1-GÜNEŞ ENERJİSİ VE TEKNOLOJİLERİ
Yeryüzünün kullanılmakta olan tüm yenilenebilir enerjilerin kaynağı güneştir.Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır.
Dünya ile Güneş arasındaki mesafe 150 milyon km’dir. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m² değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır.Dünya’ya güneşten gelen enerji, dünyada bir yılda kullanılan enerjinin 20 bin katıdır.Güneş ışınımının tamamı yeryüzüne ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi tarafından geriye yansıtılır.Güneş ışınımının %50’si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır.Bu enerji ile Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur.Rüzgar hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur.Güneşten gelen ışınımın %20’si atmosfer ve bulutlarda tutulur
.Yeryüzeyine gelen güneş ışınımının %1’den azı bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır. Bitkiler besinlerini kendileri üretmek zorundadır. Bu nedenle yapraklarındaki klorofil aracılığı ile güneş ışığını toplarlar. Toplanan güneş ışığı kimyasal enerjiye dönüştürülerek, genelde nişasta olarak depolanır ve gelişmek, büyümek için yakıt olarak kullanılır. Bitki güneşten aldığı ışık enerjisi ile karbondioksit ve sudan yararlanarak zengin içerikli bir besin olan glikoz (şeker) elde etmektedir. Besin elde etme adına gerçekleşen bütün bu kimyasal süreç Fotosentez olarak ifade edilir. Fotosentez için en temel şart, ışık ve ısı dır. Bitkiler ışık olmadan asla yaşayamazlar.
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.
Güneş enerjisi uygulamalarının gruplandırılması:
Düşük sıcaklık (20-100˚C)
• Sulama
• Tuz üretimi
• PV sistemler
• Sera ısıtılması
• Tarım ürünleri kurutulması
• Yüzme havuzu ısıtılması
• Güneş ocakları ve fırınları( Güneş ışınlarını parabolik olarak yoğunlaştıran güneş ocakları dünyanın çeşitli yerlerinde yemek pişirmek için kullanılmaktadır. EİE’de deneme amaçlı imal edilen güneş ocağı 750 ºC sıcaklığa ulaşmaktadır.)
• Deniz suyundan tatlı su eldesi
• Konut ısıtılması-soğutulması
• Toprak solarizasyonu (Yaz aylarında, seraların boş olduğu dönemlerde toprak, tekniğe göre hazırlandıktan sonra şeffaf plastikle iyice kapatılınca,toprakta bulunan bir çok hastalık, nemotot ve yabancı ot tohumlarından kurtulabilinmektedir. Plastik toprak üzerine serildiği zaman güneşten gelen ışınlar direkt toprağa girerek yaklaşık 70-80 C’lik bir sıcaklık oluşturur. Solarizasyon, hastalık, zararlı ve ot tohumları için çevreci ve ekonomik bir uygulama yöntemidir.
• Sıcak kullanım suyu eldesi
Orta sıcaklık (100-300˚C)
• Endüstriyel kullanım için buhar eldesi
• Büyük ısıtma-soğutma sistemleri
Yüksek sıcaklık (>300˚C)
• Güneş fırınları
1.1-TÜRKİYE’DE GÜNEŞ ENERJİSİ
Güneş Enerji Potansiyeli: Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır.Türkiye güneş kuşağı adı verilen ve güneş enerjisince zengin bir bölgede yer almasına karşın güneş enerjisinden yeteri kadar faydalanılamamaktadır.. 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. Aylara göre Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ise Tablo-1'de verilmiştir.
AYLAR AYLIK TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ
(Kcal/cm2-ay) (kWh/m2-ay) GÜNEŞLENME SÜRESİ
(Saat/ay)
OCAK 4,45 51,75 103,0
ŞUBAT 5,44 63,27 115,0
MART 8,31 96,65 165,0
NİSAN 10,51 122,23 197,0
MAYIS 13,23 153,86 273,0
HAZİRAN 14,51 168,75 325,0
TEMMUZ 15,08 175,38 365,0
AĞUSTOS 13,62 158,40 343,0
EYLÜL 10,60 123,28 280,0
EKİM 7,73 89,90 214,0
KASIM 5,23 60,82 157,0
ARALIK 4,03 46,87 103,0
TOPLAM 112,74 1311 2640
(ORTALAMA: 308 cal/cm2 -gün 3.6 kwh/m2-gün 7.2 saat/gün)
Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı da Tablo-2' de verilmiştir.
BÖLGE TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ
(kWh/m2-yıl) GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl)
G.DOĞU ANADOLU 1460 2993
AKDENİZ 1390 2956
DOĞU ANADOLU 1365 2664
İÇ ANADOLU 1314 2628
EGE 1304 2738
MARMARA 1168 2409
KARADENİZ 1120 1971
Ancak, bu değerlerin, Türkiye’nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır. 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, güneş enerjisi değerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla enerji amaçlı güneş enerjisi ölçümleri almaktadırlar. Devam etmekte olan ölçüm çalışmalarının sonucunda, Türkiye güneş enerjisi potansiyelinin eski değerlerden %20-25 daha fazla çıkması beklenmektedir.
1.1.1-TÜRKİYE’DE GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANIMI:
1.1.1.1- Güneş Kolektörleri:
Türkiye’de güneş enerjisinin en yaygın kullanımı sıcak su ısıtma sistemleridir.Halen ülkemizde kurulu olan güneş kollektörü miktarı 2001 yılı için 7,5 milyon m2 civarındadır. Çoğu Akdeniz ve Ege Bölgelerinde kullanılmakta olan bu sistemlerden yılda yaklaşık 290 bin TEP ısı enerjisi üretilmektedir. Yıllık üretim hacmi 750 bin m² olup bu üretimin bir miktarı da ihraç edilmektedir. Bu haliyle ülkemiz dünyada kayda değer bir güneş kollektörü üreticisi ve kullanıcısı durumundadır.
Güneş kollektörlerinin ürettiği ısıl enerjinin birincil enerji tüketimimize katkısı yıllara göre aşağıda yer almaktadır.
Yıl Güneş Enerjisi Üretimi (bin TEP )
1998 210
1999 236
2000 262
2001 290
1.1.1.2-Güneş Pilleri-Foto Voltaik Sistemler:
Güneş pilleri, halen elektrik şebekesinin olmadığı, yerleşim yerlerinden uzak yerlerde ekonomik yönden uygun olarak kullanılabilmektedir. Bu nedenle ve istenen güçte kurulabilmeleri nedeniyle genellikle sinyalizasyon, kırsal elektrik ihtiyacının karşılanması vb. gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Ülkemizde halen telekom istasyonları, Orman Genel Müdürlüğü yangın gözetleme istasyonları, deniz fenerleri ve otoyol aydınlatmasında kullanılan güneş pili kurulu gücü 300kW civarındadır.
1.1.1.3-Kurumların Çalışmaları:
Güneş enerjisi araştırma ve geliştirme konularında EİE'nin yanında Tübitak Marmara Araştırma Merkezi ve üniversiteler çalışmalar yapmaktadır.
Güneş enerjisi verilerinin ölçülmesi konusunda Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü faaliyet göstermektedir. EİE de 1991 yılından bu yana kendi güneş enerjisi gözlem istasyonlarını kurmaktadır.
1.2-GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ:
1.2.1-Güneş kolektörlü sıcaksu teknolojileri:
Güneş kollektörlü sıcak su sistemleri, güneş enerjisini toplayan düzlemsel kollektörler, ısınan suyun toplandığı depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı
borular, pompa ve kontrol edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluşmaktadır
Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılırlar. Her iki sistem de ayrıca açık ve kapalı sistem olarak dizayn edilirler.
Tabii Dolaşımlı Sistemler: Tabii dolaşımlı sistemler ısı transfer akışkanının kendiliğinden dolaştığı sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanmaktadır. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden en az 30 cm yukarıda olması gerekmektedir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk (ağır) su kollektörlerde ısınarak hafifler ve deponun üst seviyesine yükselir. Gün boyu devam eden bu olay sonunda depodaki su ısınmış olur. Tabii dolaşımlı sistemler daha çok küçük miktarda su ihtiyaçları için uygulanır. Deponun yukarıda bulunması zorunluluğu nedeniyle büyük sistemlerde uygulanamazlar. Pompa ve otomatik kontrol devresi gerektirmediği için pompalı sistemlere göre biraz daha ucuzdur.
Pompalı Sistemler: Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deposunun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su hatlarındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulmasının zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur.
Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kollektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri; kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10oC daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3 oC olduğunda ise pompayı durdurur. Pompa ve otomatik kontrol devresinin zaman zaman arızalanması nedeniyle işletilmesi tabii dolaşımlı sistemlere göre daha zordur.
Açık Sistemler: Açık sistemler kullanım suyu ile kollektörlerde dolaşan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılırlar.
Kapalı Sistemler: Kullanım suyu ile ısıtma suyunun farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan su bir eşanjör vasıtasıyla ısısını kullanım suyuna aktarır. Donma, kireçlenme ve korozyona karşı çözüm olarak kullanılırlar. Maliyeti açık sistemlere göre daha yüksek verimleri ise eşanjör nedeniyle daha düşüktür.
1.2.1.1-Düzlemsel güneş kollektörleri :
