30 Bin Üyemize Katılın
E-Bülten yayınlarımız için abone olun.
  • DOLAR
    6,262
  • EURO
    7,0191
  • BIST
    86072
Solar Çatı Hesaplama Modülü
MENÜ

Güneş Enerjisi Nedir?

Güneş, ekolojik yaşamın ve evrenin varlığını sürdürmesinde etkili olan en önemli maddeler arasında yer almaktadır. Güneşsiz bir yaşam olmaması mümkün değildir. Dünyadaki her bir zerrenin varlığı güneşin varlığına bağlıdır diyebiliriz.

Güneş Enerji
Şekil 1: Güneşin Özellikleri

Güneş Enerji
Şekil 2: Güneşin Kimyasal Yapısı

Güneş de tıpkı dünya ve diğer gezegenler gibi kendi ekseni çevresinde dönmektedir. Söz konusu dönüş, güneş ekvator bölgesinde 24 günde; kutup bölgesinde ise 30 günde meydana gelmektedir. Güneşin yaydığı ışın Dünya’ya 8 dakika sonra gelmektedir.

Güneş, Dünya’dan ortalama 1,469 x 10^8 km uzaklıkta, 1,392 x 10^6 km çapında ve 1,99 x 10^30 kg kütlesinde sıcak gazlardan meydana gelen bir küre şeklindeki yıldızdır.

Güneş Enerjisi Oluşturan Füzyon Tepkimesi Nasıl Meydana Gelir?

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 3,86×1026 Joule’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.

Dünyanın Güneş Enerjisi Potansiyeli

Dünya’nın birincil enerji ihtiyacı yaklaşık 107,000 TWh/Yıl dır. Güneş bize bu miktarın 20 katını sunar. Güneşten gelen güç yaklaşık 63 MW/m² dir. Güneş yüzeyinden yayılan ışınım 3.8 x 10^20 MW gücündedir. Yeryüzü her yıl bu miktarın 2.500.000 TWh’nı alır.

Yenilenebilir enerji kaynakları içinde güneş enerjisi en yüksek potansiyele sahip enerji türüdür. Yapılan hesaplamalara göre dünyanın gereksinim duyduğu enerjinin çok büyük kısmı Güneş tarafından sağlanıyor.

Güneş Enerji
Şekil 4: Bir Güneş Enerjisi Satrali Montajı Örneği

2005 yılında dünyanın toplam elektrik tüketimi 17 trilyon kWh olmuştur. 2015’te 24 trilyon kWh ve 2030’da 33 Trilyon kWh olacağı tahmin edilmektedir. Aşağıdaki hesaplama, dünyanın küçük bir bölgesinde dünyanın tüm enerji ihtiyacını üretebileceğimizi göstermek açısından önemlidir. Bu hesaplamaya göre, 9 milyon km2 Sahra Çölü ve Arap Çölü ile Avustralya Çölü birlikte 2,3 milyon km2 olduğu düşünülürse bu alanlarda dünyanın ihtiyacını karşılamak mümkündür.

İyi güneşlenen bir yerde güneşten gelen ortalama güç250 Watt/m2
O zaman yılda metrekareye gelen enerji:
250 x 24 x 365/1000 ‘den
2.190 kWh
1 km2 de 1 yılda üretilen enerji: 2.190 x 1000 x 1000 ‘den2 Milyar 190 milyon kWh
2030 yılının enerji ihtiyacı karşılanabilir 33 tirilyon /2,19 milyar:15.000 km2
Enerji dönüşüm verimimi 15% olduğu düşünülürse gerekli alan:100.000 km2
Diğer altyapı ihtiyaçları da göz önüne alınırsa bu ihtiyaç 2 katı olur: 200.000 km2

Dünya yüzeyine düşen güneş enerjisi güneşin en tepede olduğu zamanda, bulutsuz temiz bir günde ve 25 °C sıcaklıkta 1.000 Wpeak /m2 olarak ölçülmüştür.

Dünya yüzeyine düşen bu enerjinin, kullanılabilir elektrik enerjisine dönüştürülmesi, güneş pilleriyle mümkündür. Verimleri bugünkü teknoloji ile % 15 civarındadır. Dolayısıyla 1 m2 alandan yaklaşık yukarıda belirtilen şartlar doğrultusunda 150 Wpeak üretmek mümkündür. Ancak güneşin daha az olduğu kış dönemlerinde veya bulutlu olduğu dönemlerde, dünyaya düşen radyasyon miktarı azalır. Dolayısıyla üretilen enerji azalır. Aynı şekilde kuzey yarımküre için, güneşi, kuzey bölgelerine göre daha fazla gören güney bölgelerinde üretilen elektrik enerjisi miktarı artış gösterecektir.

Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli

GEPA
Şekil 5: JRC’ye Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli

Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası (GEPA)‘na göre, yıllık toplam güneşlenme süresi 2.741 saat (günlük ortalama 7,5 saat), yıllık toplam gelen güneş enerjisi 1.527 kWh/m².yıl (günlük ortalama 4,18 kWh/m².gün) olduğu tespit edilmiştir.

GEPA
Şekil 6: Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası (GEPA)
Gunes enerjisi
Şekil 7: Türkiye’deki Işınım Şiddetleri, Güneşlenme Süresi ve PV Çeşitlerine Göre Üretilebilecek Enerji Miktarları

Yapılan bir çalışmada ise Türkiye’nin güneş enerjisi potansiyeli hakkında şu bilgiler verilmektedir:

Türkiye için yaz ve kış sezonu ortalaması güneşlenme süresi 3,5 saat olarak çıkartılmıştır. Güneşlenme süresi, bir tam gün içinde 1000 W/m2 değerini alabileceğimiz toplam saat miktarını vermektedir. Dolayısıyla, bir günde tüm meteorolojik veriler doğrultusunda, senelik gün ortalaması bir metrekare için 3.500 W/m2 / gün olabilmektedir. Bu değer kışın 2.000 W/m2 /gün bile altına inebileceği gibi, yaz mevsimlerinde bölgeye bağlı olarak 5.500 W/m2 /gün, hatta üstü olabilmektedir. Burada güneş pillerinin, güneşe belirli bir açıyla yönlendirilmesi gereği unutulmamalıdır.

Güneş pillerinin verimi % 15 olduğundan, Türkiye ortalaması 3.500 W/m2 /gün faydalanabilir elektrik enerjisi üretimi günde ancak 525 W/m2 yaklaşık değerlerinde olabilmektedir. Çok kaba bir hesapla günde 5.000 Wh tüketimi olan ortalama bir evin ihtiyacı, 5.000/525 = yaklaşık 10 m2 ile karşılanabilecektir. Ancak burada unutulmaması gereken kışın güneş radyasyon değerinin 2.000 W/m2 /gün değerine düşebildiği, yazın 5.500 W/ m2 değerine yükselebildiğidir. Dolayısıyla aynı mantıkla kışın 2.000 W/m2 x % 15 = 300 W/m2 /gün veya 5.000 W/m2 / 300 W/m2 = yaklaşık 17 m2 güneş pili gerekirken, aynı enerji için yazın 6 m2 yeterli olabilmektedir.

Günümüzde maliyeti en düşük ve sürdürülebilirlik açısından en kullanışlı sistemler arasında güneş enerjisi ile çalışan sistemler yer almaktadır.

Gunes enerjisi
Şekil 8: Elektrik Üretimi İçin Kullanılan Rüzgar ve Güneş Enerjisinden Hibrit Enerji Sistemi Örneği

Güneş Enerjisi Sistemlerinin Kullanım Alanları Nelerdir?

Güneş enerjisi sistemleri sıcak su üretiminden, elektrik enerjisi üretimine kadar pek çok alanda kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları:

  • Sıcak su temini,
  • Binaların/Bir şeyin ısıtılması,
  • Binaların/Bir şeylerin soğutulması,
  • Buhar elde edilmesi,
  • Bitki, meyve, sebze vb. kurutulması,
  • Elektrik üretimi
  • Hidrojen üretimi,
  • Deniz suyunun arıtılması,saf su ve tuz üretimi vb.

Güneş Enerjisinin Avantajları Nelerdir?

  • Bol ve tükenmeyen yenilenebilir enerji kaynağıdır.
  • Temizdir, çevreyi kirletici, duman, gaz, karbon monoksit, kükürt ve radyasyon vb. atıkları yoktur .
  • Yerel uygulamalar için elverişlidir. Enerjiye ihtiyac duyulan, hemen her yerde kullanılabilir.
  • Dışa bağımlı olmadığından, doğabilecek ekonomik bunalımlardan bağımsızdır.
  • İşletme giderleri son derece düşüktür.

Güneş Enerjisinin Dezavantajları Nelerdir?

  • Kesikli bir enerji kaynağıdır.
  • Enerji ihtiyacının çok olduğu kış aylarında güneş ışınımı az, geceleri ise hiç yoktur.
  • Güneş ışınımından yararlanılan birçok sistem yüksek ilk yatırım maliyetleri nedeniyle uzun geri ödeme sürelerine sahiptir.
  • Sürekli olmadığından ısı depolama gerekmekte olup depolama imkânları ise yüksek maliyetli ve sınırlıdır.
  • Güneş ışınımından faydalanılan sistemlerin, güneş ışığını sürekli alabilmesi için çevrenin açık olması, gölgelenmemesi gerekmektedir.
  • Birim yüzeye gelen güneş ışınımı az olduğundan geniş toplayıcı yüzeylere ihtiyaç vardır
  • Güneş enerjisinin yoğunluğu azdır ve sürekli değildir. İstenilen anda istenilen yoğunlukta bulunamayabilir.

Kaynaklar:

1)https://www.enerji.gov.tr/tr-TR/Sayfalar/Gunes
2)http://www.emo.org.tr/ekler/1076c3237c38c7f_ek.pdf?dergi=1123
3)http://www.yildiz.edu.tr/~okincay/dersnotu/gun-bir.pdf
4)http://www.solar-academy.com/menuis/Fotovoltaik-Sistemler-ve-Uygulamalari.122101.pdf

İlginizi Çekebilecek Diğer İçerikler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir