Güneş Enerjisi ve Fotovoltaik Piller COŞKUN DERAN 07102045

Güneş Enerjisi ve Fotovoltaik Piller COŞKUN DERAN 07102045

Güneş Enerjisi Güneş Enerjisinin kaynağı, güneşin çekirdeğinde meydana gelen füzyon tepkimeleridir. Bu füzyon tepkimesi ise hidrojenin helyuma dönüşme tepkimesidir. Güneşte hidrojenin helyuma dönüşmesi sırasında net olarak 26.7 Mev enerji ısı olarak açığa çıkar. Güneşte kütlece % 73.46 (8,9 10 56 ) hidrojen, % 24.85 helyum ve % 1.69 oranında diğer elementlerden bulunur. Saniyede 3,4 10 38 hidrojen helyuma çevrilir. Saniyede 4.26 milyon ton madde enerjiye dönüşür ve güneş her saniye toplam 3,83 10 26 W ışıma yapar. Yeryüzüne ulaşan güneş ışını ise 0-1100 W/m 2 arasında değişmektedir.

Peki Hidrojen hiç bitmeyecek mi? İki hidrojen çekirdeği arasındaki elektrostatik itici gücü yenmek için yüksek miktarda enerji gerekir. Bu enerjiye güneşin merkezindeki sıcaklık (~15,7 10 6 K) ile ortalama 10 9 (1 milyar) yılda ulaşılır. Bu reaksiyonun yavaşlığı nedeni ile güneş hala parlamaktadır. Güneşin ömrü 10 10 (10 milyar) yıldır. Güneşin bugünkü yaşı ise 4.5 milyardır. Başlangıçta % 73.46 olan hidrojen miktarının günümüzde %38'e düştüğü tahmin edilmektedir. Yani sorumuzun cevabı evet bitecektir. Ama bu çok uzun zaman alacak.

Yaşamımızı ve günlük işlerimizi devam ettirebilmemiz için bir enerji kaynağına ihtiyaç duyarız. Şu an ihtiyaç duyduğumuz enerjinin birçoğu petrol türü yakıtlardan sağlanmaktadır. Fosil yakıtları denen bu yakıtlar 1700 lü yılların sonundan günümüze kadar kullanımına devam edilmekte ve bu yakıtların saldığı zehirli gazlar ile doğa kirlenmektedir. Güneş enerjisi sistemleri ise çevreye zararlı gazlar vermeyen, tükenmeyen bir enerji türüdür. Çevreye zarar vermediği, tükenmeyen ve çok ucuz bir enerji kaynağı olduğu için güneş enerjisinin kullanımı gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Günlük hayatta güneş enerjisini nasıl kullanıyoruz? 1. Isıl Güneş Sistemler * Düzlemsel Güneş Kollektörleri * Yoğunlaştırıcı Sistemler --- Parabolik Oluk Kollektörleri --- Parabolik Çanak Kollektörleri --- Merkezi Alıcı Güç Santralleri 2. Elektrik Üreten Sistemler (Fotovoltaik Piller)

Isıl Güneş Sistemleri

1. DÜZLEMSEL GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

2. YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLER Güneş enerjisi uygulamalarında düzlemsel güneş kollektör sistemlerinde ulaşılan sıcaklıktan daha yüksek sıcaklıklara ulaşmak için yoğunlaştırıcı kollektör sistemleri kullanılmaktadır. Kollektörlerde güneş enerjisinin düştüğü net alana AÇIKLIK ALANI" Güneş enerjisinin yutularak ısı enerjisine dönüştürüldüğü yüzeye ALICI YÜZEY" denir. Düzlemsel güneş kollektörlerinde açıklık alanı ile alıcı yüzey alanı birbirine eşittir. Yoğunlaştırıcı kollektörlerde ise güneş enerjisi, alıcı yüzeye gelmeden önce optik olarak yoğunlaştırıldığı için alıcı yüzey, açıklık alanından daha küçük olmaktadır. Güneş enerjisini yoğunlaştıran kollektörlerde en önemli kavramlardan biri YOĞUNLAŞTIRMA ORANI" dır. Yoğunlaştırma oranı, iki boyutlu yoğunlaştırıcılarda (parabolik oluk) 300, üç boyutlu yoğunlaştırıcılarda (parabolik çanak) 40000 mertebesindedir.

PARABOLIK OLUK KOLLEKTÖRLER Yüksek verimde çalıştığında bu parabolik aynalar güneş enerjisinin %21'ini elektriğe dönüştürebiliyor.

Aynalar güneş ışığını içinde sıvı bulunan boru üzerinde topluyor. Boruda bulunan sıcak buharın basıncı türbin ve jeneratör sistemini harekete geçiriyor. (370-400 0 C)

354 MW gücünde Luz Solar Electric Generating Systems parabolik oluk güneş santralı-kaliforniya (2 MİLYON M 2 )

PARABOLIK ÇANAK KOLLEKTÖRLER İspanya Almeria'da her biri 50Kw gücünde sistemler.

MERKEZ ALICILI ELEKTRİK SANTRALİ

Elektrik Üreten Sistemler

FOTOVOLTAİK PİLLER Fotovoltaik pil (Güneş pili), ışığı doğrudan elektrik akımına dönüştüren bir araçtır. Güneş ışığındaki fotonlar, elektronları yarı iletken metalik bir plakanın bir katmanından bir diğer katmanına hareket ettiren enerjiyi sağlar. Elektronların bu hareketi bir akım yaratır. İki tür güneş hücresi kullanılmaktadır: SİLİSYUM ve GALYUM ARSENİT. Uydular galyum arseniti kullanırlarken silisyum ise genellikle yerküredeki uygulamalarda kullanılmaktadır.

N TİPİ YARI İLETKEN

P TİPİ YARI İLETKEN

Güneş Pillerinde Kullanılan Malzemeye Göre Çeşitleri Tek kristalli silisyum güneş pilleri Laboratuar koşullarında %24 verim sağlamasına rağmen ticari ürünlerde verim %15 civarındadır. Tekli kristaller üretmek uzun ve pahalı bir yöntem olduğu için bu yöntem genellikle fazla tercih edilmemektedir. Çok kristalli silisyum güneş pilleri Çok kristalli Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır. Galyum Arsenit Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır. Amorf Silisyum Kristal yapılı değildir. Bu silisyum piller ticari ürünlerde % 5-7 verimle çalışmaktadırlar. Daha çok küçük elektronik aletlerde kullanılmaktadır. Gelecekte binaların dış cephesine entegre olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir.

Almanya'da 110 Hektarlık (1.100.000 m 2 ) alana kurulu olan güneş parkında 40.000 KW enerji üretiliyor. 8000 eve elektrik sağlıyor.

İspanya'da 500 bin metrekare alana kurulu parkta 20000 KW enerji üretiliyor.

Kore'de bulunan SinAn Güneş Parkı 18MW gücünde. 109.000 güneş pilinden oluşuyor.

Nissan otomobillerini taşıdığı kargo gemilerini güneş panelleriyle donatıyor. Güneş panellerinin ürettiği elektrik, geminin aydınlatmasında ve elektronik donanımında kullanılıyor. 281 adet fotovoltaik pil ile yılda 1400 ton yakıt tasarrufu sağlanıyor.

GÜNEŞ PİLİNİ EVLERİMİZDE NASIL KULLANABİLİRİZ?

120 m²'lik iyi yalıtılmış bir konutun bir yıllık enerji ihtiyacı yaklaşık 10.000 KW dır. Aynı büyüklükte bir evin uygun iklim şartlarında yüzeyine düşen güneş enerjisi miktarı ise ortalama 120.000 KW civarındadır. Tabi bu mersin ve adana gibi yerlerde 130.000 KW a kadar çıkabiliyor. Verimi minimum % 8,5 olan bir güneş pili ile evin bütün elektrik ihtiyacı karşılanmaktadır.

TÜRKİYE DE GÜNEŞ ENERJİSİ

Türkiye de yaygın olarak kullanılan, düzlemsel güneş kollektörleridir. Toplam üretimin %30 unu ihraç etmektedirler. Bu açıdan bakıldığında dünya üzeride güneş enerjisi kullanımı bakımından fazla geride sayılmayız. Ama fotovoltaik pil kullanımı ileri teknolojisi ve maliyetinden dolayı pek gelişememiştir. Ülkemiz güneş enerjisi açısından diğer ülkelere nazaran daha şanslıdır. Türkiye düşen güneş enerjisi miktarı tüm Avrupa ülkelerine düşen enerjinin toplamına eşittir. Türkiye'nin; Ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), Ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kwh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kwh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Çeşitli kaynaklara göre ülkemizin yılda almış olduğu güneş enerjisi ; bilinen kömür rezervimizin 32, bilinen petrol rezervimizin 2200 katıdır.

BÖLGELER Toplam Enerji kwh/m 2 -yıl Güneşlenme Saati G.DOĞU ANADOLU 1460 2993 AKDENİZ BÖLGESİ 1390 2956 DOĞU ANADOLU BÖLGESİ 1365 2664 İÇ ANADOLU BÖLGESİ 1314 2628 EGE BÖLGESİ 1304 2738 MARARA BÖLGESİ 1168 2409 KARADENİZ BÖLGESİ 1120 1971 1 YIL 8765 SAATTİR.

Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları

Trafik İşaret Lambalarında Trafik işaret lambalarının enerji ihtiyaçlarını karşılamak için güneş enerjisinden yararlanılmaktadır. Trafikteki tüm lambalar güneş enerjisiyle çalışmaz. Güneş enerjili trafik lambaları genellikle şebekeden uzak alanlarda kullanılır. Lambanın üzerinde bulunan güneş pili hem lambaya ışık verir hem de fazla enerjiyi gece kullanılmak üzere bataryaya depo eder.

Evlerin Elektrik İhtiyacının Karşılamasında Evlerin çatısına yerleştirilen güneş panelleri (güneş pilleri) büyüklükleri oranında elektrik üretirler. Üretilen elektrik çevreye hiç zarar vermez ve paneller neredeyse hiç bakıma gerek duymadan yıllarca çalışır.

Cep Telefonlarının Şarj Edilmesinde Cep telefonu gibi taşınabilir cihazları şarj etmek için küçük güneş pilleri kullanılmaktadır.

Bahçe Aydınlatmasında Üst bölgesinde güneş pili barındırın lambalar gece boyunca ışık yayarak masrafsız aydınlanma sağlayarak

Sokak Aydınlatmasında Taşıt yollarını veya sokakları aydınlatmak ciddi maliyetler oluşturur. Henüz yaygınlık kazanmasa da sokak aydınlatmalarında güneş pillerinden yararlanılmaktadır.

Uçaklarda Güneş enerjisinin uçaklarda kullanımı da henüz deneysel aşamada. Günümüzde havada uzun süre kalması gereken bazı casus uçak modellerinde ve yanda resmini gördüğünüz NASA'nın deneme uçağında güneş pilleriyle yakıtsız uçuş gerçekleşmektedir.

Hesap Makinelerinde Hesap makineleri minik güneş hücreleri taşırlar. böyle bir hesap makinesi pil değiştirme derdi olmadan yıllarca çalışabilmektedir.

Saatlerde Tıpkı hesap makinelerinde olduğu gibi bazı sayısal saatler de güneş enerjisiyle çalışırlar.

Yapay Uydularda Yıllarca uzayda duran uyduların elektronik aletleri gerekli enerjiyi güneş panellerinden alır. Her uyduda elektrik üreten güneş paneli bulunur.

Güneş Arabalarında Güneş enerjisiyle çalışan otomobiller prototip aşamasını geçebilmiş değil. Bununla birlikte teknolojideki gelişmeler ilerde güneş enerjisiyle çalışan otomobillerde seyahati mümkün kılacak.

GELECEKTEKİ ENERJİ KAYNAKLARI

2012 de Dünyanın tamamında her gün, 24 saat boyunca toplam 14 terawatt enerji kullanıyor. Dünyada 7 milyar insan var. Kişi başına düşen enerji kullanımı ise günde 2000 watttır. Tabi bu ortalama bir değer. Bazılarımız dünyanın bütün nimetlerinden faydalanarak 30000 / 40000 watt enerji tüketiyor. Bu enerji ihtiyacımızın büyük bir bölümünü de fosil yakıtlardan elde ediyoruz ve bu doğal kaynaklar hızla tükeniyor. 2050 de Dünya nüfusunun iyi niyetli bir tahminle 9 milyara ulaşacağını, Dünyanın zenginleşeceğini ve zenginleşen dünyada lüksün artacağını düşünürsek; kaba bir hesapla dünyada günlük enerji ihtiyacının, 25 terawatt a yükseleceğini tahmin edebiliriz

Peki 2050 yılında bu enerji nasıl karşılanacak? Rüzgar Enerjisi mi? Dünya üzerindeki toplam rüzgar enerjisi potansiyeli 2-4 TW civarında Jeotermal Enerji mi? Dünyadaki tüm yer altında ısı olan noktalara jeotermal istasyonu kurulsa maksimum 12 terawatt elde edebilir. Nükleer santral mi? 1 gigawatt'lık bir nükleer santral santral inşa etmek en az 7 yıl sürüyor. 38 yıl boyunca her 2 günde bir 1 GW lık bir nükleer santral kurulmalı ki bu da mümkün değil.

Güneş Enerjisi mi? Güneş her gün dünyayı kullanabileceğimiz 10.000 terawatt lık bir enerji ile aydınlatıyor. Bizim ihtiyacımız olan kısmı ise sadece 1/400 lük kısmıdır. % 5-20 verimlilik ile çalışan fotovoltaik piller ile dünyanın tüm enerji ihtiyacı karşılanabilir. Yani güneş enerjisi tek başına dünya için yeterlidir. Günlük güneş enerjisinden yararlanılması, dünyada günlük 300 trilyon ton kömür yakılmasına eşdeğerdir. Başka bir hesaplamayla dünyamıza bir yılda düşen güneş enerjisi, dünyadaki çıkarılabilir fosil yakıt kaynakları rezervlerinin tamamından elde edilecek enerjinin yaklaşık 15-20 katına eşdeğerdir. Verimli bölgelerdeki güneş santralleri yüksek üretim güçlerine sahiptir. Örneğin; Mersin'in yüzölçümünün 50'de 1'i kadar bir alanı güneş panelleriyle kaplamak 8.5 milyon evin enerji ihtiyacını karşılayabilir. Bir başka deyişle 300 km 2 'lik güneş santralı yaklaşık olarak 20 GW gücüne denk gelir.