Güneş Enerjisi
GÜNEŞ ENERJİSİ VE TEKNOLOJİLERİ Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m² değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir. Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir: Isıl Güneş Teknolojileri : Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir. Güneş Pilleri: Fotovoltaik piller de denen bu yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.
ISIL GÜNEŞ TEKNOLOJİLERİ 1. DÜŞÜK SICAKLIK SISTEMLERİ Düzlemsel Güneş Kollektörleri: Güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. En çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ulaştıkları sıcaklık 70 C civarındadır. Kollektörler, yörenin enlemine bağlı olarak güneşi maksimum alacak şekilde, sabit bir açıyla yerleştirilirler.
Vakumlu Güneş Kollektörleri: Bu sistemlerde, vakumlu cam borular ve gerekirse absorban yüzeyine gelen enerjiyi artırmak için metal ya da cam yansıtıcılar kullanılır. Bunların çıkışları daha yüksek sıcaklıkta olduğu için (100-120 C), düzlemsel kollektörlerin kullanıldığı yerlerde ve ayrıca yiyecek dondurma, bina soğutma gibi daha geniş bir yelpazede kullanılabilirler.
Güneş Havuzları: Yaklaşık 5-6 metre derinlikteki suyla kaplı havuzun siyah renkli zemini, güneş ışınımını yakalayarak 90 C sıcaklıkta sıcak su eldesinde kullanılır. Havuzdaki ısının dağılımı suya eklenen tuz konsantrasyonu ile düzenlenir
Güneş Bacaları: Bu yöntemde güneşin ısı etkisinden dolayı oluşan hava hareketinden yararlanılarak elektrik üretilir.güneşe maruz bırakılan şeffaf malzemeyle kaplı bir yapının içindeki toprak ve hava, çevre sıcaklığından daha çok ısınacaktır. Isınan hava yükseleceği için, çatı eğimli yapılıp, hava akışı çok yüksek bir bacaya yönlendirilirse baca içinde 15 m/sn hızda hava akışı-rüzgar oluşacaktır. Baca girişine yerleştirilecek yatay rüzgar türbini bu rüzgarı elektriğe çevirecektir
Su Arıtma Sistemleri: Bu sistemler esas olarak sığ bir havuzdan ibarettir. Havuzun üzerine eğimli şeffaf-cam yüzeyler kapatılır. Havuzda buharlaşan su bu kapaklar üzerinde yoğunlaşarak toplanırlar. Bu tür sistemler, temiz su kaynağının bulunmadığı bazı yerleşim yerlerinde yıllardır kullanılmaktadır
Güneş Mimarisi: Bina yapı ve tasarımında yapılan değişikliklerle ısıtma, aydınlatma ve soğutma gerçekleştirilir. Pasif olarak doğal ısı transfer mekanizmasıyla güneş enerjisi toplanır, depolanır ve dağıtılır. Ayrıca güneş kollektörleri, güneş pilleri vb. aktif ekipmanlar da yararlanılabilir.
Ürün Kurutma ve Seralar: Güneş enerjisinin tarım alanındaki uygulamalarıdır. Bu tür sistemler ilkel pasif yapıda olabileceği gibi, hava hareketini sağlayan aktif bile-şenler de içerebilir. Bu sistemler dünyada kırsal yörelerde sınırlı bir biçimde kullanılmaktadırlar.
2. YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLER Parabolik Oluk Sistemler Güneş enerjisi; tekne şeklinde parabolik eğri yüzeye sahip bir yansıtıcı eleman yardımıyla bir eksene yoğunlaştırılır. Yansıtıcı yüzey üzerinde parabolik eğri boyunca hareket eden yutucu bir ısıl boru mevcuttur. Güneşten gelerek boru üzerine yoğunlaştırılan ışınlar ile boru içerisindeki çalış ma sıvısı ısıtılır. Çalışma sıvısının ısısı bakır boru yardımıyla dışarı alınır ve kapalı bir ortamda suyun ısıtılması için kullanılır. Isıtılan sudan elde edilen buhar, buhar kazanında depo edilir. Buradan bir buhar türbini ile sürülen jeneratör sisteminden geçirilerek elektrik enerjisi üretilir.
Parabolik Çanak Kollektörler Çanak motor sistemleri başlıca; yansıtıcı, toplayıcı ve bir motordan oluşan başlı başına bir ünitedir. Güneş enerjisi, çanak biçimli bir yüzey tarafından bir alıcı yüzey üzerine nokta şeklinde yoğunlaştırılır. Alıcı yüzeyde,bu toplanan enerji ya termal enerjiye dönüştürülüp direkt ısı enerjisi olarak kullanılır ya da bir motor içerisindeki çalışma akışkanına aktarılır.motor ise ısıyı mekanik güce çevirir. Soğukken sıkıştırılmış akışkan güneş enerjisi yardımıyla ısıtılır ve bir türbin veya silindir piston sisteminde genleşirken iş üretir. Bu mekanik güç bir jeneratör yardımıyla elektriksel güce dönüştürülür Parabolik Çanak Güneş Isıl Elektrik Santralı (İspanya)
MERKEZİ ALICI GÜÇ SANTRALLERİ Güneş enerjisini yoğunlaştırarak elektrik üreten diğer bir uygulama da merkezi alıcı güç santralleridir. Bu santrallerde güneş enerjisi, heliostat denen aynalar yardımı ile bir kule üzerine yerleştirilmiş olan alıcıya yansıtılır. Bu yolla 1000øC'nin üzerinde sıcaklık elde edilir. Heliostatlar, merkezi bir bilgisayar yardımı ile güneşi takip ederek güneş enerjisini kule üzerindeki alıcıya yansıtırlar. Alıcıda ısıtılan akışkan, buhar jeneratörüne gönderilerek buhar üretilir. Bu buhar, buhar türbininden geçirilerek elektrik üretilir. Bu çevrimden sonra buhar, kondansatörde soğutma suyu çevrimi ile soğutulur ve tekrar buhar jeneratorüne döner. Isı transfer akışkanı buhar jeneratöründen geçtikten sonra alıcıya gönderilir. Solar Merkezi Alıcı Güneş Isıl Elektrik Santralı (İspanya)
Güneş güç kuleleri, güneş ışınlarını kule tepesine monte edilmiş olan ısı değiştiriciye (alıcı) yoğunlaştırarak elektrik gücü üretirler. Sistemde, gelen güneş ışınlarını yansıtan ve heliostat diye adlandırılan, yüzlerce ya da binlerce güneş izleme aynaları kullanılır. Bu tesisler, 30 ile 400MWe arası uygulamalar için en uygun tesislerdir. Güneş güç kulesindeki 290 C da (545 F) sıvı haldeki tuz eriyiği soğuk depolama tankında alıcıya doğru pompalanır, burada sıcaklığı 565 C ye (1049 F) kadar çıkarılarak sıcak depolama tankına gönderilir. Tesisten güç çekileceği zaman, sıcak tuz, klasik bir türbin/jeneratör sistemi için aşırı kızdırılmış buhar üreten bir buhar üretme sistemine pompalanır. Buhar jeneratöründeki tuz soğuk tanka geri döner.
Güneş Pili Güneş Modülü
Güneş Pillerinin Yapımında Kullanılan Malzemeler Güneş pilleri pek çok farklı maddeden üretilebilir. Günümüzde ençok kullanılan maddeler şunlardır: Kristal Silisyum Galyum Arsenit Amorf Silisyum Kadmiyum Tellürid (CdTe) Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)
PV SİSTEM TİPLERİ Basit DC PV sistemler Direkt bağlı PV sistemler (Direct coupled PV systems) Bataryalı DC PV sistemler (DC PV system with storage) Otonom PV sistemler (Stand-Alone PV systems) Hibrit Sistemler (Hybrid systems) Şebekeye Bağlı Sistemler (Grid-connected PV systems) Grid-backup PV systems (şebeke sadece yedekleme amaçlı) Grid-interactive PV systems (Şebekeyle enerji alışverişi var)
Direkt bağlı PV sistemler En basit PV sistem tipidir. Eleman sayısı az olduğundan en ekonomik sistemdir. Güvenilirliği (reliability) yüksektir. Sadece güneş olduğu zamanlarda çalışır. Bu tür sistemler sadece gündüz çalışması gereken DC yükler için en uygun çözümdür. Güneş pilleri ile yük arasındaki maksimum güç aktarımını gerçekleştirebilmek için MPP izleyici kullanılabilir. Güneş pili akım ve gerilimindeki ışınıma bağlı değişmelere yükün toleransı olmalıdır. Uygulamalar: Su pompalama, hesap makinaları, oyuncaklar, Fanlar, pompalar vs.
Bataryalı DC PV Sistemler Küçük ve özel amaçlı sistemlerde sıkça kullanılır. Sadece DC yükleri çalıştırabilir. Dc standartlara göre kurulum yapılmalıdır. Kablolama, sigortalar, soketler AC malzemelerle yapılmamalıdır. Çoğunlukla şarj regülatörü kullanılır. Sistem gerilimi yüksek ise kablolama ve montaj çok dikkat ister. (>40Vdc tehlike sınırı) Güneş enerjisindeki süreksizlikleri dengelemek için küçük boyutlu bir batarya kullanılır. Böylece gerilim sabit kalır! Uygulamalar: Özel endüstriyel uygulamalar ve konutlarda
Stand-Alone PV Sistemler Otonom PV sistemler Esnek bir sistemdir. İnvertör sayesinde AC yükler de çalışabilir. Batarya sayesinde, yükler sadece gündüz değil gece de çalıştırılabilir. Hatta, arka arkaya 3-5 kapalı gün olsa dahi sistem iflas etmeyecek şekilde batarya boyutlandırılabilir. Sistem verimi kullanılan elemanlara bağlıdır. MPP izleme sistem verimini artırır. Batarya verimi ve inverter verimi oldukça önemlidir.
Genel olarak şebekeden 1.5km uzak yerlerde ekonomik sistemlerdir. Su pompalama, elektrifikasyon, aydınlatma, medikal uygulamalar, iletişim sistemlerinde kullanmaktadır
Hibrit Sistemler Alternatifli güç sistemidir. Genellikle dizel jen. ile PV sistem yedeklenir. Sadece dizel sistemler verim ve bakım gereksinmesi açısından kısmi yüklerde zayıf bir performans gösterir. Batarya eklemek kısmi yüklerde jeneratör çalıştırma gereksinmesini azaltır. PV sistemin kullanılması ise dizel yakıt kullanımını azaltır. Güneş enerjisi kullanımı yüksek tutulursa availability yükselir. Uygulamalar: Şebekeden uzak evlerin enerjlendirilmesi
Şebekeye bağlı sistemler Depo elemanı kullanılmaz. (Şebeke enerji deposu gibi çalışır) Üretilen enerji yük üzerinde anında kullanılır. Fazla enerji şebekeye aktarılır. Eksik enerji şebekeden tamamlanır. İnverterin tasarımı özeldir, şebekeye kontrollü enerji aktarabilir. Ayrıca inverter şebekenin enerji kalitesi (harmonik) ve güvenlik gereksinimlerini karşılamak zorundadır. (İslanding etkisi) Fazla enerji satılarak maliyet azaltılabilir. Birçok tipi vardır: Çatı tipi sistemler (residential) Binaya entegre sistemler(building-integrated) Santral tipi sistemler
Building integrated PV (BIPV) Mimari detaylara uygun modüller ile montaj maliyetleri azalıyor. Bina yüzeylerine kaplanabiliyor. Modüller, diğer kaplama malzemelerine göre çoğunlukla daha ucuz Değişik renk ve biçimlerde özel modüller
Residential PV Gündüz şebekeye ver, gece şebekeden kullan Üretilen tüm enerji yerinde kullanılıyor Batarya veya herhangi bir depolama elemanına gerek yok Yaygınlaşabilmesi için sübvansiyon miktarı önemli (teşvikler)
Yabancı enerji kaynaklarına bağımlılığın ve enerji tüketiminin azaltılması Tüketici masraflarının stabilizasyonu Yerel girişim ve ekonomilerin desteklenmesi Hava kirliliğinin ve hava kirliliğine bağlı sağlık sorunlarının azaltılması Küresel ısınmanın azaltılması Kurulumu kolay İşletme bedeli çok düşük Emisyonu yok Bakımı kolaydır. Güneş Enerjisi Kullanılmasının Sağlayacağı Faydalar Nelerdir?