Güneş Enerjisi Nedir? Kullanım Alanları Nerelerdir?





 

Güneş enerjisi, güneşten yayılan ısı ve ışığın gelişimi halen devam eden teknolojiler ile ısınma, fotoelektrik, termal ısı ve benzeri teknolojilerle enerjiye çevrilme işlemlerinin tamamıdır.Güneş bağlantılı teknolojiler, güneş enerjisinin nasıl dönüştürdükleri ekseninde çeşitli kapsamlara ayrılırlar. Aktif güneş enerjisi sistemleri fotovoltaik panellerle yahut termal panellerle enerji elde etmek için kullanılır. Pasif enerji elde etme yöntemleri genellikle maddelerin ısı ve ışık tutma yetenekleri etrafına kurulmuş olup çeşitli insani amaçlarla kullanılabilirler.

2011 yılında, Uluslararası Enerji Ajansı’nın bildirdiğine göre “sürdürülebilir, erişilebilir ve kirliliğe katkısı olmayan temiz güneş enerjisi teknolojilerinin geliştirilmesi uzun vadeli yararları beraberinde getirecektir. Bu yöntemler, ülkelerin eneji güvenliklerine katkı sağlayacak, tükenmesi güç ve ülke bağımsızlığını sağlayabilecek sürdürülebilir enerji politikaları yürütmelerine olanak sağlayabileceğine, kirliliği azaltabileceğine ve birçok başka yarara yol açabileceğine dikkat çekmiştir. Tüm bu yararlılıklar küreseldir. Tüm bu yararların yanında da ilk kurulum maaliyetlerinin etkisi de düşünülmelidir.

Dünya aslında 174 petawatlık enerjiyi güneş enerjisinden ve üst atmosferden elde eder. Bu enerjinin %30’u uzaya geri saçılır ve diğer bölümü bulutlar, okyanuslar ve kara parçaları tarafından emilir. Güneş enerjisinin spektrumu genellikle görünür ışık ve morötesi ve yakınındaki frekanslardadır.

Güneşten Gelen Enerji

Dünyanın yüzeyi, okyanuslar ve atmosfer güneş enerjisini absorve eder ve bu yüzey sıcaklığını yükseltir. Kuru hava buharlaşmış su ile birleşir ve atmosfer döngülerine sebep olur. Hava yüksek irtifayla karşılaştığında, yani sıcaklığın düşük olduğu irtifalara eriştiğinde su buharı bulut oluşturmak üzere yoğunlaşır, bu da yağmur olarak dünyaya geri döner. İşte bu su çevrim su çevriminin tamamlanmasına yardımcı olur. Tüm bu süreçler, rüzgar, siklon ve antisiklon gibi çeşitli hava olaylarına da yol açar. Okyanuslar tarafından emilen güneş ışığı dünyada ortalama sıcaklığın 14 santigrat civarında olmasına sebep olur. Fotosentez, yeşil bitkilerin güneş enerjisini kimyasal enerjiye çevirmesine, bu da yaşayan canlılar için gıda teminine ve biyokütlenin varlığını sürdürmesine sebep olur.

 

66.5 EJ

Yıllık Güneş ışıması ve dünya çapındaki elektrik tüketimi
Güneş3,850,000 EJ
Rüzgar2,250 EJ
Biyokütle potansiyeli100–300 EJ
Enerji Tüketimi (2010)539 EJ
Elektrik (2010)

Okyanuslar, atmosfer ve tüm dünya tarafından absorve edilen enerjinin büyüklüğü 3 milyon 850 bin exajül civarındadır. 2002 yılında bir saatte dünya tarafından emilen bu miktar, tüm dünyada yıl boyunca kullanılan enerjiden daha fazla bir miktara denk geliyordu. Güneş enerjisi vasıtasıyla elde edilebilecek enerji o kadar fazladır ki, tüm dünyada yenilenemeyen kömür, petrol, doğal gaz yahut uranyum gibi kaynaklardan elde edilebilecek toplam enerji miktarı, dünyaya Güneş Enerjisi olarak sadece 1 yılda düşer.
Mimari ve Şehir Planlamacılığı

Güneş ışığının mimari bir kavram olarak ele alınması neredeyse mimari tarihi kadar eskidir. Gelişmiş güneş mimarisi ve şehir planlama metodları Yunanlılar ve Çinliler tarafından kullanılmıştır. Eski medeniyetler evlerini, ışık ve ısıdan daha fazla yararlanabilmek amacıyla güneye inşa etmişlerdir.

Güneşin etkileri, termal kaynaklar ve materyallerin doğru seçimi binaların daha iyi ısınması konusunda insanlar yardımcı olabilir. Modern yaklaşımlar, bilgisayar modellemeleri güneş enerjisini, ısınmayı ve havalandırma sistemlerini bir bütün olarak güneş merkezli tasarım kapsamında çerçevelendirmektedir. Aktif güneş enerjisi ekipmanları, pompalar, havalandırmalar, hareket edebilir pencereler binanın ve yaşam alanının gelişimi konusunda yardımcı niteliktedirler.Şehrin yüksek ısı alan bölgeleri seçilmiş olan materyaller sebebiyle, bazen de istenmeyen şekilde ısınan bölgeleridir. Çelik, asfalt, beton gibi maddeler yüksek ısı kapasiteleri sebebiyle şehrin bazı kısımlarının fazla ısınmasına sebep olmaktadır. Bu tür etkilere karşı mücadelenin yöntemlerinden birisi binaların boyalarını doğru seçmektir. Bazı kentlerde evlerin bir kısmı ya da tümü beyaza boyanır ve hatta bazı sahil bölgelerinde yahut yangın riskinin azaltılması gereken bölgelerde ağaçlar beyaza boyanabilirler. Los Angeles gibi metropollerde bu alanda yapılan çalışmalar, şehir içinde alınabilecek önlemlerle, şehir sıcaklığının 3 derece kadar azaltılabileceğini göstermiştir. Los Angeles’da bu konuda yapılan çalışmalar yaklaşık 1 milyar dolara mal olmuştur ancak yıllık 500 milyon dolarlık soğutma masrafının verimli şekilde azaltılmasına da ön ayak olmuştur.

gunes_enerjisiTarım’da Güneş Enerjisinin Rolü

Tarım işiyle uğraşanlar, tarımsal verimliliği arttırmak amacıyla güneş enerjisinin verimli kullanımına önem vermişlerdir. Çeşitli zamanlara bölünmüş ekip planları, bitki ekiminde planlı değişimler ekin verimliliğini arttırmada yararlar sunabilir. Güneş ışığı sadece yararlı bir kaynak değil, tarım işleriyle ilgili işlevlere de yardımcı olabilecek teknolojik bir nimettir.



Seralar, güneş enerjisini ısıya dönüştürürler ve tüm yıl boyunca ekim işlemlerinin devam ettirilebilmesini sağlarlar. Bu sayede normalde ekim yapılan iklimde yetişmeyecek bazı bitkilerin yetişmesi de sağlanmış olur. İlkel seralar Roma İmparatorluğu zamanlarına kadar gider.  Avrupa’da seracılık 16. yy’a kadar uzanır. Seralar mevsim dışı tarım üretiminin en önemli kaynağı olarak dünyanın neredeyse her yerinde yoğun bir şekilde kullanılmaktadırlar.

 

Taşımacılıkta Güneş Enerjisi

Güneş enerjisi temelli araçların geliştirilmesi amacı 1980’lerle birlikte artan bir ilgiyle takip edilmiştir. The World Solar Challenge iki senede bir gerçekleştirilen bir araba yarışıdır. Üniversitelerden ve girişimcilerden oluşan yarışmacılar 3021 kilometrelik bir mesafede Avustralya’nın Darwin şehrinden Adelaide şehrine kadar yarışırlar. 1987 yılında, yarışmalar ilk başladığında, kazanan aracın ortalama hızı 67 kilometre idi. 2007 yılında kazananın ortalama hızı 90 kilometrenin üstüne çıkmıştır. North American Solar Challenge ve South African Solar Challlenge, benzeir yarışlardır ve uluslararası ilgiye vakıf olmuşlardır.Bazı araçlar güneş enerjisini lüks/yan ihtiyaçlar için kullanırlar (örn: havalandırma, soğutma).

1975 yılında dünyanın ilk güneş enerjisiyle çalışan deniz aracı İngiltere’de inşaa edilmiştir. 1995 yılı itibariyle güneş panelleri taşıyan yolcu motorları belirmiş ve zaman içinde kullanımları artmıştır. 1996 yılında Kenichi Horie tamamen güneş panelleriyle desteklenen bir araç ile Pasifik Okyanusu’nu aşmış, sun21 katamaranı ise 2006-2007 yılları arasında Atlantik Okyanusu’nu aşmışlardır. Dünyanın çevresini durmadan dolaşmak için çeşitli planlar yapılmaktadır.

1974 yılında, insansız AstroFlight Sunrise uçağı ilk güneş enerjisi güdümlü uçuşunu gerçekleştirmiştir. 29 Nisan 1979 yılında Solar Riser, güneş enerjisi güdümlü ilk insanlı uçuşunu gerçekleştirmiştir. Bu uçuş 12 metre yükseklikten gerçekleşmiştir. 1980 yılında Gossamer Penguin, insan kontrollü ilk uçuşunu gerçekleştirmiştir. Solar Challenger 1981 yılında İngiliz Kanalı’nı aşmış, 1990 yılında Eric Scott Raymond Kaliforniya’dan Kuzey Karolayna’ya güneş enerjisi ile uçmuştur. Bu tarihten sonraki geliştirmeler, insansız hava araçlarına yoğunlaşmıştır. Pathfinder (1997) helios tasarımıyla 29 kilometre yüksekliğe çıkarak bu alanda rekor kırmıştır. Zephyr güneş enerjili rekor kıran araçların sonuncusudur, 54 saatlik bir uçuş ile 2007 yılında rekor kırmıştır. Bir ay sürebilecek uçuş rekorları yeni hedeflerdir.

Güneş enerjisiyle desteklenmiş balonlar – genellikle siyah renklidir – içine dolan havanın güneş enerjisiyle kaldırma kuvvetini arttırmasına sebep olur bu da tıpkı ısı ile yükselen balonlar gibi davranmasına yardımcı olur. bazı güneş destekli balonlar insan taşımak için yeterli kapsama sahip olabilir – ancak tavsiye edilmez.

Isıtma Sistemleri :

Su Isıtma

Güneş enerjisiyle suyun ısıtılmasını amaçlayan sistemler, aşağı coğrafi konumlarda 60 santigrat’a kadar olan ısıtma güneş enerjisi vasıtasıyla elde edilebilir.  2007 itibariyle tüm su ısıtma amaçlı enerji sistemlerinin kapasitesi yaklaşık 154 GW’dır. Çin, 2006 yılında elde ettiği 70GW enerji ile bu alanda liderdir ve 210GW’lık bir 2020 amacı taşımaktadır. İsrail ve Kıbrıs kişi başı güneş temelli ısıtma konularında liderdirler. Bu ülkelerde evlerin %90’ı bir şekilde su ısıtma kaynağı olarak güneşi kullanırlar. ABD, Kanada ve Avustralya’da havuzların güneş vasıtasıyla ısıtılması bu konudaki esas kullanım yöntemlerinden birisidir.

Isıtma/soğutma’da Güneş Enerjisi

Isı kapasitesi cisimden cisme değişir. Taş, çimento ve su ısı kapasitesi yüksek cisimlerdir. Tarih boyunca mekanları biraz olsun soğutabilmek için bu materyaller çeşitli formlarda kullanılmışlardır. Bunun anında soğuk bölgelerde tam tersi olarak ısı tutabilme yeteneği olan materyaller ve renkler de kullanılır.

 

Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi

Güneş enerjisi ile elektrik üretme sistematiği fotovoltaik güneş hücreleri (PV), ya da odaklanmış güneş gücü sistemleriyle sağlanır (CSP). CSP sistemleri lensleri ve aynaları kullanır, yahut takip sistemleriyle geniş alandaki güneş ışığını odaktaki bir noktaya yoğun olarak taşır. PV ise, ışığı fotoelektrik efekti ile elektrik akımı elde edilir.

Ticari CSP sistemleri, 1980’lerden beri tüm dünyada geliştirilmektedir. 1985 yılından beri 354MW’lık CSP kurulumu yapılmıştır. Mojave Çölündeki (Kaliforniya) dünyadaki en büyük güneş odaklama sistemidir. İspanya’da 150MW’lık Solnova Güneş İstasyonu ve 100MW’lık Andasol Güneş İstasyonu kurulmuştur. 250 MW’lık Agua Caliente Güneş Enerjisi Projesi (ABD) ve 221 MW’lık Charanka Güneş Parkı (Hindistan) dünyanın en büyük fotovoltaik enerji kaynakları arasındadır. Dünyada 1 GW enerji potansiyeline sahip projeler geliştirme aşamasındadır.

Odaklanmış Güneş Enerjisi (CSP)

CSP sistemleri lensler ve aynalar ve takip sistemleri ile belli bir bölgeye güneş ışığını odaklayan sistemlerdir. Odaklanmış olan ısı enerji için kullanılır. Geniş çerçevedeki odaklama teknolojileri bulunmaktadır. Güneş takibi ve odaklama için çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Tüm bu sistemlerde çalışan bir akışkan ısıtılır ve enerji üretimi için kullanılır.

Fotovoltaik

Güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler, PV), ışığı elektrik akımına çeviren araçlardır. İlk güneş hücresi Charles Fritts tarafından 1880 yılında inşaa edilmiştir. 1931 yılında Dr. Bruna Lange isimli bir Alman bilim insanı gümüş selenid ve çinkooksit karışımı ile bir fotosel geliştirmiştir.

Her ne kadar bu ilk prototip, enerjinin %1’ini akıma çevirse de Ernst Wener von Siemens ve James Clerck Maxwell bu buluşun ne kadar büyük bir geleceğe sahip olabileceğini tespit etmişlerdir. Russell Ohl’un 1940’lardaki çabalarından sonra Gerald Pearson, Calvin Fuller ve Daryl Chapin ilk silikon güneş hücresini geliştirmiştir (1954). Tüm bu ilk güneş hücreleri 286 $/watt civarında ve %4-6 verimlilikteydiler. 2012 itibariyle verimlilik %20’yi aşmış ve maksimum verimlilik beklentileri %40 civarına ulaşmıştır.

Enerji Saklama Metodları

Isı kütle sistemleri güneş enerjisinin saklanması konusunda verimli işlev görürler. Yüksek ısı kapasitesine sahip cisimlerin kullanıldığı bu sistemler ısıyı belli bir aralıkla belli noktalarda tutarlar. İyi tasarlanmış sistemler artan talebi karşılamaya yardımcı olurlar.

Parafin ve Glauber tuzu diğer ısı saklama materyalleridir. Bu materyaller çok pahalı değildir, sıklıkla bulunabilir ve insani kullanım için yararlı olabilecek (64 santigrat civarı) sıcaklıklarda tutulmasında yardımcı olurlar. (bkz Dover House). Güneş Enerjisi erimiş tuzların içinde de yüksek ısılarda tutulabilir.

Güneş enerjisinin ev bazında üretimi ve merkezi sisteme geri satılabilmesini sağlayan sistemler geliştirilmiştir. Ancak bu sistemler henüz yaygın kullanım dahilinde değildir çünkü ilk kurulum masrafları elektrik faturalarıyla karşılaştırıldığında bireylere büyük yararlar henüz getirmemektedir.

 



Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir