Dünyadan yaklaşık 150 milyon km uzaklıkta yer alan ve yeryüzündeki her türlü yaşamın kaynağı olan güneş , sahibi olduğu devasa enerjinin sadece 2 milyarda birini yeryüzüne ulaştırır.Buna rağmen güneşin yer yüzüne 1 saatte sağladığı enerji miktarı , yeryüzünde bir yılda tüketilen toplam enerji miktarına eşittir. Güneş saniyede 3.86x10²⁶  Joule’luk enerji çıktısı sağlar (3.86x10²⁰ MW) ve bu enerjiyi sağlayabilmek için Kütle-Enerji eşdeğerliği (e=mc²) uyarınca saniyede yaklaşık 5 milyon ton kütle kaybeder.Bir başka deyişle güneş , sahip olduğu kütlesinin yaklaşık 100 milyarda birini 1 yılda kaybetmektedir.Böylesine büyük bir enerji ancak çekirdek tepkimeleri yoluyla açığa çıkabilir.Bu tepkimeler içinde en önemlisi çekirdek birleşmesi (Füzyon) zinciridir.Bu tepkime zincirinde , her birinin çekirdeği bir protondan oluşan iki hidrojen atomu , kaynaşarak bir döteryum (Ağır hidrojen) atomu oluşturur.Bu tepkime zinciri sonunda hidrojen atomları helyum atomlarına dönüşür ve çok büyük bölümü gamma ışını biçiminde olmak üzere büyük bir enerji açığa çıkar.Güneş yüzeyinin her bir m2’inden bir saniyede salınan enerji miktarı 62 milyon Joule (62MW veya 62.000 kW)‘dur.Güneşin yüzeyinden salınan enerjinin bu denli yüksek olmasına karşın atmosferin dış katmanlarına ulaşabilen enerji miktarı 1.370 W/m² mertebesindedir.Bu miktarın da %16’sı atmosfer tarafından soğurulur , %6’sı ise geri yansıtılır.Dolayısıyla yeryüzüne , deniz seviyesindeki bir yere ulaşabilen ışınım enerjisi , bulutun olmadığı varsayımıyla an fazla 1.000 W/m²’dir.Bulutlar ışığı %20 oranında yansıtır ve %16 oranında da soğururlar.Bu nedenle bulutlu havalarda yeryüzüne ulaşabilen ışığın enerjisi önemli ölçüde düşer.

Güneşten yayılan farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik rasyasyonun bütünü Elektromanyetik Güneş Spektrumu olarak isimlendirilir.Bu spektrumda güneş ışınımı , dalga boylarına ve sahip oldukları enerjilerine göre sıralanır.Temel gruplar şu şekilde ifade edilir:

*Gama Işınları (En kısa dalga boyuna ve en yüksek enerjiye sahip)

*X-Işınları

*Ultraviole (morötesi) Işık

*Görünür (visible) Işık

*Infrared (kızılötesi) Işık

*Mikrodalgalar

*Radyo Dalgaları (En uzun dalga boyuna ve en düşük enerjiye sahip)

Bu spektrumda Görünür Işık son derece dar bir bölümde yer almasına karşın güneşten yeryüzüne ulaşan elektromanyetik radyasyonun yaklaşık %44’ü Görünür Işık tan oluşur.

GAMA IŞINLARI

En yüksek foton enerjisine ve en yüksek frekansa sahip ışınlardır.Buna mukabil en küçük dalga boylarına sahiptirler.Gama Işınları nükleer reaksiyonlarla da üretilebilirler.Dünya atmosferi tarafından soğurulurlar fakat atmosferin farklı derinliklerine kadar nüfuz edebilmektedirler.Yüksek enerjilerine rağmen pencere camını geçemezler.

X-IŞINLARI

Gama Işınlarından daha uzun dalga boyuna , fakat daha düşük enerji ve frekansa sahip ışınlardır.X-Işınları da nükleer tepkimelerle elde edilebilirler.Güneş yüzeyindeki fırtınalarda yoğun şekilde bulunurlar.X-Işınları , dünya atmosferini geçemezler.Düşük yoğunluklu cisimlerden kolaylıkla geçerler.Fakat yüksek yoğunluklu cisimler tarafından soğurulurlar.Bu özelliğiyle tıp’ta kullanım alanı bulur.

ULTRAVİOLE (Morötesi) IŞIK

X-Işınlarından daha uzun , fakat görünür ışığın dalga boyundan daha kısa dalga boyuna sahiptirler.Gözle görülmezler , %97’si Ozon tabakası tarafından bloke edilir.Ancak diğer %3’lük oran bile , uzun süre maruz kalındığında insan derisinin hasar görmesine yol açabilir.

GÖRÜNÜR (Visible) IŞIK

İnsan gözünün görebildiği dalga boyuna sahip ışıktır.Aynı zamanda görünürlüğün algılanmasından da sorumludur.Dalga boyu , Ultraviole ile Infrared arasındadır.Görünür Işık , foton adı verilen küçük enerji paketçikleri ile taşınır , yayılır ve soğurulur.Hem parçacık ve hemde dalga özelliği sergiler.Işığın görünür olup olmaması , ışınımın elektromanyetik radyasyonunun dalga boyu ile doğrudan ilgilidir.

INFRARED (Kızılötesi) IŞIK

Görünür ışıktan daha uzun dalga boyuna sahip elektromanyetik ışınım.Güneşten yeryüzüne ulaşabilen enerjinin büyük kısmı Infrared Işık formundadır.Deniz seviyesinde her 1 m2’ye ulaşabilen 1000 Watt’lık enerjinin 523 Watt’lık kısmı Infrared radyasyondan kaynaklanır.445 Watt’lık kısmın kaynağı Görünür Işık , 32 Watt’lık kısmın kaynağı ise Ultraviole Işıktır.Soğurulan ve yayılan Infrared Radyasyonu arasındaki denge , yeryüzünün iklimi üzerinde kritik etkiye sahiptir.

MİKRODALGALAR

…………….

…………….

RADYO DALGALARI

En uzun dalga boyuna , buna mukabil en düşük enerji seviyesine sahip Elektromanyetik Işınım türüdür.Diğer tüm Elektromanyetik Dalgalar gibi ışık hızıyla hareket ederler.Doğal yol ile oluşan Radyo Dalgalarının kaynağı güneş ışığıdır.Yapay olarak ta üretilebilen Radyo Dalgaları ; haberleşme , radyo yayını , radar , bilgisayar ağları gibi yerlerde uygulama alanı bulur.              

Kaynağı güneş ışığı olan ve pasif ısıtma yöntemleri de dahil enerjisini güneşten alan her türlü sistemin ortak adıdır.Güneş ışığının ısı enerjisinden faydalanarak su ısıtma , ışığından yararlanarak fotovoltaik sistemler aracılığı ile direkt Işık-Elektrik çevrimi , parabolik odaklama sistemi kullanarak suyun buharından yararlanmayı hedefleyen PTC (Parabolic Trough Collectors) sistemleri , yansıtıcı aynalar kullanarak güneş ışığını bir kulenin tepesine odaklamak suretiyle buhar üreten ve bunu enerji üretiminde kullanan sistemler Solar Enerji Sistemleri olarak mütaala edilirler.Fotovoltaik sistem , bunlardan sadece biri olmakla birlikte yapısı itibariyle ve işlevinin tamamen farklı olması nedeniyle diğerlerinden ayrılır.Katı Hal Fiziğinin (Solid State Physics) çok önemli bir bulgusu olan Fotoelektrik Etki (Photoelectric Effect) temeline dayanan ve ışık enerjisini direkt olarak elektrik enerjisine çeviren fotovoltaik sistemler , Solar Enerji Sistemleri içinde özel bir yere sahiptir.

Fotovoltaik etki yoluyla ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren sistemlerin en temel yapısıdır.Güneş ışığına maruz kaldığı zaman ; akım , voltaj , direnç gibi tüm elektriksel karakteristikleri içeren yapısıyla , herhangibir dış potansiyel farkına gerek olmaksızın sadece ışık etkisiyle bir akım üretebilen aygıtlardır.SolarCell olarak isimlendirilmeleri , bu aygıtların güneş ışığını kullanarak elektrik enerjisi üretmesinden kaynaklanır.Ancak bu hücreler güneş ışığının haricindeki yapay ışık kaynakları ile de çalışabilirler.Bu nedenle bu hücrelerin fotovoltaik hücre olarak genel bir ifadeyle tanımlanması daha doğrudur.Fakat kullanılan esas ışık kaynağının güneş olması nedeniyle SolarCell olarak tanımlanması , özel bir ifade olmasına rağmen doğru bir tanımlamadır.

Işığın , çarptığı yüzeylerden elektron koparması olarak tanımlayabileceğimiz Fotovoltaik Etki ilk olarak 1839 yılında Fransız fizikçi A.E.Becquerel tarafından keşfedilmiştir.Bu buluş SolarCell teknolojisinin başlangıcı olarak kabul edilmekle birlikte bugünkü anlamda ilk modern güneş hücresi 1954 yılında ABD’deki Bell Laboratuvarlarında üç araştırmacı ; G.Pearson , C.Fuller ve D.Chapin tarafından keşfedilmiştir.Güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine çeviren bu ilk cihaz bir silikon esaslı güneş hücresiydi ve % 4 gibi bir verime sahipti.Kısa bir süre içinde verim % 6 ‘ya yükseltildi fakat maliyet her bir Watt için 1000 $ gibi çok yüksek düzeydeydi.Bu nedenle uzun yıllar pratik bir uygulama alanı bulamamıştır.Ancak 1958 yılından itibaren uzay teknolojisinin gelişimine paralel olarak uyduların tek enerji kaynağı olarak kullanılması , SolarCell’i yeniden gündeme taşımaya yetmiştir.Sözkonusu dönemde SolarCell teknolojisinin gelişmesine öncülük eden kuruluş Hoffman Electronics olmuştur ve silikon SolarCell verimini önce %9’a , daha sonra %10’a , 1960 yılında %14’te yükseltebilmiştir.Uzay teknolojisi gibi çok özel uygulamaların haricinde endüstriyel uygulamaları hedefleyen ve bu amaçla ilk silikon SolarCell fotovoltaik modülünü 1963 yılında üreten firma ise Japon Sharp Corporation olmuştur.Silikon SolarCell’den sonra farklı elementlerin bileşikleri kullanılarak üretilen güneş hücreleri zamanla geniş çaplı kullanım alanı bulmuştur.Bunlardan Gallium-Arsenide (GaAs) , 1970 yılında Rus fizikçi Z.Alferov tarafından yapılmıştır.1976 yılında ilk amorf silikon hücre düşük maliyetle üretilebilmiştir.İlk Thin-film SolarCell , Copper Sulphide (Cu₂S) ve Cadmium Sulphide (CdS) kullanılarak 1980 yılında üretilmiştir.Daha sonra Thin-film teknolojisindeki gelişmeye paralel olarak Cadmium-Telluride (CdTe) , Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) , Copper Indium Diselenide (CIS) hücreler üretilmiştir.Tüm bunlara rağmen bugünkü pazara hakim olan fotovoltaik modüller monokristal ve polikristal esaslıdır. Kullanım oranları %93 silicon SolarCell , %6 Thin-film , %1 diğerleri şeklindedir.

Silikon esaslı bir SolarCell aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

a)En üstte koruyucu cam

b)Şeffaf kaplama

c)Soğurucu tabaka

d)Negatif elektrod

e)N-tipi silikon

f)N-P bileşim yüzeyi

g)P-tipi silikon

h)Pozitif elektrod