Tandem güneş pilleri, enerji üretimini hızlandırmayı vaat ediyor ve aynı miktarda gücü üretmek için daha az panel gerektiriyor.
Dünyanın birçok bölgesinde çatılara ve büyük enerji çiftliklerine kurulan güneş panelleri görüntüsü yaygın hale geldi. Hatta gri ve yağmurlu İngiltere’de, güneş enerjisi elektrik üretiminde önemli bir rol oynamaya başladı. Bu güneş patlaması, iki temel gelişme tarafından desteklenmektedir. İlk olarak, bilim adamları, mühendisler ve endüstrideki insanlar, güneş panellerini milyarlarca üretmeyi öğreniyorlar. Her üretim adımı oldukça uygun maliyetle üretim için titizlikle optimize edilmektedir. İkincisi ve en önemlisi ise panellerin güç dönüşüm veriminin acımasızca artması – yani güneş ışığının ne kadarının elektriğe dönüştürülebileceği bir ölçüdür.
Güneş panellerinin verimliliği ne kadar yüksek olursa, elektrik o kadar ucuz olur. Bu durum insanı şöyle düşündürür: Güneş enerjisinin ne kadar verimli olacağını bekleyebilir miyiz? Ve enerji faturalarımızda bir düzelme olacak mı?
Şu anda ticari olarak mevcut güneş panelleri, güneş ışığının yaklaşık %20-22’sini elektrik enerjisine dönüştürmektedir. Ancak, Nature dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, gelecekte güneş panellerinin, tandem güneş pilleri adı verilen bir teknolojiyi kullanarak %34’e kadar verimliliklere ulaşabileceğini gösterdi. Araştırma, tandem güneş hücreleri için rekor bir güç dönüşüm verimliliği sergiliyor.
Tandem güneş hücreleri nedir? Geleneksel güneş hücreleri, güneş ışığını emmek için tek bir malzeme kullanılarak yapılmaktadır. Şu anda neredeyse tüm güneş panelleri silikon – mikroçiplerin çekirdeğinde bulunan aynı malzemeden yapılmıştır. Silikon olgun ve güvenilir bir malzemedir, ancak verimliliği yaklaşık %29 ile sınırlıdır. Bu sınırlamayı aşmak için, bilim adamları, daha fazla Güneş enerjisinin yakalanabilmesi için iki güneş malzemesini üst üste koyan tandem güneş hücrelerine yönelmiştir.
Yeni bir Nature makalesinde, enerji devi LONGi’deki bir ekip, silikon ve perovskit malzemelerini birleştiren yeni bir tandem güneş hücresi hakkında bilgi verdi. Güneş ışığını daha iyi toplayabildikleri için yeni perovskit-silikon tandem, dünya rekoru olan %33,89 verimliliğe ulaşmıştır.
Perovskit güneş malzemeleri, yaklaşık iki yıl önce keşfedilmiş olmalarına rağmen, kurulu silikon teknolojisinin ideal tamamlayıcısı olarak ortaya çıktı. Sırrı, ışık emme ayarlanabilirliğindedir. Perovskit malzemeler, yüksek enerjili mavi ışığı silikondan daha etkili bir şekilde yakalayabilir. Bu şekilde enerji kayıpları önlenir ve toplam tandem verimliliği artar. III-V yarı iletkenler olarak adlandırılan diğer malzemeler de tandem hücrelerde kullanılmış ve daha yüksek verimlilikleri başarılmıştır. Ancak, bunların üretimi zor ve pahalı olduğundan, sadece odaklanmış ışıkla birlikte küçük güneş hücreleri yapılabilir.
Bilimsel topluluk, perovskit güneş hücrelerine büyük çaba harcamaktadır. Laboratuvarda tek bir hücre için verimliliklerin sadece 10 yılda %14’ten %26’ya yükseldiği bir hızda gelişmeler kaydetmişlerdir. Bu tür ilerlemeler, ultra yüksek verimli tandem güneş hücrelerinin entegrasyonunu mümkün kıldı ve fotovoltaik teknolojinin dünyanın enerji üretimini karbonsuzlaştırması için trilyonlarca Watt’a ölçeklendirilmesine bir yol açtı.
Yeni rekor kıran tandem hücreler, güneş enerjisinin ek %60’ını yakalayabilir. Bu, aynı enerjiyi üretmek için daha az panel gerektiği anlamına gelir, bu da kurulum maliyetlerini ve güneş çiftlikleri için gereken arazi (veya çatı alanı) miktarını azaltır.
Ayrıca, elektrik santrali işletmecileri, güneş enerjisini daha yüksek kar marjıyla üreteceklerdir. Ancak, İngiltere’de elektrik fiyatlarının nasıl belirlendiği nedeniyle, tüketiciler muhtemelen elektrik faturalarında bir fark görmeyeceklerdir. Gerçek fark, alanın sınırlı olduğu ve alanın etkili bir şekilde kullanılması gereken çatı güneş kurulumları düşünüldüğünde ortaya çıkar.
Çatı güneş enerjisinin maliyeti, iki temel ölçüye dayanarak hesaplanır. İlk olarak, çatınıza güneş panelleri kurmanın toplam maliyeti ve ikincisi, panellerin 25 yıllık kullanım süresi boyunca ne kadar elektrik üreteceğidir. Yatırım maliyeti kolayca elde edilebilirken, evde güneş enerjisi üretiminden elde edilecek gelirler biraz daha karmaşıktır. Özellikle maliyetli olduğu dönemlerde ağdan daha az enerji kullanarak tasarruf edebilir ve fazla elektriğinizi bazen ağa geri satabilirsiniz.
Ancak, ağ işletmecileri size bu elektrik için çok düşük bir fiyat ödeyecektir, bu yüzden bazen enerjiyi depolamak ve gece kullanmak için bir pil kullanmak daha iyidir. Tipik bir İngiliz evi için ortalama düşünceleri kullanarak, panel verimliliği %22’den %34’e çıkabilirse, kurulum maliyetini artırmadan elektrik faturalarından elde edilen tasarruflar yılda 558 sterlin (947 ABD Doları) kadar artabilir. Bu, güneş çatıları gri ve bulutlu Britanya’da bile son derece çekici hale getirecek olan %20’lik bir nakit tasarruf artışıdır.
Güneş panellerinin verimliliği ne kadar artarsa, sonuçta enerji o kadar ucuz olur. Fotoğraf: IM Imagery / Shutterstock aracılığıyla The Conversation
Bu yeni güneş panellerini ne zaman satın alabileceğiz? Araştırmalar devam ettikçe, bu teknolojinin ölçeklenmesi ve uzun vadeli dayanıklılığının sağlanması için büyük çaba sarfedilmektedir. Rekor kıran tandem hücreler laboratuvarlarda üretilmektedir ve bir posta pulundan daha küçüktür. Bu yüksek performansın metrekare alanlara çevrilmesi devasa bir zorluktur.
Ancak, ilerleme kaydediyoruz. Geçen ay, perovskit teknolojisinin ön saflarında yer alan güneş paneli üreticisi Oxford PV, yeni geliştirdiği tandem güneş panellerinin ilk satışını duyurdu. İki güneş malzemesinin entegrasyonu ve dayanıklı ve güvenilir panellerin yapılması zorluklarını başarıyla aştılar. Hala %34’lük verimliliklere uzak olsalar da, çalışmaları sonraki nesil güneş hücreleri için umut verici bir yol gösteriyor.
Başka bir düşünülmesi gereken konu ise, tandem güneş panellerinde kullanılan malzemelerin sürdürülebilirliğidir. Güneş panellerinde kullanılan bazı minerallerin çıkarılması ve işlenmesi büyük ölçüde enerji yoğundur. Silikonun yanı sıra, perovskit güneş hücreleri, onları düzgün çalıştırmak için kurşun, karbon, iyot ve brom içeren elementleri gerektirir. Perovskit ve silikonun bağlanması da indiyum içeren nadir malzemeler gerektirmektedir, bu yüzden bu zorlukları ele almak için hala yeterince araştırma yapılması gerekmektedir.
Zorluklara rağmen, bilimsel ve endüstriyel topluluk, otomobillerden binalara ve uçaklara entegre edilebilecek tandem güneş cihazları geliştirmeye kararlı kalmaktadır.
Yüksek verimli perovskit-silikon tandem hücrelere doğru atılan son adımlar, güneş enerjisi için parlak bir gelecek vaat ediyor ve güneşin yenilenebilir enerjiye geçişte daha belirgin bir rol oynamasını sağlıyor. Sebastian Bonilla, Oxford Üniversitesi malzemeleri doçenti
Bu makale, Creative Commons lisansı altında The Conversation’dan yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi okuyun.
News
