TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

Transkript

1

2 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi Bu kitab n içeri i GEF Küçük Destek Program n n görüfllerini yans tmayabilir.

3 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi TemizDünya Ekoloji Derne i Editör: Hatice fien Redaksiyon: Merve Katipo lu Kapak Tasar m : Özgür Yücel ISBN: Her hakk mahfuzdur. Bu kitap veya bir k sm TemizDünya Ekoloji Derne i nin müsadesi al nmaks z n k smen veya tamamen hiçbir flekilde ve teknikle ço alt lamaz yay nlanamaz. Bask ve Cilt: Altan Bas m Ltd. Do a Yay nc l k Ltd. fiti. Ali Naz m Sk. No: 30 Kofluyolu Kad köy/ STANBUL Tel: Faks: info@dogayayin.com

4 Önsöz Sevgili günefl enerjisi dostu, Bu sat rlar okudu unuz için sizi böyle tan mlamak san r m çok yanl fl de il. Elinizde tuttu unuz bu rehberin de temel amac bu s fata sahip olan kiflilerin say s n h zla art rmak Türkiye de. Günefl enerjisi milyonlarca y ld r dünya üzerindeki tüm canl lar n ve bunun en son zinciri olan insano lunun da temel yaflam kayna. Ancak sanayi devrimi ile unutmaya bafllad m z birçok konunun içinde maalesef bu da var. Benzin ile çal flan arabalar n üretilmeye bafllanmas ile birlikte ucuz ve rahat kullan labilir fosil yak tlar hayat m z n her aflamas na egemen oldu. Burada göz ard etti imiz en büyük nokta ise bunun bedeliydi. Do a da bu bedeli bizden geri istemekte çok da gecikmedi do rusu, küresel iklim de iflikli inin etkilerini hem toplum hem de birey olarak dünya genelinde hissetmeye bafllamam z, bir yerlerde büyük hatalar yapm fl oldu umuzu hat rlatt bize. Unutanlar ile hat rlayanlar aras nda bir ba kurmay hedefleyen ve temel olarak bunu uygulamal temiz enerji projeleri ile gerçeklefltirmeyi kendine misyon edinmifl TemizDünya sivil toplum giriflimi de bu noktada farkl kitapç klardan oluflan bir TemizDünya rehberi yay nlamaya karar verdi. Elinizde tuttu unuz Günefl Enerjisi Rehberi bu serinin ilk örne ini oluflturuyor. Son zamanlarda gazetelerde ve televizyonlarda günefl enerjisi ile ilgili s kça haberler duymaya bafllad k, ancak bu haberlerden gerçek bilgiye ulaflmak Türkiye de pek de kolay de il. Bu ba lamda Günefl Enerjisi Rehberi nin hem günefl enerjisinden yararlanmak isteyen birey ve kurumlar, hem de ticari olarak bu sektörün içinde yer almak isteyenler için bir ilk ad m olaca na inan yoruz. Bu rehberin gerçeklefltirilmesinde çok büyük deste i olan baflta editörümüz Hatice fien e olmak üzere, di er önemli katk sahipleri Merve Katipo lu na, Bengü ve Mercan Uluengin e, Bartu Bugatur, Fatih Kavaslar, Ahmet Yurdayol, fienol Tunç, Burak Burç, Levent Yamantafl, Seyfi Y ld z, brahim Ocak ve Yusuf Öztunç a, Ufuk Keser e, Ümit Sözbilici ye, Senem Gencer e, Ahu Binici ye, Arda Tatl ya, Özge Gökçe ye ve isimlerini burada tek tek sayamad m z di er tüm günefl enerjisi destekçilerine teflekkür ederiz. Ayr ca UNDP Küresel Çevre Fonu, Küçük Destek Program Türkiye ve Do a Yay nc l k ekiplerine de gösterdikleri kolayl klar, verdikleri maddî ve manevi destekler için teflekkürü borç biliriz. Buradan hepsine sevgi ve sayg lar m z iletiyoruz. Atefl U urel, TemizDünya ates.ugurel@temizdunya.org

5 çindekiler Günefl Enerjisine Girifl Küresel Is nma ve Temiz Enerji 6 Günefl Enerjisi 8 Günefl Teknolojilerine Girifl 10 Günefl Enerjisi Sözlü ü 11 Kimler Nas l Faydalan r? 14 Rakamlarla Günefl Enerjisi 18 Günefl Enerjisi ve Küresel Is nma 20 Türkiye de Günefl Enerjisi Potansiyeli 23 Günefl Enerjisinde Yasal Düzenleme Örnekleri 25 Yenilenebilir Enerji ve Türkiye deki Yasal Düzenlemeler 30 Fotovoltaikler Fotovoltaik Hücre Nedir? 34 Fotovoltaiklerin Tarihçesi 36 Hücre Yap m Yöntemleri 38 Yeni Nesil Hücreler 43 Hücre Tiplerini K yaslama 45 Hücre Performanslar 47 Montaj Temelleri 49 Fotovoltaik Sistemler Ada Sistemleri 52 Aküler 60 fiarj Kontrol Üniteleri 62 Ada Sistemlerinde Eviriciler ( nvertörler) 64 fiebeke Ba lant l Sistemler 67 fiebeke Ba lant l Eviriciler 74 Fotovoltaik Uygulamalar Bir Konutta Ada Sistemi 78 Günefl Enerjisi Santralleri 79 Çat ve Cephe Kaplama 81 Su Pompalama 84 Günefl Enerjisiyle Ayd nlatma 87 Telekom Uygulamalar 89 Su Ar tma 92 E risiyle Do rusuyla Fotovoltaikler Fotovoltaikler ve Uygulamalar 94 Fotovoltaik Endüstrisi 95 Fotovoltaik Pazar 96 Enerji Dengesi 97 Fotovoltaikler ve D fl Maliyetleri 98 Fotovoltaiklerin Maliyeti 99 Fotovoltaiklerin Uygunlu u 100 Fotovoltaik Teknolojileri 101 fiebeke Entegrasyonu 102 Ba ms z Uygulamalar 103 Ekonomik Etki 104 Termal Günefl Enerjisi Yo unlaflt r c Sistemler 106 Parabolik Oluk Santralleri 110 Günefl Kuleleri 112 Çanak/Stirling Sistemleri 114 Di er Günefl Enerjisi Sistemleri Günefl Kolektörleriyle Is tma 116 Günefl Enerjisiyle So utma 123 fiahmuratl Köyü nün Güneflli Yemekleri 125 Pasif Günefl Mimarisi 126 Gün Ifl ile Ayd nlatma 131 Ekler Elektrikli Aletler için Enerji Tüketim Tablosu 134 Günlük Elektrik Yükünü Hesaplama 135 Evsel Kullan m için Pratik Formüller 137 Bina Etüdü 138 Fotovoltaik Sistem Listesi 139 Elektrikli Aletlerde Enerji Verimlili i 141 Firmalar ve Kurumlar 142 Kaynaklar 144

6 Günefl Enerjisine Girifl

7 Günefl Enerjisine Girifl Küresel Is nma ve Temiz Enerji Dünyada her geçen gün artan enerji talebi, teknik, ekonomik ve ekolojik sorunlar da beraberinde getirmektedir. Uluslararas Atom Enerjisi Ajans n n (UAE) tahminleri, dünyadaki enerji talebinin y llar aras nda % 55 oran nda artaca yönünde ve bu art fltaki en büyük pay ise % 84 ile fosil yak tlarda yani petrol, kömür ve do al gazda olacakt r. S n rl kaynaklar olan fosil yak tlar n h zla tüketilmesi sadece enerji krizine de il ekolojik krize de yol açmaktad r. Çünkü bu kaynaklar n kullan m küresel s nman n sebebi olan sera gazlar n n atmosfere b rak lmas na neden olmaktad r. Dünyan n ortalama s cakl son yüzy l içerisinde 0,74 C artt. 1 Hayat m zda radikal de ifliklikler yapmazsak artmaya da devam edecek. Küresel s nmaya yol açan sera gazlar n n hat r say l r bir bölümü enerji sektörüyle do rudan ilgilidir. Geliflmifl ülkeler olarak da adland rabilece imiz ( klim De iflikli i Çerçeve Anlaflmas Ek-I) ülkelerde, enerji sektörü kaynakl sera gazlar n n oran % 64 olarak tespit edilmifltir. Bu oran ulafl m sektörünü de dahil ederseniz % 83 e kadar ç kabilmektedir. 2 Bu nedenle enerji kaynaklar m z daha ak ll kullanmam z ve karbondioksit baflta olmak üzere sera gaz sal m s n rl olan kaynaklara yönelmemiz hayati önem tafl maktad r. Bilim insanlar, ortalama s cakl k art fl n n iki dereceyi geçmemesi gerekti i konusunda hemfikir. Bu eflik de er afl l rsa, iklimsel de ifliklikler bir daha durdurulamayacak bir noktaya gelebilir. Bilindi i gibi Kyoto Protokolü nün hedefi de, y llar aras nda sera gaz sal mlar n 1990 y l de erlerinin % 5,2 afla s na çekmektir. ki dereceyi geçmemek içinse bundan daha fazlas n n yap lmas gerekir y l na kadar % 50-60, 2050 y l na kadar ise % 80 oran nda bir azaltma flart görünüyor. Bu hedefe ulaflmak için bir yandan artan enerji talebini karfl lamak amac yla yeni kaynak yaratmak ya da var olan kaynaklar daha ak ll kullanmak, di er yandan da halihaz rda kulland m z sera gaz sal m yüksek olan kaynaklar daha az karbondioksit sal m yapan kaynaklarla de ifltirmek gerekecektir. Kald ki, petrol gibi birçok s n rl kaynak tükenme tehlikesiyle karfl karfl ya. Dünyada bilinen petrol 1 IPCC, The AR4 Climate Change 2007: Synthesis Report, Summary for Policymakers. 17 Kas m Annex I Fact Sheets, Malte Meinshausen 6 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

8 Günefl Enerjisine Girifl rezervlerinin yaklafl k 50 y ll k bir ömrünün kald belirtilmektedir. S n rl kaynaklar tükendikçe de fiyat art fl kaç n lmaz hale gelmektedir; t pk petrol ve do al gazda oldu u gibi. Fosil yak tlar n kullan m n n küresel iklim de iflikli ine yol açmas n n yan nda, ayn zamanda yo un hava kirlili i, asit ya murlar ve termik santraller çevresinde biriken kül da lar gibi onlarca çevre sorununa da neden oldu u bir gerçektir. Is tma, so utma ve elektrik üretme amaçl yak lan fosil yak tlar n yerine temiz enerji ya da yenilenebilir enerji kaynaklar n n kullan lmas CO 2 seviyesini bölgesel ve küresel olarak düflürmenin yan s ra çevre kirlili ini önlemenin de en iyi yollar ndan birisidir. Rüzgâr, günefl, biyokütle, jeotermal, küçük hidroelektrik santralleri ve dalga enerjisi gibi kaynaklar giderek dünya enerji üretiminde daha etkin bir role sahip olmaktad r. Yine, UEA n n verilerine göre, hidroelektrik hariç yenilenebilir enerji kaynaklar n n bugün elektrik üretiminde % 2 olan pay n n, 2030 y l nda % 6 ya ulaflmas beklenmektedir. Sadece elektrik üretiminde beklenen bu temiz enerji kayna art fl, gelecek y llarda bunlar n ne denli önemli roller üstlenece inin de bir göstergesi olarak kabul edilebilir. Dünyan n birçok ülkesinde, yeni enerji üretim yat r mlar art k temiz enerji odakl olmaktad r. Örne in Alman hükümeti, ülkedeki tüm nükleer santralleri 2021 y l na kadar kapatma ve temiz enerjiye geçme karar alm flt r. Dünyadaki rüzgâr kurulu gücü 2007 sonunda 100 GW a ulaflm flt r. Türkiye nin tüm enerji santrallerinin kurulu gücünün 41 GW oldu u düflünülürse bu h zl geliflme daha net anlafl labilir. Dünya Bankas n n tahminlerine göre, günefl enerjisi sektörünün ticari hacmi önümüzdeki 30 y l içinde 4 trilyon USD olacakt r. Yenilenebilir olmayan fosil yak tlar bak m ndan fakir bir ülke olan Türkiye, enerji bak m ndan % 70 oran nda d fla ba ml olup her y l elektrik, do al gaz, petrol ve yüksek kalitede kömür al m için milyarlarca dolarl k ithalat yapmaktad r. Halbuki, Türkiye hem günefl hem de rüzgâr bak m ndan oldukça kuvvetli bir potansiyele sahiptir. Temiz enerji sistemlerini tercih etmenin en büyük avantajlar ndan biri, yak t sorunu olmamas yani s n rs z birer enerji kayna olmalar d r. Enerji literatüründe temiz enerji kaynaklar için, günefl var oldu u sürece var olacaklar ndan, s n rs z kaynaklar tan m kullan l r. Bunun yan s ra, enerjide ba ms zl k, do al afetlere karfl güvenlik, bireylerin kendi enerji üretimlerini yapabilmesi, enerji kaynaklar n n çeflitlendirilmesi ve merkezî enerji üretiminden kurtulmak temiz enerji kaynaklar n n en önemli avantajlar olarak s ralanabilir. 20 y l önce, yenilenebilir enerji kaynaklar n n kullan lma nedeni, daha çok, fosil yak tlar n fiyatlar n n yükselme beklentisiyle ilgiliydi. Günümüzde ise bu nedene, geçti imiz yüzy l içerisinde s n rl enerji kaynaklar n n bilinçsizce tüketilmesi, bunun sonucunda yaflanan küresel iklim de iflikli i ve ekolojik kriz de eklendi. Ekolojik dengeye verilen zarar n telafi edilmesi ve daha sonraki nesillere, içinde bulundu umuzdan çok daha iyi flartlarda bir dünya b rak lmas için yeni bir yaflam modeli yarat lmas kaç n lmaz görünmektedir. Temiz enerji kaynaklar n n yayg n kullan m ile günlük yaflam m za daha de iflik bir dünya görüflü hâkim olacakt r. S n rs z ve sorumsuzca enerji tüketiminin yerini bilinçli, çevreye sayg l ve ihtiyac karfl lamaya yönelik enerji kullan m alacak ve böyle bir ortamda da refah düzeyini, en fazla enerji tüketen yerine en verimli enerji kullanan belirleyecektir. Petrolün yaklafl k 42, do algaz n 62 ve kömürün 224 y l sonra tükenmeye bafllayaca bilinmektedir. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 7

9 Günefl Enerjisine Girifl Günefl Enerjisi Y ll k günefl fl n m enerjisi Bugün, insanlar n kulland çeflitli enerji kaynaklar na bakt m zda bunlar n neredeyse hepsinin günefl kökenli oldu unu görmekteyiz. Dünyan n ayd nlat lmas ndan, ya fllar ile su döngüsünün sa lanmas na ve rüzgârlar n esmesine kadar her fley güneflin varl na ba l d r. 1 nsanlar n besin kaynaklar da, insanlar d fl ndaki tüm canl lar da yaflamlar n güneflten gelen enerjiye borçludur. Günefl enerjisi, bilinen enerji kaynaklar aras nda en temizi ve en tükenmez olan d r. Günefl radyasyonu çok yüksek miktarda enerji içerir ve do adaki süreçlerin neredeyse hepsinden sorumludur. nsano lunun günefl enerjisine olan ihtiyac tart flmas z olarak sonsuzdur. Dünyam zda fosil yak tlar n kullan m n n negatif etkileri nedeniyle insanlar n yaflam tarzlar n n de iflmesi, konutlarda ve sanayideki enerji ihtiyaçlar na yeni bir bak fl aç s getirmifltir. Günefl enerjisi neredeyse s n rs z bir kaynakt r. Ancak insanlar günefl enerjisini do rudan kullanmaya son zamanlarda bafllam flt r. Günefl, kütlesindeki hidrojen atomlar n n çok yüksek bas nçlar alt nda helyum atomlar na dönüfltürüldü ü füzyon reaksiyonlar ile çok büyük miktarlarda enerji üretmektedir santigrat derecelik yüzey s cakl ile günefl, yaklafl k 5 milyar y ld r bir nükleer füzyon reaktörü gibi çal flmaktad r. Güneflten gelen Uranyum Gaz Petrol Kömür Dünya çap ndaki y ll k tüketim Fosil ve nükleer kaynaklar ve dünya çap nda y ll k enerji tüketimi ile dünya yüzeyine düflen y ll k günefl fl n m enerjisinin k yaslanmas enerji, dünyam za radyo dalgalar na benzer biçimde, ama farkl bir frekans aral nda elektromanyetik dalga olarak ulafl r. Mevcut günefl enerjisi genelde W/ m 2 birimiyle yani alana düflen Watt cinsinden enerji olarak gösterilir. Dünyam z çevreleyen atmosferin d fl na ulaflan günefl enerjisi miktar yaklafl k 1367 W/m 2 dir. Bu enerjinin bir k sm dünyan n yüzeyine ulaflmadan atmosferden geçerken so urulur, bir k sm ise yans t l r. Ayr ca toz parçac klar, gaz molekülleri ve kirlilik yüzünden bir k sm da saç l r. Bunun sonucunda aç k bir günde güneflin yönünde dünya yüzeyine düflen mevcut enerji miktar yaklafl k 1000 W/ m 2 dir. Bu miktar, 1 Enerji, Milli E itim Bakanl, s TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

10 Günefl Enerjisine Girifl Yans yan radyasyon Direkt radyasyon Yans ma Yayg n radyasyon bulunulan co rafi konuma göre 650 ile 2300 W/ m 2 aral nda de iflebilmektedir. Ekvator enlemlerindeki m 2 ye düflen fl n m miktar, yaklafl k 230 lt petrole eflde er enerji kapasitesine sahiptir. Atmosfer d fl na gelen günefl fl nlar n n dalga boylar, görünür tayf da içerecek flekilde, mor ötesinden k z l ötesine dek uzanmaktad r. Baflka bir deyiflle, günefl fl n mlar n n dalga boylar 0,1-3 µm (mikrometre) aras ndad r. Her dalga boyunun fliddeti ayn de ildir. Güneflten gelen fl n mlar n da l m na bak ld nda, bunlar n % 9 u mor ötesi, % 45 i görünür fl k ve geri kalan % 46 s k z l ötesi bölgesinde bulunur. Yeryüzüne ulaflan günefl fl n mlar, do rudan ve yay n k olarak iki kesimde yeryüzüne çarpar. Yay n k fl nlar, bulutlar ve tozlar nedeniyle saç lmaya u ram fl fl nlard r. Do rudan gelenler ise bu tür etkilere u ramam fl fl nlard r. Güneflten gelen enerjinin yaklafl k % 30 u yans ma ve saç lmalarla uzaya geri gider. Yaklafl k % 20 si atmosferde so urulur. Geri kalan % 50 si ise yeryüzünde so urulur. Yeryüzüne ulaflan bu günefl enerjisi do al dönüflümlere u rar. Bu dönüflümlerden biri, sular n buharlaflt r larak dünyadaki su döngüsünün sa lanmas d r. Bu ifllem, gerek biz insanlar gerekse tüm canl lar için çok önemlidir. Böylece derelerimiz akabilir, yer alt sular m z kurumaz, ya mur ve kar ya fllar olabilir. Bugün sadece Türkiye üzerine bir y lda düflen ya fl miktar n n 500 milyar ton suya karfl l k geldi i göz önüne al n rsa, bu ifllemin ne denli önemli oldu u anlafl labilir. kinci bir dönüflüm, fotosentezdir. Bu ifllem, dünyadaki canl lar için yaflam anlam na gelir. Bir saniyede gelen günefl enerjisinin yaklafl k on binde ikisi bu ifllem için harcan r. Di er bir deyiflle, bitkilerde toplan r. Bitkiler, gelen günefl enerjisini kullanarak fotosentez yapmakta ve böylece biyokütle oluflturmaktad rlar. Yani, gelen günefl enerjisinin bu k sm, biyokütleye dönüfltürülmektedir. Tüm canl lar n besin kayna ise bu enerjidir. Günefl enerjisinin bir di er dönüflümü de rüzgârlar, deniz dalgalar ve okyanus ak nt lar d r. Rüzgârlar n oluflmas nda, de iflik etkenler nedeniyle havan n baz bölgelerde di er bölgelere k yasla daha s cak ya da daha so uk olmas ndan kaynaklanan bas nç farkl l klar etkin olmaktad r. Bu s nma ve so umalarda da günefl etkin rol oynamaktad r. Deniz dalgalar ve ak nt lar, temelde rüzgâr n etkisiyle ortaya ç karlar. Dolay s yla, hem rüzgâr hem de deniz dalgalar ve ak nt lar birer günefl enerjisi türevidir. Günefl enerjisinin kullan labilirli i güneflin gökyüzünde ne kadar yüksekte oldu u yani günefl fl nlar n n kat etti i yol, günefl fl nlar n n düflme aç s ve bulutlanma durumuna ba l d r. Y ll k veya ayl k bazda mevcut günefl enerjisinin miktar ayn zamanda co rafi konumla da iliflkilidir. Bunlara ek olarak, kullan labilir günefl enerjisi, var olan günefl enerjisine, di er hava koflullar na, kullan lan teknolojilere ve yap lan uygulamalar n özelliklerine göre de iflmektedir. Güneflten gelen fl n mlar n % 9 u mor ötesi, % 45 i görünür fl k ve geri kalan % 46 s k z l ötesi bölgesinde bulunur. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 9

11 Günefl Enerjisine Girifl Günefl Teknolojilerine Girifl Günefl enerjisinin verimli kullan lmas için pek çok yol vard r. Günefl enerjisi teknolojileri günefl fl nlar ndan gelen enerjiyi ya do rudan kullan labilir elektri e ya da s ya dönüfltürür. Günefl enerjisi teknolojileri genelde Is l Teknolojiler ve Fotovoltaik Sistemler olarak 2 bafll k halinde incelenebilir. Is l teknolojiler, s cak su s t c lar ve havuz s tma teknolojileri, günefl fl n n herhangi bir flekilde odaklanarak yo unlaflt r lmas na dayanan orta ve yüksek s cakl k uygulamalar ile s tma ve havaland rmaya yönelik pasif günefl sistemi uygulamalar n içerir. Fotovoltaik sistemler ise günefl enerjisinden do rudan elektrik üreten sistemler olarak tan mlanmaktad r. Bu tür sistemlerin ana eleman fotovoltaik hücrelerdir. Günefl panellerinin çal flma ilkesi de fotovoltaik etki ilkesine dayan r. Çok say da materyal fotovoltaik etkiye sahip oldu u halde elektrik üretecek kapasiteye sahip olan grup, yar iletken grubudur. Dünyada günefl enerjisinin en genifl kullan m alanlar, su s tma ve s nmada günefl enerjisinden do rudan faydalanma fleklindedir. Termal hava sistemleri ile iklimlendirme yöntemlerinde günefl s s ndan yararlanmak da yayg nlaflmaktad r. Yo unlaflt r c günefl kolektörleri yüksek s cakl kta ve yüksek fl n m fliddetlerinde k zg n proses buhar üretir. Bu buhar, so utma ve konvansiyonel yöntemlerle türbin çevrimli elektrik üretimi uygulamalar için kullan l r. Fotovoltaik (PV) hücreler yukar da da bahsedildi i üzere yar iletken teknolojisini kullanarak fl k enerjisini do rudan elektrik enerjisine çevirir. Bu elektrik enerjisi hemen kullan labildi i gibi bir aküde depolan p sonradan da kullan labilir. Günefl panelleri, çok yönlü olmalar, binalara ve di er yap lara kolayl kla monte edilebilmeleri sayesinde günümüzde yayg n olarak kullan lmaktad r. Günefl panelleri, elektri in yerini alabilen, temiz ve yenilenebilir enerji sa lar. Bu paneller, ana enerji flebekesinden uzak olan yerlerde (elektrik da t m altyap s olmayan yerleflim merkezleri, acil durum telefonlar, telekomünikasyon istasyonlar gibi) elektrik ihtiyac n karfl larlar. Biz, bu rehberde, henüz ülkemizde genifl çapl bir uygulamas bulunmayan yo unlaflt r c kolektörlerle elektrik üretiminden ziyade günefl enerjisinden fotovoltaik yöntemlerle elektrik üretiminin detaylar na odaklan rken di er günefl enerjisi teknolojilerinden de temel olarak bahsedece iz. Güneflten yeryüzüne bir günde gelen enerji, dünyada bir y lda tüketilen enerjinin 27,4 kat d r. 10 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

12 Günefl Enerjisine Girifl Günefl Enerjisi Sözlü ü Günefl enerjisi ve ilgili terimleri, temel olarak yabanc kaynakl baz kelimelerin yo un kullan m ile tan nmaya baflland. Ancak, son dönem geliflen sektör, daha fazla tüketici ve ilgili ile karfl karfl ya gelmektedir. Bu nedenle, sektöre iliflkin özel terminolojinin ana dilimiz olan Türkçe ye do ru ve gerçek anlaml çevirisi çok önem kazanmaktad r. Bu terminoloji, ayn zamanda evrensel enerji ve elektrikle ilgili kavramlar ve birimleri yo unlukla kulland için burada yeniden hat rlatmakta yarar görüyoruz. Enerji: En basit anlam yla, ifl yapma yetene idir. Baflka bir deyiflle, maddede var olan s veya fl k olarak aç a ç kan güç olarak da tan mlanabilir. Güç: fl yapabilme oran olarak tan mlan r. Yani belirli bir zamanda yap lan ifle güç denir. Dalga Boyu: Dalga boyu, bir dalga örüntüsünün tekrarlanan birimleri aras ndaki mesafedir. Yayg n olarak, Yunanca lambda (λ) harfi ile gösterilmektedir. Dalga boyu frekans ile ters orant l d r. Dolay s yla dalga boyu uzad kça frekans azal r. Frekans: Bir dalgan n frekans, dalga boyuyla iliflkilidir. Dalgan n boyuyla frekans n n çarp m, o dalgan n h z n belirler. Dolay s yla dalga boyu bilinen bir dalgan n frekans, bu iliflki kullan larak belirlenebilir. Elektromanyetik Radyasyon: Elektromanyetik fl n veya elektromanyetik radyasyon, atomlardan çeflitli flekillerde ortaya ç kan enerji türleri ve bunlar n yay lma flekillerine verilen add r. çinde X ve α fl nlar n n ve görülebilir fl n da bulundu u fl malar, dalga boylar ve frekanslar na göre elektromanyetik spektrumu olufltururlar. Bu spektrumun bir ucunda dalga boylar en büyük, enerjileri ve frekanslar ise en küçük olan radyo dalgalar bulunur. Di er ucunda ise dalga boylar çok küçük, fakat enerji ve frekanslar büyük olan X ve α fl nlar bulunur. Watt, W (Vat) : Elektrik gücünün standart metrik ölçüm birimidir. Yap lan iflin h z n, yani birim zamanda yap lan ifli tan mlar. Watt= Volt X Amper Di er bir deyiflle ; güneflten yeryüzüne bir y lda gelen enerji, dünyada bir y lda tüketilen enerjinin kat d r. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 11

13 Günefl Enerjisine Girifl 100 mm (veya 125 x 125 mm veya 156 x 156 mm) boyutlar ndaki çok ince elektronik plakalara fotovoltaik hücre veya günefl gözesi denir. Watthour, Wh (Vat-saat): Gücü, 1 Watt olan bir makinenin bir saat ifllemekle yapaca ifli belirten birimdir. Elektrik da t m flirketleri, faturalardaki tüketim bedelini hesaplamak için bu birimi kullan r. Amper (A): Bir elektrik devresinde bir noktadan geçen ak m gösteren birimdir. Bir iletkenden saniyede akan elektronlar n miktar n gösterir. Volt (V): Bir elektrik kuvvetinde iki nokta aras ndaki gerilim fark n ölçen birimdir. Bir telde elektronlar n üzerindeki kuvvet ak ma neden olur. Buradaki gerilimi borulardaki su bas nc na benzetebiliriz. AC (Alternatif Ak m): Genli i ve yönü periyodik olarak de iflen ak md r. Evlerde kulland m z elektri in gerilimi Türkiye için 220 Volt iken baz ülkelerde 110 Volt tur. Uzun mesafelerde da t m n kolay olmas nedeniyle AC tercih edilir. Depolanmas mümkün de ildir. DC (Do ru Ak m): Elektrik yüklerinin yüksek gerilimden alçak olana do ru sabit olarak akmas d r. Günefl panelleri ve küçük rüzgâr türbinleri do ru ak m enerjisi üretir. Fotovoltaik (PV) Hücre, Günefl Gözesi (Solar Cell): Üzerine fl k düfltü ünde elektrik üreten yani günefl enerjisini elektri e çeviren, genelde 100 x Günefl Paneli (Photovoltaic (PV) Module): Çok say da PV hücresinin seri ve/veya paralel ba lanmas ile oluflturularak, güneflin fl ma enerjisinden kullan ma uygun elektrik enerjisi üreten üründür. Günefl panelleri, ngilizce de PV module olarak tan mlan r ve günefl hücrelerinin (solar cell) birlefltirilmesi ile oluflur. Ancak, Türkçe ye çevrilirken cell yani hücre kelimesi, batarya hücresi gibi alg lan p pil olarak tercüme edilmifltir. Oysa, hiçbir enerji depolama kabiliyeti olmayan ve iki cam aras na s k flt r lm fl özel silikon ve katman tabakalardan oluflan bu ürünler, sektörde hatal olarak günefl pili olarak an lmaktad r. Do ru olan, günefl paneli dir. Evirici ( nvertör): Do ru ak m alternatif ak ma dönüfltüren elektronik ayg tt r. Yenilenebilir enerji kaynaklar ile elektrik üretilirken elde edilen gerilim genel kullan m gereksinimimize uygun de ildir. Ço unlukla, Volt olarak üretilen bu gerilim, akülerin flarj edilmesi için kullan lmakta ve gereksinim duyulan elektrik de kaynaktaki dalgalanmalardan etkilenmememiz için bu akülerden çekilmektedir. Aküden al nan Volt elektri in, gereksinime göre Volta ç kar lmas için arada evirici (invertör) kullan lmaktad r. Bu kelimenin iflaret etti i cihaz, hayat m z n ayr lmaz bir parças olaca için ngilizce de inverter olarak geçen bu kelimenin, invertör olarak dilimize kazand r lmas kaç n lmazd r. Karbon Emisyonu (Karbondioksit Sal m ): Yaflam m z derinden etkileyen küresel iklim de iflikli inin bafl aktörlerinden say lan sera etkisinin nedeni, fosil yak tlar n kullan lmas ndan kaynaklanan CO 2 (karbondioksit) sal m d r. ngilizce de carbon emission diye geçen terimin, Fosil yak tlar y lda 25 milyar ton CO 2, CO, SO, NO x, O 2, is ve kül ç karmaktad r. Bunun 12 milyar tonu CO 2 dir. 12 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

14 Günefl Enerjisine Girifl Türkçe teknik ifadeleri olarak, karbon emisyonu veya karbondioksit sal m fleklinde kullan m daha do ru olacakt r. CSP, Yo unlaflt r c Günefl Kolektörleri (Concentrated Solar Power): Günefl enerjisinin aynalar vb. odaklay c yüzeyler yard m yla kolektörde toplan p yüksek s cakl klarda s enerjisine çevrildi i ve daha sonra bu s n n türbinler kullan larak elektri e dönüfltürüldü ü sistemlerdir. Yar letken: Düflük s cakl klarda metallere göre elektri i çok az ileten, yüksek s cakl klarda ise yal tkan maddelere göre daha iletken olan maddelere yar iletken madde ad verilir. Veya baflka bir ifadeyle, yal tkanlara göre daha iletken, iletkenlere göre daha yal tkan maddelerdir. Periyodik cetvelde, IV. grup elementleri ile III. ve V veya II. ve VI. grup elementlerinin yapt bileflikler yar iletken karakterdedir. Elektronikte en çok kullan lan yar iletken maddeler flunlard r: Germanyum, Silisyum, Galyum Arsenür, ndiyum Fosfür Piranometre (Pyranometer): Bir yüzeyin birim alan üzerine birim zamanda gelen toplam günefl radyasyonunu ölçmekte kullan lan araçt r. GHI, (Global Horizontal Irradiance Values): Global Ifl n m De erleri, dünya üzerindeki yatay bir yüzeye düflen günefl radyasyonunu tan mlar. DNI, (Direct Normal Irradiance Values): Direkt Ifl n m De erleri, güneflin yönünden gelen fl n m miktar d r. DIF, (Diffuse Irradiance Values): Yayg n Ifl n m De erleri, güneflten direkt gelen ve güneflin çevresindeki fl n m kapsamayan tüm günefl radyasyonunu tan mlar. Atmosfere saç lan günefl fl nlar n n bir k sm n n yeryüzüne ulaflmas da yayg n fl n md r. Yayg n fl n m ölçmek zordur çünkü piranometrenin dik aç dan gelen ve güneflin çevresindeki fl n mdan uzak tutulmas, gölgelenmesi gereklidir. Günefl Enerjisi Sabiti (Solar Constant): Dünyan n d fl na, yani atmosferin d fl na, günefl fl nlar na dik olan bir metrekarelik alana bir saniyede gelen günefl enerjisi, 1367 W/m 2 dir. Bu de er, tan m gere i, y l boyunca de iflmez varsay labilir. Bu say günefl enerjisi sabiti olarak bilinir. FIT (Feed-in Tariff): Yenilenebilir enerjinin yasalar arac l yla benimsenmesini sa lamaya yönelik bir teflvik yap s d r. Genelde bu yap n n oldu u ülkelerde, elektrik da t m flirketlerinin yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjiyi ortalama pazar fiyat n n üzerinde bir fiyatla sat n alma garantisi vard r. Günefl Takip Sistemleri (Solar Tracking Systems): Bir ya da iki eksen etraf nda dönerek günefli takip eden ve günefl panellerinin daha fazla enerji üretmesini sa layan sistemlerdir. Günefl enerjisi sistemlerinin verimlerini % 30 ile % 50 aras nda art r r. BIPV (Building Integrated Photovoltaics): Binaya entegre edilmifl fotovoltaik modüllerin k saltmas d r. Karbondioksit emisyonunun; % 44 ü kömür, % 35 i petrol, % 21 i do al gaz yüzündendir. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 13

15 Günefl Enerjisine Girifl Kimler Nas l Faydalan r? Bireysel tüketiciler Bireyler, genelde konutlar nda su s tma, s nma, havaland rma, paneller arac l yla elektrik üretimi, pasif solar sistemler, gün fl yla ayd nlatma veya yemek piflirme gibi alanlarda günefl enerjisinden yararlan r. Konutlarda tüketilen enerjinin % 90 su s tma ve ev s tmada kullan l r. Her ne kadar evlerin ve kullan lan suyun s t lmas nda günefl enerjisinden yararlanmak teknik olarak mümkün olsa da bu her zaman ekonomik olmayabilir. Yine de, Kuzey Avrupa ülkelerinde bile y ll k s cak su ihtiyac için gerekli olan enerjinin % 50 sini günefl enerjisinden sa lamak mümkündür. Günefl enerjisi kullanman n ekonomik koflullar, çeflitli teflviklerle veya yapt r m araçlar yla siyasi otorite taraf ndan sa lanmak zorundad r. Bunun için en temel koflul, çevreyi kirletmenin s n rland r lmas ya da daha s k görüldü ü üzere cezaland r lmas d r. Böylece, çevreye zarar veren enerji kaynaklar yla çevreyi kirletmeyen temiz kaynaklar eflit koflullarda rekabet edebilirler petrol krizinden sonra Amerika da, enerji tasarrufu için yap lan araflt rmalar sonras nda, yaflam konforu de iflmeden bir y lda enerji tüketimi %16 düfltü. 14 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

16 Günefl Enerjisine Girifl Maliyetle ilgili rakamlar asl nda tahmin edildi i kadar büyük de ildir. Örne in, ortalama bir evin, günefl enerjisi kullanarak s cak su ve ev s nmas n sa lamas için gerekli tutar, evin anahtar teslim fiyat n n sadece % 1 ini oluflturur. Ayr ca, karavan gibi kiflisel hobi amaçl kullan lan mobil araçlarda cihazlar n enerjilendirilmesi ya da kaynaklar n n merkeze uzak, k rsal bölgelerde bulunduklar düflünülürse, geleneksel enerji kaynaklar ndan yararlanmak için ya oldukça uzun kablolar ya da benzinli jeneratörler kullanmak gerekir. Her iki seçenek de hem pahal ekipman ve bak m hem de sürekli artan yak t maliyetleri içermektedir. Günefl enerjisi çiftçiler için fiyat art fl kayg s olmaks z n daha ekonomik ve daha teknelerdeki akü sistemlerinin (yaflam aküsü) flarj gibi uygulamalarda da günefl enerjisi çok verimli olarak kullan lmaktad r. Çiftçiler Tar m ve hayvanc l kta; ürün kurutma, sera s tma uygulamalar, sulama ve derin kuyulardan su pompalama, sterilizasyon ve temizleme gibi pek çok alanda günefl enerjisinden yararlan labilir. Günefl enerjili su pompalama sistemleri, günefl enerjisinin en verimli ve anlaml kullan ld alanlardan biridir. Kuyular n ve di er su verimli sonuçlar verebilmektedir. Örne in, dünyan n birçok ülkesinde pek çok besici, bu su pompalama sistemlerini hayvanlar na su temin etme amac yla kullanmaktad r. Kurumlar Kurumlarda günefl enerjisinin kullan m inflaat, havac l k, telekomünikasyon, kamu, su ar tma gibi çok çeflitli sektörlere yay l r. Hatta savunma sektörü de bu uygulamalar n önemli bir k sm n kullanmaktad r. Genel olarak tüm kurumlar, bireylerin kulland Almanya da 1973 teki krizde, konutlarda enerji korunumu amac yla yap lan tüm de iflikliklerin % 80 ini karfl lad ve üç y lda petrol tüketimini % 50 düflürdü. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 15

17 Günefl Enerjisine Girifl flekilde, ayd nlatma, s nma, so utma alanlar nda günefl enerjisinden yararlanabilir. Fakat, havac l k ya da savunma gibi özel sektörlerde ise hava trafik kontrolü, çevre güvenlik sistemleri, arazide hareket halinde veya bir yerde geçici karargâh kurma eylemleri için kullan labilecek, sürekli ve güvenli enerji ihtiyac n karfl layabilecek mobilize sistemler, giysilerin ve baz ürünlerin üzerine monte edilmifl ince film bazl fotovoltaik modüller gibi konuya özgü uygulamalar söz konusudur. Bunun yan s ra, turizm tesislerinde veya belediyeler vb. kamusal kurumlarda, su ar tma ve denizden içme suyu elde edilmesi prosesindeki cihazlar n enerjilendirilmesinde de günefl enerjisinden yararlan l r. Telekomünikasyonda ise daha çok GSM baz istasyonlar nda, RF (radyo frekans ) vericilerine enerji sa lamak için birincil enerji kayna olarak veya uygun lokasyonlarda rüzgâr türbini, dizel Ankara daki bir binan n enerji tüketimi Berlin dekine göre %450 daha fazlad r. 16 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

18 Günefl Enerjisine Girifl jeneratör uygulamalar ile kombine bir flekilde günefl enerjisi kullan l r. Ayr ca, günefl enerjisi, kurumsal sorumluluk projelerinde, karbon sal m n azaltarak enerji gereksinimini sa lamak, kamuda yenilenebilir enerjiler konusunda dikkat çekip, öncülük edebilmek amac yla devletin mülkiyetindeki bina ve uygulamalarda da kullan l r. Örne in: yol ayd nlatmalar, trafik iflaretleri, ikaz lambalar, demiryollar ndaki sinyalizasyon uygulamalar vb. Yap sektöründe ise günefl enerjisinin kullan m, çok katl rezidans, butik otel, al flverifl merkezi yap lar nda d fl cephe fotovoltaik modül giydirme (BIPV), günefl panelleri ile yap lacak gölgeleme sistemleri, solar duvar ile k fl n s tma ve yaz n d fl duvarda yarat lacak hareketli hava katman sayesinde s izolasyonunun sa lanmas, LED ile ayd nlatma gibi uygulamalar yoluyla yayg nlaflm flt r. Dünyaya her gün gelen günefl fl, 4-5 y ll k enerji tüketimimizi karfl lamaya yetmektedir. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 17

19 Günefl Enerjisine Girifl Rakamlarla Günefl Enerjisi Günde 24 saatten, tüm dünya yüzeyinin ortalamas al nd nda, her metrekareye y lda kabaca bir varil petrolden üretilecek enerjiye eflit fl n m düfler. Bu da günde, metrekare bafl na ortalama 4,2 kwh enerjiye denk gelir. Güneflten dünyaya saniyede yaklafl k olarak 170 milyar MW enerji gelmektedir. Türkiye'nin 2007 y l ndaki enerji üretiminin 191 milyar kwh oldu u düflünülürse, bir saniyede dünyaya gelen günefl enerjisi, Türkiye'nin y ll k enerji üretiminin 890 kat d r y l ndan itibaren kurulan fotovoltaik sistemler ile Amerika daki evin ya da geliflmekte olan ülkelerdeki 8 milyon evin elektrik ihtiyac n karfl layacak kadar enerji üretilmektedir. 1 Her gün yeryüzüne ulaflan günefl enerjisi miktar çok büyüktür. Yeryüzünde bulunan tüm kömür, petrol ve do al gaz enerjisi, sadece 20 günlük günefl enerjisine eflittir! Tam güneflli bir havada, yaln zca 15 dk. içinde, dünyadaki herkesin 1 senelik elektrik ihtiyac n karfl layacak kadar enerji yeryüzüne düflmektedir. 1 Photovoltaics Industry Statistics: Market Share 18 TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi

20 Günefl Enerjisine Girifl Dünyada, 2 milyar insan henüz elektrik enerjisinden faydalanm yor. Bu insanlar için en ucuz çözüm günefl panellerinden elektrik üretmek olabilirdi; fakat ne yaz k ki gerekli ekipman alabilecek güce sahip de iller. Nükleer ve fosil kaynaklardan sa lanan yenilenebilir olmayan enerjinin toplam kapasitesi terawatt olarak hesaplan rken, güneflin mevcut enerjisi terawatt r. Güneflten gelen enerjinin % 1 ya da % 2'si rüzgâr enerjisine dönüflür. Bu, yeryüzündeki tüm bitkilerin biyolojik kütleye dönüfltürdü ü enerjinin kat d r. Fotovoltaik panellerin yap m nda kullan lan silikon hücrelerin ana maddesi kumdur. Günefl paneli yaparken kullan lan 1 ton kum ile ton kömür harcanarak üretilen elektri e eflit enerji üretilebilir. Günefl enerjisi üretiminin toplam, küresel enerji talebi toplam n n yaklafl k % 0,01 ini oluflturur. Günefl enerjisi kullanan ortalama bir s cak su sistemi, y lda 11,4 varil petrol harcanmas n önler veya orta büyüklükte bir sedan araban n km gitmek için harcayaca yak ta eflde er yak ttan tasarruf edilmesini sa lar. Amerika Kolorado daki 1 kw l k bir fotovoltaik sistem (ya da ayda 150 kwh üreten bir sistem) her ay, yaklafl k 75 kg kömürün ç kar lmas n, atmosfere 150 kg CO 2 sal m n, yaklafl k 477 lt suyun harcanmas n, NO ve SO 2 gazlar n n çevreyi kirletmesini engeller. Günefl enerjisinin asl nda nükleer güce ba ml oldu unu biliyor muydunuz? Yaln z, günefl enerjisinin nükleer gücü yaklafl k 150 milyon km uzaktad r. Yap lan araflt rmalar fl nda PV yi destekleyen kurulufllar, 2020 y l nda enerji fiyat n 6 Cent / kwh olarak hedeflemektedir. Tüm sokak lambalar n n yar s söndürülse, yap lacak tasarruf % 1,2 dir. TemizDünya Rehberi Günefl Enerjisi 19