Bu yazımızda elektrik enerjisi üretiminde, yenilenebilir enerji kaynakları içinde önemli bir yer tutan güneş enerjisinin önemine değinecek, bu amaçla kullanılan fotovoltaik sistemlerden kısaca bahsedeceğiz.
Yrd. Doç. Dr. Vehbi BÖLAT, Tunçmatik A.Ş. (www.tuncmatik.com)
Giriş
Bu yazımızda elektrik enerjisi üretiminde, yenilenebilir enerji kaynakları içinde önemli bir yer tutan güneş enerjisinin önemine değinecek, bu amaçla kullanılan fotovoltaik sistemlerden kısaca bahsedeceğiz.
Güneş dev boyutlu bir füzyon reaktörüdür. Bünyesindeki hidrojen atomlarının helyum atomuna dönüşmesi reaksiyonunun sonucunda 15 Milyon °C ısı açığa çıkar ve radyasyon şeklinde uzaya yayılır. Güneşin uzaya, her yönde sürekli yaydığı radyasyonun gücü 3.845.1026 Watt (W)’dır ve dünyamız atmosferinin dışına bu muazzam gücün sadece 1.367 W/m2 gibi küçük bir kısmı ulaşır. Bu değer radyasyon güç yoğunluğudur ve 1 m2 lik alana düşen güç miktarını göstermektedir.
Bununla birlikte, birim alana düşen bu güç miktarı atmosferi geçip yeryüzüne ulaştığında azalır ve yaklaşık 1.000 W/m2 değerine iner. Bunun nedeni güneş ışığının bir kısmının atmosferi geçerken bulutlardan yansıması ve yeryüzüne ulaşamaması, bir kısmının atmosferdeki belli gaz molekülleri tarafından emilmesi ve bir kısmının da çok küçük partiküller üzerinden her yöne saçılmasıdır.
Güneş enerjisinin kullanım potansiyeli çok yüksektir. Bu durum genellikle, mevcut olan nükleer ve fosil yakıt rezervlerinin içinde yer aldığı enerji küpü ile açıklanır. Güneş enerjisinin büyüklüğünü vurgulamak için dünyanın yıllık elektrik enerji tüketimi de bu küp içinde yer alır. Sunulan şekilde sağ alt köşede yer alan küp yıllık dünya enerji tüketimini; sol köşede yer alan küpler ise hali hazırda çıkarılmaya ve kullanıma hazır olan uranyum, petrol, gaz ve kömür rezervlerini göstermektedir. Bu küpleri içine alan büyük küp ise bir yılda dünyaya ulaşan güneş enerjisinin miktarını sembolize etmektedir. Büyük küpün sembolize ettiği güneş enerjisi hergün, düzenli olarak dünyamıza ulaşmaktadır. Bir diğer deyişle güneş enerjisi yenilenmektedir; yenilenebilir bir enerji türüdür.
Atmosferden geçerek dünya yeryüzüne ulaşan toplam güneş gücü 1.278.1012 W’tır. Bir yıl süreyle (8.760 saat) yeryüzüne gelen toplam güneş enerjisi (optik enerji) ise 1.119.1018 kWh dir.
Buna karşılık tüketim açısından bakılacak olursa, dünyanın yıllık enerji tüketimi 12.5 Milyar ton petrole eşdeğer olan 1.454.1014 kWh elektrik enerjisidir. Yeryüzüne ulaşan güneş enerjisi ile dünya enerji tüketimi orantılandığında dünyaya ulaşan güneş enerjisinin, dünya enerji tüketiminin yaklaşık 8.000 katına eşit olduğu sonucu ortaya çıkar. Özetle, yılda tükettiğimiz toplam elektrik enerjisinin yaklaşık 8.000 katını güneş dünyamıza sorunsuz göndermektedir! Sınırlı bir süre sonra rezervleri tükenecek olan enerji kaynakları yerine sınırsız olarak nitelendirilebilecek güneş enerjisinin kullanılması kaçınılmazdır. Sahra mucizesi olarak anılan ve dünya elektrik enerjisi tüketimini karşılamak için ne kadar bir alana ihtiyaç duyulduğunu gösteren harita oldukça çarpıcıdır. Olası tüm elektriksel kayıplar dikkate alınarak ve güneş panellerinin verimi yaklaşık %10 seçilerek, Sahra çölünde kurulacak 800x800 km2 lik bir güneş santralinin tüm dünya elektrik enerji ihtiyacını karşılayabileceği hesaplanmıştır. Elbette tek bir lokasyonda böyle bir santralin kurulması mantıklı değildir. İhtiyaçların hesaplandığı, yeterli güneş ışığı alan bölgelerde fotovoltaik sistemlerin kurulması ile hem enerji dağıtım sorunları ve maliyetleri azaltılacak, hem de gerek duyulması halinde güneş panellerine daha kolaylıkla müdahale edilebilecektir.
Türkiye’de PV Uygulamalar
Gelişmiş ülkelerde uzun yıllar önce güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etme uygulamaları başlamıştır. Global ölçekteki güneş haritalarında güneş güç yoğunluğunun oldukça yüksek değerler aldığı ülkemizde maalesef fotovoltaik uygulamalar çok gecikmiştir. Küçük ölçeklerde kurulan fotovoltaik sistemler mevcut olmakla birlikte, ülkemizde en büyük güçteki fotovoltaik sistem Tunçmatik A.Ş firmasının güneş enerjisi ile ilgili projeler gerçekleştiren kısmı olan Powergie tarafından Konya Kızören’de kurulmuştur. Bu yapının toplam gücü 8 MWp (Megawatt peak)’tir ve her biri 1 MWp gücünde olan sekiz alt fotovoltaik sistemin paralel çalıştırılmasıyla oluşturulmuştur. Aşağıdaki fotoğraf Tunçmatik-Powergie grubu tarafından gerçekleştirilmiş olan söz konusu güneş santralini göstermektedir. 144 dönümlük bir alana kurulan bu santral ile yılda 12 Milyon 800 bin kWh’lik bir elektrik enerjisinin üretimi öngörülmektedir. Çevreci konsepte uygun yapıda olan yeni güneş santrali yılda 6.500 ton karbondioksit (CO2) salınımını önleyecektir.
Uygulama
Büyük güçlerde kurulan güneş santralleri şebekeye bağlıdır ve üretilen elektrik enerjisi belli tarife değerleri (feed-in tarifesi) ile doğrudan devlete veya özel elektrik kurumlarına satılır. Şebeke ile uyumlu çalışabilmesi için fotovoltaik sistemlerin şebeke gerilimi ile aynı özelliklere sahip bir AC gerilimi üretmesi esastır. Kişi güvenliği açısından, şebeke gerilimi kesildiğinde fotovoltaik sistemin çıkış geriliminin de kesilmesi gerekir. Konut çatısına kurulabilecek ve şebekeye bağlı bir PV sistemin prensip şeması aşağıda gösterilmiştir.
Nispeten küçük güçte olan böyle bir çatı üstü sistemin güneşten üreteceği elektrik enerjisinin bir kısmı evdeki elektrikli aletlerin çalıştırılmasında kullanılırken, tüketilmeyen kısım elektrik kurumuna satılır. Yapıyı, her birinde 10 adet seri bağlı güneş panelinin bulunduğu özdeş 2 adet paralel kol oluşturmaktadır. Seri bağlı paneller PV sistemin çıkış gerilimini; paralel bağlı kollar ise PV sisteminden çekilecek akımı artırır. Güneş panellerinin ürettiği DC gerilim inverter yardımıyla AC yüklerin çalışması için ihtiyaç duyulan AC gerilime dönüştürülür. Bu gerilim etkin değer (220 V) ve frekans (50 Hz) bakımından şebeke gerilimi ile aynıdır; şebeke gerilimine tümüyle senkrondur. Feed meter güneş panelinin ürettiği ve ardından AC güce dönüştürülen, diğer bir deyişle PV sistemden çekilen toplam AC gücü; User meter ise üretilen AC gücün konutta tüketilen kısmını ölçer. İki ölçü aletinin gösterdiği güç farkı şebekeye satılan güç miktarıdır. Gösterilen şemada akü grubu yer almamaktadır. Böyle bir durumda doğal olarak güneşin olmadığı veya yetersiz kaldığı zamanlarda ev kullanımı için ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi şebekeden sağlanır.
Sonuç
Gelecek yıllarda PV sistemlerin daha yaygın olarak kullanılacağını söylemek yanlış olmaz. Bakım ihtiyacının az oluşu, çevre dostu olması, primer enerji kaynağı olan güneşten her gün düzenli olarak güneş enerjisinin dünyamıza gelmesi PV sistemlerin kullanımını cazip kılmaktadır. Artan talep ve yatırımların PV panel üretimini artırması ve panel fiyatlarını daha da aşağılara çekmesi fotovoltaik uygulamaların daha geniş kitlelere ulaşmasını sağlayacaktır.
. . .
İçerik sadece atıfta bulunularak yayınlanabilir: Demir Çelik. Editöryal görüş, yazarın görüşüne aykırı olabilir.
