Binalarda Yenilenebilir Güneş Enerjisi Sistemleri

Binalarda enerjinin verimliliğini sağlayacak tasarımlarla birlikte yenilenebilir nitelikte olan güneş enerjisinden mümkün olduğunca faydalanmak gerekmektedir. Binalarda güneş enerjisi aydınlatma, ısıtma ve elektrik gibi çeşitli işlevlerde kullanılabilmektedir. Bu işlevler pasif ve aktif güneş sistemleri ile sağlanmaktadır.

 Pasif (Edilgen) Güneş Sistemleri

Pasif sistemlerle binada yazın soğutma kışın ise ısıtma amaçlanmaktadır. Binada kullanılan yapı elemanlarının (duvar, pencere, çatı vb.) ısıl kütle özellikleri sayesinde bina kabuğunda güneş enerjisinin toplanması, depolanması sağlanarak daha sonra iletim ve taşınım ile enerjinin dağıtımı mümkün olmaktadır (Alparslan, 2010).

Pasif sistemler ısı kazanım biçimlerine göre doğrudan, dolaylı ve ayrılmış kazanç olarak sınıflandırılmaktadır.

Çatı %25 Duvar %35 Pencere Kapı %25 Döşeme %15

19

 Doğrudan Kazanç: Binalarda kullanılan en yaygın pasif güneş ısıtma sistemidir. Bu yöntemde güneş ısı kazancı doğrudan yapının saydam elemanları aracılığıyla iç mekana alınarak opak elemanlarda depolanması ve dağıtımı ile mekan ısıtılmaktadır (Şekil 2.9). Burada opak ve saydam yüzeylerin dengesi ile elde edilen enerjinin kaçışının engellenmesi için yalıtımın optimum düzeyde olması önem taşımaktadır.

Şekil 2.9. Doğrudan kazanç (Wachberger, 1983)

 Dolaylı Kazanç: Bu sistemde binaya gelen enerji saydam alandan geçerek cam ile iç mekân arasında bulunan ısı depolayıcı kütle tarafından toplanıp depolanır. Daha sonra kazanılan bu enerji, taşınım yollarıyla iç mekâna ısı enerjisi olarak iletilir (Akmalı Özçiftçi, 2010).

Binanın direk güneş ışığına maruz kalan mekanların aşırı ısınma ihtimaline karşı hareketli yalıtım malzemeleri (panjur, jaluzi, stor, yatay ve dikey güneş kırıcıları vb.) kullanılabilir.

Depolama özelliğine sahip elemanlar genelde taş, tuğla, beton vb. gibi masif kütlelerden oluşabileceği gibi sıvı dolu kaplardan da oluşmaktadır. Dolaylı kazanç sistemlerinde trombe duvarı (güneş duvarı), kış bahçesi (güneş odası), su duvarı ve çatı havuzu yöntemleri kullanılmaktadır.

 Güneş Duvarı (Trombe Duvarı): Cam gibi saydam yüzeyli bir malzeme ile masif duvar arasında bulunan 10-15 cm boşluk aracılığıyla mekânın ısıtılmasını ya da soğutulmasını sağlayan sistemdir. Güneş ışınlarını toplaması için genelde koyu renkli tercih edilen masif duvar gelen enerjiyi depolayarak taşıma ve ışıma yoluyla binayı ısıtmaktadır (Kılıç Demircan, Gültekin, 2015) (Şekil 2.10).

20

Şekil 2.10. Güneş duvarı (Trombe duvarı) (Wachberger, 1983)

 Kış Bahçesi (Güneş Odası): Güneş duvarında saydam yüzey ile masif duvar arasındaki hava boşluğunun bir odaya dönüştürülmesi ile oluşturulmaktadır. Binanın güney cephesine konumlandırılan kış bahçesi dış mekân ile ana mekân arasında bir tampon bölge oluşturarak ısı kayıplarını azaltmaktadır (Şekil 2.11).

Şekil 2.11. Kış bahçesi (Güneş odası) (Wachberger, 1983)

 Su Duvarı: Güneş duvarında bulunan ısı depolayıcı masif duvarın yerine su veya diğer sıvıların kullanıldığı pasif güneş ısıtma sistemidir. Su düşey boru veya kanallarda ya da cam elyafı tüplerde saklanmaktadır. Güneş ışığı ile kaplarda ısınan suyun yukarı doğru çıkmasıyla mekânın ısıtılması sağlanmaktadır (Şekil 2.12).

21

 Çatı havuzu: Diğer pasif ısıtma sistemlerinden farklı olarak ısı depolayıcı kütlenin yatayda oluşturularak kullanıldığı sistemdir. Çatı yüzeyinde ısı depolayıcı olarak içi su dolu geniş plastik kaplar kullanılmaktadır. Güneş ışınlarıyla ısınan su kütlesi depoladığı ısıyı aşağıya ileterek mekânın ısıtılmasını sağlamaktadır. Çatı havuzunun üzerinde hareketli ve yalıtımlı bir örtü ile istenmeyen ısı kayıplarını önlemek mümkündür (Şekil 2.13).

Şekil 2.13. Çatı havuzu (Wachberger, 1983)

 Ayrılmış Kazanç: Bu sistem daha düşük kota yerleştirilen cam kaplı bir alanda ısıyı toplayarak ısınan havanın mekâna eşit bir şekilde yayılmasını sağlamaktadır. Isı depolayıcı olarak çakıl veya kayaların kullanıldığı sistemde hava veya su kanalları sayesinde sürekli akım oluşturularak taşınan enerji mekânın ısıtılmasında kullanılmaktadır (Alparslan, 2010) (Şekil 2.14).

22  Aktif (Etken) Güneş Sistemleri

İç mekânın direk olarak ısıtılmadığı aktif sistemlerde güneş enerjisi toplayıcı aracılığıyla toplanarak çeşitli alanlarda depolanmakta ve depolanan enerji mekanik ve teknik ekipmanlar ile dağıtılarak iç mekânlar ısıtılmaktadır. Kollektör ve fotovoltaik panel olarak ikiye ayrılan sistemlerden; güneş kolektörü (Solar Thermal Panel-STP) güneşten gelen enerjiyi suyu ısıtmak, fotovoltaik panel (Photovoltaic Panel-PV) ise güneşten gelen enerji ile elektrik üretmek için kullanmaktadır.

 Güneş Kolektörü (Güneş Isı Toplayıcısı): Binaların sıcak su ihtiyacını karşılamak için kullanılmaktadır. Güneş ışınlarından gelen enerjiyi toplayarak sistemde bulunan suyu ısıtması prensibiyle çalışmaktadır (Alparslan, 2010). Güneş kolektörleri (Solar Thermal Panel-STP); düzlemsel güneş kolektörü, vakum borulu güneş kolektörü olarak sınıflandırılmaktadır (Şekil 2.15, 2.16). Düzlemsel güneş kolektörlerinde cam örtüsünden taşınım yoluyla ısı kayıpları olabilmektedir. Ancak vakum borulu güneş kolektörü saydam boru ile içindeki siyah boyalı boru arası vakumlanarak ısı kayıpları önlenmiştir. Bu nedenle vakum borulu güneş kolektörlerinin verimleri düzlemsel güneş kolektörüne göre daha fazladır. Bu sistemden alınacak en yüksek verim binanın bulunduğu enleme göre uygun açının belirlenmesiyle sağlanabilir.

23

Şekil 2.16. Vakum borulu güneş kolektörünü oluşturan elemanlar (URL 8)  Fotovoltaik Panel (Güneş Pilleri): Yenilenebilir güneş enerjisi ile üretilen

elektrik binada ısıtma, soğutma ya da aydınlatma amacıyla kullanılmaktadır. Kullanımında karbon salınımına sebep olmaması en önemli avantajlarındandır. Şekil 2.17’de fotovoltaik paneli oluşturan elemanlar bulunmaktadır. Gün ışığını direk olarak elektrik enerjisine dönüştüren bu hücrelerin hammaddesi silisyumdur (URL 9). Hücrelerin özel bir işlemle birbirine bağlanması ile çeşitli büyüklüklerde üretilebilmektedir. Kullanılan hücrelerin özelliğine göre monokristal, polikristal modüller bulunmaktadır. Bu modüllerden polikristal modülün verimliliği mono kristal modülden daha yüksektir (Şekil 2.18). Ancak maliyeti sebebiyle daha çok monokristal modüller tercih edilmektedir.

24

Şekil 2.18. Fotovoltaik panel çeşitleri (URL 10)

Fotovoltaik paneller mimaride cephe ve çatı kaplaması olarak, güneş kırıcı ve korkuluk elemanı gibi farklı amaçlarla kullanılmaktadır (Şekil 2.19).

Şekil 2.19. Fotovoltaik panelin çeşitli amaçlarda kullanımı (URL 11,12)