Günümüzde, güneş enerjisi başta olmak üzere, birçok yenilebilir enerji kaynağına olan ilgi ve ihtiyaç çok hızlı bir şekilde artmaktadır. Doğal ve doğaya zarar vermeyecek şekilde enerji üretimi konusunda birçok ülke de bu tür çalışmalara ağırlık vermeye başlamıştır.

Gezegenimizin ısınma, ışıma ve doğal döngü kaynağı olan Güneş’ten nasıl enerji elde edebiliyoruz? Nasıl bu enerjiyi kullanabiliyoruz göreceğiz.

Yazı Önerisi: Bu arada bu alanda çalışan Enerji Sistemleri Mühendisliği Hakkında bilgi sahibi olmak için Enerji Sistemleri Mühendisliği hakkındaki yazımızı okuyabilirsiniz.

Güneş Enerjisi Nedir? Isıtma Olayı Nasıl Oluşur?

Enerji kaynağımız olan Güneş, yaklaşık %90 oranında içinde barındırdığı hidrojenden oluşmaktadır. Hidrojenin füzyon tepkimesi sonucu patlamalar ile helyuma dönüşmektedir. Oluşan patlamalardaki büyük enerjiye de Güneş Enerjisi denir.[1]

Bu patlama sonucu ortaya çıkan büyük enerji, dünyamızın yüzeyine kadar ışıma yolu ile gelmektedir. Bunun sayesinde dünyamızın yüzeyine hem güneş ışınları hem de güneş ışınlarının ısıları gelmektedir. Bu ısı ile birlikte yeryüzü de ısınmaktadır.

Birincil ve temiz bir yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisi, gününüzde kullandığımız birçok işlemde kullanılmaktadır. Örnek vermek gerekirse tarımda, işletmelerde, ısınmada, teknolojide yani hayatımızın her yerinde güneşi kullanmaktayız.

Peki bu kullandığımız güneş enerjisinin kullanımı ilk ne zaman başladı? Tarihin hangi aşamalarında hangi gelişimleri gerçekleştirdi? Bu soruları da Güneş Enerjisinin Tarihi başlığı altında inceleyebiliriz.

Güneş Enerjisinin Tarihçesi

Güneş enerjisi tarih boyunca aslında birçok alanda kullanılmıştır. Bunlar dönemin ihtiyaç ve durumlarına göre farklı şekillerde düzenlenmiş, ihtiyaç olarak kullanılmıştır. Isınma olsun, aydınlatma olsun, pişirme olsun farklı farklı alanlarda dönemin teknolojisi ile kullanılmıştır.

Şekil 1. Güneş Paneli | Kaynak: Myenerjisolar.com
Şekil 1. Güneş Paneli | Kaynak: Myenerjisolar.com

Dönemlere göre güneş enerjisinin kullanımını şu şekilde sıralayabilmek mümkündür:[2]

  • Milattan Önce 400 yıllarında Sokretes’in çalışmaları mevcuttu. Çalışmalarıyla evlerinin güneşten daha fazla yararlanabilmesi için güney cephelerine pencereler yapmıştır. Bu sayede daha fazla güneş, evin içine girmiştir.
  • Milattan Önce 218 yılında ünlü matematikçi Arşimet’in bulduğu içbükey aynalar vardır. Bu aynalar ile birlikte, güneş ışınımını odaklayarak roma ordularının filolarını yakmayı sağlamıştır.
  • 1600’lü yıllara gelindiğinde Galileo mercekler üzerinde çalışmalar yapmaktadır. Bu mercekler, Güneş’in daha iyi ve kullanılabilir olduğunu kanıtlamak amacı ile yapılmıştır. Bu sayede yapılan çalışmalarla güneşin bir enerji kaynağı olarak kullanılabilmesini sağlamıştır.
  • 1700’lü yıllara gelindiğinde mühendis olan Fransız Belidor tarafında, güneş enerjisi ile çalışan ilk su pompası icat edilmiş oldu.
  • 1860’lı yıllara gelindiğinde Fransız bilim adamı Mouchot, parabolik aynalar ile birlikte güneş ışınımlarını odaklamayı başarmıştır. Bunun sayesinde küçük bir buhar makinesi icat etmiştir.
  • Mouchot ayrıca güneş pompaları ve güneş ocakları projeleri üzerinde birçok çalışma yapmıştır.
  • 1860 ile 1914 yılları arasında, dünya üzerinde güneş enerjisi alanın 50’nin üzerinde patent alınmıştır.
Şekil 2. Güneş Enerjisinin Tarihçesi | Kaynak: Ekolojist
Şekil 2. Güneş Enerjisinin Tarihçesi | Kaynak: Ekolojist
  • 1914 yılında başlayan 1.Dünya Savaşı nedeni ile, petrol gibi yakıtlar önem kazanmış. Bundan dolayı güneş enerjisi araştırmalar boyutuna geçmiştir.
  • 1979 yılında petrol krizi başlamıştır. Bununla birlikte, insanların tekrardan yenilenebilir enerjiye yönelimleri artmıştır.
  • İlerleyen zamanlarda küresel ısınma ve karbondioksit emisyonları artacaktır. Böylelikle yenilenebilir enerji konularına daha fazla ilgi de artmıştır.
  • 1984 yılında, ilk endüstriyel tip parabolik aynalı sistemler le enerji üretimi, Los Angeles’ta gerçekleştirilmiştir. Kurulan bu sistemlerle toplamda 350 MW enerjinin üzerinde bir enerji üretimi sağlanmıştır.
  • 1990’lı yıllara gelindiğinde 2 adet güneş kulesi sistemi kurulumu gerçekleştirilmiştir. Bunlardan biri Kaliforniya, diğeri ise Ürdün olmaktadır.
  • 2000’li yılların başlarında yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaya devam etmiştir. Özellikle panellerin üretimi aşamasındaki ilerlemeler çok büyük adımların atılmasında öncelikli olmuştur.

Güneş Enerjisi Nasıl Üretilir? Nasıl Elde Edilir?

Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan panellerinin çalışmasıyla elektrik enerjisi üretilmektedir. Bu elektrik oluşumu, güneş panellerinin içindeki fotonların enerji taşınımı sonucu oluşmaktadır.

Bu elektrik taşınım ve enerji oluşum işlemlerinin yerine gelmesi için, oluşacak sistemde belli elemanların olması şarttır.

Güneş Paneli Nedir? (Fotovoltaik Piller)

Güneş paneli, güneş enerji sisteminin elektrik üretimi için kullanılan temel elemanıdır. Bu cihaz sayesinde soğurulan güneş ışınları sisteme verilerek elektrik enerjisi üretilir. Fotovoltaik piller, Fotovoltaik hücreler, güneş pilleri ve güneş hücreleri olarakta anılmaktadır.

Fotovoltaik Piller, soğurma ve yarı iletkenlik özelliklerine sahiptirler. Bu iki özelliği birleştirerek bir diyot gibi elektrik üretimi yaparlar. Genel yapı itibari ile dikdörtgen ve kare şekillerde üretilmektedirler. Bu pillerin alanları 100cm2, kalınlıkları ile 0,2 ila 0,4 mm arasında değişim gösterebilmektedir.

Verimlilik açısından kullanılan malzeme türlerine göre güneş pilleri %5 ile %20 arasında verimliliğe sahiptirler. Ancak bağlanma şekillerine göre farklı verimlere de sahip olabilmektedirler.

Şekil 3. Güneş Pili | Kaynak: Antalyaenerji.com
Şekil 3. Güneş Pili | Kaynak: Antalyaenerji.com

Güneş pilleri, seri ve paralel bağlantı yaparlar. Bu bağlantılar ile güneş panelleri veya Fotovoltaik modül dediğimiz sistemleri oluştururlar. Bunlarda birleşerek güneş santrallerini veya güneş tarlası gibi sistemleri oluştururlar.

Güneş pilinin yapımı aşamalarında kullanılan malzemelerden bazıları şunlardır;

  • Kristal silisyum,
  • Amorf silisyum,
  • Galyum arsenik,
  • Kadmiyum tellür vs. gibi malzemeler kullanılmaktadır.

Güneş Pillerinin Yapısı

Güneş pillerinin yapısı gereği, ışığı soğurması temel esastır. Yani ışığı absorbe edip, yansıtmaması gerekmektedir. Bu durumda da güneş pilleri yani fotovoltaik piller koyu renkte yapılmaktadır. Bu durum yansımanın en aza getirilmesini ve güneş ışığından maksimum verim alabilmek için gereklidir.

Yansıtmayı önleyen tabakanın üzerinde bu tabakanın korunması için saydam bir korucu cam yapıştırılmıştır. Bu iki tabakanın altında da N ve P tipi olarak 2’ye ayrılan yarı iletken maddeler yer almaktadır.

En yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılmakta olan silisyum. Periyodik cetvelde 5.grupta olan bir elementtir. N tipi silisyum elde etmek için, fosfor eklenmektedir. Fosforun fazla olan tek elektronu da, kristal yapıya sahip bir elektron vermektedir. Bundan, 5.grupta olan elementlere de “verici” veya “n tipi” katkı maddeleri denmektedir.

P tipi silisyum elde etmek için, periyodik tabloda 3.grupta yer almakta olan elementler kullanılır. Bunun için alüminyum, bor ve indiyum gibi elementlerden eklenmektedir. Bu kullanılan elementlerin, son yörüngelerinde 3 elektron olduğu için de kristal üzerinde bir eksiği oluşmaktadır. Oluşan bu eksiklikten dolayı çıkan boşluğa da hol veya boşluk denmektedir. Pozitif yükleri taşıdığı varsayılmakta olup bu maddelere “p tipi” veya “alıcı” katkı maddeleri denmektedir.

Güneş Panelinin Çalışma Prensibi

Güneş pili hücresi fotovoltaik etki ile elektrik üretmektedir. Fotovoltaik etki, güneş ışınlarının elektriğe dönüştürüldüğü fiziksel olaya denmektedir. Fotonlar, güneş ışığının yarı iletken yüzeye çarpması ile atomun içindeki elektronların serbest kalmasıyla oluşmaktadır. Güneş ışınım spektrumundaki dalga boyları için farklı seviyede enerji içerir.

Yarı iletken n-tipi elektriksel negatif malzeme oluşturmak için katkı atomlarına yapılan bağlantı ile iletim bandında birkaç tane elektronu olmasını sağlar. Bunun tam tersi olay ise p-tipi pozitif olan bir malzeme, değerlik bandında elektronları veya boşlukları bırakmak adına bağlanmaktadır.

N ve P tipi arasındaki bağlantı sonucunda, bir voltaj beslemesi oluşmaktadır. Gelen fotonlar absorbe edildiğinde, elektronlar eklemin pozitif tarafına doğru, boşluklar negatif tarafına doğru hareket etmektedir. Bu hareket sonucunda elektrik akımı meydana gelmektedir.

Güneş Pili Çalışma Sistemi
Güneş Pili Çalışma Sistemi

Şekil 4. Güneş Pili Çalışma Sistemi | Kaynak: Antalyaenerji.com

Bir fotovoltaik pile gelen fotonların oluşturmakta olduğu eklemin pozitif tarafına doğru yönelmekte olan serbest elektronlar elektrik akımı oluşturmaktadır. [3]

Kısaca Güneş Paneli Nasıl Çalışılır?

  • Güneş ışığı güneş pili üzerine düşmekte ve fotovoltaik hücreler tarafından absorbe edilmektedir. Güneş pilinde fazlaca elektrona sahip P tipi yarı iletken maddeler ve az elektrona sahip N tipi yarı iletken madde bulunmaktadır.
  • Güneş ışığı P tipi yarı iletken maddeden elektron koparmaktadır.
  • Enerji kazanan elektronlar N tipi yarı iletken maddeye doğru akmaktadır.
  • Bu sabit tek yönlü elektron akışı olan doğru akımı (DC) yaratmaktadır. Elektronlar kurulmuş olan devreler boyunca akarak pillerin şarj edilmesinde veya farklı alanlarda kullanılmakta ve de P tipi yarı iletken maddeye geri dönmektedir. [4]

Bu arada LinkedIn hesabım olan linkedin.com/emrealtilar/ adresinden beni takip ederek, Enerji ile alakalı güncel bilgilerden ve paylaşımlardan geri kalmayın.

Güneş Pili Çeşitleri Nelerdir?

Güneş pili çeşitleri aslında temel esasta 4 ana bileşen teknolojisinden oluşmaktadır. Kristal yapılarda, ince film yapılarında, birleşik yapılarda ve nanoteknoloji yapıları olarak sıralanabilir. Genel olarak çeşitleri hakkında bilgi vermek gerekirse;

İnorganik Güneş Pilleri; tek katmanlı inorganik güneş pilleri, elektronlardan birisi yarı iletkene sahiptir. Farklı elektrokimyasal potansiyele sahip iki metal elektrot arasına yerleştirilen silikona benzeyen inorganik yarı iletken maddelerden oluşmaktadır. Tek katmanlı inorganik güneş pillerinin verimleri diğer türlere göre oldukça düşük olmaktadır.

İki Katmanlı İnorganik Güneş Pilleri; n tipi ve p tipi iletkenlerden yapılmaktadır. Bu tür pillerde yüklerin ayrılması, aralarında bulunan yakın sınır bölgesinde gerçekleşmektedir. Bu hücreler ısı ve kimyasal bakımdan güneş enerjisi için oldukça kararlı hücrelerdir. Bu pillerden günümüzde %30’a kadar verim alınabilmektedir.

Tek Kristal Silisyum Pilleri; solar panel yapımlarında sıklıkla kullanılan pil türlerindendir. Bu malzemenin maliyetleri çok yüksektir. Bundan dolayı çok kristalli güneş hücreleri daha fazla ve yaygın kullanılmaktadır. Silisyum maddesinin genel olarak güneş pillerinin yapımında kullanılmasındaki sebeplerden bazıları; optik, yapılsa ve elektriksel olarak uzun süre korunabilmesinden dolayıdır. Verimler açısından da bu piller %15 ila %23 arasında değişen bir yapıya sahiptirler.[5]

Şekil 5. Çok Kristalli Güneş Pili | Kaynak: Antalyaenerji.com
Şekil 5. Çok Kristalli Güneş Pili | Kaynak: Antalyaenerji.com

Çok Kristalli Silisyum Güneş Pilleri; tek kristalli silisyum pillerine yapı malzemesi olarak benzemektedir. Damarlarının boyutları ise, kaliteleri ile doğru orantılıdır. Damarların arasında bulunan süreksizlik durumu, elektriksel yük taşıyıcılarının aktarılmasında da engelleyici rol oynamaktadır. Bu ürünlerin üretimi hem daha kolay hem de az maliyetlidir. Genel olarak verimleri ise %12 ila %15 arasında olmaktadır.

İnce Film Güneş Pilleri; üst üste yerleştirilmiş, aşırı ince, yarı iletken katmanlardan oluşmaktadır. Birçok çeşitli malzemelerden yapılabilmektedir. Ticari olarak kullanılmakta olup, amorf silikondan yapılmaktadır. İnce film hücre teknolojisinde, farklı çökeltme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde oldukça ucuz yöntemlerdir. Verimleri ise yaklaşık olarak %8 ila %12 arasında değişmektedir. [6]

Amorf Silisyum Güneş Pilleri; cam gibi olan bu amorf yapıdaki malzemelerin atomları da belirli bir düzende sıralanmaktadır. Bu tür malzemeler, tam anlamıyla bir kristal yapı oluşturmazlar. Ayrıca çok fazla sayışa, yapısal ve bağlantı hataları içermektedir. Verimleri kullanılan malzemelere göre farklılık gösterebilir. Ancak alaşım olarak üretilen bu piller, %24’ten da fazla verim elde edilebilir.CIS Güneş Pilleri; diğer güneş pillerine kıyasla, daha çok ince tabakalı ve verimlilik kapasiteleri olarak %10 civarında dahi olan güneş pillerindendir. Bu pillerin ince olmasının avantajı olarak, montajının kolay olması, maliyetinin düşük olması ve geniş yüzeylerde yapılan bu uygulamaların kolaylaştı ve birçok avantaj sağladı bu sistemler.

Güneş Panelinin Eş Değer Devresi

Şekil 6.de görüldüğü gibi, fotovoltaik panelin eşdeğer devresi modellemesi yapılmıştır. Bu model üzerinden incelendiğinde;

Isc -> Kısa Devre Akımı
Vd -> Diyot Gerilimi
Id ->Diyot Akımı
Irp ->Şönt Kaçak Direncinin Akımı
Rp ->Şönt Kaçak Direnci
Rs ->Elemanların İç Direnci
I ->Yük Akımı
V ->Yük Gerilimi
Şekil 6. PV Hücrenin Elektrik Devresi
Şekil 6. PV Hücrenin Elektrik Devresi

Eşdeğer devresinin akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi matematiksel olarak hesaplaması yapılacak olursa;

Güneş Paneli Akım-Gerilim Formülü

Fotovoltaik panelin verimini hesaplamak istediğimizde ise şu formülü kullanabiliriz;

Güneş Paneli Verim Formülü

Fotovoltaik Panellerin Seri ve Paralel Bağlanmaları

Fotovoltaik hücrelerin seri ya da paralel bağlantı şekilleri ile bağlanmaları Kirchhoff’un kanunlarına dayanmaktadır. Kirchhoff kanunlarına göre, seri bağlantı olduğu durumda gerilim artmakta olup, paralel bağlantılar da ise akımlar artmaktadır. Bununla birlikte, kullanılan panellerde, seri bağlantılarda istenilen gerilim değerlerini elde edebilmek için seri bağlanır, istenilen akımı elde edebilmek için ise paralel bağlantı yapılmaktadır.

Blokaj ve Bypass Diyotlarının Kullanılması

Blokaj diyotlarının kullanımına bakıldığında, köprüleme diyotunun hatalı olarak çalışması durumunda, bu modülün etrafından o akımın akmasını sağlamaktadır. Güneş paneli olarak bağlandığında ise aynı problem tekrar meydana gelmektedir. Bunun için blokaj diyotları üzerinden geçen akım sayesinde, sistem çalışmasına devam etmektedir.

Bypass diyotları ise gölgeleme etkisinden dolayı kullanılan diyotlardır. Panellerin güneş enerjisinin azalması yani gölgelenmesi sonucu, gerilim düşümü meydana gelmektedir. Gölgede bulunan hücrelerin akımının sıfır olması ile birlikte, tüm akım şönt kaçak direnci üzerinden akmaktadır.  Bu durumda da panelimiz zarar görmektedir. Bunların da önüne geçebilmek için, her bir grup hücreye ortak ya da her bir modül için seri olarak Bypass diyotu bağlantısı yapılmaktadır.

Şekil 7. Bypass Diyotu – Blokaj Diyotu
Şekil 7. Bypass Diyotu – Blokaj Diyotu

Güneş Enerji Sistemlerinde Akü Seçimi

Güneş enerji sistemlerinde, panellerden sonraki en önemli parçalardan biriside akülerdir. Aküler sayesinde, güneş panelleri ile üretilen elektrik enerjisi de, sonralarda kullanılabilmek için sisteme bağlı akülerde saklanmaktadır.

Havanın güzel olduğu zamanlarda verimli bir güç üretimi sayesinde ihtiyacın kullanılması için akülerde depolanan elektrik enerjisi de kullanılabilmektedir.

Akü kullanımının zorunlu olmasındaki en önemli etkenlerden birisi, güneş ışınların her daim kullanılabilir olmamasıdır. Bu durumda depolama ve sonra kullanılabilmesi açısından aküler bu sistemlerde önemli bir elemandır. Sisteme bağlı olan bu akülerin maliyetleri düşük olup, fazla bakım gerektirmemektedirler.

Güneş Enerjisi sistemlerinde kullanılan akülerin temel görevleri şunlardır;

  • Solar aküler, kullanım açısından uzun ömürlü olacak şekilde tasarlanmışlardır.
  • Diğer akü türleri ile kıyaslandığında, güneş enerji sistemleri için tasarlanmış ve daha yüksek enerji yoğunluklarına sahip olabilmektedirler.
  • Yüksek ve düşük sıcaklıklara karşı dayanıklı olmaktadırlar.
  • Akülerin kullanımı esnasında, deşarj olma riskleri yüksektir.
  • Aküyü oluşturan malzemeler de aşınmaya karşı dirençli olmaktadır.
Şekil 8. Solar Akü ve Diğer Ekipmanlar
Şekil 8. Solar Akü ve Diğer Ekipmanlar

İnverter (Çevirici)

İnvertörler, güneş enerji sistemleri için önemli bir parçadır. Adından da anlaşılacağı üzere, sistem üzerinde çevirme yani dönüştürme işlemi gerçekleştirmektedir. Sistem üzerinde üretilen doğru akımı (DC), şebekeye verebilmek için alternatif akıma (AC) dönüştürmektedir.

İnvertörlerin seçimi sistemdeki panellerin sayıları ve büyüklükleri ile doğru orantılı olmaktadır. Panellerin bu çokluğu ile elektrik üretiminde bir artış olacağı için artan bu elektrik enerjisinin de şebekeye doğru iletilmesi için İnverter sayısının arttırılması gerekmektedir.

İnvertörler farklı tür elektrik üretim tesislerinde de kullanılabilmektedir. Örneğin rüzgar enerjisi sistemlerinde de kullanılan invertör çeşitleri bulunmaktadır. Bu doğrultuda bakıldığında, invertör seçimleri kullanılacak alan için çok büyük bir önem arz etmektedir.

Piyasada da en çok tercih edilen invertör çeşidi, tam sinüs invetör modeli olan, dağıtım şebekelerinde kullanılan türüdür.

Akü Regülatörü

Bu parça, akü tam olarak şarj olana kadar, aynı şekilde de deşarj olana kadar sistemin tam kapasiteyle şarj olmasını engelleyen temel cihazlardan biridir. Akü regülatörü sayesinde aküler, optimum düzeyde olan, verimlilik ile çalışmaktadır. Akü regülatörü kullanımı, akünün ömrünü ve kullanım süresini uzatmaktadır.

Şekil 9. Güneş Enerjisi İle Çalışan Gemi | Kaynak: Paletsolar.com
Şekil 9. Güneş Enerjisi İle Çalışan Gemi | Kaynak: Paletsolar.com

Güneş Panelinin Kullanım Alanları Nerelerdir?

Gün geçtikçe çok farklı ve çeşitli yerlerde kullanılabilmekte olan güneş panelleri, gelişen teknoloji ile birlikte de hayatımızda birçok yere dokunmuş durumdadır. En çok kullanılan bu alanları şu şekilde sıralamak doğru olacaktır;

  • Fabrikalarda, endüstriyel alanlarda, soğuk hava depoları gibi enerjilerin yüksek yoğunluklu olduğu mekanlar,
  • Organize Sanayi Bölgelerinin çatılarında, tarımda, hayvancılıkta, Alışveriş merkezlerinde, oteller ve hastanelerde ve bunlara benzer işletmelerde,
  • Evlerin ve konutların ihtiyaçlarını karşılayabilmek için çatılarında,
  • Elektrik şebekesinin uzak olduğu ve yetişmesi zor olan mekanların elektrik ihtiyacını karşılamak için,
  • Tarımsal sulama sistemlerinin çalışmasında,
  • Sıcak su teminin edilmesinde,
  • Seralarda, sebze ve meyve üretimindeki sıcaklık dengesi ve su ihtiyacı için sılama sisteminin elektrik ihtiyacının karşılanmasında,
  • Trafik lambaları, sokak lambaları gibi aktif olarak ihtiyacın olduğu yerlerde,
  • Karavanların elektrik ihtiyacını karşılayabilmek için sistemlerinde,
  • Kampa giderken elektrik ihtiyacının olmadığı durumlarda taşınabilir panel olarak,
  • Teknelerde elektrik ve yakıt ihtiyacının karşılanmasında
  • Vb. birçok amaç için kullanılmaktadır.

Güneş Enerjisinin Avantajları ve Dezavantajları Nelerdir?

Güneş enerjisi hem bedava hem de dünyanın varoluşundan beri elimizde bulunan bir enerjidir. Dünya yüzeyine bir saat boyunca gelen güneş enerjisini kullanabilseydik, tüm dünyanın yaklaşık 1 yıllık enerji ihtiyacını karşılayabilirdik. Ancak şuan ki teknoloji ile bunun sayede %0,001’ini kullanabilmekteyiz.[8] Ancak gelişen teknoloji ile birlikte, bu sayı gün geçtikçe artmaktadır.

Güneş Enerjisinin Avantajları Nelerdir?

Yenilenebilir bir enerji kaynağıdır,

Her gün kullandığımız ve faydalı olarak işimize yarayan bu enerji kaynağını kullanmak en doğal hakkımızdır. Ki ücretsiz olarak her gün yenileniyor ve enerji kaynağı olarak işlevine devam ediyor. Bu enerji kaynağına sahip olduğumuz her vakit ulaşabileceğimiz bir kaynak olduğu için büyük bir önem arz etmektedir.

Elektrik faturalarındaki tutarları düşürür,

Ortalama bir eve kurulan güneş paneli sistemi, doğru kullanımda yaklaşık 5 yıl içinde amorti edebilmektedir. Her ay ödediğiniz faturaları düşündüğümüzde 5 yılın sonunda artı ek gelir elde etme durumu da söz konusu olmakta ayrıca devlet tarafından vergi muafiyetine de tutulmaktasınız. Şuan kullandığımız faturalarda %20 vergi alındığını vurgulamak gerekirse çok mantıklı bir çözüm olmaktadır.

Farklı uygulama alanlarında kullanılabilir,

Güneş enerjisini sadece evde elektrik üretimi için kullanmak doğru olmayacaktır. Çünkü bu enerji ile hem diğer dış ihtiyaçlar hem evin sıcak su ve ısı ihtiyacını da karşılayabilmektesiniz. Bu sayede sadece elektrikten değil, doğalgaz gibi ısı ihtiyacınızı karşıladığınız ürünlerden de tasarruf etmiş olacaksınız.

Düşük bakım maliyeti ile daha rahat olunabilir,

Hareketli aksanı olmaması bu sistemlerdeki en önemli faydalardan biridir denilebilir. Çünkü bu sayede hem sistem zarar görmeden çalışmaya devam eder hem de değişiminin sürekli olması gereken ya da yıpranan bir parçası olmamaktadır. Bu panellerin sadece temiz tutulması dahi çok kolay ve yılda 3 4 kez temizlenmesi bile yeterlidir. Ömürleri bakımından 20-25 Yıl garanti verildiği de düşünüldüğünde çok faydalı parçalar olabilmektedir.

Teknolojinin ilerlemesi ile daha verimli ve güçlü olabilmektedir,

Teknolojinin gelişimi ile güneş panellerinin de teknolojisi doğru orantılıdır aslında. Çünkü elektronik kısımlar üzerinden yürütülmektedir. Haliyle ilerleyen teknolojiye baktığımızda, bu ilerlemeden güneş panellerinin nano teknoloji ve quantum fiziği ile de nasibini alıp, çok daha kaliteli ve verimli işlerin çıkacağını söylemem mümkün oluyor.

Güneş Enerjisinin Dezavantajları Nelerdir?

İlk yatırım maliyetleri fazladır,

Güneş enerjisi sistemi satın alıp kurmak, ilk ödeme açısından maliyetlidir. Bu sistem içerisine paneller, invertör, aküler ve diğer kurulum elemanları girdiği için haliyle maliyetli bir işe dönüşebiliyor. Amorti süresi ne kadar kısa olsa da ilk kurulum için bu paranın olması şarttır.

Hava durumu üzerindeki değişimler verimliliği de etkiler,

Güneş enerjisi kötü hava koşullarında dahi enerji üretebilse de, bu faktörler çalışmadaki verimi azaltacaktır. Güneş panelleri, güneş enerjisini kullanabilmesi için verimli bir güneş miktarına ihtiyaç duymaktadır. Ki bu durumun ne kadar önemli olduğu da zaten verimsiz hava koşulları, biraz yağmur ve bulut ile görmek çok mümkündür. Ayrıca bunar ile birlikte, geceleyin güneşin olmaması bu durumun ne kadar kötü olacağını fark etmeye sebep olacaktır.

Güneş enerjisinin depolaması pahalıya patlayabilir,

Güneş enerjisini kullanabilmek her daim mümkün olmamaktadır. Çünkü her daim güneşin verimli halini bulmak kolay değildir. Bundan dolayı da akü ve depolama sistemi şarttır. Güneş enerjisi kullanılacaksa ya hemen kullanılabilmeli ya da büyük depolama alanlarına ihtiyaç bulunmalıdır. Şebekeden bağımsız olarak kullanılacak olan bu enerjinin geceleyin de kullanılabilmesi için depolanması şarttır. Bu konu aslında bakınca depolama ve kullanım açısından iyi bir yöntem gibi görünse de maliyet açısından sıkıntıya sokabilmektedir. Ancak endişe etmemekte de fayda var. Çünkü gün içinde kullandığınız enerji geceleyin kullandığınız enerjiden çok daha az olacaktır, tabi konutlar için.

Çok enerji elde etmek için çok alana ihtiyaç vardır,

Enerji ihtiyacınıza göre, panel miktarındaki değişimde haliyle farklılık gösterecektir. Ne kadar fazla elektrik enerjisine ihtiyaç duyacaksanız ya da ne kadar fazla elektrik enerjisi üretmek istiyorsanız panellerin boyutlarından dolayı kaplayacakları alanda o kadar fazla olacaktır. Ki bazen bu durumlarda kullanacağınız alan yetmeyebilecek ve az ile yetineceksiniz.

Kendi az üretse de üretiminden gelene kadar çevresel kirliliğe sebebiyet verebilir,

Her ne kadar güneş panellerinin kendileri az sera gazı üretse ya da üretmese de bu panellerin üretimleri, montajları, taşımaları aşamalarında ciddi miktarlarda sera gazı üretimi söz konusu olmaktadır. Bu durum tabii ki diğer yakıt türlerine göre iyidir. Ancak sera gazı yoktur, hiç üretmiyordur, sıfır emisyonlu demek hiç de göründüğü kadar masum değildir.

Türkiye’de Güneş Enerjisi

Türkiye, coğrafi konumu açısından güneş enerjisinden en iyi şekilde verim alabilecek ülkelerden biri konumundadır. Türkiye’nin 2019 verilerine göre yıllık ortalama güneşlenme süresi 2737 saattir (günlük ortalama 7,5 saat olmaktadır.). Güneş ışığından günlük elde edilen ortalama enerji miktarı ise 4,2kWh/m2 ‘olduğu ölçüm sonuçlarınca belirlenmiştir. Yıllık olarakta 114 gün güneşlenme potansiyeline sahip olmakta ve yıllık ortalama 1.527 kWh’lik güneş enerjisi üretebilme kapasitesine sahiptir. (5)

Şekil 10. Türkiye GEPA Atlası | Kaynak: mmo.org.tr
Şekil 10. Türkiye GEPA Atlası | Kaynak: MMO

Şekil 8’de de görüldüğü gibi, Türkiye güneş enerjisi elde etme konusunda yüksek enerjili ve verimli topraklara sahiptir. (22)  Bu kadar yararlı bir bölgede ve konum da olduğu görülmektedir. Diğer yenilenebilir enerji kaynakları için şunlar söylenebilmektedir;

  • Günümüz koşullarında mevsimler değişim ve küresel ısınmadan ötürü sularımızdaki yetersizlik ve barajlardaki doluluk oranı, barajların kullanımı ileride azaltabilir ve bu durumda su kullanımında bir farklılık gösterebilir,
  • Rüzgâr enerjisi için gerekli koşullar gün geçtikçe azalmakta çünkü gün geçtikçe havalar ısınmakta ve rüzgâr etkisini yitirmektedir,
Şekil 9. NASA'nın Türkiye'nin Yer Altı Su Haritası | © NASA
Şekil 9. NASA’nın Türkiye’nin Yer Altı Su Haritası | © NASA

Şekil 9’da, NASA’nın Twitter’dan 19.01.2021 tarihinde paylaştığı Türkiye’nin Yer Altı Sularının hangi durumda olduğunu gösterdiği bir paylaşım gerçekleştirmiştir. Yer altı sularının nasıl bir durumda olduğu, kadar şiddetli ve etkili olduğunu gösteren haritaya bakarak, suların ne kadar azaldığını ve sıcaklığın da ne kadar arttığını görebilmekteyiz. (23)

Bu görselden de anlaşılacağı üzere sıcaklıklar ve güneşinde üzerimizdeki etkisinin artması ile birlikte, güneş enerjisinin değeri artmaktadır. Tabi sıcaklık ile enerji üretimi aynı doğrultuda hareket etmemektedir. Yani sıcaklığın fazla olduğu yerlerde güneş enerjisi daha fazla üretilir diye bir durum söz konusu değildir. Çünkü güneş panelleri de yüksek sıcaklıklara uygun bir cihaz değildir. Fakat bu durumda pozitif bir yönelme söz konusunun olduğunu bilmek iyi olacaktır.

Şekil 11. Türkiye Yıllık Güneş Enerjisi Üretim Miktarı | Kaynak: ourworldindata.org
Şekil 11. Türkiye Yıllık Güneş Enerjisi Üretim Miktarı | Kaynak: ourworldindata.org

Grafikten de görüldüğü üzere, özellikle son 5 yıl içinde sıfırdan zirveye çıkılmış diyebiliriz ülkemiz açısından. Buda potansiyelini kullanma açısından önemli bir adımdır.

Dünya’da Güneş Enerjisi

Dünya’da güneş enerjisinin gelişimi gün geçtikçe gelişen teknoloji ile artmaktadır. Hatta bazı ülkeler fosil yakıtları tamamen bırakmaya yakın durumda ve alternatif enerjiye geçişte başta güneş enerjisini kullanmaktadırlar.

Şekil 12.’ye bakıldığında, gelişen ve gelişmekte olan ülkelerin durumlarını da anlamak pek zor değil aslında. Güneş enerjisinin en çok kullanıldığı ülkeler olarak Çin ve ABD başta gelirken, Alaska, Hindistan gibi ülkelerde peşlerinden gelmektedir.

Şekil 12. Dünya Yıllık Güneş Enerjisi Üretim Miktarı | Kaynak: ourworldindata.org
Şekil 12. Dünya Yıllık Güneş Enerjisi Üretim Miktarı | Kaynak: ourworldindata.org

Bu ülkeler dışında bize en yakın olan Avrupa bölgesinde Şekil 12.’teki harita üzerinden baktığımızda ise, güneş enerjisinde birçok ülkenin çok iyi durumda olduğu görmek mümkündür.

Ülkemiz yılda ortalama 10 TWh’lik bir üretim yapabilmekte iken, Avrupa kıtasının üst kısımlarında bulunan Almanya, yılda ortalama 50 TWh’lik bir güneş enerjisi üretimi yapabilmektedir. Oysaki potansiyel açısından ülkemiz daha önde iken, kullanılabilirlik ve durumu fırsata çevirme açısından Almanya çok iyi adımlar atmış durumda ve yenilenebilir enerjiye son yıllarda çok güçlü adımlar atmakta ve yatırımlar yapmaktadır.

Şekil 13. Avrupa Yıllık Güneş Enerjisi Üretim Miktarı | Kaynak: ourworldindata.org
Şekil 13. Avrupa Yıllık Güneş Enerjisi Üretim Miktarı | Kaynak: ourworldindata.org

Ülkelerin yıllara göre belli hedefleri bulunmakta ve her yıl artmaktadır. Her yıl bu kurulu kapasiteye 100GW’ın üzerinde yeni kapasite eklenmektedir. 2023 yılında ilk 10 ülke aşağıdaki bulunan aşağıdaki ülkelerin hedefleri şu şekildedir.

Ülkeler2023 Hedefleri
Çin448GW
USA132GW
Hindistan116GW
Japonya82GW
Almanya72GW
Avustralya45GW
İtalya29GW
İspanya25GW
Güney Kore24GW
Fransa22GW

Türkiye’nin ise 2023 hedefi 10,5 GW civarlarında olup, şu an ki durumu ise yaklaşık 5GW seviyelerindedir.

Örnek Hesaplama ile Güneş Enerjisi Maliyet Hesaplama?

Kısa bir örnek ile evimize ya da ihtiyaç duyduğumuz sistem için ne kadar ya da kaç adet güneş paneline ihtiyaç duyduğumuzu inceleyebiliriz. Adım adım şu şekilde örnek vererek anlatılabilir;

  • Kullandığınız ve elektriğin kaç KWh tüketildiğini öğrenmek için faturanıza bakabilirsiniz. Yaklaşık olarak 30 günlük kullanım yeterli olacaktır.
  • Örneğin günlük ortalama 30 KWh’lik yani aylık 900 KWh’lik bir kullanım olduğunu düşünelim. Ki bu büyük bir miktar, onun için çıkacak miktarlarda büyük olacaktır.
  • 1 KW’lık bir solar enerji, sizlere yıllık ortalama 1500 ile 1600 KW’lık bir enerji verir. Biz ortalama olması açısından 1500 KW alalım.
  • Yıllık ortalama 900 KWh x 12 Ay = 10.800 KWh/yıllık enerji harcaması yapmaktayız.
  • Bizim için ortalama 10.800 / 1500 = 7.200 KW’lık bir güce ihtiyacımız bulunmakta.
  • Her 1 güç yaklaşık 1 KW olduğunu düşünürsek toplamda 8 adet 1KW’lık solar güç kullanabiliriz.
  • 8 adet solar güç => 1500 x 8 = 12.000 KWh’lik bir enerji elde edebiliriz. Bu da bizim için ideal bir miktar.
  • Kullanacağımız her bir paneli 300 ila 320 Watt’lık panellerden olabilir. Büyük olanlarından yani.
  • Her bir KW için yaklaşık 10 m2 yer yeteceğine göre, 8 KW için yaklaşık 80 m2 yeterli olacaktır.
  • 8 KW’lık bir sistemi yaklaşık 1.000$ / KW olarak yapabilen firmalar için örnek verecek olursak; 8 x 1000 $ = 8000$ olacaktır. Buda Kur cinsinden hesaplar isek;
    • 8000$ x 8 TL = 64000 TL olarak karşımıza çıkacaktır.
  • 12.000 KWh’lik elektrik, şu an ki birim fiyat (vergiler dahil) ile çarptığımız durumda;
    • 12.000 x 0,79 = 9480 => Biz 9500 TL olarak alalım.
  • 9500 / 64000 => yaklaşık %15’lik bir yıllık getirisi olacaktır. Bu durumu $ cinsinde düşünürsek değişimde ona göre olacaktır. Ki %15’lik miktarda fena olmayan ve güzel bir miktar.
  • Amorti süresi olarak buna bakacak olursak;
    • 1 / 0,15 => 6,6 yıl olarak çıkmakta. Ki buda 6,5 yıl sonra elektriği artık bedavaya kullanacağınızın göstergesi olacaktır. Ömürlerinin de 20-25 yıldan fazla olduğunu söylersek bu çok iyi bir durumdur.

Bu arada Instagram hesabım olan instagram.com/emrealtilarcom adresinden beni takip ederek, Enerji ile alakalı güncel bilgilerden ve paylaşımlardan geri kalmayın.

Kaynakça:


Emre

Enerji Sistemleri ve Mühendisliği, Yenilenebilir Enerji Kaynakları, Analizi ile ilgili önemli bilgileri Emre Altılar Kişisel Blog Sitemden edinebilirsiniz. Bu bilgileri sizler için birçok araştırma ve eğitim sonucunda edinerek, sizlere sunmaya çalışıyorum.

0 yorum

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir