik enerjisinin daha küçük çaplı kablolarla taşınabilmesini sağlar.

Üç çeşit güneş paneli vardır.

Monokristal solar panel :
Polikristal güneş panelleri :
Amorf solar paneller :
Güneş Panelleri Üzerinde Gölge Oluşumu : Solar panellerin kurulum yapılacağı yeri seçerken özellikle gün ışığı saatlerinde ( 09:00 ile 16:00 arası ) paneller üzerine herhangi bir gölge düşmediğinden emin olunmalıdır. Gölge sadece çıkış gücünü azaltmakla kalmayacak aynı zamanda paneller üzerinde hasarlara da neden olabilecektir. Bazı üreticiler gölgeye karşı dayanıklı ürünler üretselerde güneş panellerinin gölge görmemesine özen gösterilmelidir.

Sıcaklık ve Havalandırma : Bir önceki başlıkta incelendiği gibi güneş panelleri direkt güneş gören ve gölge almayan bir yere kurulmalıdır. Ancak ısı yükselmesi de verimi düşüren diğer bir problemdir. Çünkü solar panellerin verimi ısısı yükseldikçe düşecektir. Paneller monte edilirken herbir panel arasında yeterli havalandırmanın olacağı şekilde boşluk bırakılmalıdır. Aralarındaki bu boşluk sayesinde rüzgar rahatlıkla dolaşabilecek ve doğal soğutma sağlanacaktır.

Neden Şarj Kontrolör Gereklidir ?

Güneşli bir günde güneş panelleri daha fazla voltaj üretecektir. Voltajdaki bu aşırı artış bataryalara zarar verebilmektedir. Şarj kontrolör bataryadaki şarj düzeyini kontrol eder ve herhangi bir aşım durumunda şarjı düzenleyerek bataryaların zarar görmesini engeller

Modern çok evreli şarj kontrolörBirçok kaliteli şarj kontrolörde bilinen 3 şarj seviyesi vardır. Bunlar :
Bulk :
Soğurma :
Rölanti :

Maksimum Güç Noktası İzleme ( MPPT - Maximum Power Point Tracking ) : Yaygın olarak kullanılan birçok eski nesil çok seviyeli şarj kontrolörü PWM ( Pulse Width Modulation - Darbe genişlik modülasyonu ) kullanılır.

 Akım ve gerilimin bu 3 seviyedeki durumu aşağıdaki gibidir.

Ancak yeni nesil MPPT kontrolörler daha iyi sonuçlar vermektedir. Solar panellerin güç çıkışlarını bataryanın voltajı ile eşleştirip maksimum şarjı garanti etmektedir. Örneğin 100 watt lık bir güneş panelinden batarya optimum voltajda olmadıkça 100 watt güç çıkışı alınamaz.

Örneğin bataryalardaki gerilim 12.4 volt olsun ve klasik şarj kontrolörlerden biri kullanılsın. 100 watt bir güneş paneli kullanılıyorsa bu panel 6 amper akım ve 16.5 volt ( 16.5 volt x 6 A = 100 watt ) değerlerine sahiptir.

Bataryadaki gerilim 12.4 volt olduğundan 6 amper akımla sadece 12.4 volt x 6 A = 75 watt enerji depolanabilir. Bu da panelin çıkış gücünden %25 kayıp olduğu anlamına gelir.

MPPT kontrolörler akımı arttırarak bataryaların solar panelden çıkan tüm gücü depolayabilmesini sağlar.

Şarj kontrolörler günş panelleri ile bataryalar arasına konumlandırılır.

Özet : Eğer 4 adet 75 - 80 watt arasında bir solar panel kullanılıyorsa 40 amper değerinde bir şarj kontrolör kullanılmalıdır. Her bir panel 6 amper değerine sahiptir. Bunların toplam çıkışı 6 A x 4 = 24 A olmaktadır. Şarj kontrolörün daha yüksek bir akımda seçilmesinin sebebi güneş ışığının bulut yansıma etkisi sebebiyle çıkışı 24 A olması gereken panellerden 32 A çıkışa sebep olabilmesidir.
 
İnverter

Bataryalarda depolanan elektriğin günlük hayatta kullanılan cihazları çalıştırması planlanıyorsa inverter üniteleri kullanmak gereklidir. Power inverter güneş enerji sisteminin kalbidir. Sadece 12 volt DC voltajı 220 volt AC ye çevirmekle kalmaz aynı zamanda elektrik hattına bağlıysa bataryalarıda şarj edebilir.

Kare Dalga İnverter : En ucuz ve en az tercih edilen inverterdir. Kare dalga verimsizdir ve birçok cihazı çalıştıramaz. Bu tip inverterlerin 500 watt ve daha düşük değerde olan modelleri genelde çok ucuzdur ve otomobillerde kullanılmaktadır. Ancak ev uygulamaları için çok uygun değildir.

Düzeltilmiş Sinüs Dalga İnverteri : Belkide en çok kullanılan ve en ekonomik inverter çeşididir. Gerçek sinüsle kare dalga arasında bir AC dalga formu çıkışı verir. Fiyatları göreceli olarak ucuzdur ve istisnalar olmakla birlikte elektrikli aletler ve bilgisayarların çoğunu çalıştırabilir. Ancak motor hız kontrolü, zamanlayıcı gibi uygulamalar düzeltilmiş sinüs dalga ile iyi bir şekilde çalışmayabilir. Bu tür inverterler özellikle küçük uygulamalar için tavsiye edilir.

Gerçek Sinüs Dalga İnverteri : Bu inverter gerçek bir sinüs dalga çıkışı sağlar. Bu çıkış çoğu zaman normal elektrik şebekesinden daha temiz bir güç çıkışı verecektir. Herçeşit AC uygulamayla beraber çalışır ve en pahalı inverter modelidir. Gerçek sinüs dalga inverteri ile cihazlar daha az enerji harcayarak daha verimli bir şekilde çalışır.

Şebeke Destekli İnverter : Kullanılan şebeke gerilimine ilave olarak güneş enerji sistemi kullanılacaksa kullanılabilir. Bu sistemde güneş enerji sisteminden elde edilen enerji şebekeden çekilen enerjiyi azaltacak hatta güneş enerji panellerinden üretilen enerji ihtiyaçtan fazla ise üretilen fazla enerji elektrik şirketine geri satılabilecektir. Bu sistemde yedek enerji kaynağı olarak elektrik şebekesi kullanılacağından büyük bir batarya sistemi kurmaya gerek yoktur.

Giriş Voltajı : 12 - 24 - 48 volt inverterlerden hangisini kullanmalıyım ?: Giriş voltajına karar verirken solar paneller ile batarya bankası arasındaki mesafe gözününde tutulmalıdır. Yüksek voltaj kullanıldığında düşük amper ve buna bağlı olarak küçük çaplı kablo kullanımı mümkün olur. Ayrıca solar panel, inverter ve bataryaların aynı voltaj değerine sahip olmaları gereklidir.

Birden Fazla İnverter Kullanımı : İki inverter bir arada kullanılabilir ve böylece daha fazla güç veya daha yüksek voltaj elde edilebilir. Eğer iki uyumlu inverter seri olarak bağlanırsa çıkış voltajı iki katına çıkacaktır. Eğer paralel bağlanırsa güç iki katına çıkacaktır.

Bataryalar : Bataryalar güneş enerji sisteminin yakıt tankıdır. Bataryalar olmaksızın sadece güneş olduğu zaman elektrik elde edilebilir. Ancak bataryalar kullanıldığında gün ışığında elde edilen enerjinin fazlası depolanır ve güneşten elektrik elde edilemeyen gece, bulutlu gün gibi dönemlerde kullanılır. 4 temel batarya çeşidi vardır.

1- RV / Marine Tip :
2- Sulu Tip Batarya :
3- Jel Tipi :
4- AGM : : AGM bataryalar güneş enerji sistemleri için en iyi batarya seçimidir. Kurşun plakalar arasında cam yünü benzeri bir malzeme vardır. Sızdırmazdırlar ve şarj sırasında gaz açığa salmazlar, üst düzey performans gösterirler. Jel tipiyle aynı avantajlara sahiptir. Bunun dışında daha yüksek bir kalite sunar, voltaj dengesi daha iyidir, kendi kendine deşarjı daha yavaştır ve daha uzun ömürlüdür. Uçaklarda, hastanelerde, baz istasyonlarında vb yerlerde kullanılır. Kurşun plakalar arasında koyu kıvamlı jel halinde asit vardır. Sızdırmazdırlar bu nedenle jel bataryaların gaz çıkışı yoktur. Gaz çıkışı olmadığından iç ortamda rahatlıkla kullanılabilir. İç ortamda kullanılabilmesi bataryaların daha sabit bir sıcaklıkta muhafaza edilmesini sağlar tabiki bu da bataryaların performansını arttırır. Bu aküde kurşun plakalar arasında sıvı asit bulunur, bu bataryalara düzenli olarak su eklemek gerekir. Uygun fiyatlıdır ve uzun çalışma ömrü vardır. Bütün sulu tip bataryalar şarj olduğunda dışarıya gaz çıkışı yapar. Bu yüzden bu bataryalar iç ortamda kullanılamaz. Eğer bir muhafaza içine kurulmuşsa bir havalandırma sistemi içerideki gazın dışarıya çıkmasını sağlamaladır çünkü açığa çıkan gaz yanıcı-patlayıcı özellik taşır. RV veya marine tip olarak isimlendirilen bu bataryalar en basit anlamda tekne, kampçılar ve diğer çok küçük uygulamalar için kullanılır. Özellikle küçük uygulamalar için kullanılabilir. Ancak devamlı şarj deşarj döngüsü altında uzun yıllar çalışamaz. Soğurma zamanı geçtikten sonra voltaj rölanti değerine düşer ( genellikle 13.4 volt - 13.7 volt ) ve akımda diğer döngü zamanına kadar düşük seviyeye iner. Sistem Bulk voltaj seviyesinde belirli bir zaman ( yaklaşık 1 saat ) çalıştığında akım adım adım düşmeye başlar. Şarjın bulk fazında voltaj aşamalı olarak 14.4 volt - 14.6 volt olan bulk seviyesine yükselir, bataryalar maksimum akımı çeker. Bulk seviyesine erişildiğinde soğurma evresine geçilir.

Gerçek kristal değildirler. Metal veya cam gibi bir materyalin üzerinin ince bir silikon tabakasıyla örtülmesi sonucu oluşuturulurlar. Verimleri ve fiyatları bu yüzden daha düşüktür. Monokristal veya Polikristal güneş panelleriyle aynı enerji çıktısını vermesi için onlardan 4 kata daha fazla alanın kaplanması gerekir. Özellikle çatı vb kapmalama uygulamalarında kullanılır. Multikristal paneller olarakta isimlendirilir. Monokristal panellerden biraz daha ucuzdur ve verimleri biraz daha düşüktür. Monokristal yapı gibi tek bir kristal üzerine değil bir kristal bloğu üzerine yapılandırılırlar. Bu da güneş panellerine kırık cam görüntüsü verir. Diğer üretim aşamaları monokristal yapı ile aynıdır. En verimli ve pahalı güneş panelleridir. Monokristal hücreler ile yapılır. Bu güneş hücreleri çok saf silikonun tek bir kristalin üzerine yapılandırılmasıyla elde edilir. Uzun silikon çubukları 2 - 4 mm kalınlıkta disk şeklinde kesilir ve herbiri ayrı bir hücre olacak şekilde işleme tabi tutulur. Bu hücreler birbirine bağlantılanarak solar panel oluşturulur.