Güneş Enerjisi

NÜKLEER TEKNOLOJİ
BİLGİ PLATFORMU

GÜNEŞ ENERJİSİ

Yenilenebilir (Alternatif) Enerji Kaynağı

Güneşin uzaya yaydığı muazzam enerji aslında güneşin çekirdeğinde gerçekleşen nükleer tepkime (füzyon) süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir. Füzyon; güneşteki 2 hidrojen atomunun yüksek sıcaklık altında birleşmesidir. Bu reaksiyon neticesi Helyum meydana gelirken ciddi bir enerji de açığa çıkar.Işınım şeklinde uzaya yayınan bu ışık (radyasyon) milyonlarca kilometre kat ederek dünyamıza ulaşır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1.370 W/m2 değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1.100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat ve kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir. Bak: Enerji nedir? http://www.nukte.org/node/100

Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir:

  • Isıl Güneş Teknolojileri: Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir. Ancak henüz elektrik konusunda yeterli teknolojik gelişim sağlanamamış olup ticari bir elektrik üretimi YOKTUR.
  • Güneş Pilleri: Foto-voltaik piller de denen bu yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.

Güneş Kollektörleri
Türkiye'de güneş enerjisinin en yaygın kullanımı sıcak su ısıtma sistemleridir. Ülkemizde 2001 yılı için 7,5 milyon m2 civarında olan güneş kolektörü 2006 yılı için 11.5 milyon m2'ye ulaştığı tahmin edilmektedir. Çoğu Akdeniz ve Ege Bölgelerinde kullanılmakta olan bu sistemlerden yılda yaklaşık 420.000 TEP (ton eşdeğer petrol) ısı enerjisi üretilmektedir. Sektörde 100'den fazla üretici firmanın bulunduğu ve 2.000 kişinin istihdam edildiği tahmin edilmektedir. Yıllık üretim hacmi 750.000 m2 olup bu üretimin bir miktarı da ihraç edilmektedir. Bu haliyle ülkemiz; dünyada, kayda değer bir güneş kolektörü üreticisi ve kullanıcısı durumundadır. Avrupa'da ise birinci sıradadır.

Güneş kolektörlerinin ürettiği ısıl enerjinin birincil enerji tüketimimize katkısı yıllara göre aşağıda yer almaktadır. (TEP; Ton Eşdeğer Petrol)

Yıl Güneş Enerjisi Üretimi (bin TEP )
1998 210
1999 236
2000 262
2001 290
2004 375
2007 420

Güneş enerjisinin atmosfer dışındaki ışınım değeri 1.375 W/m2'dir. Güneş enerjisinin yeryüzündeki dağılımı dünyanın şekli nedeniyle büyük farklılıklar göstermekte olup, dünyaya gelen ortalama güneş enerjisi 0 ile 1.100 W/m2 arasında değişir.

Güneş ışınımının tamamı dünyaya ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi tarafından geriye yansıtılır, %50'si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Güneşten gelen ışınımının %20'si ise, atmosfer ve bulutlarda tutulur. Dünyaya gelen bütün güneş ışınımı, sonunda ısıya dönüşür ve uzaya geri verilir.

Düşük sıcaklık (70°C) uygulamalarının en belirgin örneği düzlemsel güneş kolektörleridir. Orta sıcaklık (350-400°C) uygulamasına parabolik oluk kolektörler, yüksek sıcaklığa (800°C) ise, parabolik çanak ve merkezi alıcılar(565 °C) örnek olarak gösterilebilir.

Ülkemizde kullanılan Güneş paneli (kolektörü) ait çalışma prensibini anlatan grafik şekil aşağıda mevcuttur. Genelde evlerimizin çatısına konulan bu kolektörler (2 m2) vasıtası ile bir ailenin sıcak su ihtiyacı rahatlıkla karşılanabilmektedir. Otel ve turizm kompleksleri için çok sayıda kolektör yan yana konularak ihtiyaç duyulan sıcak su sürekli temin edilebilmektedir. Yalıtımlı tanklarda muhafaza edilerek gecede kullanım devam edebilmektedir. Buradaki şekilde "kapalı sistem" olarak bilinen bağlama şekli sunulmuştur. Direk yani "açık sistem" bağlamada mümkündür. Bu durumda şebekeden gelen su kolektörden geçip tanka ve oradan da musluğa gider. Kısaca şebeke suyunun sisteme bağlanış şekli ile yani; açık ve kapalı olarak isimlendirilirler.

Orta sıcaklık (350-400 0C) uygulaması da parabolik aynalar vasıtası ile suyun ısıtılmasıdır. Bu sistemde tek bir borunun aynanın ODAK noktasından geçecek şekilde tasarlanmasından ibarettir. Aşağıda görüldüğü gibi bu uygulamalarda su daha yüksek derecelere kolayca ulaşabilir. Verim artar. Hatta buhar dahi temin edilebilir. http://www.nukte.org/node/163

Son olarak yüksek sıcaklık parabolik çanak (800 °C) uygulamalarında ise binlerce parabolik ayna kullanılır. Merkezi alıcılara yönlendirme uygulamasında ise 565 oC Santigrat değerlere ulaşılır.

Güneş Pilleri – Fotovoltaik Sistemler
Güneş pilleri güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren yarıiletken aygıtlardır. Elektronik sanayinde önemli bir madde olan silisyum, güneş pilinin de en yaygın hammaddesidir. Teknolojik olarak tek kristalli, çok kristalli ve amorf yapılı üretilen güneş pilleri ticari olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır ve verimleri sırasıyla; modüler bazda, % 15-17; % 12-14; % 5-8 olarak verilebilir. Laboratuarlarda ulaşılan en yüksek pil verimleri ise; 1 cm2'lik pil alanı için: Kristal-si güneş pili: % 25; polikristal-si güneş pili: % 20; amorf-si güneş pili: %13 olarak verilmektedir. Bu tek eklemli güneş pillerinden başka laboratuvar ortamında geliştirilmiş olan çok eklemli (TANDEM) güneş pilleri ile % 33 verimlere ulaşılmıştır. Teorik olarak ulaşılacağı tahmin edilen verim ise % 40’dır.

Son yıllarda ticari ortama girmiş olan geleneksel Si (silisyum) güneş pillerinin yerini alabilecek verimleri aynı ama üretim teknolojileri daha kolay ve daha ucuz olan güneş pilleri üzerinde de çalışmalar yoğunlaştırılmıştır. Bunlar; foto-elektro kimyasal çok kristalli Titanyum Dioksit piller, polimer yapılı Plastik piller ve güneş spektrumunun çeşitli dalga boylarına uyum sağlayacak şekilde üretilebilen enerji band aralığına sahip Kuantum güneş pilleri gibi yeni teknolojiler oluşturulmaktadır.

PV teknolojisinde oluşan bu gelişmeler ve PV pazarının büyümesiyle maliyetler düşüş eğilimi göstermektedir. Amorf tabanlı güneş pilleri, 3-4 $/W, Kristal Silisyum tabanlı piller; 4-6 $/W arasında maliyete sahiptir. Yeni teknoloji güneş pili modül uygulamalarında maliyetin Watt başına 1 $’ın altında olacağı beklenmektedir.

Güneş pillerinin henüz verimlerinin düşük olması ve yüksek verimli (%30) güneş pillerinin ticari olmaması dolayısıyla, üretilen elektriğin fiyatının yüksek olması (aküsüz sistemlerde 25 cent/kWh) bir dezavantaj oluşturmaktadır.

Güneş pilleri, halen ancak elektrik şebekesinin olmadığı, yerleşim yerlerinden uzak yerlerde ekonomik yönden uygun olarak kullanılabilmektedir. Bu nedenle ve istenen güçte kurulabilmeleri nedeniyle genellikle sinyalizasyon, kırsal elektrik ihtiyacının karşılanması vb. gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Ülkemizde halen telekom istasyonları, Orman Genel Müdürlüğü yangın gözetleme istasyonları, deniz fenerleri ve otoyol aydınlatmasında kullanılan güneş pili kurulu gücü 1.000kW (1MW) civarındadır. Ref: www.eie.gov.tr