Güneş enerjisi
- JACOM_CONTENT_CREATED_DATE_ON
- JACOM_CONTENT_WRITTEN_BY
Giriş
Artan dünya nüfusu ve değişip gelişen tüketim alışkanlıkları enerji tüketimini doğrudan etkilemekte ve sarfiyatı sürekli artırmaktadır. Fosil yakıtların tükenmeye başlaması ve kullanımlarıyla ortaya çıkan çevre emisyonları ise önemli bir sorun oluşturmaktadır. Çözüm ise temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimde aranmaktadır. Özellikle çevrede olumsuz etkisi en az olanlarının kullanımları daha da önem kazanmaktadır. Güneş enerjisi bu manada öne çıkmaktadır. Uygulama ve yararlanma biçimleri bakımından güneş enerjisi kapsamlı ve geniş bir alan sunmaktadır. En eski ve basit biçimi olarak, binalarda pencere ve camekanların akılcı biçimde kullanılmasıyla hem aydınlatma hem de ısıtma gücü olarak değerlendirilmektedir. Güneş enerjisi aslında yaşamın da kaynağıdır. Gelişmiş ülkelerde şehirler ve sokaklar dizayn edilirken, sokakların ve evlerin günün önemli bir kısmında güneş ışığını almasına önem verilmektedir. Bu çalışmada güneş enerjisi büyüklüğü, sınıflandırılması ve yararlanma biçimleri verilecektir.
Güneş enerjisi potansiyeli
Güneşi içinde sürekli nükleer enerji dönüşümü olan sanki bir enerji topu olarak nitelemek mümkündür. Güneşte saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüşmektedir. Dönüşümdeki 4 milyon ton kütleden 38x1022 kJ enerji açığa çıkmaktadır [1]. Güneş yüzeyindeki sıcaklık 5000-6000 K civarındadır. Işınım bir yüzey olgusudur ve güneşten yerküreye ışınımla enerji gelmektedir. Güneşin enerji potansiyeli 400x1024 W olarak hesaplanmaktadır ve 5 milyar yıl daha enerji yaymaya devam etmesi beklenmektedir [2].
Örnek olarak verilmek istenirse; Amerika Birleşik Devletleri topraklarına güneşten yılda 4,43x1016 kWh enerji gelmektedir [3]. Ülkemizde ise bu miktar 3,6 kWh/m2-gün ortalama değerdedir. Toplam potansiyeli bulmak için bu ortalama değeri toplam ülke yüzölçümü ile çarpmak gerekecektir. Ülkemizde bu potansiyel bölgeden bölgeye değişmektedir. En düşük Karadeniz bölgesinde 1120kWh/m2-yıl ve en yüksek Güneydoğu Anadolu bölgesinde-1460 kWh/m2-yıl arasındadır [4]. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m² değerindedir, ancak bunun belli bir kısmı yeryüzüne ulaşır ve konumlarla farklılaşmak üzere 0-1100 W/m2 değerleri arasındadır Yerküreye düşen güneş ışınımının ortalama değeri 342 W/m2 dir [5].
Güneş enerjisi dönüşüm yöntemleri
Fotovoltaik (PV) ve ısıl yöntemler olarak iki ana grupta değerlendirmek mümkündür. Fotovoltaik teknolojiler güneş ışınımını yarı iletken malzemelerden yapılmış fotovoltaik hücreler yardımıyla direkt olarak doğru akıma çeviren teknolojilerdir. Ticarileşebilen PV hücreler monokristal, polikristal ve amorf silikon veya ince film yapılı olarak üç ana grupta sıralanabilir. Görünüşleri Şekil 1 de verilmektedir [6].
PV hücreler yarı iletken teknolojiye dayandığından bulundukları ortam sıcaklıkları yükseldikçe verimlilikleri azalmaktadır. Bu panellerin soğutulması özellikle sıcak bölgelerde önem arz etmektedir. Teknolojilerdeki gelişmelere bağlı olarak bu soğutma vasıtasıyla kazanılan ısı ile sistem toplam verimlerini artıracak kombine PV paneller geliştirilmektedir.
Isıl yöntemler
Isıl yöntemleri kendi içinde iki gruba ayrıştırarak incelemek mümkündür. İlk grup genel olarak proses ısısı veya soğutmasına yönelik ışınım absorbasyon panellerine dayalı konut ısıtması veya sıcak su ihtiyacına da yönelik sistemler, ikincisi ise elektrik üretimine yönelik silindirik veya küresel parabolic yansıtıcı ve odaklayıcılar ile absorber borulardan oluşan konsantre güneş enerjisi sistemleridir. Bunların yanı sıra pasif güneş enerjili sistemlerde bulunmaktadır. Bu sistemlerde pencere vb güneş ışınımını geçiren ve ayrıca duvar vb materyaller vasıtasıyla güneş ışınımı emen dolayısıyla doğal yöntemler kullanarak binaların veya mahallerin aydınlatılması ve veya ısıtılması amacına yönelik düzenlemeler söz konusudur [8].
Düzlem kolektörlü sistemler
Bunlar aktif güneş enerjisi toplama sistemleridir. Sistem güneş ışınımı toplayıcı ve absorbe edici bir kolektörü ve bunun içindeki bir aracı termal akışkanı içermektedir. Sistem sıcak su elde etmeye yönelik, mahal ısıtma ve soğutma amaçlı gibi çok yönlü olarak kullanılabilmektedir, Şekil 2’de mahal ısıtmaya ve kullanım sıcak suyu elde etmeye yönelik kalorifer kazanı takviyeli sistem şematiği görünmektedir [9, 10]
Kullanım sıcak suyu üretmeye yönelik sistemler cebri akışkan basmalı pompalı sirkülasyonlu olarak da tasarım yapılabilmektedir. Sistemlerde aracı akışkanın cinsine göre pompa veya fan kullanılmaktadır. Bunlar vasıtasıyla kolektörler içinden basılan akışkan güneş ışınımını emerek ısınmakta ve ısıtılacak mahalden veya ısı depolama amaçlı depolardan geçirilmek suretiyle ısısını aktarmaktadır ve yeniden basılmak üzere pompa veya fana geri dönmektedir [11].
Konsantre güneş enerjisi sistemleri
Bu sistemler yansıtıcı, odaklayıcı, absorbe edici ve aracı akışkandan oluşmaktadır. Yansıtıcıların tarzına göre lineer fresnel, lineer parabolic, küresel çanak biçiminde olabilmektedirler. Burada 600 C sıcaklığa kadar aracı akışkanın ısıtılabilmesi mümkündür. Aracı akışkan olarak doğrudan su buharı kullanılabilmesi de mümkündür. Elektrik enerjisine dönüştüren sistemler olarak genellikle buhar türbinli veya Stirling motorlu vb. sistemler kullanılabilmektedir. Şekil 3’de konsantre güneş enerjili sistemler verilmektedir [13].
Şekil 3’de Buhar turbine çevrimiyle elektrik üreten doğrusal yansıtıcılarla yönlendirilmiş konsantre güneş enerjili sistem prensip şeması ile farklı yansıtıcılarla uygulanma biçimleri verilmektedir [14]
Sonuç
Güneş enerjisi önemli bir potansiyel arz etmektedir. Teknolojideki gelişmelerle hem düzlem hem parabolic sistemlerde dönüştürme verimleri artırılmaktadır. Aracı akışkan sıcaklıklarının artırılması ile proses ısıtma ve soğutma enerjisi olarak kullanılabilmenin yanında doğrudan elektrik üretimi de artık mümkündür ve bu sistemler giderek yaygınlaşmaktadır. Güneş hayatın kaynağı olarak bilinmektedir. Buna ilaveten artık gereksinim duyduğumuz enerjinin de en önemli kaynağı olarak hayatımızda önemli yer almaktadır ve öneminin zamanla daha da artması beklenmelidir.
Referanslar
[1] http://akhisarmyo.cbu.edu.tr/db_images/file/gunes-enerjisi-1-1283TR.pdf 06.05.2016
[2] http://www.solar-thermal.com/solar-thermal.pdf
[3] Zobaa AF,Bansal R., Handbook of renewable energy technology.New Jersey: World Scientific Publishing; 2011
[4] http://www.eie.gov.tr/eie-web/turkce/YEK/gunes/gunes.html..
[5] Bostan I, Gheorghe VD, Sobor I, Bostan V, Sochirean A. Resilient energy sys- tems. Netherland: Springer Verlag; 2013.
[6] http://www.solar-help.co.uk/solar-panel-technology/solar-pv-cells-types.htm
[7] http://www.leonics.com/product/renewable/pv_module/pv_solarmax-asi_en.php
[8]. http://alternativeenergy.procon.org/view.answers.php?questionID=001272
[9]http://firstcontest.studentaward-middleeast.com/showAttachment.php?file=http://firstcontest.studentaward-middleeast.com/attachments/idea_372_836_1310754862.7689_solar_hot_water_diagram.gif
[10] http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/flat-plate-collector.html
[11] http://www.eia.gov/energyexplained/?page=solar_thermal_collectors
[12]http://firstcontest.studentaward-middleeast.com/showAttachment.php?file=http://firstcontest.studentaward-middleeast.com/attachments/idea_372_836_1310754862.7689_solar_hot_water_diagram.gif
[13] Guney M.S., Solar power and application methods, Renew Sustain Energy Rev, 57 (2016), pp. 776–785
[14] http://energy.gov/eere/sunshot/csp-systems-analysis-0
[15] http://solareis.anl.gov/guide/solar/csp/
Doç.Dr.Mükrimin Şevket GÜNEY
