Diyarbakır Güneş Enerjisi

Güneş Enerjisi

Güneş, yaklaşık %90 oranında hidrojenden oluşmaktadır. Güneşin içerisinde yer alan hidrojenlerin birleşerek helyuma dönüşmesi ve bu dönüşüm sırasında kütle kaybı karşılığı enerjinin ortaya çıkması sayesinde “Güneş Enerjisi” ortaya çıkmaktadır. Yüzey sıcaklığı 5500, çekirdek sıcaklığı ise 15,6 milyon olan Güneş, kesintisiz çalışarak hidrojenin helyuma dönüştüren füzyon tepkimesi reaktörü gibidir.

İki hidrojen protonunun füzyona uğrayarak bir nötron ve protona dönüşürken bir pozitron ve elektron nötrinosu açığa çıkarır. Kütle kaybının karşılığı olan enerji Albert Einstein’in “E= m x c2 formülü ile hesaplanmaktadır.

Güneşte bir saniye oluşan 1038 adet füzyon tepkimesi ile 3,86×1026Joule’luk enerji açığa çıkar. (Yani, 1 J’luk güneş enerjisi için 259×109 adet reaksiyon gerçekleşmektedir.) Bu bir saniyelik devasa enerji, 564 ton hidrojenin 560 ton helyuma dönüşmesi sürecinde açıkta kalan 4 milyon ton hidrojen kütlesinin enerjisidir.

Güneşten yayılan enerjinin sadece 2,2 milyarda biri dünyaya gelmekte ve bu enerji yaşam için temel enerji kaynağı olmaktadır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370 W/m² değerindedir, ancak yeryüzüne ulaşan miktarı atmosferden dolayı 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. 

Güneş Enerjisi
Şekil 3: Güneş Işınlarının Yeryüzüne Gelirkenki Davranışları

Tepkimeler sonucunda oluşan Güneş enerjisi Dünyamıza hayat verdiği gibi artık teknolojinin de hızla ilerlemesiyle Güneş artık elektrik üretiminde de kullanılabilmektedir.

Güneşten saniyede 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşmektedir. Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Dünyamızdaki tüm enerji kaynakları (petrol, kömür, rüzgar, su döngüsü…) güneşten meydana gelmektedir.

Diyarbakır’da Vakum Tüplü Güneş Enerjisi Sistemi Nedir?

Birçoğumuz kullanmasak bile gelip geçerken bazı evlerin çatılarında güneş panelleri görürüz. Bilindiği gibi bu paneller güneş enerjisini kullanarak evlerin içinde ısınma, banyo ve çeşitli ihtiyaçlar için sıcak su temini sağlar. Mühendislik becerisi teknoloji ile birlikte harmanlanınca bu sıcak su elde etme ihtiyacı için çeşitli metotlar geliştirilmeye devam etmektedir.

Son yıllarda geleneksel yöntemlerin yerini vakum tüplü sistemler almıştır. Bu durum da vakum tüplü güneş enerjisi nasıl çalışıyor sorularını beraberinde getirmiştir. Gelin fazla teknik detaylara girmeden dilimiz döndüğünce nasıl çalıştığını ve ne işe yaradığını anlatmaya çalışalım.

Vakum Tüplü Güneş Enerjisi Sistemi Nedir?

Günlük hayatta dışarı çıkacağımızda kahvemizi doldurduğumuz veya en genel kullanımı ile pikniğe gittiğimizde çay doldurup eşe dosta ikram ettiğimiz termos özellikli kaplar vakum sisteminin temelini oluşturur. Sistemin içinde aradaki havası alınmış camlar kullanılmıştır ve bu sayede eğilim arttığı için ısı kaybı da minimize olur.

güneş enerjisi vakumlu

Bu şekilde daha iyi bir verim elde edildiği için güneşin fazla kendini hissettirmediğini kış aylarında da yüksek verim almak mümkündür. Çünkü asıl olan düşük bir enerjide bile depolama miktarını artırmaktır. Bu sistem sıcak suya en çok ihtiyaç duyulan kış aylarında çıkan o azıcık güneşte bile evlerimizde sıcak su bulmamızda bize yardımcı olur.  

Vakum Tüplü Güneş Enerji Sistemi Nasıl Çalışır?

Sistem iki adet borosilikat camın iç içe geçmesi ile oluşur. Borosilikat diye afili şekilde kullanıldığına bakmayın aslında yıllardır düğünlerde hediye götürdüğümüz borcamdır. Camlar tüp şeklindedir ve aralarında vakum bulunmaktadır. İç kısımda kalan cam tüpün dışı püskürtme yöntemi ile alüminyum ve azot karışımı ile kaplanmıştır. Bu kaplanan yüzey sayesinde tüp üzerine gelen ışınlar %93’e kadar emilip ısıya çevrilir. İki cam tüpün içindeki hava da alındığı için sıcaklık olduğu gibi muhafaza edilir. Çünkü hava ile temas eden ışınlar soğumaya başlar. Bu noktada temas edecek hava bulunmadığı için ısı da olduğu gibi kalır.

güneş enerjisi vakum

Kaplanan yüzey tarafından emilen güneş ışınları iç kısımdaki cam tüp içine konulmuş suya geçer. Gelen ışınlar ile ısınan suyun yoğunluğu azalacağı için yukarı doğru çıkar. Ve temel fizik kanunlarına dayalı doğal bir sirkülasyon elde edilir.

Vakum Tüplü Güneş Enerji Sistemi Güvenli Midir?

Vakum tüplü güneş enerji sistemi nasıl çalışır konusu ile beraber ele alınması gereken bir nokta da sistemin güvenli olup olmadığıdır. Kullanıcılar yüksek bir mühendisliğin eseri olan bu sistemi gönül rahatlığı ile kullanabilir. Avrupa ve Avustralya’da önde gelen üniversitelerin yıllar süren ar-ge çalışmaları sonucunda insanlığın hizmetine sunulan bu teknoloji bugün de Dünyanın her yerinde bir çok insan tarafından kullanılmaktadır.

Vakum Tüplerin Kırılma İhtimali Var Mı?

Vakum tüplü güneş enerjisi nasıl çalışır mevzuundan bahsederken sistemde kullanılan camların evlerde kullandığımız borcamlar gibi olduğunu belirtmiştik. Borosilikat camlar bu sistem için özel olarak geliştirilmiş modellerinden seçilir. Dayanıklılığı da laboratuarlarda defalarca test edilmiştir. Bir örnekle açıklamak gerekirse şiddetli yağış alan günlerde rüzgar ile birlikte üzerine 25 mm çapında bir dolu gelse bile kırılmadan durur.

Kullanıcının dikkat etmesi gereken en önemli husus tüplerin içinin boş olduğu dönemlerdir. Uzun süre boş kalan tüplerin içi güneş altında 250 dereceye kadar ulaşabilmektedir. Bu esnada sisteme asla soğuk su vermemek gerekir. Çünkü aşırı sıcak bir ortama soğuk su gelince bu termoşok etkisine sebep olacak ve tüplerde çatlamalar meydana gelecektir.

Diyarbakır Güneş Enerjisi Verimliliği


Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile (hidrojen gazının helyuma dönüşmesi) açığa çıkan ışıma enerjisidir. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370 W/m² değerindedir, ancak yeryüzüne ulaşan miktarı atmosferden dolayı 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970’lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

                                                                      

Dünya ile Güneş arasındaki mesafe 150 milyon km’dir. Dünya’ya güneşten gelen enerji, Dünya’da bir yılda kullanılan enerjinin 20 bin katıdır.

                                                                      

Güneş ışınımının tamamı yer yüzeyine ulaşamaz, %30 kadarı atmosfer tarafından geriye yansıtılır.

                                                                      

Güneş ışınımının %50’si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur. Rüzgâr hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur.

                                                                      

Güneşten gelen ışınımının %20’si atmosfer ve bulutlarda tutulur.

                                                                      

Yeryüzeyine gelen güneş ışınımının %1’den azı bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır. Bitkiler, fotosentez sırasında güneş ışığıyla birlikte karbondioksit ve su kullanarak, oksijen ve şeker üretirler. Fotosentez, yeryüzünde bitkisel yaşamın kaynağıdır.Güneş, nükleer enerji dışındaki bütün enerjilerin dolaylı veya direkt kaynağıdır.

                                                                      

Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir: 
Fotovoltaik Güneş Teknolojisi:  Fotovoltaik hücreler denen yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.
Isıl Güneş Teknolojileri:  Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir.

Fotovoltaik Hücreler
Güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücreleri alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,1- 0,4 mm arasındadır.

Güneş hücreleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Hücrenin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir.

Güneş enerjisi, güneş hücresinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 30 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş hücresi birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş hücresi modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt’tan MEGA Watt’lara kadar sistem oluşturulur.

                                              

                                                  

Fotovoltaik Hücrelerinin Yapımında Kullanılan Malzemeler
Fotovoltaik hücreler pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır:
Kristal Silisyum:  Önce büyütülüp daha sonra 150-200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tek kristal Silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuar şartlarında %24, ticari modüllerde ise %15’in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Çok kristal Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de %2-5 kadar düşük olmaktadır. Verim, laboratuar şartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır.
Galyum Arsenit(GaAs):  Bu malzemeyle laboratuar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır.
Amorf Silisyum:  Kristal yapı özelliği göstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modüllerde ise %5-7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum direkt güneş ışınımı az olan bölgelerde de santral uygulamalarında kullanılmaktadır. Amorf silisyumun bir başka önemli uygulama sahası ise binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci uygulamalarıdır.
Kadmiyum Tellürid(CdTe):  Çok kristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş hücre maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuar tipi küçük hücrelerde %16, ticari tip modüllerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir.
Bakır İndiyum Diselenid(CuInSe2):  Bu çokkristal hücre laboratuar şartlarında %17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise %10,2 verim elde edilmiştir.
Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler:  Gelen ışığı 10-500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araçlarla modül verimi %20’nin, hücre verimi ise %30’un üzerine çıkılabilmektedir. Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden veya camdan yapılmaktadır.

                                            

Laboratuarlarda ulaşılan en yüksek hücre verimleri 1 cm 2 ‘lik hücre alanı için:
Kristalsi güneş hücresi için: %24.5
Polikristalsi : %19.8
Amorfsi : %12.7
Çok Katlı Güneş Hücreleri : %40

Son Yıllarda Üzerinde Çalışılan Güneş Pilleri
Ticari ortama girmiş olan geleneksel Si güneş hücrelerinin yerini alabilecek verimleri aynı ama üretim teknolojileri daha kolay ve daha ucuz olan güneş hücreleri üzerinde de son yıllarda çalışmalar yoğunlaştırılmıştır.

Bunlar; fotoelektrokimyasal çok kristalli Titanyum Dioksit hücreler, polimer yapılı Plastik hücreler ve güneş spektrumunun çeşitli dalga boylarına uyum sağlayacak şekilde üretilebilen enerji bant aralığına sahip Kuantum güneş hücreleri gibi yeni teknolojilerdir.