Güneş Enerjisi

Dünyanın güneşten aldığı ışık enerjisi, yaklaşık olarak 1,7x1014 kW enerjiye eşittir. 1 m2 alanın öğle vaktinde direkt olarak maruz kaldığı güneş ışığı enerjisi 1 kW enerjiye eşittir (Glaser, 1977).

Güneş enerjisi, global ekosistem, hidrolik ve atmosferik dönüşümler ve fotosentez için birincil enerji kaynağıdır. Bu sayede bütün canlı çeşitleri yaşamlarını sürdürebilmektedirler. Ayrıca, güneş enerjisi fosil yakıtlarının çevreye verdiği zararı da azaltacaktır. Böylece dünyada gelecekteki enerji talebinin karşılanmasında önemli bir yer tutacaktır. Güneş enerjisi yoğunluğunun, yaz, kış, gece, gündüz ve hatta günün değişik saatlerinde belirli bir bölgede farklı olması nedeniyle güneş enerjisinden farklı şekilde yararlanmak mümkün görünmektedir. Bunlar sırasıyla; güneşin fotoelektrik etkisinden, orbital enerjisi şeklinde ve biyolojik kimyasal etkisinden yararlanmadır. Güneş enerjisinden kimyasal ve biyolojik etkiye yararlanma fotosentez ve güneşte oluşan kimyasal tepkimelerle güneş enerjisini biyokütleye aktarıldığı gibi, bu enerjiden örnek olarak suyu özel katalizörle güneşte hidrojen ve oksijene ayrıştırarak hidrojenin yakıt olarak kullanılması şeklinde yararlanılabilir. Güneş enerjisinden orbit şeklinde yararlanma, dev bir uydunun dünya çevresine gönderilerek güneş enerjisinin fotoelektrik ve termik olarak depolanması ve atmosferde soğurulmayacak biçimde dünyaya gönderilmesi prensibine dayanır. Ayrıca, özellikle hızlı büyüyen özel bitki, kamış, ağaç yetiştirme ve bunları biyokütle olarak kullanıp kimyasal ve diğer enerji şekillerinde de kullanılması mümkün olmaktadır. Güneş enerjisinden elektrik üretimi daha çok yüksek yoğunlukta güneş ışığı alan, sahra gibi çöl veya az yağmur alan ekvatoral bölgelerde ekonomik olmaktadır. Fakat enerjinin tüketim nedeniyle ancak suyu elektroliz edecek oluşan hidrojeni doğal gaz gibi taşımak şeklinde yararlanma yolları araştırılmaktadır. Toplayıcı özel kolektörler Fransa’da 2400oC kadar ulaşmıştır. Özellikle Fransa, İspanya, ABD ve İsrail başta olmak üzere birçok ülkede güneş enerjisinden elektrik üretimi amaçlı yararlanma yollarını araştırmak için yoğun araştırmalar yapılmaktadır. 2050 yılında dünya enerji tüketiminin % 15’inin güneşten karşılanacağı tahmin edilmektedir (Bükecik, 2002).

Güneşin fotoelektrik etkisinden yararlanmada güneş enerjisi doğrudan elektrik enerjisine çevrilir ve bu enerji tüketilir. Güneş ışığı ile çalışan bir çok gereçler (hesap makinesi, oyuncak, güneş enerjili taşıtlar gibi) ve uzaydaki uydular enerjilerini bu teknikle kazanmaktadırlar. Güneş enerjilerini bu teknikle kazanmaktadırlar. Güneş enerjisinden en iyi yararlanacak şekilde ve çatılarında güneş ısıtması yapmak, seraları ısıtmak, güneş kurutması gibi diğer enerjilerin tüketimini azaltacak imkanları değerlendirmek bile önemlidir. Güneş enerjisinden elektrik üretimi direkt ve indirekt olarak ikiye ayrı yöntemle gerçekleştirilir. Direkt yöntem kapsamında fotovoltaik, termoelektrik ve termoiyonik çeviriciler yer alır. Güneş enerjisinin indirekt biçimde elektriğe dönüştürülmesi ise, güneşten yararlanılarak üretilen buhar ve bunu değerlendiren bir buhar güç çevrimi ya da güneş enerjisiyle elde olunan hidrojen ve bunun kullanıldığı termik elektrik üreteci ve yakıt pili ile olmaktadır (TÜBİTAK, 1998).

4.2.4.1. Güneş Termik Santralleri

ABD California Barstovv yakınında 10 MW'lık Solar-1 adlı güneş termik elektrik santralı ilklerin en büyüğüdür. O dönemde Güney Fransa'da 2.5 MW'lık Themis Santralli, Sovyetler Birliği Azak Denizi kıyısında 5 MW'lık SES-5 Santralı, İspanya Almeria'da 1.2 MW'lık CESA-1 Santralı, İtalya Adrano'da 1 MW'lık EURELIOS Santralı ve Japonya Nio'da 1 MW'lık Güneş Işığı Santralı, ilk güneş termik elektrik santrallidir. Bunların hepsi merkezi güç kuleli santrallerdir. Güneş enerjisinden elektrik üretiminde atılım, Amerika'da Güneş Elektrik Üretim Sistemleri (SEGS) Projesi kapsamında olmuştur. Bu projeyle California Mojave çölünde LUZ Termik Güneş Santralı kurulmuştur. Bu santral parabolik oluk kollektör tarlalı tiptedir. 1985 yılında 13.8 MW'hk ilk ünitesi ve 1991 yılında da 80 MW'lık dokuzuncu ünitesi işletmeye alınan LUZ Santralı, ilk dokuz ünitesi ile toplam 353.8 MWe net kurulu güce sahiptir. Termik

güneş güç santrallerinin temel teknolojisi, bir akışkanın güneş ışığı ile ısıtılarak buharlaştırılması ve buharın bir turbo-jeneratör devinimi için kullanılması kuralına dayanır. Termik güneş elektrik teknolojisi doğrusal ve noktasal yoğunlaştırıcı sistemler olarak iki gruba ayrılabilir. Parabolik oluk, doğrusal yoğunlaştırıcı grubuna girerken, merkezi güç kuleli sistem ve parabolik çanak noktasal yoğunlaştırıcı sistem grubuna girmektedir. Ünite güçleri 0.5-200 MW arasında olan veya büyük çapta elektrik üretimi amaçlanan koşullarda, parabolik oluk sistemler ile merkezi güç kuleli sistemler üzerinde durulmaktadır. Parabolik çanak tipi sistemler, şimdilik oto prodüktör güçler için 10-100 kW'lık ünitelerde uygun görülmektedir (TÜBİTAK, 1998).

4.2.4.2. Güneş Pilleri ve Fotovoltaik (PV) Santralleri

Elektrik üretimi için bir diğer olanak da güneş pilleridir. Güneş pilleri, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Güneş pilleri 40 yılı aşkın bir süredir uzayda güvenilir olarak kullanılmaktadır. Yeryüzünde kullanılması 1970’1i yıllarda başlamıştır. Günümüzde ise dünyadaki fotovoltaiklerin kurulu gücü 3500 MW’ın üstündedir. Güneş pili geniş alanlı bir yarı iletken pn diyottur. Yarı iletkene giren ışığın yeterli düzeyde enerji taşıyan fotonlarının, kristalin n ve p bölgelerinde serbestleştirdikleri yük taşıyıcılar, diyotun pn ekleminde oluşan elektrik alanı etkisiyle ayrı kalarak diyot uçları arasında bir gerilim oluşturur. Diyot uçları bir iletkenle birleştirilerek yüklendiğinde ise diyottan akım çekilir. Güneş pillerine dayalı PV güç sistemleri, akım ve voltaj gereksinimlerine bağlı olarak düzenlenmiş PV modüller, sistemde depolamaya gereksinim varsa aküler ve kontrol alt sistemi ile DC/AC dönüşümünü sağlayan invertörlerden oluşur. Son 20 yılda PV teknolojisindeki gelişmelere ve PV pazarının büyümesine paralel olarak maliyetler düşüş eğilimine girmiştir. Şebekeye bağlı PV elektrik santrallerin güçleri 100 kWe ile onlarca MWe arasında olmaktadır. Yine şebekeye

bağlı, ancak dağıtılmış durumda olan bina çatı ve yüzeylerine yerleştirilen sistemler ise 1 kWe

ile 50 kWe arasında değişmektedir. Bu sistemlerde iki yönlü sayaç kullanılır. Güneş PV santralli

olarak, 1982'de California'da 1 MW'lık Edison Lugo PV Santralı kurulmuş, bunu Los Angeles- San Francisco arasında kurulan 6.5 MW'lık Carissa Plains Santralı izlemiştir. Amerika'nın dışında başka ülkelerde de PV santralleri bulunmakla birlikte, toplam kurulu güçleri güneş termik santrallerinin %10'u düzeyini aşmamaktadır. Bunun çeşitli nedenleri olmakla birlikte, PV üreteçlerinin merkezi santralden çok oto prodüktörler için uygun oluşu, ayrıca birim kurulu güç maliyetinin termik tiplerden 3.7-5.2 kat daha yüksek bulunuşu başta gelen nedenlerdir. Ulusal enerji kaynaklarının yetersizliği konu olduğunda, şebekeye bağlı münferit PV sistemlerinin genelde önemli bir tasarruf potansiyeli oluşturduğu, bu konuda yapılan çalışmaların sonuçlarından anlaşılmaktadır. Örneğin, Almanya'da yapılan bir çalışmada, bireysel tüketicilerin evlerinin çatılarına koydukları güneş pilleri ile ürettikleri elektriğin üçte birini kendilerinin tükettikleri, geri kalanını ise enterkonnekte sisteme vererek ulusal elektrik enerjisi üretimine katkıda bulundukları saptanmıştır. Sonuç olarak, Almanya şartlarında, binalarda güneş pilleri kullanıldığında üçte bir oranda tasarruf doğmaktadır. Benzer bir çalışma NREL (National Renevvable Energy Laboratory) tarafından Colorado'da başlatılmıştır. Bu projede, 2 kW'lık bir PV jeneratör karşılığı olan 8000 $, gönüllü yatırımcılardan nakit olarak veya ayda 100 $ taksitle kredili olarak alınmaktadır. Büyük çapta enerji üretimi söz konusu olduğunda ise, örneğin, halen Girit Adasında yapımı sürdürülmekte olan PV santral için, birim kW başına yatırım maliyeti ilk 5 MW'lık kısım için 3500 $, toplam 50 MW için ise 2400 $ olarak verilmektedir. Bu maliyet, doğalgaz (680 $/kW), hidrolik (1200 $/kW), ithal kömür (1450 $/kW), linyit kömür (1600

$/kW) ve nükleer (1800-2700 $/kW) santral maliyetleri ile karşılaştırıldığında, PV santral seçildiğinde ilk yatırım için önemli oranda bir fark ödenmesi gerektiği ortaya çıkmaktadır. Ancak, yakıt giderinin olmaması, bakım giderlerinin ise diğerlerine göre çok daha az olması, birim kWh başına enerji maliyetini çok aşağılara çekmektedir. Çevre maliyeti ise, güneş pillerinin üretimi aşamasında gerekli olan dışında sıfır olarak kabul edilebilir. Güneş pili teknolojileri genç teknolojilerdir ve hızla gelişme eğilimi içindedir. Alışılagelmiş enerji üretim yöntemleri bugün çevre kirliliğinin önemli nedenlerinden biri durumundadır. (Zahedi, 2006; TÜBİTAK, 1998).

4.2.4.3. Güneş Enerjisinin Avantajları

• Her şeyden önce, güneş bol ve tükenmeyen enerji kaynağıdır.

• Temiz türüdür, çevreyi kirletici, duman, gaz, karbon monoksit, kükürt ve radyasyon gibi atıkları yoktur.

• Yerel uygulamalar için elverişlidir. Enerjiye ihtiyaç duyulan, hemen hemen her yerde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür. Bir çakmağın, bir saatin, bir hesap makinesinin veya bir deniz fenerinin, bir orman gözetleme kulesinin enerji ihtiyacı yerinde karşılanabilir.

• Dışa bağımlı olmadığından, olabilecek ekonomik bunalımdan uzaktır.

• Birçok uygulaması için, karmaşık teknolojiye gerek duyulmamaktadır. İşletme masrafı çok azdır (YTÜ, 2006).

4.2.4.4. Güneş Enerjisinin Dezavantajları

• Birim yüzeye gelen güneş ışınımı az olduğundan büyük yüzeye ihtiyaç vardır.

• Güneş ışınımı sürekli olmadığından depolama gerektirmektedir. Depolanma imkanları ise sınırlıdır.

• Enerji ihtiyacının çok olduğu kış aylarında güneş ışınımı az ve geceleri de hiç yoktur. • Güneş ışınımından faydalanan sistemin güneş ışığını sürekli alabilmesi için çevrenin

4.2.4.5. Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli

Türkiye coğrafi konumu açısından 36-42 No enlemleri arasında yer almakta ve güneş kuşağı içerisinde bulunmaktadır. Türkiye, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre daha avantajlıdır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya göre 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 (EİE, 2006).

Tablo 4.10Türkiye'nin aylık ortalama güneş enerjisi potansiyeli (EİE, 2006).

Aylar Aylık Toplam Güneş

Enerjisi (kWh/m2-ay) Güneşlenme Süresi(Saat/ay) OCAK 51,75 103,0 ŞUBAT 63,27 115,0 MART 96,65 165,0 NİSAN 122,23 197,0 MAYIS 153,86 273,0 HAZİRAN 168,75 325,0 TEMMUZ 175,38 365,0 AĞUSTOS 158,40 343,0 EYLÜL 123,28 280,0 EKİM 89,90 214,0 KASIM 60,82 157,0 ARALIK 46,87 103,0 TOPLAM 1311 2640 ORTALAMA 3,6 kWh/m2-gün 7,2 saat/gün

Türkiye’nin en fazla güneş enerjisi olan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir.

Tablo 4.11 Türkiye'nin yıllık güneş enerjisi potansiyelinin bölgelere göre dağılımı (EİE, 2006).

Bölge Toplam Güneş Enerjisi

(kWh/m2-yıl)

Güneşlenme Süresi (Saat/yıl)

Güneydoğu Anadolu 1460 2993 Akdeniz 1390 2956 Doğu Anadolu 1365 2664 İç Anadolu 1314 2628 Ege 1304 2738 Marmara 1168 2409 Karadeniz 1120 1971

Türkiye’de güneş enerjisi yaygın olarak evlerin sıcak su gereksiniminin karşılanmasında kullanılmaktadır. Türkiye’nin özellikle Güney ve Ege kıyıları başta olmak üzere tüm bölgelerinde güneş enerjisi kolektörleri halen yoğun olarak su ısıtmak amacıyla kullanılmaktadır. Güneş enerjisinden yararlanma potansiyeli, Doğu Karadeniz Bölgesi dışında tüm bölgelerimiz için önemle ele almamız gereken bir büyüklüktedir. Türkiye sahip olduğu bu güneş enerjisi potansiyelini değerlendirmelidir.