Yoğunlaştırıcı fotovoltaik modüller için atmosferde normal şartlar altında oksitlenmeye bağlı verimlilik analizi ve hücre alıcısı geliştirilmesi
Efficiency analysis depending on oxidation under normal atmospheric conditions and cell receiver development for concentrator photovoltaic modules
Yazar: NİHAN DEMİRTAŞ TAYLAN
Danışman: DOÇ. DR. MELİKE BEHİYE YÜCEL ; ÖĞR. GÖR. YUNUS ÖZEN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Alıcılar = Receivers ; Fotovoltaik = Photovoltaic ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems ; Fresnel merceği = Fresnel lens ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş pilleri = Solar cells ; Konsantre etme = Concentrating ; Oksidasyon = Oxidation ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Bu çalışmada, GaInP/GaAs/Ge üç eklemli güneş hücreleri kullanılarak yoğunlaştırıcı fotovoltaik (CPV) panel geliştirilmiştir. CPV panel, her birinin yüzey çapı 2 mm olan 144 adet hücreden ve her bir hücre için birer adet Polydimetilsiloksan (PDMS) polimeriyle oluşturulan Fresnel merceklerden oluşmaktadır. Hücreler, panele alıcılar sayesinde monte edilmiştir. 9 adet hücre 1 alıcı üzerine yerleştirilmiştir. Toplam 16 adet hücre alıcısı bulunmaktadır. Mercekler, güneş ışınlarını hücre üzerine yoğunlaştırdığı için hücre yüzeyinde yüksek sıcaklıklara neden olur. Sıcaklık, güneş hücrelerinin çalışma performansını düşüren bir etkendir. Hücre alıcılarının diğer bir özelliği de hücrelere gelen ısıyı alt katmanlara iletmektir. Bu sayede hücreler verimli çalışabilirler. Bu etkiyi araştırmak ve analiz etmek amacıyla oluşturulan deney düzeneği, bir adet alıcı, bu alıcının üzerine yerleştirilmiş 9 adet hücre ve 9 adet mercekten oluşmaktadır. Solar simulatör ile 1 Güneş altında sıcaklık ölçümleri alındığında, alıcının, hücre yüzeyine düşen ısıyı alt katmanlara ilettiği ve sıcaklığı düşürdüğü gözlenmiştir. Fotovoltaik bir sistemin en değerli malzemesi Güneş hücreleri olsa da, hücrelerin verimli çalışması için kullanılan alıcıların önemi açıktır. Bu sebeple CPV panel tasarımı kadar alıcı tasarımı da geliştirilmeye açıktır. İletkenliği artırıcı malzemeler alıcıları daha da kullanışlı hale getirebilir. Bu amaçla, alıcı yüzeyi, farklı iletken malzemeler ile kaplanmıştır. Malzeme seçimi yapılırken oksitlenme de düşünülmelidir. Olağan atmosfer koşullarında, metal malzemelerin yüzeyinde zamanla oluşabilecek bir oksit tabaka, malzemenin ısı ve elektriksel iletkenliğini bozar. Bu durumda fotovoltaik sistemin verimi düşer. Bu nedenle kullanılan kaplama malzemelerinin ve metal parçaların hem havada oksitlenmeye dirençli hem de pahalı olmayan malzemelerden seçilmesi önem kazanmaktadır. Kullanılan metal malzemeler genellikle Au, Ag, Ni'dir. Geliştirilen CPV panelin solar simulatörle ve Güneş altındaki ölçümleri verimlilikte, dört yıllık bir sürede % 0.1 civarında, ihmal edilebilir bir kayıp olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, Ni'in kaplama malzemesi olarak kullanılması, düşük maliyette yüksek verimlilik elde etme yönünden avantajlıdır. 
Enerji ihtiyacının önemi ve gelişen teknoloji, Güneş hücrelerinin geliştirilmesi çalışmalarını da hızlandırmaktadır. Bu tez çalışmasında gösterildiği gibi, tasarlanan CPV panel, verimlilikteki üstünlüğü ile oldukça ümit vericidir. Ayrıca, standart Si Güneş hücreleri ile oluşturulan panellere göre daha az yer kaplar. Bu avantajları, CPV panellerin geliştirilmesinin önemini göstermektedir.

Abstract:
In this study, a concentrator photovoltaic (CPV) panel has been developed by using GaInP/GaAs/Ge triple junction solar cells. The CPV panel consists of 144 cells, each with a surface diameter of 2 mm, and Fresnel lenses formed with one Polydimethylsiloxane (PDMS) polymer for each cell. Receivers are used to mount cells to the panel. 9 cells have been placed on 1 receiver. In the system, there are 16 cell receiver in total. Lenses cause high temperatures on the cell surface in consequence of the Sun's rays are concentrated on the cell. Temperature is a factor that reduces the working performance of solar cells. Another feature of cell receivers is to transmit the heat coming to the cells to the lower layers. So, cells can work more efficiently. The experimental setup to investigate this effect consists of a receiver and also 9 cells and 9 lenses placed on this receiver. When temperature measurements are made with a solar simulator and under 1 Sun, it has been observed that the receiver transmits the heat falling on the cell surface to the lower layers and it reduces the temperature of the cell. Although solar cells are the most valuable material of a photovoltaic system, the importance of the receivers used for the efficient operation of the cells is obvious; therefore the receivers designs are suitable for improvement as much as CVP panel designs. Materials that increase the conductivity can make receivers even more useful. For this purpose, the receiver surface has been covered with different conductive materials in this study. Oxidation should also be considered to determine the materials. Under the usual atmospheric conditions, Under the usual atmospheric conditions, an oxide film formed over time on the surface of metal materials decays the thermal and electrical conductivity of the material. In this case, the efficiency of the photovoltaic system decreases. For this reason, it is important that the coating materials and metal parts used should be selected for both air oxidation resistant and inexpensive materials. Metal materials used are generally Au, Ag,Ni. Measurements have been made by solar simulator and under the Sun have shown a negligible loss in efficiency, around 0.1 % over a four-years period. As a result, using Ni as a coating material is advantageous in terms of obtaining high efficiency at low cost.
The importance of energy need and developing technology accelerate the researches of solar cells. As shown in this thesis, the designed CPV panel is highly promising because of its superiority in efficiency. It also takes up less space than panels created with standard Si solar cells. These advantages demonstrate the importance of development of CPV panels.