Güneş Enerjisine Yeni Bir Bakış: Transparan Güneş Pilleri
Tarih: 6 Haziran 2021
Her yıl Güneş’ten yeryüzüne ulaşan ışığın sahip olduğu enerji miktarı, dünyadaki birincil enerji tüketiminin 7000 ile 8000 katına eşittir. Bu yüksek potansiyelli enerji kaynağı; fosil yakıtlar gibi yenilenemeyen enerji kaynaklarına karşı, özellikle de sürdürülebilir ve temiz olmasıyla büyük bir alternatiftir. Sürekli artan nüfus, sanayi ve teknoloji alanındaki ilerlemeler; enerji ihtiyacında büyük bir artışa neden oldu. Bu yazımızda, oluşan bu ihtiyacı karşılamaya yönelik diğer kaynaklara alternatif olması beklenen, güneş enerjisinin kullanımını farklı bir noktaya taşıyan transparan güneş pillerinden (TSC) bahsedeceğiz. TSC’ yi daha iyi anlatabilmek için öncelikle güneş pili nedir, nasıl çalışır ve transparanlık nedir kısaca bahsedelim.
Güneş pillerinin çalışması fotovoltaik kavramı ile açıklanır. Buna göre silikon gibi yarı iletkenler kullanılarak güneş ışınları absorbe edilir, bunun sonucunda elektronlar daha yüksek enerjili hale geçerek serbest hareket etmeye başlar. Serbest halde bulunan elektronların tek bir doğrultudaki hareketi akım oluşturur. Bu sayede elektrik enerjisi elde edilir.
Transparanlık Kavramı
Fiziksel bir özellik olan transparanlık; aslında hepimizin bildiği gibi, ışığın direkt geçişini sağlayabilen maddedir. Aslında tam da burada bir tezatlık ortaya çıkıyor. Eğer güneş pilleri ışığın absorbe edilmesi ile elektrik enerjisi üretiyorsa o zaman transparan güneş pilleri nasıl çalışıyor? Birinin amacı absorbe etmek iken diğeri geçip gitmesine izin veriyorsa, böyle bir ürün elde etmenin amacı nedir? Bu sorulara cevap verebilmek için transparan güneş pillerini inceleyelim.
Transparan güneş pilleri ışığın dalga boyuna karşı seçici olan ve seçici olmayan olarak ikiye ayrılır. Güneş ışığı; %56 kızılötesi, %7 ultraviyole, %36 görünür ışık, kalanı ise diğer elektromanyetik spektrum aralıklarından oluşur. Dalga boyuna karşı seçici olmayan transparan güneş pilleri; belirli bir transparanlık seviyesine ulaşabilmek için ya bölünmüş opak güneş pilleri şeklinde ya da fotoaktif(ışık etkisiyle kimyasal reaksiyon veren madde) maddelerin inceltilmesiyle veya düşük konsantrasyonda kullanılmasıyla tanımlanıyor. Seçici olanlarda ise ultraviyole (UV) ve yakın kızılötesi (NIR) dalgaları toplanırken, görünür ışığın geçişine direkt izin veriliyor. Bu sayede gözümüzle baktığımızda transparan olan bu maddeler aslında ışığın belli bir kısmını absorbe ederek enerji üretiyor. Burada ortalama transparanlık seviyesi (ATV) kavramına ulaşıyoruz. Seçici pillerde bu oran %50 nin üstüne çıkarken seçici olmayanlarda ise %50 nin altında kalıyor.
Güneş pilleri, daha açık alanlarda daha çok verim sağlar. Örneğin gökdelen gibi binaların yüzeyinin %90' ının, bu pillerin kullanıldığı pencerelerden oluştuğunu varsayarsak, binanın elektrik ihtiyacının %40’ ını sadece bu piller karşılayabilir. Transparan güneş pillerinin genel özelliklerine bakarsak, bu pillerin günlük hayatımızda bir yere sahip olması için yapılması gereken bazı noktalar vardır. İlk olarak; yukarıda da bahsedildiği gibi belli dalga boyuna karşı duyarlı, fotoaktif malzeme bulabilmek gerekiyor. İkinci olarak hem yüksek transparanlık hem de yüksek verimlilikte güneş pilinin üretilmesi gerekiyor. Burada, geçen görünür ışığın kalitesi de önemli bir faktör oluşturuyor. Üçüncü durum ise bu pillerin zarar görmemesi için oluşturulması gereken mimari, yapısal ve iklimsel koşullardan oluşuyor. Dördüncü durum ise kullanılan malzeme ve üretim maliyetinin düşük olmasıdır. Son olarak ise uzun kullanım ömrünün gerekliliği karşımıza çıkıyor. Burada özellikle son iki madde hem potansiyel atık kirliliğinin önüne geçilmesi açısından hem de tüm insanlar için ortak ve adaletli enerji sağlanması açısından çok önemlidir.
Sonuç olarak; sadece bu konuda bile 5–6 yılda çok farklı varyasyonların geliştirilmesinden ve bir bütün olarak güneşten maksimum derecede yararlanılmaya çalışılmasından, yakın gelecekte güneş enerjisinin, diğer enerji kaynaklarına karşı büyük bir rakip olacağı kanıtlanmış oluyor. Özellikle çevresel kirliliğin de beraberinde getirdiği şartlar devletleri ve buna bağlı olarak da endüstriyi yeni kararlar almaya itiyor ve bu da artık bir tercih olarak değil bir zorunluluk olarak dünyanın bu yönde gelişeceğini gözler önüne seriyor. Gelecekte transparan güneş pillerinin daha da gelişmesiyle; bina, araba camları ve hatta telefon gibi elektronik eşyaların ekranında kullanılması öngörülüyor. Bu gelişmelerle kendi kendine yetebilen şehirlerde her birey doğaya zarar vermeden yaşamını sürdürebilecek. Buna şarj istasyonlarına gerek bile kalmadan kesintisiz araba sürüş konforunun sağlanabilmesi gibi birçok örnek verilebilir. Şu an için transparan güneş pillerinde düşük verimlilik ya da saydamlık sorun gibi gözükse de insanlığın ilerlemek için aşamayacağı bir engel değildir.