Enerji Kaynakları

Fosil Yakıtlar

Güneş enerjisi sistemleri anlatmaya başlamadan önce kısaca enerji kaynakları ve türlerinden bahsedelim. Fosil yakıtlar, kömür, petrol ve doğalgaz gibi doğal enerji kaynaklarıdır.

Ölen canlı organizmaların oksijensiz ortamda milyonlarca yıl boyunca çözülmesi ile oluşur. Ancak, Fosil yakıtların kullanımı sonucu oluşan zararlı gazlar çevreyi kirletir. Bu nedenle bu enerji ihtiyacının temiz ve yenilenebilir kaynaklardan karşılanması gerekmektedir.

Yenilenebilir Enerjiler

Sürekli devam eden doğal süreçlerdeki enerji akışlarından elde edilen enerjilere yenilenebilir enerji denir.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başlıcaları şunlardır:

• Güneş Enerjisi (güneş – ısıl veya FV)
• Rüzgar Enerjisi
• Biyokütle Enerjisi
• Hidroelektrik Enerji (Su gücü, HES, gel git, okyanus ısıl, dalga,…)
• jeotermal Enerji
• Hidrojen ve Yakıt Pilleri

Güneş Enerjisi

Güneş’in çapı 1.4 milyon km’dir. Yani dünyanın 110 katı büyüklüğündedir. %75 hidrojen , %20 helyum ve %5 diğer gazlardan oluşur. Çekirdeğinde hidrojenin helyuma dönüşmesi ile çok büyük bir enerji açığa çıkarır. 100 milyon K çekirdek ve 6000 K yüzey sıcaklığına sahiptir.

Güneş Spektrumu

Dünyaya gelen güneş enerjisi çeşitli dalga boylarındaki ışınlardan oluşur. Bu şekle göre spektral aralık 3 bölgeye ayrılmaktadır.

Morötesi bölge (ultraviolet): Işınımın %9’luk kısmını oluşturur. Enerjisi yüksektir.

Görünür ışınlardan oluşan bölge (visible): Işınımın %45’lik bölümünü oluşturur.

Kızıl ötesi bölge (infrared): Işınımın %46’lık kısmını oluşturur. Enerjisi düşüktür.

Güneş Enerjisinin Potansiyeli

Güneş enerjisi yılda 1.5×10¹⁸ kWh enerji üretir. Ama bu enerjinin 5.5×10¹⁷ lik kısmı dünyaya yüzeyine ulaşıyor. Dünyadaki rüzgar enerjisi potansiyeli ise yılda 6×10¹⁴ kWh’tir. İnsanlığın enerji ihtiyacı ise yılda 4×10¹⁴ ‘tir.

Güneş Işınımı Bileşenleri

Güneşten doğrudan gelen ışınım “direkt ışınım” ‘dır. Atmosferde yayılma sonrası güneşten alınan ışınım “yayılı (difüz) ışınım” dır. Çevreden gelen ışınım ise “yansıyan ışınım” ‘dır. Bununla beraber, Direkt, yayılı ve yansıyan ışınımların toplamı ise “toplam ışınım” ‘ı oluşturmaktadır.

Güneş Işınımı Ölçüm Cihazları

Toplam güneş ışınımı piranometre ile ölçülmektedir. Bunun yanında Direkt güneş ışınımı pirheliometre ile ölçülmekte ve sürekli güneşi takip etmesi gerekmektedir.

Güneş Enerjisi Sistemleri Haritaları

Kuzey ve güney yarım kürede 20° – 40° enlemleri arası güneş kuşağıdır. Bundan dolayı dünya üzerinde güneş ışınımını en çok bu bölgeler alır. Özellikle Kuzey – Güney Afrika, Amerika kıtasının bir bölümü, Avustralya çok önemli miktarda güneş almaktadır. Türkiye’de dünyaya kıyasla orta miktarda güneş almaktadır.

Bu haritaya göre özellikle Akdeniz bölgesinde Antalya ve çevresi, Ege bölgesinin bir kısmı ve Doğu Anadolu bölgesinde Van dolayları Türkiye ortalamasına göre iyi güneş ışınımı alan bölgelerdir. En az güneş ışınımı alan bölgeler ise Marmara ve Karadeniz bölgeleridir.

İzmir’in ise güney bölgeleri yıllık metrekareye 1500-1700 kWh’lik bir güneş ışınımı almaktadır. Bu da Türkiye ortalamasına kıyasla iyi sayılabilecek bir potansiyeldir.

Güneş Işınımını Öğrenme

Peki herhangi bir yerin güneş ışınımlarını nasıl öğrenirsiniz ? Bunun için EU JRC – PVGIS denilen bir kaynak var. Aşağıdaki resimde belirtiğim gibi 1 nolu yere güneş ışınımını öğrenmek istediğiniz yerin adını yazıyorsunuz. Sonrasında 2 nolu yere tıklayarak yazdığınız yerin güneş ışınımını öğrenebilirsiniz.

Güneş Enerjisi Sistemleri Teknolojileri

Avantajları şunlardır:

• Yakıt masrafları yoktur.
• İşletme maliyetleri düşüktür.
• Enerji kaynağı tükenmez.
• Çevreyi kirletmez.

Ancak;

• İlk yatırım maliyetleri yüksektir.
• Güneş enerjisi kesikli ve değişkendir.

Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir. Örneğin:

• Sıcak su üretimi
• Hacim Isıtma
• Sera Isıtması
• Gıda ve Ürün kurutma
• Pişirme
• Buhar Üretimi
• Soğutma
• Elektrik Üretimi
• Doğrudan Elektrik üretimi (Fotovoltaik)
• Güneş Mimarisi

Dünyada yaygın olarak kullanılan güneş enerjisi sistemleri uygulamaları şunlardır:

Düzlemsel kollektörler: Ülkemizde de çok yaygın olarak kullanılan, evlerde sıcak su elde etmede kullanılan sistemlerdir. Genelde 70-90° arasında sıcak su elde etmek mümkündür.

Vakum tüplü kollektörler: İç içe geçmiş 2 adet silindirik cam tüpün ısı yolu ile birbirine bağlanması ve bu işlem sırasında arasındaki havanın alınması ile üretilmektedir. Genellikle 100-120° arasında sıcaklıklara ulaşılmaktadır.

Yoğunlaştırılmış güneş enerji santralleri: Parabolik, lineer ya da çanak şeklinde aynalar kullanılarak, odak noktasında çok yüksek sıcaklıkta ısı elde edilmektedir. Genellikle bu ısı elektrik üretiminde kullanılmaktadır.

Fotovoltaik Sistemler: yarı iletkenlerin fotovoltaik etki özelliğini kullanarak güneş ışığından elektrik enerjisi üretirler.

Fotovoltaik sistemler iki şekilde tasarlanmaktadır:

• Şebeke bağlantılı (on grid) fotovoltaik sistemler
• Şebekeden bağımsız (off grid) fotovoltaik sistemler