Güneş enerjisi …

Güneş, insanoğlunun doğasına uygun en büyük ve en verimli enerji kaynağıdır. 150 milyon kilometreden daha fazla bir mesafeden devasa miktarda sonsuz bir enerji sağlar.

Her gün, dünya toplam nüfusunun günlük enerji talebinin 15.000 katı enerji sağlar. Yarım saatten daha az bir zaman içinde, gezegenimize 1 yılda kullanılan enerjiden daha fazlasını gönderir. 2004 yılında bu tüketimin miktarı 118 858 600 000 000 kWh idi (kiloWat saat). Sahara çölüne kurulacak dev bir güneş enerjisi santralı (700 km x 700 km) dünyanın tüm enerji talebini karşılayabilir (2006 yılı itibariyle). Dünyanın enerji talebi demek sadece kullanılan elektrik enerjisi demek değil, insan oğlunun kullandığı her çeşit enerjinin toplamı demek. Enerji kaynağı olarak güneş en az 5 milyar yıl daha var olacak. Hem de çevre dostu ve bol bir enerji kaynağı olarak.

Güneş enerjisi iki ana yöntemle kullanılabilir: Doğrudan ve dolaylı olarak. Doğrudan kullanmada teknik cihazlara ihtiyacınız vardır. Mesela, güneş hücreleri (elektrik üretimi), güneş kollektörleri (toplayıcıları) (ısı enerjisi elde etme), güneş enerjisi ile kurutucular, güneş enerjili ocaklar ve güneş enerjili fırınlar (güneş enerjisi ile pişirme) Örneğin, çoğu büyük ölçekli güneş enrjisi tesisleri elektrik üreten türbinleri çalıştırmak için buhar üretiyor. Dolaylı olarak güneş enerjisi evlerin ısı düzenlemesinin iyi yapılmış bir şekilde inşa edilmesinde kullanılır (Örneğin güneye bakan büyük pencereler gibi). Biokütle, su gücü ve rüzgargücü dolaylı olarak güneşten beslenen enerji kaynaklarıdır.

Dünya çapında iklim değişiklikleri ve sınırlı fosil yakıt kaynakları ile karşı karşıya olmamız nedeniyle gelecekte güneş enerjisi diğer enerji kaynaklarımızı takviye etmeye devam etmeli. Uzun dönemi göz önüne alırsak güneş enerjisinden başka natifimiz yok.

Güneş enerjisinden yaralanma yolları giderek daha iyi ve daha ucuz oluyor. Çünkü bir çok ülke şimdi yenilenebilir enerjinin önceliğini kavramış durumda ve kararlı bir şekilde destekleyici programlar başlattılar. Almanya’da güneş enerjisi kullanımı kısmen yasal zorunluluklar nedeniyle hızla artıyor. Bu yenilenebilir enerji yasası (Renewable Energy Sources Act) yenilenebilir enerji kaynaklarından ekonomik olarak enerji elde edilmesi esasına dayanıyor. Bu yasa elektrik şirketlerini fotovoltaik santrallerden elektrik üretmek ve bunun için sabit bir ücret ödemek zorunluluğu getiriyor. Bir kaç yıllık bir sessizlikten sonra İsviçre, Almanya modelini esas alarak ülke çapında bir uygulama başlatacak.

Geleceğin enerji sisteminin bir parçası olarak güneş

Standart enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında güneş enerjisinin doğrudan kullanımı bazı üstünlükler sağlar. Bir kere fosil yakıtlarda ve atomik enerji taşıyıcılarından bağımsız. Sınırsız bir mevcudiyeti var. Hem elektrik üretiminde hem de ısıtmada kullanılabilmesine rağmen iklim değişikliklerine yol açan sera gazları oluşumuna yol açan karbondioksit gibi gazlar yaymıyor. Kabul edilen dez avantajı hava şartlarına, mevsimsel değişiklilere ve günün kısalmasına bağlı olarak güneş enerjisi kaynağından sürekli olarak yararlanamayacak olmamız.

Fakat toplama problemi (enerjinin depolanması) denilen soruna karşı değişik çözümler var. Bunların ilki güneş enerjisinin kombinasyonu. Diğer bir tanesi biokütle temelinde birleştirilmiş ısı ve enerji. Diğer bir tanesi enerjinin göllerde depolanması veya sıkıştırılmış hava yöntemi ile depolanması. Sonuncusu da arz ve talebin akıllı bir şekilde yönetilmesi. (Avrupa çapında ve mahalli olarak yenilenebilir enerji şebekesi oluşturmak). Kışın elektrik santralleri ile ısı enerjisinin birbiri ile bağlanması ıs ve elektrik sağlar. Yazın güneş enerjisi hücreleri elektrik sağlarken güneş kollektörleri suyu ısıtmak için kullanılır. Arz ve talep ile akümülatörlerin kontrol edilmesi gece ve gündüz veya kötü hava koşulları gibi kısa süreli değişiklikler karşısında denge sağlar.

Enerjinin etkili kullanımı en büyük önceliğe sahiptir: bugünün enerji tüketiminin %40’ı hiç bir konfor kaybı olmadan tasarruf edilebilir. Daha da ötesi bu tasarruf edilen kilowatlar en çok çevre dostudur.

Yararlanmada muazzam potansiyel

Bazıları düşünecek: Güneş enerjisi iyidir, fakat Avrupa’nın merkezinde değil Sahara’da. Merkezi Avrupa’da da güneş enerjisinden yararlanmanın pek çok üstünlükleri ortaya çıkmıştır. Merkezi Avrupa’daki potansiyel muazzam olmasına rağmen şimdiye kadar yararlanılmamıştır. Teorik olarak, örneğin İsviçre’de  elektrik ihtiyacının %15-30’u, ısınma ihtiyacının %30’u çatıların uygun şekilde düzenlenmesiyle karşılanabilir. Yan etki hoş: sıfır egzoz gazı, çevre kirliliği kültür yok, insan hayatına zarar veren uranyum madenleri yok, görüntü kirliliğine yol açan soğutma kuleleri veya petrol kuleleri yok, daha fazla yer kaplayan rafineri yok, bugüne kadar İsviçre’nin kullandığı enerjinin %0.04’ü ve ısınma ihtiyacının %0.03’ü güneş enerjisi sistemlerinden karşılanmıştır.

Dünyanın bir çok kesiminde halen güneş enerjisinden yararlanılmaktadır ve eğer uygun şekilde yararlanılırsa halihazırda dünyada tüketilmekte olan enerjinin bir kaç katını sağlayacak potansiyel mevcuttur.

Güneş enerjisi ısıtma ve soğutma sistemlerinin ihtiyacı olan elektrik enerjisini doğrudan üretmekte kullanılabilir. Güneş enerjisinden yararlanma potansiyelimiz sadece bu imkandan yararlanma isteğimizle sınırlıdır.

Güneş enerjisinden yararlanmanın değişik yolları mevcuttur. Bitkiler güneş enerjisini fotosentez yolu ile kimyasal enerjiye dönüştürürler. Bu enerjiden yararlanmanın bazı yoları bu bitkileri yiyecek olarak tüketmek veya odunlardan yakacak olarak istifade etmek şeklinde olur. Bununla beraber “güneş enerjisi” terimi daha ziyade gün ışığını doğrudan kullandığımız ısı enerjisine veya elektrik enerjisine çevirmek demektir. Güneş enerjisinin iki temel tipi “solar termal” ve "fotovoltaik" tir.

Solar fotovoltaik: Bu ışıktan elektrik üretmek demektir. Bu işin sırrı, elektron açığa çıkarmak için yarı iletken materyalleri kullanmaktadır. Bu elektrolar elektriğin temelini oluşturan negatif yüklü parçacıklardır. Fotovoltaik hücrelerde kullanılan yarı iletken maddelerin en yaygını, kumda çok miktarda bulunan silikondur. Bütün fotovoltaik hücreler bu tip yarı iletken maddelerden yapılmış, bir pozitif diğeri negatif yüklü en az iki tabakadan oluşur.  Yarı iletkenlerin üzerine gün ışığı geldiğinde, bu iki tabakanın birleştiği yerde doğru akım üreten bir elektrik akımı oluşmasına yol açar. Güneş ışığı ne kadar güçlü olursa ürettiği elektrik akımı da o kadar büyük olur.

Bu nedenle bir fotovoltaik sistem çalışmak için parlak gün ışığına gerek duymaz. Bulutlu havalarda da bulutların yoğunluğuna göre ürettiği enerji miktar değişecek şekilde elektrik üretir. Az bulutlu bir havada bulutlardan yansıyan güneş ışıkları gün ışığının yoğunluğunu artıracağından masmavi bir gökyüzü olan parlak güneşli zamanlardakinden daha fazla güneş enerjisi elde edilir.

Bugünlerdeki yaygın uygulama şekli hesap makineleri gibi küçük aletleri çalıştırmak için çok küçük güneş enerjisi hücreleri kullanmaktır. Fotovoltaik, elektrik şebekesinin bulunmadığı yerlerde elektrik enerjisi üretmek için de kullanılabilir.  Güneş enerjisi ile çalışan ve güneş dondurucusu dediğimiz bir buzdolabı da geliştirlde. Bu buzdolabı, denemelerden sonra, elektrik olmayan yerlerde insani yardım kuruluşları tarafından aşıları muhafaza etmek ve elektrik şebekesine bağımlı olmak istemeyen herkes tarafından yiyeceklerini soğuk tutmak için kullanılabilecektir.

Mimarlar da tasarımlarında güneş enerjisi panellerini artan bir şekilde kullanmaktadırlar. Mesela, güneş enerjisi panelleri çatı kaplaması olarak geleneksel çatı kaplama malzemeleri yerine kullanılabilir. Esnek ince film modülleri kubbeli çatılara bile kolayca entegre edilebilir. Yarı şeffaf modüller gölgelendirmenin ve gün ışığının ilginç bir karışımını kullanmaya imkan verir. Fotovoltaik hücreler, yaz aylarında klima cihazlarının çok elektrik tükettiği zamanlarda binaların ihtiyaç duyduğu fazla miktardaki enerji ihtiyacını karşılayabilir ve böylece maksimum derecedeki elektrik ihtiyacı yükünü azaltabilir.

Hem büyük hem de küçük ölçekte bir fotovoltaik ulusal elektrik şebekesine enerji verebilir veya müstakil olarak kullanılabilir.

Güneşten elektrik üretmek …

Yeteri kadar güneş ışığı alan, elektrik şebekesi olan, elektrik şebekesi olmayan ve/veya elektrik talebi, elektrik ihtiyacı olan her yerde güneş enerjisi ile elektrik üretilebilir.

Uygulama ve Boyutlandırma

Açık alanlardan yararlanmaya başlamadan önce çatıların üstündeki güneş potansiyelinin tamamından yararlanmaya çalışılması daha mantıklı. Güneş santralleri (aynı zamanda fotovoltaik santraller veya FV kurulumlar) güneye bakacak ve yerle 30 derecelik açı yapacak şekilde kurulduğunda en yüksek verimi sağlıyor. Yönün güney-doğu veya güney-batıya çevrilmesi, eğimin 20 derece ile 60 derece arasında değişmesi %5 e kadar performans düşüklüğüne yol açıyor. 30 derecelik açı olmasına rağmen yönü doğu veya batıya çevirirsek performans %15 oranında düşüyor.  Sonuç: Güneye bakan çatılar bile üreticiler için güç üretmekte kullanılamayabilir. Ayrıca çatıların gölgeleri de olabildiğince azaltılmalıdır.

Güneş santraline bağlı şebekeler; güneş panellerine bağlı direkt akım üretici, direkt akımı şebekeye uyumlu natif akıma çeviren dönüştürücü, sayaç ve şebeke bağlantısı birimlerinden oluşuyor. Üretilen elektrik geçici olarak şebekeye depolandığı için özel bir bataryaya ihtiyaç duyulmuyor.

Şebeke sisteminin temin edilemediği (ki dünya nüfusunun 1/3 ü bu sistemden yoksun) dağlık ve diğer bölgelerde kapalı devre şebeke sistemi elektrik sağlayabilir. Dönüştürücü sadece natif akım kullanan alışılmış sistemle bağlantı kurulması için gereklidir. Lamba ve buzdolabı gibi önemli aygıtlar direkt akım ile çalışmaktadır

Ne kadar geniş bir kurulum yapmalıyım?

Ağ bağlantılı fotovoltaik (FV) santralinin boyutları kullanılabilir alan ve para gibi kaynaklara bağlıdır, çünkü arzu edildiği zaman üretimin tamamı şebekeye aktarılabilmektedir. Kapalı devre şebekeli sistemlerde (örneğin bahçe aydınlatması, su fıskiyeleri veya dağ kulubeleri) boyutları enerji ihtiyacının miktarı  belirler. Sadece ışığa ihtiyaç duyulan Alp Dağları kulübelerinde genellikle birkaç metrekare ve bir otomobil aküsü yeterlidir.

Ebat Seçimi İçin İlginç Bilgiler: 8 metre karelik yüzeye sahip güneş birimlerinin, %12 lk bir emsal ile, 1 kiloWattpeak (kwp) üretim yapması ve yıllık 850-900 kiloWatt saatlik (kWH) elektrik üretmesi beklenir. Bu miktar enerji verimliliği olmayan bir bulaşık makinası ya da buzdolabının tüketimine eşdeğerdir. Normalde bir insanın yıllık tüketimi 400 kWH. %12 lik emsaller seçildiği takdirde bu talebi 4.5 kWp lik sistem ile karşılamak mümkün. Bu sistem ise toplamda 36 metrekarelik bir yüzeye tekabül eder.

Nasıl Çalışır ?

Fotovoltaik süreç, güneş ışığını elektrik akımına dönüştürmeyi mümkün kılar. Dönüşüm fotovoltaik etkiyle gerçekleşir. Bu etkinin adı ışık anlamına gelen "foto"dan ve gerilim anlamına gelen "voltaj"dan oluşuyor. Bu etkinin gerçekleştiği aygıtın adı güneş (ya da fotovoltaik) hücredir.

Çoğu güneş hücresi, hammaddesi deniz kumu olan silikondan oluşur. İlk olarak silikonun arındırılması gerekir. Güneş ışığının elektrik akımına dönüşmesi için hala birkaç şeye ihtiyacımız var: Bazı yabancı atomları silikon kristallerinin içine hapsetmeliyiz. Kısaca iki katman görebiliriz. Birinci katman elektron yokluğunda pozitif güç oluşturabilmek için yabancı atomlardan (bor atomlarından) meydana gelir. Nam-ı diğer p-katmanı. İkinci katmanda, bünyesine elektron çekip negatif güç oluşturan yabancı atomlar (fosfor atomları) bulunur. Bunun adı da n-katmanı.

Sadece n-katmanıyla p-katmanı arasındaki alışveriş fotovoltaik etkiye yol açıyor. Daimi olarak ışık alındığı takdirde güneş hücresi batarya işlevi görüyor.

Güneş hücreleri tekil hücrelerin gerilimini oluşturmak için birbirne ekleniyor. Bu da güneş birimlerinin nasıl 24 voltluk bir gerilim üretebildiğini açıklıyor.

Güneş Hücresi Çeşitleri ve Emsalleri

Günümüzde piyasada 2 çeşit güneş hücresi bulunabiliyor. Tekil / Çoğul kristal ve  biçimsiz güneş hücreleri. Farklılık temel olarak emsallerinde ve üretim maliyetinde yatıyor. Alınan güneş ışığının elektriğe dönüşebilen kısmı olan emsal, normal şartlar altında (25 C derecede 1000 W/m22lik dikey ışık almı) ölçülebilir.

Tekil-/çoğul- kristal üretimi halen yüksek miktarda insan emeğine ihtiyaç duyduğu için yüksek fiyatlara maloluyor. Biçimsiz güneş hücreleri (kristalsiz silikon yapısı) çok daha ucuza üretilebiliyor. Şu ana kadar saatlerde, hesap makinelerinde ve diğer küçük aygıtlarda kullanıldılar. Uygulama miktarı artarken silikonun yükselen fiyatları dolayısıyla silikonca düşük hücrelerin kullanımı yaygınlaşıyor.

Güneş, atomik gücün yerine geçebilir mi?

Teorik olarak İsviçre deki nükleer santralin yıllık üretim oranın yerine geçmek için piyasadaki en verimli güneş hücrelerinden kişi başı 21 metrekare gerekli.(SUNPOWER ın tekil kristal hücreleri, yıllık kişi başı 8000 kWhLık nihai tüketim - %40 ı atomik güçten, %20 si güneş hücresi emsalinden karşılanıyor. 850 kWh/kWp lik küresel güneş ışığı alımı)21 metrekare size hangi ebatlardan bahsettiğimiz hakkında bir bilgi verecektir. Pratik olarak, kişi başı daha çok güneş alanına ihiyaç duyacaksınız;çünkü daha gün/gece, yaz/kış ve hava durumuna bağlı enerji depolama problemlerinin üstesinden gelinemedi. Öte yandan, çözüme götüren fikirler hal-i hazırda mevcut.

Fotovoltaik ile üretilen elektrik halen geleneksel üretimle oluşan akıma kıyasla daha pahalı. Bu bilgi sürpriz değil. Çünkü tamamen teknolojinin yeni olmasıyla alakalı. Yani, gün geçtikçe ve yeni birimler inşa edildikçe maliyeti azalacak.

Fotovoltaik gibi yeni ufuklar açan teknolojilerin bütçelere uygun hale getirebilmesi için kesinlikle teşvik gerekiyor. FV nin teknoloji ile uyum içinde olması için çok seneler önce İsviçre de yapılanlar gibi devlet teşviklerine ihtiyaç duyuluyor. Ekonomik sebepler bir yana, günümüzdeki enerji kullanımının dünyamızı nasıl tehlikeye götürdüğünü düşünmeliyiz. Geleceği tehdit etmeyen tek enerji kaynağı yenilenebilir olanlar. İşte bu yüzden, destek ekonomik tartışmaların ötesinde bir zorunluluk olarak duruyor.

Maliyet sistemin büyüklüğüne orantılı olarak değişim gösteriyor. Geniş güneş santralleri kWp başına düşen maliyeti en az %20 oranında azaltıyor. Çatı aktarması yaparken kiremit yerine güneş aygıtlarının takılması fazla harcamalarınızı kısabilir. Eğer yatırımın amortize edilmesi gerekiyorsa, şebekeye bağlı bir PV sistemi sadece elektrik değiş tokuşu olan pazarlarda ekonomiktir. Çünkü bu pazarlar sistemin amortizasyonunu hesaplayarak fiyat belirler. Şebeke bağlantısı olmayan bölgelerde kapalı devre sistemler elektrik ihtiyacı için en ekonomik çözümdür.

Güneş enerjisi sisteminin inşası için üretilecek miktardan daha fazla elektrik tükeltildiği söylentileri dolaşıyor. Bu iddialar asılsız. Çünkü üretimin başlarında dahi pozitif bir denge sağlanıyor. Zürih teki ETH Teknik Üniversitesi nde yapılan araştırmalarda olduğu gibi bağımsız araştırma sonuçları şunu doğrulamaktadır: İsviçre nin orta bölgelerinde kablo, metal yükselti, çevirici vb. gerekli teknik donanımı içeren bir güneş enerjisi sistemi, en fazla 5 yıl içinde inşası için harcanan elektriği telafi ediyor. Yeni kurulum şekli ise sadece 2 yılda bu açığı kapatıyor ve 30 yıl kullanılabiliyor. Üretimdeki kar oranı (üretilen enerjinin kurulum için harcanan enerjiye oranı) kullanılan solar-hücre çeşidine bağlı olarak 6 ila 15 arasında değişiyor. Öte yandan, fosil ve nükleer enerji üretim merkezleri pozitif sonuca erişemiyor. Bu santraller sadece kurulum ve söküm çalışmaları için enerji ve kaynak değil, aynı zamanda üretim boyunca kömür, petrol ve gaz gibi birincil enerji kaynaklarını tüketiyor. Bu metaryallerin sadece bir kısmı akıma dönüşebiliyor; geri kalanı ısı,radyasyon,kül ve diğer atıklara dönüşüyor. Fotovoltaik, solar-enerji kullanımıyla solar-hücre üretiminin tek kapısını aralama şansı sunuyor. Bunun sonucunda insan ve doğa şu ana kadar düşünülebilmiş en az zararlı yolu seçmiş oluyor.

Güneş hücreleri temel olarak silikon donanımlı. Silikon yarı-yalıtkan, toksik içermeyen, çip sanayisinde kullanılan bir maddedir. Bununla birlikte enerji üretim sürecinde de herhangi bir toksik madde üretmez, sadece doğa dostu güneş akımı üretir. Güneş hücrelerinin üretiminde kullanılan silikon toksik açıdan tamamen zararsız. Dünya yüzeyinde en çok bulunan ikinci madde. Cadmium-telluride ya da copper-indium biselenious güneş hücreleri gibi yeni teknolojiler diğer enerji kaynaklarına oranla herhangi bir çevre riski taşımıyor.

Silikonu güneş hücresi olarak kullanabilmek için önce arındırma sonra yabancı atomlara maruz bırakma işlemleri gerçekleştiriliyor. Saf silikon ihtiyacının büyük bölümü çip sanayisinden karşılanıyor. Güneş pazarının hızlı büyümesiyle saf silikon talep fazlası oluştu. Bu arada, özellikle güneş pazarı için silikon üretimi yapacak birçok fabrika inşa ediliyor. Bunların ilk olanları 2007’de açıldı.

Güneş hücrelerinin doğaya etkisi ve güvenlik riski kömür, petrol, doğalgaz ve atomik enerji gibi geleneksel enerji kaynaklarına oranla dikkare alınmayacak kadar küçük. Geleneksel kaynaklarla tehlike hem küresel (karbondioksit salınımı) hem de uzun tesirli (nekleer enerji sızıntısı) bir hal alıyor. Şu an kullanılan yöntem bu şekilde. Eğer güneş panellerinin 30 yıl kullanılıp herhangi bir kirlilik yaratmadığını düşünürsek doğaya verilen zararın ne kadar azalacağını görebiliriz. Güneş hücrelerinin üretim süreci oldukça gelişmiş ve sürekli olarak teste tabi tutuluyor. Kimyasal ve toksin açılardan baktığımızda güneş hücrelerinin seri üretimi bile herhangi bir çevre ya da sağlık problemi teşkil etmiyor.