Yenilenebilir kaynakların enerji eldesinde kullanımı, iklim değişikliği ve hava kirliliğiyle mücadele etmenin en etkili yoludur. Son yıllarda yenilenebilir enerji toplayıcıları, çeşitli çevresel kaynaklardan kirlilik üretmeden elektrik elde etmek için gündemde yer almaktadır. Diğer enerji kaynaklarının yanı sıra; düşük bakım maliyetleri, düşük karbon ayak izi ve tükenmez kaynak gibi sayısız avantajlarından dolayı güneş hücreleri en öne çıkan adaydır. Ancak güneş enerjisi toplayıcıları, iklim ve coğrafi konum gibi bazı zorluklarla karşı karşıyadır ve bu da güneş enerjisinin verimliliğine ve uzun ömürlülüğüne zarar verebilmektedir.
Opto-Electric Science dergisinde yayımlanan bir çalışmada, araştırmacılar bu sorunu çözmek için geleneksel güneş panellerinden daha sürdürülebilir ve verimli olan güneş pili tabanlı hibrit enerji toplayıcılarının bir değerlendirmesini yapmışlardır. Aralarında triboelektrik nanojeneratörler (TENG‘ler), piezoelektrik nanojeneratörler (PENG‘ler) ve termoelektrik jeneratörlerin (TEG‘ler) bulunduğu güneş pili tabanlı hibrit enerji toplayıcıların (SCHEH‘ler) şu anda en çok araştırılan ve en iyi seçenekler olduğunu göstermişlerdir1.
Fotovoltaik hücreler olarak da bilinen güneş pilleri, fotovoltaik etki yoluyla güneşten gelen enerjiyi doğrudan elektriğe dönüştürür. Güneş pili güneş ışığına maruz kaldığında, güneş pilindeki yarı iletken ışık enerjisini emerek elektron (-) ve boşluk (+) çiftleri oluşturur. Bu yükler daha sonra elektrotlara taşınarak elektrik akışına yol açar.
TENG’ler iki farklı dielektrik malzeme arasında sürtünme sırasında oluşan statik elektriği elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardır. Triboelektrik etki tabanlı nanojeneratörler yaygın olarak insan hareketlerinden elde edilen enerjinin kullanılmasında da rol oynamaktadır. Elastik şerit bazlı bir TENG’in insan hareketlerinden elde edilen enerji toplamak için daha iyi olduğu düşünülmektedir. Şerit genişliği deformasyon frekansı ve genliğin optimizasyonu ile çıkış akımı 55 µA, çıkış voltajı 840 V ve çıkış gücü 7,33 mW’a ulaşmıştır2.
Piezoelektrik nanojeneratörler mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürmenin bir başka yoludur. Piezoelektrik etki, uygulanan mekanik stres veya gerilmeye yanıt olarak elektrik üreten belirli malzemelerin özelliğidir. Bu etki, TENG’lere benzer şekilde, güneş paneli üzerindeki yağış ve rüzgârdan mekanik enerji elde edilmesini ve panellerin elverişsiz koşullarda bile etkin çalışmasını sağlar ve tüm hava koşullarında sürdürülebilir yenilenebilir enerji elde etmemizi mümkün kılmaktadır3.
Termoelektrik jeneratörler (TEG) ise güneş panellerindeki oluşan doğal ısının elektriğe dönüştüren sistemlerdir. Bu nedenle, maksimum verimlilik için güneş panellerine tamamen entegre olan tek uygulanabilir sistemdir. Bununla birlikte, bu sistem büyük ölçüde güneş panellerinin ısı üretimine dayanır. Bu nedenle yalnızca güneş panelini güçlendirebilir ve ihtiyaç halinde bağımsız olarak çalışamaz. TEG ayrıca son birkaç yıl içerisinde sıfır emisyon, hareketli parça olmaması, ölçeklendirilebilirlik ve dayanıklılık gibi avantajları sunan çevre dostu bir çözümdür2.
Genel olarak, SCHEH‘ler enerji dönüşümünü optimize etmek ve enerji hasat sistemlerinin çok yönlülüğünü artırmak için oldukça umut verici bir yaklaşım sunmaktadır. Bu sistemler, güneş pili teknolojisinin avantajlarını diğer çeşitli enerji panelleriyle entegre ederek; kendi kendine güç sağlayan sistemler, uzaktan izleme ve akıllı ulaşım uygulamaları gibi çeşitli uygulamalarda sürdürülebilir ve verimli enerji üretimine önemli katkılar sağlamaktadır. Bu gelişmelere rağmen hibrit güneş enerjisi hasat sistemlerinin kullanımı maliyet ve enerji bakımından kârlı olmadığından üzerinde daha çok çalışılması ve geliştirilmesi gerekmektedir.
Kaynaklar
- https://techxplore.com/news/2023-09-scientists-explore-solar-cell-based-hybrid.html
- Xiao, T., Tu, S., Liang, S., Guo, R., Tian, T., & Müller-Buschbaum, P. (2023). Solar cell-based hybrid energy harvesters towards sustainability. Opto-Electronic Science, 2(6), 230011-1.
- Vatansever, D., Hadimani, R. L., Shah, T., & Siores, E. (2013). Hybrid photovoltaic-piezoelectric flexible device for energy harvesting from nature. Advances in Science and Technology, 77, 297-301.