Güneş Enerjisi. Şafaktan Günbatımına. From Dawn Till Dusk

Transkript

1 Güneş Enerjisi Şafaktan Günbatımına From Dawn Till Dusk

2

3 2000 W TOPLUM Yıllık Kişi Başı Enerji Tüketimi = 2000 x 24 x 365 = 17,520 kwh Ülke Güncel Kullanım (kw) ABD 12 Hindistan 1 Çin 1.5 İsviçre 5 Avrupa 6 İsviçre 5

4 Neden Temiz Enerji? CO 2 salım değerleri acilen azaltılmalı Fosil yakıtların tükenme riski var Çevresel ve Sağlık sorunları

5 Güneş Enerjisi %35 Yeryüzünden uzaya geri yansıtılır %43 yer ve atmosfer tarafından ısı radyasyonu olarak tutulur %22 Su buharlaştırır: yağmur ve su döngüsünü sağlar %0.2 Rüzgar ya da atmosferik kinetik enerjiyi oluşturur %0.02 bitkilerin fotosentezini oluşturur

6 Güneş Enerjisi Yaz mevsiminde, açık bulutsuz bir günde 1m 2 alana yaklaşık 10 kwh güneş enerjisi düşer. Yaz mevsimi, parçalı bulutlu günlerde 1m 2 ye yaklaşık 6 kwh güneş enerjisi düşmektedir. Kış mevsiminde en iyi durumlarda bu değer 4 5 kwh/m 2 dir En kötü kış koşullarında, bulutlu havalarda bu değer 1 kwh/m 2 ye ya da daha düşük değere iner.

7 GÜNEŞ Güneş sisteminin merkezinde yer alan G2V sınıfında bir yıldızdır. G2V sınıfı yüzey sıcaklığının bir göstergesidir. Beyaz renklidir; fakat atmosferde kırılan ışınlar sarı olarak görmemize neden olur. Sistem kütlesinin %99.8 ini olşturur. Çapı Dünya nın çapından 109 kat daha büyüktür. Ağırlığı Dünya nın ağırlığının katıdır. %74 ünü Hidrojen, %24 ünü Helyum geri kalan kütlesini ise farklı elementler oluşturur. Yoğunluğu Dünya nın yoğunluğunun dörtte biri kadardır. Yüzey sıcaklığı 5500 C, çekirdek sıcaklığı ise 15.6 milyon C. Güneş ışınları Dünya ya 8.5 dakikada gelir. Dünya ya Güneş ten 174 PetaWatt lık (174 x W)güç akışı olur ve bunun %30 u tekrar uzaya yansır.

8 Yayınım kuşağı İç çekirdek Çekirdek Yüzey Güneş in Yapısı

9 Güneş insanoğlunun her zaman ilgisini çekmiştir. Ona hep saygı duymuş ve değer vermiştir. Zaman algısını onun üzerine inşa etmiştir. Fakat günümüzde insanoğlunun dünya ve uzay hakkındaki algısı değişmiş, böylelikle güneşten farklı şekillerde yararlanma arzusu doğmuştur.

10 Güneş Enerjisi Güneş yeryüzüne insanların enerji tüketiminden 35,000 kez daha çok enerji göndermektedir. Başka deyişle dünyaya gönderilen bir tek günlük enerji insanların geçtiğimiz 27 yılda tükettiğinden daha fazladır. Güneş enerjisi bilinen en temiz enerji kaynağıdır. Tüm sorun serbest fotonlardan oluşan bu enerjini kullanılabilir enerji haline getirilmesidir. Günümüzde dünya enerji üretiminin yalnızca %0.03 güneşten üretilmektedir. Güneş enerjisi endüstrisi her yıl %33 büyümekte ancak bu büyüme oranı yine de yetersiz kalmaktadır.

11 Dünyamıza Güneş ten gelen enerjinin dağılımını gösteren harita

12 Bu haritada da Avrupa da 1 metrekarelik alana düşen güç değerleri gözükmektedir. Ülkemiz, dönenceler arasında kalan ülkelere göre daha az Güneş enerjisi alsa da Avrupa daki şanslı ülkelerden biri...

13 GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ... Kollektör Güneş kollektörleri uzun zamandan beri ülkemizde de kullanılmaktadır. Su tankı Pompa Güneş kollektörleri, üzerine düşen güneş ışınlarını emerek, kollektörün içinde bulunan borulardan geçen soğuk suyu ısıtır, böylelikle fazladan enerji harcamamıza gerek kalmadan sıcak su ihtiyacımızı karşılamış oluruz.

14 GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ... Özellikle tatil beldelerinde kullanım suyunu ısıtmak için bu sistemden yararlanılmaktadır.

15 Çatıya yerleştirilmiş bir güneş kollektör sistemi

16 FOTOVOLTAİK PANELLER (PV PANELS)

17 FOTOVOLTAİK ETKİ Fotovoltaik paneller, fotovoltaik etki uyarınca elektrik üretirler. Fotovoltaik etki, birtakım malzemelerin (yarı iletkenlerin) ışığa maruz bırakılması durumunda, üzerlerinde gerilim oluşmasıdır. Bu etki ilk olarak 1839 yılında Alexandre Edmond Becquerel tarafından ortaya konulmuştur. Fakat ilk güneş hücresinin üretilmesi 1950 li yılları bulmuştur.

18 FOTOVOLTAİK ETKİ PV gözeler, (fotovoltaik gözeler) ışık enerjisini elektrik enerjisine çevirirler. Özel bir malzemenin üzerine fotonlar düştüğünde malzemenin elektrik üretmesine fotovoltaik etki denir. Bu özel malzeme yarı iletkendir. Elektronik elemanların üretiminde kullanılan yarı iletken malzemeler PV gözelerinin de temel ana maddesidir, bu malzemeler ikiye ayrılır; Monokristal silikon (verimi ve fiyatı yüksek) Polikristal silikon (düşük verimli ancak ucuz)

19 FOTOVOLTAİK ETKİ Güneş gözleri için tipik verim %16 civarındadır. Böylece bulutsuz güneşli bir günde 1mm 2 lik panelden 160W güç alınabileceği anlaşılabilir. Özel malzemeler kullanılarak bu değer daha yüksek değerlere çıkarılabilir, ancak fiyat her zaman kısıtlayıcı olur. PV panellerin yapılmış olduğu yarı iletken malzeme elektronları hareketlendirmede çok etkin değildir. Bunun nedeni yarı iletken malzemelerin elektronların oldukça kararlı olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle elektronları harekete geçirmek için özel bir tip metal ızgara yarı iletken malzemenin üzerine konur. Ancak metal ızgaralarının konması yarı iletkenlerin üzerini bir miktar örttüğü için verimin azalmasına neden olabilir. Günümüzde yarı iletkenlerin üzerine gölge oluşturmayacak ızgara malzemeleri üzerine araştırmalar sürmektedir, en iyi aday SnO 2 dir

20 FOTOVOLTAİK PANELLER... Fotovoltaik panellerin temel bileşeni silisyum elementidir ve silisyum doğada kum taneciklerinde bulunur. Kum çeşitli ısıl ve kimyasal süreçlerden geçirilerek, silikon külçeleri (silicon ingots) haline getirilir. Bu külçelerden çok ince silikon pullar (silicon wafers) elde edilir ve bu pullardan çeşitli işlemler sonucu güneş hücreleri oluşturulur.

21 FOTOVOLTAİK PANELLER... Fotovoltaik paneller, güneş hücrelerinin bir araya getirilmesiyle oluşturulur. Böylelikle daha fazla elektrik enerjisi üretilebilmektedir.

22 Monokristal Gözeler (c-si) Bu tip gözeler büyük kristal parçalardan ince silikon tabakalar halinde dikkatlice kesilerek oluşturulurlar. Birkaç inçlik tabakalardan paneller oluştururlar. En verimli güneş hücreleridir, fakat fiyatları da diğer hücrelere göre pahalıdır. Verimleri %40 lara kadar ulaşmaktadır, fakat ticari kullanım için üretilenler %15-20 arasındadır. Verim değerlerine göre maliyetlerini amorte etme süreleri 2-6 yıl arasında değişmektedir.

23 Polikristal Gözeler (poly-si ) Kare döküm külçelerden ince silikon parçalar halinde kesilerek oluşturulurlar. Monokristal hücre tipine göre üretimi daha kolay ve ucuzdur. Silikon tabakaları Polikristal forma sokmak daha kolaydır. Bu hücrelerden panel oluşturmak daha basittir, fakat Monokristal gözelere göre daha düşük verime sahiptirler. Genellikle %10-15 lik verim oranındaki gözelerden ticari amaçlı üretim yapılmaktadır. Maliyetlerini amorti etme süreleri verimlerine göre 2-5 yıl kadardır.

24 Thin-Film Hücreler Bu tip hücrelerde silikon atomları düzgün bir kristal kafes oluşturacak biçimde dizilmemiştir. Silikon, destek bir alt katman üzerine çok ince bir tabaka şeklinde yerleştirilmiştir. Verimi arttırmak için çok sayıda katmanın farklı yöntemlerle karıştırılması sonucu farklı dalga genliklerindeki ışınların soğurulması sağlanır. Diğer panellere göre üretimi daha kolay ve ucuzdur. Diğer bir artısı ince film tabakalardan oluştuğu için esnek bir yapıda olmasıdır. Verimleri %6-%8 arasında değişmektedir. Fakat havanın kapalı olduğu günlerde kristal yapıdaki panellere göre daha çok ışık soğurur. Bu Paneller kristal paneller ile birleştirilerek karma Hammaddeler Cadmium Telluride (CdTe) Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) Amorphous Silicon (a-si ) bir yapıda daha verimli olarak kullanılmaktadır. Maliyetini yaklaşık 3 yılda karşılamaktadır.

25 FOTOVOLTAİK PANELLER...

26 GÜNEŞ GÖZELERİ Ticari bir güneş hücresi ve teknik özellikleri görülmektedir.

27 Göze Üreticileri ve Verim Değerleri En iyi panel, verimi en yüksek panel değildir. Maliyet ve yıllık enerji üretimi kriterleri de panel seçiminde önemli rol oynar. Kaynak: Manufacturer = Solar Company; Brand ID = Specific solar module identification code; module name STC (W) = Standard Testing Conditions Rating; Density (W) = Efficiency per area; Efficiency(%) = Energy conversion efficiency; Tier = Solar Panel Efficiency Tier. 1 is highest, 5 is lowest

28 FOTOVOLTAİK PANELLER... Panellerin ürettiği gerilim öncelikle belirli devreler aracılığı ile kullanıma uygun hale getirilir. Kullanıma uygun hale getirilen elektrik enerjisi ya bir akü grubuna ya da evirici aracılığıyla şebekeye aktarılır.

31 EN YÜKSEK GÜÇ NOKTASI İZLEYİCİSİ (MAXIMUM POWER POINT TRACKER MPPT)

32 EN YÜKSEK GÜÇ NOKTASI İZLEYİCİSİ (MAXIMUM POWER POINT TRACKER MPPT) MPPT devresi, bir güneş gözesinin gerilimini ve akımını ayarlayarak güneş gözesinden en yüksek gücün alınmasını sağlarlar. Böylece güneş gözelerinin karakteristikleri göze önüne alınarak alınabilecek en yüksek alınmış olur. MPPT devreleri en yüksek güç noktasını belirlemek amacıyla çeşitli algoritmalar kullanırlar. Bu algoritmalar, Boz ve gözle yöntemi: Bu yöntemde, çalışma gerilimi belli bir yönde bozularak dp/dv değerine bakılır. dp/ dv değeri pozitif ise dp/dv değeri negatif olana dek aynı yönde ilerlenir. Artımsal İletkenlik Yöntemi: Bu yöntemde, PV gözenin artımsal iletkenliği yani di/dv, dp/dv nin işaretini bulmak için kullanılır. Sabit Gerilim Yöntemi: Bu yöntemde, PV göze gerilimi daha önce belirlenmiş bir değere ayarlanır (örnek olarak, en büyük göze geriliminin 0.76 katı). Gözenin açık devre gerilimi ölçmek için kimi zaman yükün kaynaktan ayrılması gerekir.

33 GÜNEŞ SANTRALLERİ Termal Güneş Santralleri PV Güneş Santralleri

34 Termal Güneş Santralleri

35 Termal Güneş Santralleri

36 Termal Güneş Santralleri Termal Güneş Santrali Ülke Kapasite (MW) Solar Energy Generating Systems ABD 354 Solnova Solar Power Station İspanya 150 Andasol Solar Power Station İspanya 150 Extresol Solar Power Station İspanya 100 Martin Next Generation Solar Energy Center ABD 75 Nevada Solar One ABD 64

37 PV Güneş Santralleri

38 PV Güneş Santralleri PV Güç Santrali Ülke Maksimum DA Güç (MWp) Golmud Solar Park Çin 200 Sarnia Photovoltaic Power Plant Kanada 97 Montalto di Castro Photovoltaic Power Station İtalya 84.2 Finsterwalde Solar Park Almanya 80.7 Ohotnikovo Solar Park Ukrayna 80 Solarpark Senftenberg Almanya 78 Lieberose Photovoltaic Park Almanya 71.8 Rovigo Photovoltaic Power Plant İtalya 70 Olmedilla Photovoltaic Park İspanya 60 Strasskirchen Solar Park Almanya 54 Puertollano Photovoltaic Park İspanya 50

39 PV Güneş Santralleri Günümüz teknolojileri ile PV panellerden ortalama m 2 başına 30W güç edilmektedir. Örnek olarak, New York şehri m 2 başına 55W güç talep etmektedir. Bu nedenle New York şehrini güneş panelleri ile beslemek için New York şehrinden 2 kat daha fazla alana sahip bir güneş paneli sistemine ihtiyaç vardır. Güneş panellerinin yerleştirilmesindeki bir başka sorun, panellerin altındaki yüzeylerin güneş ışığından mahrum kalmasıdır.

40 FOTOVOLTAİK PANELLER... Fotovoltaik paneller, öncelikli olarak uzay araştırmalarında kullanılmıştır.

41 FOTOVOLTAİK PANELLER... Askeri uygulamalar da fotovoltaik panellerin kullanım alanları içerisindedir.

42 FOTOVOLTAİK PANELLER... Günümüzde yaygın olmasa da ulaşımda güneş panelleri kullanılmasına yönelik çalışmalar son hızda devam ediyor.

43 FOTOVOLTAİK PANELLER... Fotovoltaik panellerin en yaygın olarak kullanıldığı alanlar evler ve güneş enerjisi santralleridir.

44 FOTOVOLTAİK PANELLER... Güneş enerjisini daha geniş kitlelere tanıtmak amacıyla, dünyanın farklı coğrafyalarında çeşitli organizasyonlar düzenlenmektedir Bunların en popüler olanı, iki yılda bir Avustralya da düzenlenen WSC (World Solar Challenge) yarışmasıdır yılında ülkemizden de İstanbul Teknik Üniversitesi ve Sakarya Üniversitesi yarışmaya katılarak bu heyecana ortak olmuşlardır.

45 FOTOVOLTAİK PANELLER... WSC nin benzeri bir yarışma da ülkemizde 2005 yılından beri TÜBİTAK tarafından organize edilmektedir. Formula G adı altında yapılan yarışmada yine üniversite takımları kendi yaptıkları araçlarla pistte yerlerini alıyorlar.

46 FOTOVOLTAİK PANELLER... Bir diğer yarışma ise Amerika da düzenlenen Solar Splash yarışmasıdır. Bu yarışmada, enerjisini güneş panellerinden karşılayan tekneler yarışmakta.. Yine ülkemizden İstanbul Teknik Üniversitesi nin bu yarışmada başarılı sonuçları vardır

47 PEKİ YA GELECEK NASIL OLACAK?...

48

49