Güneş enerjisi nedir?

Güneşten elde edilen enerji. Güneş enerjisi, son yıllarda yenilenebilen enerji kaynakları içinde, üzerinde en çok çalışılanı olmuştur. Güneş, dünyamıza ve diğer gezegenlere enerji veren büyük bir enerji kaynağıdır. Bitkiler, canlı doku üretmek ve besin yapabilmek (fotosentez) için güneş enerjisinden faydalanır. Rüzgar, güneş ışınlarının sıcaklık farkı hasıl etmesinden meydana gelir. Kömür ve bitki artıklarından petrol meydana gelmesi de güneş enerjisi sayesindedir

Güneş ışınları, asırlardan beri yeryüzüne geldiği halde, faydalanmaya başlama oldukça yenidir. Archimedes (Arşimed)in (M.Ö. 267) iç bükey aynalarla güneş enerjisini odaklıyarak Sirakuza’yı kuşatan gemileri yaktığı iddia edilmektedir. Güneş enerjisi konusundaki çalışmalar 1600 yılında Galile’nin merceği bulmasıyla artmıştır. İlk defa Fransa’da, Belidor (1725) tarafından güneş enerjisi ile çalışan bir pompa yapılmıştır. Mouchot, 1860 yılında parabolik aynalar yardımıyla güneş ışınlarını odaklıyarak, küçük bir buhar makinası yapmıştır. İlk defa güneş enerjisi ile çalışan, hava çevrimli makinayı, 1868 yılında Ericsson geliştirmiştir. Bu yıllarda güneş enerjisi konusunda çalışmalar yoğunlaşmış, tatlı su elde edilmesi ve güneş ocakları ile ilgili çok sayıda çalışmalar yapılmıştır. Adams, Hindistan’da yedi askerin yemeğini en soğuk ay sayılan Ocak ayında, konik yansıtıcılı güneş ocağıyla iki saatte pişirmiştir. Shuman ve Boys, 1913 yılında parabolik aynalar yardımıyla bir buhar üreticisi yapmışlar ve bundan faydalanarak Nil Nehrinden su çeken 50 BG’deki sulama pompasını çalıştırmışlardır.

Birinci Dünya Savaşı ve sonrasında petrolün önem kazanmasıyla güneş enerjisi üzerindeki çalışmalar araştırma seviyesinde kalmıştır. Güneş enerjisinin önem kazanması daha çok 1973 yılındaki dünya enerji kriziyle başladı. Petrol fiatının gittikçe artması, yeni kaynaklar üzerindeki çalışmaları artırmış, özellikle güneş enerjisi, üzerinde en çok çalışılan konu olmuştur.

Güneş enerjisinin diğer enerji türlerine göre çok sayıda avantajı mevcuttur:

a) Tükenmeyen enerji kaynağı olmasıdır.

b) Temiz enerji türüdür.

c) Doğabilecek ekonomik bunalımdan etkilenmez.

d) Mahalli uygulamalara elverişlidir.

e) Çok sayıdaki ülkede faydalanılabilir.

f) Karmaşık teknolojiye ihtiyaç duyulmamaktadır.

g) İşletme masrafları çok azdır.

ğ) Güneş enerjisinin gaz, duman, kükürt veya radyasyon gibi zararlı artıkları yoktur.

Enerjiden ihtiyaç duyulduğu bölgede faydalanılabileceğinden enerjinin nakil problemi de yoktur. Güneş enerjisinin diğer enerji kaynaklarına göre çok sayıda üstünlükleri olmasına rağmen, günümüzde uygulamalarının az oluşunun sebepleri vardır:

a) Birim yüzeye gelen güneş ışınları devamlı olmadığından depolama gerekmektedir,

b) Enerji ihtiyacının fazla olduğu kış aylarında, güneş ışınları az ve geceleri ise hiç yoktur,

c) Güneş enerjisinden faydalanılan birçok tesisatın ilk yatırım masrafları fazladır. Halihazırda ekonomik değildir. Günümüzde, özellikle petrol fiatlarının çok hızlı artması, güneş enerjisini gittikçe cazip kılmakta ve güneş enerjisinden faydalanılan sistemlerin sayısı her geçen gün artmaktadır. Türkiye’de, güneş enerjisi konusundaki çalışmalar yenidir. Özellikle 1973 enerji krizinden sonra ülkemizde de güneş enerjisi ile ilgili çalışmalar fazlalaşmış ve 1975 yılından sonra güneş enerjisi ile sıcak su temin edilen sistemler yaygınlaşmıştır. Halen, yüzün üzerinde güneş toplayıcısı imal eden firma bulunmaktadır. Güney ve batı sahillerimizde çok sayıda güneş enerjili sıcak su sistemi mevcuttur.

Güneş enerjisinden faydalanma

Güneş enerjisinden direkt faydalanılan sistemler, aktif ve pasif sistemler diye iki açıdan incelenmektedir. Toplayıcılar veya diğer herhangi bir dönüştürücü ile güneşten enerji teminine aktif faydalanma denir. Özellikle binaların yön, geometri ve yapı elemanlarının değişimiyle güneşten enerji teminine pasif faydalanma denir.

Güneş enerjisinden faydalanma şekillerinden bazıları:

1) Sıcak su temini,

2) Meskenlerin ısıtılması,

3) Meskenlerin serinletilmesi,

4) Kurutma,

5) Tarımda faydalanma,

6) Güneş fırınları ve güneş ocakları,

7) Güneş pompaları,

8) Yüzme havuzlarının ısıtılması,

9) Isı pompası,

10) Elektrik elde edilmesi,

11) Soğutma sistemlerinde,

12) Tuz temini,

13) Deniz suyundan saf su elde edilmesi,

14) Yapma fotosentez,

15) Sera ısıtmasıdır.

Yukarıda belirtilen uygulamaların birçoğunda güneş ışınları biri ısı değiştiricisi (genellikle düz toplayıcı) aracılığıyla bir akışkana (su, hava) aktarılır. Sıcaklığı artan akışkan, faydalanma maksadına göre depolanır veya sisteme gönderilir.

Güneş toplayıcıları

Güneş ışınları ile bir akışkanın sıcaklığının artmasını sağlayan gereçlere güneş toplayıcıları (kollektörü) adı verilir. Başka bir ifadeyle, güneş toplayıcıları, güneşin ışık enerjisini ısı enerjisine dönüştürürler. Konstrüksiyon şekline göre düz ve odaklı, kullanılan akışkan cinsine göre sıvılı ve gazlı (havalı) toplayıcılar olarak gruplandırılabilir. Akışkan sıcaklığının 100°C’den daha düşük olabileceği sistemlerde (sıcak su temini ve hacim ısıtması gibi) düz toplayıcılar kullanılır. Sıcaklığın 100°C’den daha yüksek değerlerinin gerektiği durumlarda ise odaklı toplayıcıların kullanılması gerekmektedir. Pratikte, güneş enerjisinin en yaygın kullanıldığı su ısıtması gibi durumlarda 100°C’den daha düşük sıcaklıklar yeterli olduğundan düz toplayıcılar daha çok kullanılmaktadır.

Toplayıcı tipi, faydalanılan enerji türüne göre seçilir. Sıcak su temininde sıvılı toplayıcılar, ev ısıtmasında havalı toplayıcılar tercih edilir.

Güneş ışınlarının miktarı, senenin günlerine, bulutluluk oranına, çevrenin topoğrafik yapısına ve coğrafik faktörlere bağlı olarak değişmektedir. Fazla bulutlu geçen bölgelerde, direkt güneş ışınım miktarı az olduğundan toplayıcı verimi düşüktür ve çoğu zaman hiç toplanamaz. Odaklı ve düz toplayıcıların birbirlerine göre bazı avantajları vardır. Odaklı toplayıcılarda çok yüksek sıcaklıklara çıkılabildiği halde, yapımı zor ve pahalıdır.

Düz toplayıcılar:

1) Konstrüksiyonu daha basittir.

2) Yayılı ışınımdan da faydalanabilir.

3) Tesisatın yerleştirileceği zeminin hazırlanması kolaydır.

4) Hareketli kısımları yoktur.

5) Hava şartlarına karşı mukavim ve daha uzun ömürlüdür.

6) İşletme masrafları azdır.

7) Ancak 100°C sıcaklığa kadar çıkabilir.

Basit ve kullanışlı olması sebebiyle pratikte daha çok kullanılan bir düz toplayıcı tipi genellikle beş kısımdan meydana gelir:

1) Güneş ışınlarını geçiren ve üstten ısı kaybını önleyen, bir veya çok sayıdaki saydam veya yarı saydam örtü.

2) Enerji toplayan siyah yüzey.

3) Isı taşıyan akışkanın dolaştığı borular veya tüpler.

4) Toplayıcının alt kısmında olan, ısı kaybını azaltmak için kullanılan yalıtkan cisim (cam yünü, strofor, mantar vs.).

5) Toplayıcıyı dış etkenlerden koruyan ve yukarıda belirtilen elemanları bir araya getiren kılıf.

Bazı toplayıcı tiplerinde de yukarıda sayılan elemanların bir kısmı bulunmaz. Mesela; havalı toplayıcılarda siyah yüzey ve borular yerine siyaha boyanmış katlı camlar veya matris tipi elemanlar kullanılır.

Odaklı toplayıcılar:

1) Yüksek sıcaklıklar elde edebilir.

2) Konstrüksiyonları daha zor ve daha pahalıdır.

3) Sadece direkt güneş ışınlarından faydalanılabilir.

4) Tesisatın yerleştirilmesi için özel yerler hazırlanmalıdır.

5) Güneşi takibeden mekanizmalara ihtiyaç duyulur.

6) İşletme masrafları düz toplayıcılara göre daha fazladır.

Güneş enerjili sıcak su sistemleri

Meskenlerde sıcak su temini için kullanılan enerji, bina için gerekli olan enerjinin % 12’si mertebesindedir. Sıcak su temini için daha ziyade gaz, fuel-oil, odun veya elektrik enerjisi kullanılmaktadır. Son zamanlarda, güneş enerjisinden de istifade edilmektedir. Güneş enerjisi potansiyeli büyük ülkelerde (ABD, Japonya, Avustralya vs.), meskenlerin sıcak su ihtiyacının büyük bir kısmı, güneş enerjisi ile temin edilmektedir. Birçok ülkede, sıcak suyun güneş enerjisinden faydalanılarak hazırlanması için teşvik tedbirleri alınmaktadır.

Güneş enerjili sıcak su ısıtıcıları çok değişik şekillerde yapılabilmektedir. Basit tip sıcak su ısıtıcılarında enerji toplama ve depolama aynı kap içinde yapılır. Kendinden depolu sıcak su ısıtıcıları denilen bu ısıtıcıların avantajı, taşınabilir olmalarıdır.

Tabii dolaşımlı sistemler:

En yaygın kullanılan sıcak su ısıtma sistemlerindendir. “Termosifon tipi su ısıtıcısı” olarak da isimlendirilir. Sistem düz toplayıcılardan ve yalıtılmış bir depodan ibarettir. Açık veya kapalı devreli olarak yapılabilirler. Tabii dolaşımlı, açık devreli sıcak su sisteminde, toplayıcılarda ısınan su genişleyerek deponun üst kısmından depoya akar. Bunun yerini deponun altındaki soğuk su alır. Güneş ışınlarının olduğu ve toplayıcı sıcaklığı depo sıcaklığından büyük olduğu müddetce sirkülasyon devam eder. Soğuk iklimlerde toplayıcılarda dolaşan suyun donma problemi vardır. Donma ihtimalinin olduğu günlerde sistemin boşaltılması lazımdır. Ayrıca, toplayıcılarda dolaşan su ile kullanılan su karışıyorsa, toplayıcı borularında korozyona sebebiyet verebilir veya kireçlenme ile boru et kalınlığı artabilir. Bu problemleri ortadan kaldırmak için, toplayıcı devresinde donma sıcaklığı düşük ve antifiriz ilaveli akışkan dolaştırılarak, sistem kapalı devreli yapılır.

Tabii dolaşımlı sıcak su sistemlerinde, pompaya ve otomatik kumanda cihazlarına ihtiyaç olmadığından, basit ve kullanışlıdırlar. Ancak, sirkülasyonun olabilmesi için, deponun toplayıcılardan daha yüksekte olması gerekir. Bu sebeple de sistemin yerleştirilmesi zordur.

Pompalı sistemler:

Pompalı sıcak su sisteminde, genel olarak pompa, diferansiyel, termostat, sıcak su deposu, genişleme tankı ve çek valf bulunur. Tabii dolaşımlı sistemlerde olduğu gibi açık devreli veya kapalı devreli yapılabilirler.

Sıcak su üretiminde kullanılan toplayıcılar, bulunduğu yerin enlemine eşit eğimde ve güneye doğru olarak yerleştirilmelidirler.

Sözlükte “güneş enerjisi” ne demek?

1. Güneş’in ışımayla uzaya yaydığı enerji.

Güneş enerjisi kelimesinin ingilizcesi

n. sun power

 

Yarcan Tüner