Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi. Yöntem ve Teknolojiler 19 Aralık 2008 Emre Songür

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi. Yöntem ve Teknolojiler 19 Aralık 2008 Emre Songür"

Ilhami Giray
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi Yöntem ve Teknolojiler 19 Aralık 2008 Emre Songür

2 Sunum Planı Güneş enerjisi ile ilgili genel bilgiler Güneş enerjisinin kullanım yöntemleri Mimari yöntemler Güneş ile ısıtma ve soğutma Güneş enerjisi ile elektrik üretimi Fotovoltaik Hücreler (PV) Termal güneş enerjisi santralleri

ısıtma ve soğutma Güneş enerjisi ile elektrik üretimi

3 Genel Bilgiler Atmosfer dışında güneş ışınlarına dik bir yüzeye düşen güneş enerjisi =1367 W/m2 Bulutsuz bir günde güneş ışınlarının dik düştüğü bir yerde güneş enerjisi =1000 W/m2 Dünya üzerine düşen ortalama güneşe enerjisi ~350 W/m2 Ankara da Haziran ayında en yüksek 800 W/m

düştüğü bir yerde güneş enerjisi =1000 W/m2 Dünya üzerine düşen ortalama

4 Genel Bilgiler

5 Yöntemler Güneş Enerjisi Yöntemleri Mimari Yöntemler Isıtma ve Soğutma Elektrik Üretimi Kimyasal Prosesler Fotovoltaikler Termal Çevrim

6 Mimari Yöntemler

7 Isıtma ve Soğutma

8 Güneşten Elektrik Güneş Enerjisi Isı Makinası Fotovoltaik Hücreler (PV) Mekanik Enerji Jeneratör Elektrik

9 Yarı iletken güneş panelleri: Kristal yapılı silikon paneller Ticari uygulamalarda % 12-15, Ar-Ge çalışmalarında %22 verim Amorf yapılı silikon paneller Yarıiletken PV Ticari uygulamalarda %8, Ar-Ge %13 verim Germanyum ve GaAs (Gallium Arsenide) paneller İleri uygulamalarda %20 - %35 verim

paneller Yarıiletken PV Ticari uygulamalarda %8, Ar-Ge %13 verim Germanyum

10 Yarıiletken PV Kristal silikon panel üretimi dört aşamadan oluşmaktadır Kumdan silikon elde edilmesi Silikondan silikon kristallerin üretilmesi Silikon kristallerden hücrelerin üretilmesi Hücrelerden panel üretilmesi

Silikondan silikon kristallerin üretilmesi Silikon

11 Yarıiletken PV Amorf (ince film) güneş panellerinde silikon kristal hale getirilmeden SiH 4 (silane) halinde ince bir tabaka olarak kaplanır. Kristal üretilmemesi amorf panel üretimini daha kolay ve ucuz bir yöntem haline getirmektedir. Kristal bir panel üretimi için 600 kwh/m 2 harcanırken, amorf bir panel için 420 kwh/m 2 harcanmaktadır

Kristal üretilmemesi amorf panel üretimini daha kolay ve ucuz bir yöntem haline

12 Enerji geri ödemesi Yarıiletken PV U.S. Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy tarafından verilen rakamlar santraller için değil sadece panel için geçerlidir

13 Silikon dünyada en yaygın bulunan elementlerden biridir. Yarıiletken PV Ancak doğada genellikle silisyum oksit olarak bulunur. Panel imalatında kullanılan silikon % saflıkta olmalıdır. Bu silikonun maliyeti %98-99 saflıktaki metalürjik silikon maliyetinin 25 katıdır

Panel imalatında kullanılan silikon %99.99999 saflıkta olmalıdır.

14 Yarıiletken PV $ / kg seviyelerindeki güneş paneli kalitesindeki silikonun fiyatı 2008 yılında 450 $ seviyesine ulaşmıştır. Yükselme panel taleplerindeki artış ve diğer emtia fiyatlarındaki artışın ortak etkisi ile gerçekleşmiştir. Üretim kapasitesinin de artması ile 2009 da %40 oranında bir düşüş gerçekleşeceği beklenmektedir. Bugün kristal silikon panellerin yaklaşık maliyeti 4-5 $/W civarındadır. (% verim). Amorf silikon panel maliyeti 2.5 $/W seviyesindedir

Üretim kapasitesinin de artması ile 2009 da %40 oranında bir düşüş gerçekleşeceği beklenmektedir.

15 Yarıiletken PV photovoltaic electricity cost 50 cents in That had fallen to 20 cents in 2005 and is still dropping Kaynak: The Economist cialreports/displaystory.cfm?sto ry_id=

dropping Kaynak: The Economist http://www.economist.

16 Yarıiletken PV Maximum Power Point Tracker MPPT

17 Yarıiletken PV

18 Yarıiletken PV

19 Polimer PV Ticari olarak bulunabilen hammaddeler kullanılarak sentezlenen polimerlerden üretilmektedir Geniş boyutlu ve esnek paneller yapılabiliyor

20 Verim %5 seviyelerine ulaşabiliyor Henüz ticari uygulaması bulunmuyor, çalışmalar laboratuar düzeyinde Polimer PV Avusturya da Christian Doppler Laboratory for Plastic Solar Cells kurucu direktörü Niyazi Serdar Sariciftci bu alandaki en önde gelen bilim insanlarından

Doppler Laboratory for Plastic Solar Cells kurucu direktörü Niyazi

21 Fotovoltaik Hücreler PV ile elektrik üretim maliyetleri düşmektedir ancak panel üretim kapasiteleri gibi nedenlerle yakın zamanda PV ile büyük kapasitelere ulaşılması güç görünmektedir. PV elektriğin ulaştırılamadığı yerlerde önemli bir kullanım alanına sahiptir. Verim artışı bu uygulamalar için önemlidir. Polimer hücreler henüz laboratuvar seviyesindedir

22 Yarıiletken PV

23 Termal Çevrim Termal çevrim güneş santralleri Odaklanmış güneş ışığı ile su, ya da yağ gibi ikinci akışkan ısıtılır Rankine ya da Stirling çevrimleri kullanılır Bulutlu havalarda ve gece elektrik üretimi için doğalgaz santrali ile yedeklenebilir Integrated Solar Combined Cycle System (ISCCS) ile doğalgaz çevrim santrallerinin yakıt tüketimi %10 düşebilir Gece elektrik üretimi için erimiş tuz (molten salt) kullanılmaktadır

24 Termal Çevrim

25 Termal Çevrim Termal çevrim güneş santralleri tipleri Kule tipi Parabolik aynalar kullanılan Fresnel aynaları kullanılan Çanak tipi Parabolik aynalar ile kat, Kule tipi ile kat, Çanak tipi ile kat güneş ışığı yoğunlaştırılması sağlanabiliyor

26 Kule Tipi Kule tipi termal çevrim güneş santralleri

27 Kule Tipi Kule tipi termal çevrim güneş santralleri Düz aynalar (heliostat) kullanılıyor Güneşi 2 eksenli hareketle takip ediyor En yüksek 550 C sıcaklıklara ulaşılabiliyor Yağ kullanılırsa en yüksek 400 C sıcaklıkta buhar elde edilebiliyor Her heliostat ayrı hareket ediyor Arazi hazırlığı gereksinimi düşük 100 MW için km 2 alan gerekiyor Yatırım maliyetleri > 9 $/W Ayrıntılı teknik bilgi:

28 PS 10 İspanya 11 MW m 2 alan 24.3 GWh yıllık üretim 1 saatlik buhar yedeği Termal verim %27 Toplam verim %17 Sıcaklık 250 ºC Aynalar Abengoa Solar, Kule Tipi - Örnekler Kule ALTAC Inabensa, Fichtner, Ciemat, DLR ın ortaklığı

29 PS 20 İspanya 20 MW Henüz inşa halinde PS20, AZ20 ile Solnova50-1, Solnova50-2, Solnova50-3, santralleri ile toplam 300 MW güç elde edilecek Kule Tipi - Örnekler PS 10, 5 milyon euro tutarında 5. çerçeve araştırması ve 16 milyon yatırım ile kurulmuştu Toplam proje (300 MW) maliyetinin 1.2 milyar euro olması bekleniyor (

30 Kule Tipi - Örnekler Solar Tres 17 MW güç 15 saat yetecek erimiş tuz deposu Yılda 96.4 GWh elektrik üretimi GHERSA, COMPAGNE DE SAINT GOBAIN, CIEMAT ve SIEMENS ortaklığı bütçe

31 ABD deki örnekler Solar One (1981) 10 MW, 5 yıl kullanım Solar Two (1995) 10 MW, 4 yıl kullanım Solar Two erimiş tuz (% 60 potasyum nitrat %40 sodyum nitrat) Kule Tipi - Örnekler Proje ABD enerji bakanlığı tarafından deneysel amaçlı yapıldı

32 Parabolik Aynalı Parabolik aynalı termal çevrim güneş santralleri

33 Parabolik aynalı güneş santralleri Parabolik Aynalı Dünyada toplam 400 MW santral bulunuyor. 350 MW santral inşa ediliyor MW planlanan santral projesi var. California Mojave çölündeki SEGS 20 yıldır çalışıyor. Yatırım maliyetleri 4-9 $/W

34 Parabolik aynalı güneş santralleri Parabolik Aynalı Parabolik aynanın odak noktasında bulunan tüp içerisinde 400 ºC sıcaklığa ulaşılabiliyor Önde gelen parabolik ayna üreticisi Alman Flabeg %93 yansıtıcılıkta ayna üretiyor. Toplayıcı, havası alınmış bir cam tüp içindeki yansıtmayan boya ile boyanmış çelik borudan oluşuyor. SCHOTT firması önde gelen üretici

35 Parabolik Aynalı Örnekler Üretilen elektrik Southern California Edison tarafından satın alınıyor

36 Parabolik Aynalı - Örnekler ACCIONA Nevada Solar One Nominal kapasite 64MW, maksimum kapasite 75MW 260 milyon ABD doları bütçe ile yapıldı Nevada Power Company ve Sierra Pacific Power Company santralin tüm üretimini uzun süreli anlaşmalarla satın aldı

37 Parabolik Aynalı - Örnekler Andasol - İspanya 50 MW kapasite Yılda 3589 saatte toplam 179 GWh üretim (AB rapor) 7.5 saat yetecek erimiş tuz teposu 14.3 milyon euro maliyetin 5 milyonunu AB karşıladı

38 Andasol - İspanya Parabolik Aynalı - Örnekler

39 Frensnel Aynalı Fresnel aynaları kullanılan termal çevrim güneş santralleri Çalışma prensibi olarak parabolik aynalı santraller ile aynı ancak düz aynalar kullanılıyor. Deneme amaçlı örnekler (<10 MW) var

40 Çanak tipi termal güneş santralleri Çanak Tipi Diğerlerinden farklı olarak Rankine değil Stirling çevrimi kullanılmaktadır

41 Çanak Tipi Test ve demonstrasyon amaçlı uygulamalar mevcut Stirling Energy Systems tarafından planlanan 500 MW ve 300 MW güçte, çanak ile kurulacak iki santral var. Santrallerin elektriğinin Southern California Edison Company ve San Diego Gas & Electric tarafından 20 yıllık bir anlaşma ile alınacağı SES tarafından açıklanıyor. SES henüz 1 MW lık bir deneme sistemini kurdu Yatırım maliyetleri > 10$/W

42 İlgili Firmalar Termal çevrimli güneş enerji santralleri ve santral ekipmanları ile ilgili önde gelen firmaların listesi: esolar Sky Fuel Solel Bright Source Energy Abengoa Solar Ausra Solar Stirling Energy Systems Acciona Energy FPL Energy Flabeg SCHOTT

43 Termal Çevrim 4 farklı termal çevrim güneş enerjisi santrali tipinde de örnek çalışmalar devam etmektedir. Her tipteki santralleri kuran ve ekipmanları üreten girişimci firmalar bulunmaktadır. Hangi tip santralin genelde ya da özel durumlarda diğerlerine göre üstün olduğu henüz belirli değildir. Gelecekte hangi tip santralin yaygınlaşacağı maliyetleri düşürecek ekipman üretim teknikleri santral tasarım ve işletme optimizasyonu çalışmaları belirleyecektir

44 Teşekkürler

Benzer belgeler

YOĞUNLAŞTIRILMIŞ GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ

YOĞUNLAŞTIRILMIŞ GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ Doç. Dr. Haydar LİVATYALI TUBITAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Enstitüsü Nisan 2011 SUNUM PLANI Neden CSP? Parabolik oluk sistemler Merkezî alıcılar Dünyadaki