GÜNEŞ ENERJĐSĐ VE YENĐLENEBĐLĐR ENERJĐ KAYNAKLARI

Transkript

1 GÜNEŞ ENERJĐSĐ VE YENĐLENEBĐLĐR ENERJĐ KAYNAKLARI Doğada kendi kendisini yenileyebilen enerji kaynaklarına, yenilenebilir enerji kaynağı denilmektedir. Rüzgar, Hidro-elektrik, Jeo-termal, Dalga, Güneş bunların başlıcaları olarak sıralanabiilir. Doğada var olan enerji kaynaklarıdır ve bir şekilde doğada kendi kendilerine yenilenmektedir, tükenmeleri halinde, eğerki yerine muadili bir kaynak bulunamadığı taktirde dünyanın sonunun gelmesi söz konusu olabilecektir. Bu bölümde Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretimi konusunu detaylı olarak ele alacağız. Konu başlıklarını; >>Güneş enerjisi nedir, dünyamızda ve ülkemizdeki ışınım dağılımı nasıldır? >>Güneş enerjisinden nasıl elektrik enerjisi üretilebilir? >>Güneş enerjisinden elekrik enerjisi üretiminin tarihçesi. >>Güneş enerjisinin üretiminde kullanılan maddeler ve yöntemler. Olarak sıralanabilir. GÜNEŞ ENERJĐSĐ NEDĐR, DÜNYAMIZDA VE ÜLKEMĐZDE IŞINIM DAĞILIMI NASILDIR. Güneş enerjisi, Güneş ışınımından (radrasyonundan) elde edilmesine dayalı teknolojidir. Güneş enerjisi çevre açısından temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiş yenilenebilir enerji kaynağıdır. DÜNYA IŞINIM HARĐTASI Güneş enerjisi açısından, güney yarım kürenin oldukça yüksek potansiyele sahip olduğu görülmektedir.

2 Dünya genelinde göze üretimi başta Avrupa, Çin, japonya, Tayvan, Amerika ve hindistan da yapılmaktadır, toplam üretim kapasitesi 2007 yılı sonu itibariyle olmak üzere MWp e ulaşmıştır. Dünya genelinde ve Avrupada PV kurulu gücü yukarıdaki grafiktende görüleceği üzere büyük bir ivme ile artmıştır ve artmaya devam etmektedir yılı sonu itibarıyle, Dünyada PV kurulu gücü 9.2 GWp e, Avrupada ise 4,7 GWp ulaşmıştır, 2010 yılı sonu itibarıyla sadece almanyada PV kurulu gücü MWp olacaktır.

3 TÜRKĐYE GÜNEŞ ENERJĐSĐ POTANSĐYELĐ : Haritadan görüleceği üzere ülkemizde batı Akdeniz, Doğu Akdeniz, İç Anadolu, Güney Doğu Anadolu bölgelerimiz güneş enerjisi açısında oldukça şanslıdır. Güneş enerjisini, ülkemizin somut zenginliği olarak kabul etmek mümkündür. Ülkemizin güneş enerjisi potansiyeli 2008 yılı toplam elektrik enerjisi tüketiminin iki katıdır. TÜRKĐYE GÜNEŞ ENERJĐSĐ PAZARININ SON DURUMU. Ülkemizde son beş yıldır, PV pazarı yavaş yavaş oluşmaya başlamıştır, ancak yenilenebilir enerji kaynakları kanununda yapılacak değilşiklik ile güneş enerjisinden üretilecek elektrik enerjisine devletimizin alım garantisi vermesi ile hızla yaygınlaşıp büyüyecek ve çok kısa sürede kurulu güç olarak avrupanın bir çok devletini yakalayabilecektir. Aşağıda Türkiyemizin muhtemel pazar dağılımı görülmektedir.

4 GÜNEŞ ENERJĐSĐNDEN NASIL ELEKTRĐK ENERJĐSĐ ÜRETĐLĐR? Fotovoltaik etki sonucu açığa çıkan foto elektronların ölçülebilir kinetik enerjileri vardır, Bu enerji, elektrik enerjisine dönüştürülerek kullanılmaktadır. Fotovoltaik hücrenin temel elektriksel özellikleri AKIM ve VOLTAJ dır. N ve P tip silikon prensipte birer diyod tur(yarı iletkendir). Her ikisinin de elektriksel özellikleri aynıdır. Temelde I-V eğrisi 3 önemli noktada tanımlanır. Wp olarak belitilen, MPP Güneş hücrelerinin çalıştığı maksimum güç değeridir. Kısa akım Isc, Açık devre voltajı ise Voc olarak tanımlanır. Foton = Işık enerji birimidir. Elektromanyetik dalganın toplam enerjisini oluşturan, enerji paketciklerinden her biri için kullanılan isimdir ve elektromanyetik ışınım taşıyıcısıdır. Güneş hücrelerine çarpan fotonların kopardığı negatif yüklü elektronların hareketiyle p ve n tip slikon bölgesi arasında ve alt ve üst iletkenleri yardımı ile bir tür elektrik devresi sağlanmakta ve doğru akım (DC) elektrik elde edilmektedir. GÜNEŞ ENERJĐSĐNDEN ELEKTRĐK ÜRETĐMĐNĐN TARĐHÇESĐ? Fotovoltaik etkiyi ilk keşfeden 1839 yılında, 19 yaşındaki Fransız fizikçi Edmund Bacquerel dir, 1883 yılında ise, Amerikalı Charles Fritts, selenium maddesini altın ile kaplayarak % 1 verimli ilk güneş enerjisi hücresini imal etti, bu icad daha sonraki yıllarda kameralarda ışık sensörü olarak kullanıldı. Albert Einstein ise, ışığın doğası ve fotoelektrik etkinin çalıştığı mekanizma teoremleri ile bu çalışmaları ilerleterek, 1905 yılında Nobel ödülüne layık görüldü. Bu dönemde yüksek maliyetleri ve düşük verimlilikleri yüzünden pek kullanılmayan fotovoltaik hücreler, daha sonra BELL laboratuarlarının 1930 lu yıllarda Russel Ohl tarafından US numaralı ışığa duyarlı alet adı altında patent başvurusunun ardından piyasaya girdi.

5 Darly Chapin, Calvin Fuller, Gerald Pearson, bu üç bilim adamının amacları saece Bell telefon sistemindeki problemleri çözmekti ve bunun için çalışıyorlardı. Klasik çinko-karbon ve kurşun asit piller sıcak iklimlerde çabucak bozuluyorlar ve iletişim sisteminin kopmasına sebep oluyorlardı, Onlardan alternatif güç kaynakları ve kendi kendine yeten sistemler bulmaları istendi ve 1952 yılında sislisyum kristal esaslı ilk güneş gözesi imal edildi. Đlk uygulama Silisyum esaslı hücrelerden elektrik üretiminin ilk uygulaması 1958 yılında Amerikan Vanguard uydusunda yapılmıştır. Uydunun kanatlarına bağlanan panellerden elde edilen elektrik enerjisi uydunun haberleşme, kontrol ve kumanda sistemlerinin enerjisinin sağlanmasında kullanıldı. Bu gün için güneş pillerinde (PV) en çok kullanılan madde, entegre devreler ve transistörlerin içinde de kullanılan saf silisyumdur. Silisyumu elde etmek için ham madde olarak kullanılan Kuartz, oksijenden sonraki, yeryüzünde bulunan ikinci en çok elementtir. ( SiO2 )

6 GÜNEŞ ENERJĐSĐNĐN ÜRETĐMĐNDE KULLANILAN MADDELER VE YÖNTEMLER YÖNTEM Ham madde olarak kullanılan Kuartz tan elde edilen Silisyum aşağıda gösterildiği şekilde uzun bir prosesten geçer ve sonuçta hücreler elde edilir. SiO2 (Kuartz) ham maddesi ve işlenerek monokristal hücrelerin elde edilmesi Kuartz kristali eriyik hale getirilir ve eriyik kristal çok yavaş hızda döndürülerek kütük (ingot) denilen ana madde elde edilir, ana madde ince, ince kesilir ve ince dilimler (Wafer) elde edilir SiO2 (Kuartz) ham maddesi ve işlenerek Mono-Poli Kristal hücrelerin elde edilmesi Slikon kristal gözeler 1800 ºC de eritildiğinde, Si - O2 den ayrılır ve % 98 saflık elde edilir, Ancak kalan %2 kirlilik fotovoltaik uıygulamalar için uygun değildir. Fotovoltaik kullanımlar için mükemmel saflık gerekmektedir. Bu yüzden onlarca fiziksel ve kimyasal prosesden geçirilir, Hidrolik asit kullanımı ve siemens prosesi bunlardan ikisidir.

7 GÜNEŞ ENERJĐSĐNĐN ÜRETĐMĐNDE KULLANILAN MADDELER BİRİNCİ NESİL AYGITLAR -Tek kristal veya multi kristal sislisyum pul (wafer) teknolojisi. İKİNCİ NESİL AYGITLAR -Amorf silisyum(a-si) -Multikristal silisyum ince film (MC-Si) -Cadmium Telleride (CDTe) -Copper Indium Gallium di Selenide (CIGS) alaşım ÜÇÜNCÜ NESİL AYGITLAR(henüz çoğu fikir aşamasında) -Nanokristal tabanlı güneş hücreleri -Photo electro chemikal (PEC) hücreler -Graetzel hücreleri -Polimer tabamlı hücreler -Boya ile duyarlı hale getirilmişhücreler.(dye sensitized solar cell(dssc) BĐRĐNCĐ NESĐL AYGITLAR - Tek kristalveya Multi kristal(poli Crystal) sislisyum pul (wafer) teknolojisi. SLİKON HÜCRE TEKNİĞİ Poli-Kristal verimlikleri % arasındadır. Mono kristal hücre verimlilikleri %15-%18 arasındadır. ĐKĐNCĐ NESĐL AYGITLAR -Multikristal silisyum ince film) (Poli Crystal Thin Film) (MC-Si) *Standart hücre boyutları yoktur. Doğrudan panel olarak üretilmektedirler. *Görüntü geçirgen özellikte imal edilebilirler *Bina dış yüzeyine uygulanabilmektedirler, *Double glazed (Çift Cam) teknolojisi ile pencere uygulamaları yapılmaktadır. *Verimlilikleri % 5-11 arasındadır. *Fiyatları daha uygundur. *Bulutlu ve kapalı havalarda da enerji üretimleri devam eder. *Gölgelemelere karşı duyarlılıkları daha zayıftır. *Aşırı sıcaklara karşı dayanımları daha yüksektir. *Daha üstün teknoloji ürünüdürler. *Üretim maliyetleri de daha düşüktür

8 Aşağıdaki resimde Thin Film (Đnce Film) uygulamasına örnek verilmektedir Görüleceği üzere içeriden dışarısı görülmektedir. PANELLERĐN VERĐMLĐKLERĐNĐ ARTIRMA ÇALIŞMALARI. Panellerin verimini düşüren en önemli etken yansımadır, yansımanın birimi albedo dur, bu nedenle güneş radrasyonunda maksimum seviyede elektrik enerjisi üretebilmek için panellerin yüzeyine çarpan ışınların yansımasını engellemek için çeşitli anti-reflektif kaplamalar geliştirilmektedir, bu malzemeler panellerin verimin artırmaktadır. Anti-Reflektif kaplamalı kristal slikon hücrelerle imal edilen PV panellerin verimi % 20.8 lere kadar artırılabilmektedir. Verimi artırmak için hücrelerin yüzeyinde de kaplamalar yapılmaktadır, Bu tür kaplama yapılan hücreler hem pozitif hem de negatif iletkelik bağlantıları hücrelerin sırt kısmındadır. Ön yüzey ise hem anti reflektif kaplamalı hem de yansımalara sebep olacak şekilde pürüzlendirilmektedir, bu yöntem ile verimlilik % 20.8 e kadar çıkartılabilmektedir. Ancak bu uygulamalar maliyetleri yukarı çekmektedir.