Güneş enerjisi nedir
Güneş enerjisi tanımı
Baslıca yenilenebilir enerji kaynağı, fosil ve hidrolik enerjinin de asıl kaynağı olan ve dünyamızı ısıtan “güneş enerjisidir. Günesin enerjisi, hidrojenin helyuma dönüşmesi sırasında ortaya çıkan enerjinin ısınım biçiminde uzaya yayılmasıdır. Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Güneş, dünyadaki tüm enerji kaynaklarına dolaylı ya da dolaysız olarak temel oluşturmaktadır.
Güneş ısınları ile dünyaya 170 milyar MW güçte enerji gelmektedir. Bu değer, dünyada insanoğlunun bugün için kullandığı toplam enerjinin 15-16 bin katıdır. Günümüzde dünyaya ulasan güneş enerjisinin değerlendirilmesinde iki yol izlenmektedir: ısıya dönüştürme ve elektrik enerjisine çevirme. Güneş enerjisini ısı enerjisine dönüştürmede “toplaçlar”; doğrudan elektriğe dönüştürmede de “güneş gözeleri-güneş pilleri” kullanılmaktadır. Günümüzün teknolojik ve ekonomik koşullarında güneş enerjisinin özellikle ısı kullanımı önem kazanmıştır.
Dünyanın küresel olarak pek kullanmadığı, ancak geleceğin en çok kullanılabilecek enerji kaynağı olan güneş enerjisinden elektrik üretimi, doğrudan dönüşüm ve dolaylı dönüşüm olmak üzere iki ayrı yöntem ile gerçekleştirilir. Bu enerji ile ısıtmadan soğutmaya çok farklı ısı etkisinin kullanıldığı uygulamaların yanı sıra değişik teknolojiler ile elektrik enerjisi üretimi de gerçekleştirilmektedir.
Fotovoltaik hücreler (PV hücreler-güneş hücreleri) gürültüsüz, çevreyi kirletmeden, herhangi bir hareket eden mekanizmaya gereksinim duymadan güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir.
Dünyamıza bir günde gelen güneş enerjisi, günesin toplam saldığı enerjinin yaklaşık 10 milyarda biridir. Bunun değeri, 1,5×10^22 J yani 15 000 000 katrilyon joule’dür. (Bir Joule, bir kibritin yanması ile ortaya çıkan ısı enerjisinin yaklaşık binde biridir.) Dünyaya bir yılda düsen güneş enerjisi yaklaşık 200 trilyon ton kömüre eşdeğerdir. (Bu değer, günümüzde dünyada kullanılan toplam enerjinin 15-16 bin katına karşılık gelir.) Sadece Türkiye üzerine bir yılda düsen güneş enerjisi, 80 milyar ton petrole eşdeğerdir. Dünyamıza bir yılda düsen güneş enerjisi dünyadaki çıkarılabilir fosil yakıt kaynakları rezervlerinin tamamından elde edilecek enerjinin yaklaşık 15-20 katına eşdeğerdir.
Bugün için güneş enerjisinin kullanılmasındaki genel amaç, alışılagelen birincil kaynak fosil yakıtların tutumlu ve ölçülü kullanımına yardımcı olmaktır.
Güneş enerjisi kullanım alanları
Güneş enerjisinin ağırlıklı olarak kullanıldığı üç alan aşağıda sıralanmıştır:
1- Yapıların ısıtılmasında güneş enerjisinin kullanılması,
2-Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülerek kullanılması ve güneş kaynaklı elektrik santrallerinin geliştirilmesi, (çok geniş bir alana yayılmış içbükey yüzeylerle bir noktaya odaklanmış güneş ışığından elde edilen çok büyük ısıyı kullanan termik düzeneklerin ısıttığı akışkan buhar ile dönen jeneratörlerle ya da güneş pillerinin kullanılması yoluyla güneş ışığından doğrudan doğruya –fotovoltaik hücrelere elektrik elde edilir.)
3-Geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretilmesinde güneş enerjisinin kullanılması. (elektroliz yöntemi ile güneş enerjisinden hidrojen gazı elde edilmesi ve elektrik üretimi).
Bunların dışında, günümüzde güneş enerjisinden çatılarda güneş ısıtması yapmak, seraları ısıtmak, güneş kurutması yapmak, suyu ısıtmak, soğutmak, bitkileri kurutmak gibi diğer enerjilerin tüketimini azaltacak biçimde yararlanmak mümkündür. Açık havada 100 m² ev çatısına bir günde 80-100 litre benzin eşdeğeri güneş enerjisi düştüğü unutulmamalıdır.
Güneş enerjisi dönüşümü
Güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürmek için fotovoltatik sistemler (güneş pili sistemi) kullanılır. Bu sistemlerde güneş izleme düzeni ile her an mümkün olan en yüksek güneş enerjisinden yararlanılır. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisinin kullanıldığı güneş santralleri (çoğunlukla elektrik enerjisi elde etmek için); güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren güneş gözeleri (solar cells) giderek yaygın kullanım alanları bulmaktadırlar.
Başlangıçta kol saatleri, hesap makineleri gibi küçük ölçeklerde kullanılan güneş gözeleri, giderek daha geniş kullanım alanlarına yayılmışlardır. İlk büyük ölçekli kullanım alanı olan uzay çalışmalarında, uzay araçlarına enerji sağlamada güneş gözeleri en önemli gereç olmuştur. Kullanımın yaygınlaşması ile fiyatlar da düşmüştür. Günümüzde bu gözelerle çalışan otomobiller, güneş uçağı, elektrik santralleri vs. mevcuttur.
Fotovoltaik güç sistemleri diğer elektrik enerjisi üretim sistemleri ile karşılaştırıldığında günümüzde çok pahalı olarak görünseler de, yakın gelecekte güç üretimine önemli katkısı olabilecek sistemler olarak değerlendirilmekte ve konu üzerinde tüm dünyada yoğun araştırma ve çalışmalar sürdürülmektedir.
Dünyada güneş
Günümüzde İsrail tüm sıcak su ihtiyacının %65’ini, Güney Kıbrıs %95’ini, Kuzey Avustralya %40’ını güneş ısıtması ile karşılamaktadır. Güneş enerjisinden yararlanmada öncü ülkeler: Japonya, Almanya, ABD’dir. Dünyadaki güneş pili kurulu gücü 1 311 737 kW olup, en büyük pay %48,6 ile Japonya’ya (632 842 kW) aittir. Bunu %21 ile Almanya (277 300 kW) ve %16 ile ABD (212 200 kW) izlemektedir. En fazla güneş kolektörü (toplayıcı) olan ülke ise 15 milyon m2 ile ABD’dir. Bunu 9-10 m2 ile Türkiye izlemektedir.219 Kurulu fotovoltaik (doğrudan elektrik üretimi) gücü en fazla olan 4 ülke; Almanya, Japonya, İtalya ve ABD, aynı zamanda en fazla güneş pili üretilen (Dünya üretiminin %90’ı) ülkelerdir. ABD’nin üretimi, dünya piyasasının %30’unu oluşturmaktadır. Japonya ise hesap makinelerinde kullanılan fotopillerin %80’inden çoğunu üretmektedir. Fransa dünyadaki yıllık üretimin %5’ini, Avrupa’nın ise %30’unu sağlamaktadır. İtalya, Avrupa’daki %25’lik payı ile Fransa’yı izlemektedir. Sonraki sıralarda ise %20’lik pay ile Almanya ve %10’luk pay ile İspanya gelmektedir.
Güneş enerjisinin günlük yasamın ayrılmaz bir parçası olması nedeniyle verimli olarak kullanılabilmesi amacına yönelik Ar-Ge (araştırma-geliştirme) çalışmaları son 20 yılda yoğunlaştırılmıştır. Bu enerji kaynağının yaygın olarak kullanılabilmesi için düşük maliyetli olarak üretilmeleri konusunda çalışmalara devam edilmektedir.
Avantajları
Güneş enerjisi temiz, yenilenebilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi ile çalışan sistemler kolaylıkla taşınıp kurulabilen, çevreyi kirletici atıkları olmayan, çevre dostu, karmaşık bir teknoloji gerektirmeyen, gerektiğinde enerji ihtiyacına bağlı olarak basitçe değiştirilebilen sistemlerdir. Güneş enerjisinin, yakıt sorununun olmaması, isletme kolaylığı, mekanik yıpranma olmaması, modüler (değişebilir) olması, (yani talebe bağlı olarak birkaç W’tan birkaç yüz MW’a kadar büyüklükte kurulabilmesi) kullanım noktasına yakın tesis edilerek hat kayıplarını azaltması, uç noktalarda şebekeye bağlanarak elektrik kalitesinin artmasını sağlaması, gerilim düşmeleri nedeniyle oluşan arızaların ortadan kalkmasıyla milli ekonomiye katkı sağlaması, özellikle yaz aylarında pik (fazla) yükleri karşılama özelliği olması, çok kısa zamanda devreye alınabilmesi (azami bir yıl), yerel olarak uygulanabilmesi, uzun yıllar sorunsuz olarak çalışması gibi üstünlükleri vardır.
Güneş pili, dayanıklı, güvenilir ve uzun ömürlüdür. Elektrik şebeke hattı bulunmayan ya da şebeke hattının götürülmesinin pahalı olduğu kırsal yörelerde güneş pillerinin kullanımı daha ekonomik olabilmektedir. Çünkü güneş pili sistemlerinde bir kez yatırım yapıldıktan sonra başka masraf olmamaktadır. Her ev, kendi enerjisini çatısına kurduğu güneş pilleri ile karşılayabilir. Böylece iletim ve enerjiyi tasıma maliyetleri ve kayıpları ortadan kalkar. Kömür yakmak yerine güneş pilleri ile üretilecek her 1 GWh elektrik enerjisi, 1050 tona kadar CO2’nin atmosfere yayılmasını önlemiş olacaktır.
Güneş enerjisinden üretilen her kWh elektrik enerjisi için 0,6 kg karbondioksit (CO2) emisyonu azalmaktadır.
Örneğin, Avusturya’da güneş kullanılarak 200 000 evin çatısına 3 milyon m2’lik sıcak su kolektörü ve elektrik panelleri döşenmiştir. Böylece 2100 MW’lık yenilenebilir enerji kazanımıyla 158 000 ton petrol yakılmamış (yılda) ve 496 000 ton karbondioksit havaya karışmamış olmaktadır. Ayrıca 180 000 m2 kolektör alanına sahip İsviçre’de bu kolektörler sayesinde 2 milyon litre az petrol ya da 2 milyon m3 daha az doğal gaz tüketilmektedir.
Güneş enerjisi ve çevre
Güneş enerji teknolojileri geleneksel enerji kaynakları ile kıyaslandıklarında çevresel avantajlara sahiptir. Bu avantajlar; hava emisyonlarının yokluğu, isletme sırasında atık ürün yokluğu, düşük sera gazları emisyonları, zehirli gaz emisyonlarının olmaması, bozulmuş toprak iyileştirilmesi, elektrik şebekesi iletim hatlarının azalması, su kaynaklarının kalitesinin artırılmasıdır. Sosyo-ekonomik bakış açısı ile bakıldığında yararları, bölgesel enerji bağımsızlığı artısı, önemli is olanakları sağlanması, enerji temini, çeşitliliği, güvenilirliğinin artması, kırsal elektriklendirme ivmesinin artması olarak sıralanabilir.
Ancak, günesin kullanımı fosil yakıtlar kadar kolay değildir. Örneğin, güneş pillerinden elde edilen elektrik enerjisi ile çalışan bazı küçük hafif arabaların olduğu doğrudur; ancak bunlar, yalnız açık geniş alanlarda ve güneşli günlerde gündüzleri kullanılabilirler; otomobile güneş enerjisi pompalanamaz.
Güneş enerjidi dezavantajları
Güneş enerjisi her ne kadar sınırsız bir enerji kaynağı olsa da doğal halinde düşük yoğunluklu olması nedeniyle, pratik amaçlar için kullanımı gerektiğinde, enerjiyi yoğunlaştırıcı sistemlere gereksinim duyulmaktadır.
Güneş santralleri görüntü kirliliği oluşturabilmekte, çevrim verimlerinin düşüklüğü nedeniyle büyük alan gerektirmektedirler. Bu nedenle güneş enerjisinden elektrik üretimi daha çok yüksek yoğunlukta güneş ışığı alan çöl ya da az yağmur alan ekvatoral bölgelerde ekonomik olmaktadır. Güneş santrallerinin şebekeye uzaklığı önemlidir. Bir kaç km’den sonra uygulamalar zorlaşır. Santralin emre amadeliği güneşli günler ile sınırlıdır. Bir diğer olumsuzluk da güneş enerjisinin tüketim alanlarından her zaman uzakta bulunmasıdır. Güneş enerjisi tropikal ve tropikal-altı bölgelerde en fazladır. Oysa tüketim en çok ılıman iklimlerde yaygındır.
Ayrıca düşük verimlidir (%15), başlangıç ve tüketim maliyeti yüksektir ancak yapılan çalışmalar ve teknolojik gelişmeler sonucu bu enerji giderek yaygınlaşmakta ve maliyeti de düşmektedir. Petrol ile güneş pillerinin birim maliyetlerde fiyat çakışma noktası sanıldığı kadar uzak değildir. Bunun farkında olan gelişmiş ülkelerin hemen hepsi, şebekeye bağlı güneş pili sistemlerini destekleyici yasalar çıkarmış ve uygulamıştır. Almanya hatta İngiltere gibi Türkiye’ye göre güneş fakiri ülkelerde bile bugün binlerce ev, enerjisini güneşten almaya başlamıştır.
Yukarıda değindiğimiz olumsuzluklar, güneşten, suyun elektrolizi yoluyla oluşturulan hidrojeni doğal gaz gibi taşımak biçiminde yararlanma yollarının araştırılmasını teşvik etmektedir. Güneş enerjisinin depolanamama, taşınamama gibi eksikliklerini hidrojen enerjisi çok iyi bir şekilde giderir ve bu iki enerjinin bir araya gelmesine “güneş-hidrojen” enerjisi sistemi adı verilir. Bu sistemde hidrojen, güneş enerjisi kullanılarak üretilir, üretimden sonra boru hatları, süper tankerler ile elektrik sağlanacak bölgelere ya da doğrudan ısıtma ve ulaşımda yakıt olarak kullanılmak üzere gönderilir. Bugün fosil yakıt kullandığımız her alanda “güneş-hidrojen” enerjisinden yararlanabilir ve pek çok çevresel yarar sağlayabiliriz.
