Günes Enerjısı

May 13Güneş Enerjisi Nedir?
Bilim, Nasıl Çalışır? Yorum YazınGüneş’in Özellikleri ve Enerji Kaynağı Olarak Güneş
Güneş ve çevresinde dolanan gezegenlerden oluşan güneş sistemi dünya için, temel bir enerji kaynağıdır. Özellikle, dünyada yaşayan canlılar için vazgeçilmez bir kaynaktır. Bugün kullanılan çeşitli enerji kaynaklarının büyük kısmı, güneşin sebep olduğu olaylar sonucu ortaya çıkar. Günlük güneş enerjisi ile dünya aydınlatılabilmekte; yağışlar ile su döngüsü sağlanabilmekte ve en önemlisi de, fotosentez ile canlı yaşam sürdürülebilmektedir. Hayati önemdeki bu yıldızın endüstriyel manada enerji üretimi de mümkündür.

Güneş yarıçapı 700.000 km (dünya yarıçapının yaklaşık 109 katı),kütlesi 2×1030 kg (dünya kütlesinin yaklaşık 330.000 katı)olan bir yıldızdır. Güneş kendi ekseni çevresinde dönmektedir. Bu dönüş, güneş ekvator bölgesinde 24 günde, kutup bölgelerinde de 30 günde olmaktadır.Güneşin merkezinde, temelde hidrojen çekirdeklerinin kaynaşmasıyla füzyon reaksiyonu meydana gelir. Güneşin merkezinde ve yaklaşık 15-16 milyon derecedir. Güneşin yaklaşık % 90’ı hidrojendir.
Güneşin korunda hidrojen çekirdekleri füzyon yaparak helyum çekirdekleri oluşmakta ve bu
tepkimeler sonucu büyük bir enerji ortaya çıkmaktadır. Güneşin toplam ışıması 3.8×1026 J/saniye
olduğundan, güneşte bir saniyede yaklaşık 600 milyon ton proton, yani hidrojen tüketilmektedir.

Bu sayı ilk bakışta ürkütücü gibi gelse de, güneşin kütlesi ve bu kütlenin %90’ına yakın kısmının protonlar olduğu düşünülürse, güneşteki hidrojen yakıtının tüketilmesi için daha, yaklaşık 5 milyar yıllık bir süre olduğu ortaya çıkar. Bu yönüyle güneş, insanlık için tükenmez bir enerji kaynağıdır. Dünyaya ulaşan güneş enerjisi, güneşin daha serin (yaklaşık 6000K) ve birkaç yüz kilometrelik dar bir bölgesinden gelmektedir. Bu bölge, düşük yoğunlukta (yaklaşık deniz yüzeyindeki hava yoğunluğunun 10-4 katı) iyonlanmış gazlardan oluşur ve görünür ışığı pek geçirmeyen bir bölgedir. Bu bölgedeki atomlar, sıcaklıklarıyla orantılı olarak ışıma yaparlar ve böylece bu bölgenin ışımasına yol açarlar.

Dünya, güneşten yaklaşık 150 milyon km. uzakta bulunmaktadır. Dünya hem kendi çevresinde dönmekte, hem de güneş çevresinde eliptik bir yörüngede dönmektedir. Bu yönüyle, dünyaya güneşten gelen enerji hem günlük olarak değişmekte, hem de yıl boyunca değişmektedir. İlave olarak, Dünyanın kendi çevresindeki dönüş ekseni, güneş çevresindeki dolanma yörüngesi düzlemiyle 23.5º lik bir açı yaptığından, yeryüzüne düşen güneş şiddeti yörünge boyunca (yıl boyunca) değişmekte ve mevsimler de böylece oluşmaktadır.

Dünyaya, güneşten saniyede, yaklaşık 4×1026 J’lük enerji, ışınımlarla gelmektedir. Güneşin saldığı toplam enerji göz önüne alındığında bu çok küçük bir kesirdir; ancak bu tutar Dünyada insanoğlunun bugün için kullandığı toplam enerjinin 15-16 bin katıdır. Dünyaya gelen güneş enerjisi çeşitli dalga boylarındaki ışınımlardan oluşur ve güneş-dünya arasını yaklaşık 8 dakikada aşarak dünyaya ulaşır.(ışınımlar saniyede 300.000 km’lik bir hızla, yani ışık hızıyla yol alırlar)

Dünyanın dışına, yani havakürenin (atmosfer) dışına güneş ışınlarına dik bir metrekare alana gelen güneş enerjisi, Güneş Değişmezi (S) olarak adlandırılır ve bunun değeri S=1373 W/m2 dir. Bu değer, tanım gereği, yıl boyunca değişmez alınabilir. Çünkü her zaman, gelen güneş ışınlarına dik yüzey göz önüne alınmalıdır. Ancak, dünyanın güneş çevresindeki yörüngesi bir çember olmayıp bir elips olduğundan, yıl boyunca bu değerde %3.3 ‘lük bir değişim söz konusudur. Yeryüzüne bu enerjinin soğurma ve yansıma olaylarından dolayı 832 W/m2 lik kısmı ulaşır.

Güneş Enerjisinin Üstünlükleri ve Dezavantajları

Güneş enerjisinin üstünlükleri şu şekilde sıralanabilir:
- Güneş enerjisi tükenmeyen bir enerji kaynağıdır.
- Güneş enerjisi, arı bir enerji türüdür. Gaz, duman, toz, karbon veya kükürt gibi zararlı maddeleri
yoktur.
- Güneş, tüm dünya ülkelerinin yararlanabileceği bir enerji kaynağıdır. Bu sayede ülkelerin enerji
açısından bağımlılıkları ortadan kalkacaktır.
- Güneş enerjisinin bir diğer özelliği, hiçbir ulaştırma harcaması olmaksızın her yerde
sağlanabilmesidir.
- Güneşi az veya çok gören yerlerde biraz verim farkı olmakla birlikte, dağların tepelerinde vadiler ya da ovalarda da bu enerjiden yararlanmak mümkündür.
- Güneş enerjisi doğabilecek her türlü bunalımın etkisi dışındadır. Örneğin, ulaşım şebekelerinde
yapacakları bir değişiklik bu enerji tümünü etkilemeyecektir.
- Güneş enerjisi hiçbir karmaşık teknoloji gerektirmemektedir. Hemen hemen bütün ülkeler, yerel
sanayi kuruluşları sayesinde bu enerjiden kolaylıkla yararlanabilirler.

Bugünkü bu enerjinin karşılaştığı sorunlar ise şöyledir:
- Güneş enerjisinin yoğunluğu azdır ve sürekli değildir. İstenilen anda istenilen yoğunlukta
bulunamayabilir.
- Güneş enerjisinden yararlanmak için yapılması gereken düzeneklerin yatırım giderleri bugünkü
teknolojik aşamada yüksektir.
- Güneşten gelen enerji miktarı bizim isteğimize bağlı değildir ve kontrol edilemez.
- Bir çok kullanım alanının, enerji arzı ile talebi arasındaki zaman farkı ile karşılaşılmaktadır. —- -Güneş enerjisinden elde edilen ışınım talebinin yoğun olduğu zamanlarda kullanılmak üzere
depolanmasını gerektirir. Enerji depolaması ise birçok sorun yaratmaktadır.

Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları
Güneş enerjisinin depolanabilmesi ve diğer enerji çeşitlerine dönüşebilmesi ısıl ,mekanik, kimyasal ve elektrik yöntemlerle olur.

Isı depolama veya çevrimde: Özgül ısı kapasitesi yüksek ve kolay bulunur ucuz maddeler kullanılır.Su , yağ, çakıl taşı yatakları bunlar arasındadır.

Mekanik depolamada güneşle çalıştırılan bir pompa yada kompresör tarafından basılan yüksek basınçlı akışkan, uygun bir ortamda toplanır.

Kimyasal depolamada hidrat tuzlarından yararlanılır.

Elektrik depolamada ise enerji depolaması bataryalarla (akü) yapılır.

Güneş enerjisi bu çevrimlerle veya doğrudan : Kullanım suyu ısıtılması, yüzme havuzu ve limonluk ısıtılması ; kaynatma ve pişirme ; bitkisel ürünlerin kurutulması , su damıtılması , yapıların ısıtılması ve soğutulması (iklimlendirilmesi) ; soğutma, toplam enerji sistemleri ile ısı ve elektriğin birlikte üretilmesi ; sulama suyu pompalanması endüstriyel işlem ısısı üretilmesi , elektrik üretilmesi ve fotokimyasal ve fotosentetik çevrimlerin gerçekleştirilmesi amacıyla kullanılır.Bu çevrimlerden en çok kullanılanları sırasıyla inceleyelim.Bu çevrimlerle ;

Güneş Enerjisinden Doğrudan Isı Enerjisi ,
Güneş Enerjisinden Doğrudan Elektrik Enerjisi ,
Güneş Enerjisinden Hidrojen Enerjisi elde etmek mümkündür.

Güneş enerjisi Güneş Enerjisi Nedir

Güneş dünyanın yörünge eksenine 1366 watt/metre² enerji iletir fakat yer yüzüne ulaşan enerji miktarı biraz daha azdır.Güneş enerjisi veya Güneş erkesi Güneş ışığından enerji elde edilmesine dayalı teknolojidir.

Güneşin yaydığı ve dünyamıza da ulaşan enerji güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir güneşteki Hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. Dünya atmosferinin dışında güneş ışınımının 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. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

Konu başlıkları
1 Güneş'ten elde edilebilecek enerji
2 Güneş enerjili ısıtma sistemleri
3 Güneş pilleri
4 Mimaride güneş enerjisi
5 Güneş ışığı ile aydınlatma
6 Isıl güneş enerjisinden Elektrik üreten enerji santralleri
6.1 Enerji kuleleri
6.2 Yoğunlaştırıcılı kollektörler ve buhar motorları
6.3 Yoğunlaştırıcılı kollektörler ve stirling motorları

Güneş'ten Elde Edilebilecek Enerji
Dünyanın atmosferinin üzerine ve dünya yüzeyine düşen teorik yıllık ortalama güneş ışığı miktarı Global güneş enerjisi kaynakları. Haritadaki renkler 1991-1993 yılları arasında gerçekleşen ortalama yerel güneş enerji değerleri hakkında W/m2 cinsinden bilgi vermektedir.

Dünyanın yörüngesi üzerinde uzayda birim alana ulaşan güneş ışınları güneşe dik bir yüzey üzerinde ölçüldükleri zaman 1366 W/m2'dir. Bu değer güneş enerjisi sabiti olarak da anılır.

Atmosfer bu enerjinin %6'sını yansıtır %16'sını da sönümler ve böylece deniz seviyesinde ulaşılabilen en yüksek güneş enerjisi 1020 W/m2'dir Bulutlar gelen ışımayı yansıtma suretiyle yaklaşık %20 sönümleme suretiyle de yaklaşık %16 azaltırlar. Sağdaki resim 1991 ve 1993 yılları arasında uydu verilerine dayanarak elde edilebilen ortalama güneş enerjisinin W/m2 cinsinden gösterimidir. Örneğin Kuzey Amerika'ya ulaşan güneş enerjisi 125 ile 375 W/m2 arasında değişirken günlük elde edilebilen enerji miktarı 3 ila 9 kWh/m2 arasında değişmektedir. Bu değer elde edilebilecek mümkün en yüksek değer olup güneş enerjisi teknolojisinin sağlayacağı en yüksek değer anlamına gelmez. Örneğin fotovoltaik (güneş pili) panelleri bugün için yaklaşık %15'lik bir verime sahiptirler. Bu nedenle aynı bölgede bir güneş paneli 19 ile 56 W/m2 ya da günlük 0.45-1.35 kWh/m2
enerji sağlayacaktır. Yandaki resimdeki koyu renkli alanlar güneş paneli
kaplanması durumunda aynı bölgede 2003 yılında üretilen toplam enerjiden biraz
daha fazla enerji üretebilecek örnek alanları göstermektedir. Bugünkü %8
verime dayalı teknoloji ile dahi işaretli bölgelere yerleştirilecek güneş
panelleri bugün fosil yakıtlar hidroelektrik nükleer vb kaynaklara dayalı tüm
santrallerin ürettiği elektrik enerjisinden biraz daha fazlasını
üretebilecektir. Hava kirliliğinin neden olduğu Küresel loşluk ise daha az
miktarda güneş ışının yeryüzüne ulaşmasına neden olduğu için güneş enerjisinin
geleceği ile ilgili az da olsa endişe yaratmaktadır. 1961-90 yılları arasını
kapsayan bir araştırmada aynı dönem içerisinde deniz seviyesine ulaşan ortalama
güneş ışını miktarında %4 azalma olduğu gözlenmiştir.

Güneş enerjisi teknolojileri== Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir. Bu teknolojilerin bir kısmı güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde direk olarak kullanırken diğer teknolojiler güneş enerjisinden elektrik elde etmek şeklinde kullanılmaktadır.

Güneş enerjili ısıtma sistemleri Güneş enerjili Sıcak Su sistemleri Suyu ısıtmak için güneşe ışınlarından yararlanır. Bu sistemler evsel sıcak su ya da bir alanı ısıtmak için kullanılabildiği gibi çoğunlukla bir havuzu ısıtmak için kullanılır. Bu sistemler çoğunlukla bir termal güneş paneli ile bir de depodan oluşur.Güneş enerjili su ısıtıcıları üç grupta toplanır.

Aktif sistemler Suyun ya da ısı transfer sıvısının çevirimi için pompa kullanırlar. Pasif sistemler suyun ya da ısı transfer sıvısının devrini doğal çevirim ile sağlarlar. Kütle sistemleri su tankının doğrudan güneş ışığı ile ısınmasını amaçlarlar. Yaygın ısıl güneş enerjisi uygulamaları şunlardır

Düzlemsel Güneş Kollektörleri
Ülkemizde de çok yaygın olarak kullanılan evlerde sıcak su elde etmede kullanılan sistemlerdir.

Yoğunlaştırıcılı Güneş Enerjisi Santralları
Bunlarda doğrusal çanak şeklinde ya da merkezi bir odağa yönlendirilmiş dev aynalar kullanılarak odak noktasında çok yüksek Sıcaklıkta ısı elde edilir. Genellikle elektrik üretiminde kullanılır. Ancak henüz bir yaygınlık kazanamamışlardır.

Vakum Tüplü Güneş Enerjisi Sistemleri
Vakum tüplü güneş enerjisi kolektörleri iç içe geçmiş 2 adet silindirik Cam tüpün ısı yolu ile birbirine bağlanması ve bu işlem sırasında arasındaki Havanın alınması ile üretilir. Dış silindirik tüpün yüzeyine düşen Güneş ışınları aradaki havasız ortamdan geçerek iç kısımdaki silindirik tüpün yüzeyinde absorbe edilmesi ile çalışır. Arada Madde olmadığından dolayı sadece ışıma ile ısınan sistem suyu dış hava sıcaklığından bağımsızdır.

Güneş Ocakları
Çanak şeklinde ya da kutu şeklinde güneş ısısını toplayan yapılardır. Gelişmekte olan ülkelerde daha yaygın kullanılır.

Trombe Duvarı
Sandviç şeklinde cam ve hava kanalları ile paketlenmiş bir pasif güneş enerjisi sitemidir. Güneş ışınları Gün boyunca duvarın altında ve üstünde yer alan hava geçiş boşluklarını tahrik ederek doğal çevirim ile termal kütleyi ısıtırlar. Gece ise trombe
duvarı biriktirdiği enerjiyi ışıma yolu ile yayar.

Geçişli Hava Paneli
Aktif güneş enerjili ısıtma ve havalandırma sistemidir. Termal güneş paneli gibi davranan güneşe bakan delikli (perfore) bir duvardan oluşur. Panel binanın havalandırma sistemine ön ısıtma uygular. Ucuz bir yöntemdir. %70'e kadar verime ulaşılabilir.[10]Araştırmaya konu olmuş ancak yaygınlaşamamış bazı ısıl güneş enerjisi
teknolojileri

Güneş Havuzları
Havuza atılan tuzların yardımı ile dip tarafta Sıcaklık elde edilir. Bunlar daha çok deneysel sistemler olarak kalmışlar bir yaygınlık gösterememişlerdir.

Güneş Bacaları
Bir binanın zemininde toplanan ısı yüksek ve dar bir bacaya yönlendiğinde bacada kurulu türbini çalıştırır. Bu da deneysel aşamada kalmış güneş enerjisi türlerinden biridir.

Su Arıtma Sistemleri
Bunlar da bir çeşit havuz sistemidir. Havuzun üstüne eğimli cam kapak yerleştirilir buharlaşan su Tuzdan arınarak bu kapakta yoğunlaşır.

Güneş Pilleri
Bu yat üzerindeki güneş pilleri 12 voltluk aküleri 9 Amp'e kadar doğrudan güneş ışığı yardımıyla doldurabilirler.Güneş pilleri ya da fotovoltaik piller diye anılan cihazlar yarıiletkenlerin fotovoltaik etki özelliğini kullanarak güneş ışığından elektrik enerjisi üretirler. Güneş pilleri kurulan sisteme bağlı olarak birkaç mW'dan birkaç MW'a kadar elektrik üretebilir. Yüksek üretim maliyetleri nedeniyle yakın zamana kadar oldukça az kullanılmıştır. 1950'lerden bu yana uzayda uydularda 1970'li yıllarda elektrik hattından uzak yerlerde yol kenarlarındaki acil Telefon cihazları ya da uzaktan algılama gibi uygulamaların enerji gereksiniminin karşılanmasında kullanılmıştır. Son yıllarda evlerde elektrik şebekesi ile birlikte çalışan sistemler de yaygınlaşmıştır.

2005 sonu itibarı ile toplam 5300 MW olduğu zannedilen kurulu güneş pili kapasitesinin gelişmiş ülkelerin güneş pillerinin evsel amaçlı kullanımına verdiği teşvikler nedeniyle 2006 yılında da ciddi artış göstermesi beklenmektedir. Gerek kullanımdaki artış gerekse teknolojik gelişmeler nedeniyle güneş pillerinin üretim maliyetinde her yıl azalış görülmektedir. Bir güneş pili panelinin watt başına maliyeti 1990 yılında yaklaşık 75 USD iken 2005 yıllında bu rakam yaklaşık 4 USD seviyesine inmiştir. Gelişmiş ülkelerin sunmuş olduğu teşvikler güneş pillerinin yatırım maliyetinin 5 ile 10 yıl arasında geri dönebilmesini sağlamaktadır. Evsel amaçlı kullanılan güneş pilleri bir inverter
aracılığı ile elektrik şebekesine bağlanmakta böylece üretilen elektriğin
akülerde depolanmasından tasarruf edilmektedir. 2003 yılı içerisinde tüm dünyada
gerçekleşen güneş pili üretiminde %32'lik bir artış gözlenmiştir.Güneş pili
kullanımındaki artış o kadar büyüktür ki yarıiletken üretiminin talebi
karşılayamaması güneş pili üretiminin artışında bir kısıt olmuştur.Bu sorunun
2006 ve 2007'de de devam edebileceği sanılmaktadır.

Mimaride güneş enerjisi Güneş enerjisinden yararlanan tasarımlar çok az daha ilave enerji kullanmak suretiyle konfor Sıcaklığı ve ışık seviyesinin elde edilmesini hedefler. Bunlar pasif güneş enerjisinde olduğu gibi soğuk ortamlarda daha fazla güneş ışığı ile sıcak su elde edilmesi şeklinde ya da aktif güneş enerjisinde olduğu gibi pompa ve fanlar kullanarak sıcak ve soğuk havanın (ya da sıvının) yönlendirilmesi şeklinde de olabilir.

Seralar da bir çeşit güneş mimarisi örneği sayılabilir.Güneş ışığı ile aydınlatma İç mekanlar gün içerisinde ışık tüpleri ile aydınlatılabilirler.

Örneğin fiber optik ışık tüpleri çatıya yerleştirilmiş güneş ışınlarını toplayacı
bir çanağa bağlanarak iç mekanlarda aydınlatma kaynaklı enerji giderlerini
azaltarak daha doğal bir aydınlatma yaratabilirler.

Isıl güneş enerjisinden elektrik üreten enerji santralleri Solar İki yoğunlaştırılmış güneş enerji kulesi (ısıl güneş enerjisine örnektir).Isıl güneş enerjisi sistemleri yaygın olarak bir ısı eşanjörünü yüksek sıcaklıklara kadar ısıtarak elde edilen ısının elektrik enerjisine dönüştürülmesi şeklinde kullanılırlar.

Enerji kuleleri Enerji kuleleri bir ağ şeklinde yerleştirilmiş çok sayıda düz ve hareketli yansıtıcıların (heliostatların) güneş ışınlarını kule üzerindeki bir toplayıcıya yönlendirmesi şeklinde çalışırlar. Yoğunlaştırılmış güneş ışığı sayesinde kule üzerinde biriken yüksek ısı daha sonra kullanılmak üzere başka bir maddeye transfer edilir.

Yoğunlaştırıcılı kollektörler ve buhar motorları Bir yoğunlaştırıcılı kollektörde ısıya dönüştürülen güneş enerjisi nükleer ya da kömürlü elektrik santrallerinde olduğu gibi suyun kaynatılarak buhara dönüştürülmesi ve elde edilen buharla da bir buhar motoru ya da bir buhar türbininin tahrik edilmesi suretiyle elektrik enerjisi elde edilir.

Yoğunlaştırıcılı kollektörler ve stirling motorları Bir yoğunlaştırıcılı kollektörde ısıya dönüştürülen güneş enerjisi ile bir stirling motoru tahrik edilir. Stirling motoru kapalı devre Gaz kullanan suya ihtiyaç duymayan bir ısı motorudur.Stirling motoru ile güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi %30 ile en yüksek verime sahip sistem kabul edilir