GÜNEÞ ENERJÝSÝ
Güneþ dünyanýn yörünge eksenine 1,366 watt/metre² enerji iletir, fakat yer yüzüne ulaþan enerji miktarý biraz daha azdýr.
Güneþ enerjisi veya Güneþ erkesi, Güneþ ýþýðýndan enerji elde edilmesine dayalý teknolojidir.
Güneþin yaydýðý ve dünyamýza da ulaþan enerji, güneþin çekirdeðinde yer alan füzyon süreci ile açýða çýkan ýþýma enerjisidir, güneþteki hidrojen gazýnýn helyuma dönüþmesi þeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanýr. Dünya atmosferinin dýþýnda güneþ ýþýnýmýnýn þiddeti, aþaðý yukarý sabit ve 1370 W/m2 deðerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 deðerleri arasýnda deðiþim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlýðýn mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladýr. Güneþ enerjisinden yararlanma konusundaki çalýþmalar özellikle 1970'lerden sonra hýz kazanmýþ, güneþ enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakýmýndan düþme göstermiþ, güneþ enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynaðý olarak kendini kabul ettirmiþtir.
Güneþ’ten elde edilebilecek enerji
Global güneþ enerjisi kaynaklarý. Haritadaki renkler, 1991-1993 yýllarý arasýnda, gerçekleþen ortalama yerel güneþ enerji deðerleri hakkýnda W/m2 cinsinden bilgi vermektedir.
Dünyanýn yörüngesi üzerinde, uzayda, birim alana ulaþan güneþ ýþýnlarý, güneþe dik bir yüzey üzerinde ölçüldükleri zaman 1,366 W/m2’dir. Bu deðer güneþ enerjisi sabiti olarak da anýlýr.
Atmosfer bu enerjinin %6’sýný yansýtýr, %16’sýný da sönümler ve böylece deniz seviyesinde ulaþýlabilen en yüksek güneþ enerjisi 1,020 W/m2’dir [2] [3]. Bulutlar gelen ýþýmayý, yansýtma suretiyle yaklaþýk %20, sönümleme suretiyle de yaklaþýk %16 azaltýrlar. Saðdaki resim 1991 ve 1993 yýllarý arasýnda uydu verilerine dayanarak, elde edilebilen ortalama güneþ enerjisinin W/m2 cinsinden gösterimidir. Örneðin Kuzey Amerika’ya ulaþan güneþ enerjisi 125 ile 375 W/m2 arasýnda deðiþirken, günlük elde edilebilen enerji miktarý, 3 ila 9 kWh/m2 arasýnda deðiþmektedir. [4]
Bu deðer, elde edilebilecek mümkün en yüksek deðer olup, güneþ enerjisi teknolojisinin saðlayacaðý en yüksek deðer anlamýna gelmez. Örneðin, fotovoltaik (güneþ pili) panelleri, bugün için yaklaþýk %15’lik bir verime sahiptirler. Bu nedenle, ayný bölgede bir güneþ paneli, 19 ile 56 W/m2 ya da günlük 0.45-1.35 kWh/m2 enerji saðlayacaktýr. [5] Yandaki resimdeki koyu renkli alanlar, güneþ paneli kaplanmasý durumunda ayný bölgede 2003 yýlýnda üretilen toplam enerjiden biraz daha fazla enerji üretebilecek örnek alanlarý göstermektedir. [6] Bugünkü %8 verime dayalý teknoloji ile dahi, iþaretli bölgelere yerleþtirilecek güneþ panelleri, bugün fosil yakýtlar, hidroelektrik, nükleer vb kaynaklara dayalý tüm santrallerin ürettiði elektrik enerjisinden biraz daha fazlasýný üretebilecektir.
Hava kirliliðinin neden olduðu Küresel loþluk ise daha az miktarda güneþ ýþýnýn yeryüzüne ulaþmasýna neden olduðu için, güneþ enerjisinin geleceði ile ilgili az da olsa endiþe yaratmaktadýr. 1961-90 yýllarý arasýný kapsayan bir araþtýrmada, ayný dönem içerisinde deniz seviyesine ulaþan ortalama güneþ ýþýný miktarýnda %4 azalma olduðu gözlenmiþtir. [7]
Güneþ enerjisi potansiyeli
En büyük enerji kaynaðý olarak güneþ, dünya yüzeyine her yýl yaklaþýk 3,9 · 1024 J enerji miktarý gönderir. Bu miktar 1,08 · 1018 kW/saat'e eþittir. Bu enerji miktarý, bugün dünyanýn sanayide ihtiyaç duyduðu enerjinin yaklaþýk 10.000 katýdýr.
Güneþin verdiði enerji, gün içinde güneþli saatlere, güneþ ýþýðýnýn bölgesel olarak düþtüðü açýya, günün saatine, mevsime ve enleme göre belirlenir. Buna göre deðiþen enerji miktarý, Orta Avrupa'da yaklaþýk olarak metrekarede 1.000 kWatt/yýl ve Sahra çölünde yaklaþýk olarak metrekarede 2.350 kWatt/yýl kadardýr. Sahra çölünün yalnýzca % 1'lik bir alaný, tüm dünyanýn enerji ihtiyacýný karþýlayabilme potansiyeline sahiptir. Avrupa'nýn yenilenebilir enerji kaynaðý olarak ihtiyacý olan güneþ enerjisinin, Kuzey Afrika'dan elde edilebileceði hesabýnýn yapýldýðý bazý senaryolar vardýr. Bu senaryolara göre, Kuzey Afrika'dan yapýlacak enerji transferi yüksek gerilim hatlarýyla yapýlabilir. Uydularla yapýlan araþtýrmalara göre, Kuzey Afrika'nýn ve ortadoðunun çöl bölgelerinin % 0,3'den daha azýný kapsayan - binde üçlük - bir alandan elde edilecek enerji hem bu ülkelerin enerji ve su ihtiyacýný, hem de tüm Avrupa ülkelerinin enerji ihtiyacýný karþýlayabilecektir. [8] Enerjinin aktarýmýyla ilgili baþka bir düþünce, güneþ enerjisini bir uyduya yönlendirerek toplamak ve yeniden Dünya'ya göndermek þeklindedir. Çeþitli bilim insanlarýndan, politikacýlardan ve uzmanlardan oluþan ve yenilenebilir enerji kaynaklarý ve bunlarýn kurulumu çalýþmalarýyla ilgilenerek, uluslararasý çalýþma yürüten bir kurum, Die Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation'dýr. Benzer bir çalýþma ABD'de Grand Solar Plan adýyla yürütülmektedir.
Türkiye'nin güneþ enerjisi potansiyeli
Türkiye'nin toplam yýllýk ortalama güneþlenme süresi metrekarede 2.640 saat. Ortalama toplam ýþýným þiddeti metrekarede 1.311 kWh/yýl'dýr. Bu miktar, 779.452 km2'lik yüzölçümüyle tüm Türkiye için 1.021.861.572.000.000 kWh/yýl kadardýr. Bu sayý Türkiye'de kiþi baþýna düþen güneþ enerjisi miktarýnýn yaklaþýk olarak 14.000.000 kWh olduðunu gösterir. Bu sayý, Türkiye'de kiþi baþýna yýllýk tüketim miktarý olan 2.700 kWh'lýk elektrik enerjisinin 5.000 katýndan fazladýr.
- 2007 yýlýnda Türkiye'de kiþi baþýna düþen yýllýk elektrik tüketimi 2.700 kWh.
- Türkiye'de kiþi baþýna düþen yýllýk güneþ enerjisi miktarý 14.000.000 kWh.
- 2007 yýlýnda Türkiye'de bir kiþinin yýllýk tükettiði elektrik miktarý, yaklaþýk 2 m2'lik bir alanýn yýllýk güneþ enerjisi potansiyeline eþittir. (2.700 : 1.311 = 2.06 m2)
Türkiye'nin 2007 yýlýndaki elektrik tüketimi 190 milyar kWh'dir. Geliþmiþ ülkelerde 8.900 kWh kadar olan elektrik tüketimi, Türkiye'de kiþi baþýna yýllýk olarak 2.700 kWh'dir. Türkiye'de tüketilen toplam 190 milyar kWh'lik elektrik miktarýna karþýn, güneþ enerjisi potansiyeli bunun 5.000 katý olarak 1.021.861 milyar kWh'dir.
- 2007 yýlýnda Türkiye'de elektrik tüketimi 190 milyar kWh.
- Türkiye'nin bir yýldaki güneþ enerjisi potansiyeli yaklaþýk 1.021.861 milyar kWh.
- Türkiye'nin yaklaþýk 144 km2'lik bir alandaki potansiyel güneþ enerjisi miktarý, Türkiye'nin yýllýk 190 milyar kWh'lik elektrik tüketimine eþittir. Bu alanýn büyüklüðü 12 km x 12 km olarak, Türkiye'nin yüzölçümünün 5000'de 1'inden daha azdýr. Kiþi baþýna bu alan, 2007 yýlýnda kiþi baþýna düþen elektrik tüketimi miktarý için 2 m2'den biraz fazla bir alaný kapsar.
Ýspanya'nýn büyük bir proje olarak yürüttüðü güneþ enerjisini toplayan bir sistemin esasý, ortadan dikine kesilmiþ silindir benzeri parabol yapýdaki toplayýcýlardýr. Bu toplayýcýlarýn odak noktasýnda bulunan bir borunun içinde su yerine yað bulunur. [10] Dikine kesilmiþ silindir benzeri parabol þeklindeki toplayýcýlardan gelen güneþ ýþýðý, bunun odak noktasýndan geçen borulardaki yaðý ýsýtýr ve bu ýsý elektrik enerjisine dönüþtürülür. Diðerlerine göre bu sistem, esas olarak çok karmaþýk ve pahalý deðildir ve Türkiye'de de uygulanmasý çok kolaydýr. Örneðin kentlerde evlerin çatýlarý bu düzenekle donatýlabilir ve kýrlýk alanlarda arazilerin sulanmasý bu þekilde küçük ölçekteki düzeneklerle mümkündür. Bedava olan güneþ enerjisi, üretilen çeþitli ürünlerin fiyatýný düþürerek fayda saðlamasýnýn yanýnda, daha da önemli bir etken olarak doðanýn korunmasýnda ideal bir enerji kaynaðýdýr. Sanýldýðýnýn aksine güneþ enerjisinden yararlanmak için, ne çok ileri teknolojiler gerekmekte, ne de çok büyük alanlara gereksinim duyulmaktadýr. Yukarýdaki hesaplamalarýn gösterdiði gibi, 2 m2'lik bir alan, 2007 yýlýnda Türkiye'de kiþi baþýna tüketilen elektrik enerjisi miktarýna eþit düzeyde bir güneþ enerjisi potansiyeline sahiptir.
Güneþ enerjisinin elektriðe dönüþtürülmesinde, %30'luk verim ile stirling motoru kullanýmý en yüksek verimli bir sistem olarak kabul edilir. Buna göre güneþ enerjisinin yaklaþýk üçte biri elektrik enerjisine dönüþtürülebildiðinden, belirli bir alanýn üç katý büyüklüðünün, o alanýn tam güneþ enerjisi potansiyeline denk olduðu söylenebilir. Bu hesapla 2007 yýlý kiþi baþýna elektrik tüketimi için gerekli alanýn yaklaþýk üç katýnýn gerekli olduðu ortaya çýkar.
- Yüzde 30'luk verimle yaklaþýk 6 m2'den biraz fazla bir alan, güneþ enerjisinin 2 m2'lik enerji potansiyeline denktir. (2 m2 x 3 = 6 m2) Yaklaþýk 6 m2'lik bir alan Türkiye'de 2007 yýlýnda bir kiþinin kullandýðý elektrik tüketimine eþit bir elektrik üretimini verebilir.
Petrol gibi fosil yakýtlarý yerine de elektrik enerjisi kullanýlmak istendiði varsayýldýðýnda daha büyük bir alan gereklidir. Yine de, örneðin 25 m2'lik bir alanýn bir kiþiye, geliþmiþ ülkeler seviyesinde bir enerji tüketimi olanaðý saðlayabileceði görülebilir. Dört kiþilik bir ailenin 100 m2'lik bir evde yaþadýðý varsayýlýrsa, bu evin 100 m2'lik düz çatý alanýnýn, böyle bir ailenin tüm enerji gereksinimi için yeterli bir alan oluþturduðu hesaplanabilir.
Güneþ enerjisini, biodizel ve benzeri baþka alternatif enerji kaynaklarýndan saðlamaya çalýþmanýn, baþka sorunlarý ortaya çýkardýðý görülür. Bu nedenle, güneþ enerjisinden yararlanmak için, doðaya en uygun yöntemi seçmek de çok önemlidir.
Güneþ enerjisi teknolojileri
Güneþ ýþýnlarýndan yararlanmak için pek çok teknoloji geliþtirilmiþtir. Bu teknolojilerin bir kýsmý güneþ enerjisini ýþýk ya da ýsý enerjisi þeklinde direk olarak kullanýrken, diðer teknolojiler güneþ enerjisinden elektrik elde etmek þeklinde kullanýlmaktadýr. Güneþ enerjili sýcak su sistemleri, suyu ýsýtmak için güneþe ýþýnlarýndan yararlanýr. Bu sistemler evsel sýcak su ya da bir alaný ýsýtmak için kullanýlabildiði gibi çoðunlukla bir havuzu ýsýtmak için kullanýlýr. Bu sistemler çoðunlukla bir termal güneþ paneli ile bir de depodan oluþur.[11] Güneþ enerjili su ýsýtýcýlarý üç grupta toplanýr.
- Aktif sistemler, suyun ya da ýsý transfer sývýsýnýn çevirimi için pompa kullanýrlar.
- Pasif sistemler suyun ya da ýsý transfer sývýsýnýn devrini doðal çevirim ile saðlarlar.
- Kütle sistemleri su tankýnýn doðrudan güneþ ýþýðý ile ýsýnmasýný amaçlarlar.
Yaygýn ýsýl güneþ enerjisi uygulamalarý þunlardýr:
- Düzlemsel güneþ kollektörleri: Ülkemizde de çok yaygýn olarak kullanýlan, evlerde sýcak su elde etmede kullanýlan sistemlerdir.
-Yoðunlaþtýrýcýlý güneþ enerjisi santrallarý: Bunlarda, doðrusal, çanak þeklinde ya da merkezi bir odaða yönlendirilmiþ dev aynalar kullanýlarak, odak noktasýnda çok yüksek sýcaklýkta ýsý elde edilir. Genellikle elektrik üretiminde kullanýlýr. Ancak henüz bir yaygýnlýk kazanamamýþlardýr.
-Vakum Tüplü Güneþ Enerjisi Sistemleri: Vakum tüplü güneþ enerjisi kolektörleri: iç içe geçmiþ 2 adet silindirik cam tüpün ýsý yolu ile birbirine baðlanmasý ve bu iþlem sýrasýnda arasýndaki havanýn alýnmasý ile üretilir. Dýþ silindirik tüpün yüzeyine düþen Güneþ ýþýnlarý aradaki havasýz ortamdan geçerek iç kýsýmdaki silindirik tüpün yüzeyinde absorbe edilmesi ile çalýþýr. Arada madde olmadýðýndan dolayý sadece ýþýma ile ýsýnan sistem suyu dýþ hava sýcaklýðýndan baðýmsýzdýr.
-Güneþ ocaklarý: Çanak þeklinde ya da kutu þeklinde güneþ ýsýsýný toplayan yapýlardýr. Geliþmekte olan ülkelerde daha yaygýn kullanýlýr.
-Trombe duvarý: Sandviç þeklinde cam ve hava kanallarý ile paketlenmiþ bir pasif güneþ enerjisi sitemidir. Güneþ ýþýnlarý gün boyunca, duvarýn altýnda ve üstünde yer alan hava geçiþ boþluklarýný tahrik ederek, doðal çevirim ile termal kütleyi ýsýtýrlar. Gece ise trombe duvarý biriktirdiði enerjiyi ýþýma yolu ile yayar.
-Geçiþli hava paneli: Aktif güneþ enerjili ýsýtma ve havalandýrma sistemidir. Termal güneþ paneli gibi davranan, güneþe bakan delikli (perfore) bir duvardan oluþur. Panel, binanýn havalandýrma sistemine ön ýsýtma uygular. Ucuz bir yöntemdir. %70’e kadar verime ulaþýlabilir.
Araþtýrmaya konu olmuþ, ancak yaygýnlaþamamýþ bazý ýsýl güneþ enerjisi teknolojieri:
-Güneþ Havuzlarý: Havuza atýlan tuzlarýn yardýmý ile dip tarafta sýcaklýk elde edilir. Bunlar daha çok deneysel sistemler olarak kalmýþlar, bir yaygýnlýk gösterememiþlerdir.
-Güneþ Bacalarý: Bir binanýn zemininde toplanan ýsý, yüksek ve dar bir bacaya yönlendiðinde, bacada kurulu türbini çalýþtýrýr. Bu da, deneysel aþamada kalmýþ güneþ enerjisi türlerinden biridir.
-Su Arýtma Sistemleri: Bunlar da bir çeþit havuz sistemidir. Havuzun üstüne eðimli cam kapak yerleþtirilir, buharlaþan su tuzdan arýnarak bu kapakta yoðunlaþýr.
-Ürün kurutma sistemleri.
Güneþ pilleri
Yat üzerindeki güneþ pilleri 12 voltluk aküleri, 9 Amp’e kadar doðrudan güneþ ýþýðý yardýmýyla doldurabilirler.
Güneþ pilleri ya da fotovoltaik piller diye anýlan cihazlar, yarýiletkenlerin fotovoltaik etki özelliðini kullanarak, güneþ ýþýðýndan elektrik enerjisi üretirler. Güneþ pilleri, kurulan sisteme baðlý olarak birkaç mW'dan birkaç MW'a kadar elektrik üretebilir. Yüksek üretim maliyetleri nedeniyle, yakýn zamana kadar oldukça az kullanýlmýþtýr. 1950'lerden bu yana uzayda uydularda, 1970'li yýllarda, elektrik hattýndan uzak yerlerde, yol kenarlarýndaki acil telefon cihazlarý ya da uzaktan algýlama gibi uygulamalarýn enerji gereksiniminin karþýlanmasýnda kullanýlmýþtýr. Son yýllarda, evlerde elektrik þebekesi ile birlikte çalýþan sistemler de yaygýnlaþmýþtýr.
2005 sonu itibarý ile toplam 5,300 MW olduðu zannedilen kurulu güneþ pili kapasitesinin, geliþmiþ ülkelerin, güneþ pillerinin evsel amaçlý kullanýmýna verdiði teþvikler nedeniyle, 2006 yýlýnda da ciddi artýþ göstermesi beklenmektedir. Gerek kullanýmdaki artýþ, gerekse teknolojik geliþmeler nedeniyle güneþ pillerinin üretim maliyetinde her yýl azalýþ görülmektedir. Bir güneþ pili panelinin watt baþýna maliyeti 1990 yýlýnda yaklaþýk 7,5 USD iken, 2005 yýllýnda bu rakam yaklaþýk 4 USD seviyesine inmiþtir. Geliþmiþ ülkelerin sunmuþ olduðu teþvikler, güneþ pillerinin yatýrým maliyetinin 5 ile 10 yýl arasýnda geri dönebilmesini saðlamaktadýr. Evsel amaçlý kullanýlan güneþ pilleri bir inverter aracýlýðý ile elektrik þebekesine baðlanmakta, böylece üretilen elektriðin akülerde depolanmasýndan tasarruf edilmektedir. 2003 yýlý içerisinde tüm dünyada gerçekleþen güneþ pili üretiminde %32'lik bir artýþ gözlenmiþtir.[14] Güneþ pili kullanýmýndaki artýþ o kadar büyüktür ki, yarýiletken üretiminin talebi karþýlayamamasý, güneþ pili üretiminin artýþýnda bir kýsýtnoluoki günese ne olmuþtur.[15] Bu sorunun 2006 ve 2007'de de devam edebileceði sanýlmaktadýr.[16]
- Güneþ Enerjisinden Elektrik Üretimi
- Esnek Güneþ Pilleri
- Güneþ Pili Tuzlu Su
- Güneþ Paneli (Fotovoltaik Panel Nedir?
Mimaride güneþ enerjisi
Güneþ enerjisinden yararlanan tasarýmlar, çok az daha ilave enerji kullanmak suretiyle, konfor sýcaklýðý ve ýþýk seviyesinin elde edilmesini hedefler. Bunlar pasif güneþ enerjisinde olduðu gibi soðuk ortamlarda daha fazla güneþ ýþýðý ile sýcak su elde edilmesi þeklinde ya da aktif güneþ enerjisinde olduðu gibi, pompa ve fanlar kullanarak, sýcak ve soðuk havanýn (ya da sývýnýn) yönlendirilmesi þeklinde de olabilir.
Seralar da bir çeþit güneþ mimarisi örneðidir.
- Güneþ Enerjisinden Elektrik Üretimi
Güneþ ýþýðý ile aydýnlatma
Ýç mekanlar gün içerisinde ýþýk tüpleri ile aydýnlatýlabilirler.
Örneðin ýþýk tüpleri, çatýya yerleþtirilmiþ güneþ ýþýnlarýný toplayacý bir çanaða baðlanarak, iç mekanlarda aydýnlatma kaynaklý enerji giderlerini azaltarak, daha doðal bir aydýnlatma yapabilirler
- [ http://www.gunes-pili.com/tr/ticari/ueruenler/194-tasarruflu-sokak-aydinlatmasi.html ]Tasarruflu Sokak Aydýnlatmasý
- Güneþ Enerjili Sokak Lambasý
Güneþ Enerjisi ile tarla sulama
Sulama ihtiyaçlarý için üretilmiþ olan güneþ enerjili sulama pompasý artýk tarlalardaki elektrik sýkýntýsýna son veriyor. 70 metre yüksekliðe kadar su pompalayabilen yüksek kaliteli pompa alman malýdýr ve çok dayanýklýdýr. Yükseklik ve mesafeye göre deðiþik tipte ve büyüklükte sulama ihtiyaçlarý için seçenekler mevcuttur. Elektrik enerjisi olmayan tarlalarda kullanýlmak üzere üretilen bu pompa sulama sýkýntýlarýnýzýn üstesinden gelecektir.
- Güneþ Enerjili Sulama Pompasý, Dalgýç Pompa
- Güneþ Pili ile Calisan Dalgýç Su Pompasý
Isýl güneþ enerjisinden elektrik üreten enerji santralleri
Isýl güneþ enerjisi sistemleri, yaygýn olarak, bir ýsý eþanjörünü yüksek sýcaklýklara kadar ýsýtarak, elde edilen ýsýnýn elektrik enerjisine dönüþtürülmesi þeklinde kullanýlýrlar.
Enerji kuleleri
Enerji kuleleri bir að þeklinde yerleþtirilmiþ, çok sayýda düz ve hareketli olurlar.
Yoðunlaþtýrýcýlý kollektörler ve buhar motorlarý
Bir yoðunlaþtýrýcýlý kollektörde ýsýya dönüþtürülen güneþ enerjisi, nükleer ya da kömürlü elektrik santrallerinde olduðu gibi, suyun kaynatýlarak buhara dönüþtürülmesi ve elde edilen buharla da bir buhar motoru ya da bir buhar türbininin tahrik edilmesi suretiyle elektrik enerjisi elde edilir.
Stirling motoru buharla çalýþan motorlara benzer. Bu tür motorlarda buhar yerine gaz kullanýlýr. Bir stirling motoru herhangi bir tür ýsý kaynaðý ile tahrik edilir. Stirling motoru, içinde belirli bir gaz bulunan ve kapalý devre çalýþan bir ýsý motorudur. Stirling motorunun çalýþma sistemi sýcak ve soðukluk farkýna dayanýr. Kapalý devre bir sisteme sahip motorun içine dýþarýdan bir yakýt verilmez. Stirling motorunun çalýþmasý için gerekli enerji dýþardan ýsý þeklinde verilir.
Güneþ enerjisinin elektriðe dönüþtürülmesinde stirling motorunun kullanýmý, %30'luk bir verim ile en yüksek verime sahip bir sistem olarak kabul edilir. | 