Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi Yöntem ve Teknolojiler 19 Aralık 2008 Emre Songür
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 19.12.2008 2
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/m2 19.12.2008 3
Genel Bilgiler 19.12.2008 4
Yöntemler Güneş Enerjisi Yöntemleri Mimari Yöntemler Isıtma ve Soğutma Elektrik Üretimi Kimyasal Prosesler Fotovoltaikler Termal Çevrim 19.12.2008 5
Mimari Yöntemler 19.12.2008 6
Isıtma ve Soğutma 19.12.2008 7
Güneşten Elektrik Güneş Enerjisi Isı Makinası Fotovoltaik Hücreler (PV) Mekanik Enerji Jeneratör Elektrik 19.12.2008 8
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 19.12.2008 9
Yarıiletken PV Kristal silikon panel üretimi dört aşamadan oluşmaktadır Kumdan silikon elde edilmesi Silikondan silikon kristallerin üretilmesi Silikon kristallerden hücrelerin üretilmesi Hücrelerden panel üretilmesi 19.12.2008 10
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. 19.12.2008 11
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. 19.12.2008 12
Silikon dünyada en yaygın bulunan elementlerden biridir. Yarıiletken PV Ancak doğada genellikle silisyum oksit olarak bulunur. Panel imalatında kullanılan silikon %99.99999 saflıkta olmalıdır. Bu silikonun maliyeti %98-99 saflıktaki metalürjik silikon maliyetinin 25 katıdır. 19.12.2008 13
Yarıiletken PV 20 50 $ / 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. (% 12-14 verim). Amorf silikon panel maliyeti 2.5 $/W seviyesindedir. 19.12.2008 14
Yarıiletken PV photovoltaic electricity cost 50 cents in 1995. That had fallen to 20 cents in 2005 and is still dropping Kaynak: The Economist http://www.economist.com/spe cialreports/displaystory.cfm?sto ry_id=11565636 19.12.2008 15
Yarıiletken PV Maximum Power Point Tracker MPPT 19.12.2008 16
Yarıiletken PV 19.12.2008 17
Yarıiletken PV 19.12.2008 18
Polimer PV Ticari olarak bulunabilen hammaddeler kullanılarak sentezlenen polimerlerden üretilmektedir Geniş boyutlu ve esnek paneller yapılabiliyor 19.12.2008 19
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 19.12.2008 20
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. 19.12.2008 21
Yarıiletken PV 19.12.2008 22
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 19.12.2008 23
Termal Çevrim 19.12.2008 24
Termal Çevrim Termal çevrim güneş santralleri tipleri Kule tipi Parabolik aynalar kullanılan Fresnel aynaları kullanılan Çanak tipi Parabolik aynalar ile 30 100 kat, Kule tipi ile 500 1000 kat, Çanak tipi ile 1000 10000 kat güneş ışığı yoğunlaştırılması sağlanabiliyor 19.12.2008 25
Kule Tipi Kule tipi termal çevrim güneş santralleri 19.12.2008 26
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 2.5 3 km 2 alan gerekiyor Yatırım maliyetleri > 9 $/W Ayrıntılı teknik bilgi: http://www.powerfromthesun.net/chapter10/chapter10new.htm 19.12.2008 27
PS 10 İspanya 11 MW 75000 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 19.12.2008 28
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 (http://www.ens-newswire.com/ens/mar2007/2007-03-30-02.asp) 19.12.2008 29
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 15.345.000 bütçe 19.12.2008 30
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 19.12.2008 31
Parabolik Aynalı Parabolik aynalı termal çevrim güneş santralleri 19.12.2008 32
Parabolik aynalı güneş santralleri Parabolik Aynalı Dünyada toplam 400 MW santral bulunuyor. 350 MW santral inşa ediliyor. 7000 MW planlanan santral projesi var. California Mojave çölündeki SEGS 20 yıldır çalışıyor. Yatırım maliyetleri 4-9 $/W 19.12.2008 33
Parabolik aynalı güneş santralleri Parabolik Aynalı Parabolik aynanın odak noktasında bulunan tüp içerisinde 400 ºC sıcaklığa ulaşılabiliyor Önde gelen parabolik ayna üreticisi Alman Flabeg %93 yansıtıcılıkta ayna üretiyor. Toplayıcı, havası alınmış bir cam tüp içindeki yansıtmayan boya ile boyanmış çelik borudan oluşuyor. SCHOTT firması önde gelen üretici. 19.12.2008 34
Parabolik Aynalı Örnekler Üretilen elektrik Southern California Edison tarafından satın alınıyor 19.12.2008 35
Parabolik Aynalı - Örnekler ACCIONA Nevada Solar One Nominal kapasite 64MW, maksimum kapasite 75MW 260 milyon ABD doları bütçe ile yapıldı Nevada Power Company ve Sierra Pacific Power Company santralin tüm üretimini uzun süreli anlaşmalarla satın aldı. 19.12.2008 36
Parabolik Aynalı - Örnekler Andasol - İspanya 50 MW kapasite Yılda 3589 saatte toplam 179 GWh üretim (AB rapor) 7.5 saat yetecek erimiş tuz teposu 14.3 milyon euro maliyetin 5 milyonunu AB karşıladı 19.12.2008 37
Andasol - İspanya Parabolik Aynalı - Örnekler 19.12.2008 38
Frensnel Aynalı Fresnel aynaları kullanılan termal çevrim güneş santralleri Çalışma prensibi olarak parabolik aynalı santraller ile aynı ancak düz aynalar kullanılıyor. Deneme amaçlı örnekler (<10 MW) var. 19.12.2008 39
Çanak tipi termal güneş santralleri Çanak Tipi Diğerlerinden farklı olarak Rankine değil Stirling çevrimi kullanılmaktadır. 19.12.2008 40
Çanak Tipi Test ve demonstrasyon amaçlı uygulamalar mevcut Stirling Energy Systems tarafından planlanan 500 MW ve 300 MW güçte, 12000 çanak ile kurulacak iki santral var. Santrallerin elektriğinin Southern California Edison Company ve San Diego Gas & Electric tarafından 20 yıllık bir anlaşma ile alınacağı SES tarafından açıklanıyor. SES henüz 1 MW lık bir deneme sistemini kurdu Yatırım maliyetleri > 10$/W 19.12.2008 41
İlgili Firmalar Termal çevrimli güneş enerji santralleri ve santral ekipmanları ile ilgili önde gelen firmaların listesi: esolar www.esolar.com Sky Fuel www.skyfuel.com Solel www.solel.com Bright Source Energy www.brightsourceenergy.com Abengoa Solar www.abengoasolar.com Ausra Solar www.ausrasolar.com Stirling Energy Systems www.stirlingenergy.com Acciona Energy www.nevadasolarone.com FPL Energy www.fpl.com Flabeg www.flabeg.com SCHOTT www.schott.com 19.12.2008 42
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. 19.12.2008 43
Teşekkürler 19.12.2008 44