Güneş Enerjisi İle Elektrik Nasıl Üretilir?

Güneş enerjisi gezegenlerdeki tüm doğa olaylarının kaynağı olduğundan aslında tüm yenilenebilir enerji kaynakları güneş enerjisi sayesinde var olmaktadır. Ancak güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi direkt olarak elektrik üretimi için güneş enerjisinden faydalanmak demektir.

Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi için günümüz teknolojisinde fotovoltaik ve termal olarak iki ayrı sistem kullanılır. Fotovoltaik sistemler direkt olarak ışığın elektriğe dönüşmesini sağlarken, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemleri güneşin ısısının kullanılarak elektrik üretilmesini sağlamaktadır.

Fotovoltaik (PV), güneş ışığının yarı iletken maddeler kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülmesi teknolojisidir. Fotovoltaik kelimesi Yunanca ışık anlamına gelen “foto” ve elektromotif gücün ölçü birimi olan ve İtalyan bilim insanı Alessandro Volta’nın adından gelen “volt” kelimelerinin birleştirilmesi ile türemiştir.

Fotovoltaik sistemlerde panellere çarpan güneş ışığı panelin yarı iletken hammaddesi tarafından emilir. Bu emilme sırasında atomdan ayrılan elektronlar panellerin içinde bulunan hücrenin etrafında dönerek bir hareket enerjisi oluşmasına neden olur ve elektronların bu hareketi elektrik oluşmasını sağlar. Direkt Akım olarak ortaya çıkan elektrik enerjisi sistemin bir unsuru olan ve inverter adı verilen dönüştürücülerle alternatif akıma dönüşür ve böylece kullanıma hazır hale gelir.

Güneş ışınlarının ısı enerjisinden faydalanma özellikle su ısıtma amacıyla sıkça kullanılmaktadır. Ancak güneşin ısısından faydalanarak yapılan elektrik üretimi alışılagelmiş yöntemlerden biraz farklıdır. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi (CSP) adı verilen sistemde güneş ışınlarının ısı enerjisi ile elektrik üretilir. Bu tip sistemler genellikle yoğunlaştırıcı, alıcı ve motor olmak üzere üç aşamalıdır. Yoğunlaştırıcı aynalar güneş ışınlarını toplayarak alıcıya iletir, alıcı içinde bulunan özel materyal (erimiş tuz olarak adlandırılabilir) ısınarak türbinlere doğru hareket eder ve türbinlerin dönmesini sağlar. Dönen türbinler bir motoru hareket ettirerek elektrik enerjisinin ortaya çıkmasını sağlar.

Küçük ölçekte bir güneş enerjisi paneli ile elektrik üretimi yapmanız durumunda ortaya çıkacak maliyet 50.000TL ile 250.000TL arasındadır. Bir solar enerji panelinin fiyatı ise yaklaşık 5.000TL'den başlamaktadır. Güneş enerjisi ile elektrik üretiminin maliyeti yoktur, her zaman emreamade bir enerji kaynağı olan güneşten elektrik üretmek bedavadır. Yalnızca güneşten elektrik üretimi sağlayabilmek için kurulması gereken tesisin yatırım maliyeti ortaya çıkmaktadır. Güneş enerjisi ile elektrik üretimi yapan tesislerin çok fazla bir bakım gideri de olmadığından güneş enerjisi ile elektrik üretiminin maliyeti nedir? sorusuna, “yalnızca tesisin kurulum maliyettir” şeklinde cevap verebiliriz. Güneş enerjisi ile elektrik üretiminin maliyeti sistemin boyutu, kullanılan malzemeler gibi birçok faktöre göre değişiklik gösterse de küçük boyutlardaki bir güneş enerjisi santralinin 1 kWh elektrik üretim maliyeti yaklaşık 0,6USD ile 0,4USD arasındadır.

Güneş enerjisi ile elektrik üretenlere vergiden muafiyet bulunmaktadır. Bu muafiyet 7103 sayılı Vergi Kanunları ile Bazı Kanun ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun’la yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmanın artması amacıyla evlerinin ve işyerlerinin çatısında ya da cephesine yenilenebilir enerji kaynaklı elektrik üretim tesisi kurulumu gerçekleştirenlere, kurulu gücü 10 kW olan kısmından kullanım fazlasının elektrik dağıtım şirketleri tarafından işletilen elektrik şebekesine verilerek satılması konusunda vergi muafiyeti getirilmiştir.

Güneş panelleri, güneş ışınlarının toplanmasına ve elektrik üretimi için hazır hale gelmesine sağlayan toplayıcılardır. Güneş panellerinin çalışma prensibi türüne göre değişir. Fotovoltaik sistemlerde panellerle toplanan güneş ışınları, panellerin üretildiği özel materyal sayesinde panelin içinde direkt olarak elektrik enerjisine dönüşür. Yoğunlaştırılmış güneş panelleri ise güneş ışınlarının toplanarak bir odak noktasına yansıtılmasını ve böylelikle ısı elde edilmesini sağlayan panellerdir. Güneş panelinin amacı, güneş enerjisi ile elektrik enerjisi elde etmektir.

Güneş enerji paneli çeşitleri güneş ışınlarını direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik paneller ve güneş ışınlarının bir yüzeye değmesi ile oluşan ısı ile enerji üreten yoğunlaştırılmış güneş enerjisi panelleri olarak iki ana çeşittir:

• Fotovoltaik güneş paneli: Çok katmanlı bir yapıdadır ve bu yapının içinde bulunan yarı iletken silikon katmanlar, elektron ve protonların hareket etmesini sağlayarak elektrik enerjisini ortaya çıkartır.
• Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi paneli: Güneş ışınlarının bir odak noktasında toplanmasını sağlayan ayna benzeri yansıtıcılardan oluşmaktadır.

Elektrik tasarrufu için güneş enerjisinin önemi, diğer tüm kaynakların öneminden çok daha yüksektir. Zira güneş en kolay ulaşılabilir enerji kaynağıdır ve yüksek yatırım yapmaksızın da enerji tasarrufunda kullanılabilir. Elektrik tasarrufu yapmak için güneş enerjisinden faydalanmak oldukça önemlidir. Güneş enerjisinden faydalanarak elektrik tasarrufu yapmak için aşağıda sıralanan yöntemleri kullanmak verimli çözümler üretecek ve elektrik tasarrufu yapılmasını sağlayacaktır:

• Çamaşırların kurutulması: Ev içi elektrik tüketiminde ilk sırayı beyaz eşyalar alır. Beyaz eşyaların kullanımını azaltmak da elektrik tasarrufu yapmak için önemlidir. Çamaşırların güneş gören bir yere asılması ile kurutulması, kurutma makinesi kullanımının düşmesine ve elektrik tasarrufu sağlanmasına olanak sağlar.
• Perdelerin açılması: Güneşin görüldüğü gündüz vaktinde perdeleri açarak güneş ışınlarının mekanın içine girmesi sağlanır ve ev içi elektrik tüketiminde ikinci sırada olan aydınlatmada elektrik tasarrufu sağlanır.

Bu iki maddedeki örnekten hareketle güneş ışınlarının gerekli zamanlarda kullanım yerinin içine sokulması, gerekli zamanlarda da yalıtımın sağlanması (örneğin sıcak yaz günlerinde klimanın daha az enerji tüketmesini sağlamak için perdeler kapatılmalı ve güneşin mekanı ısıtmasının önüne geçilmelidir.) elektrik tasarrufu için güneş enerjisinden faydalanmasına örnektir.

Güneş bacası, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan, büyük ölçekteki bir seranın içinde ısınan havanın yükselmesine yarayan yüksek bacadır. Güneş bacası içinden geçerek yükselen sıcak hava, bacanın dibinde bulunan türbinlerin dönmesi ile elektrik üretimi gerçekleştirilir.

Güneş enerjisi, Dünya’daki tüm doğa olaylarının gerçekleşmesini sağlar ve bundan dolayı tüm yenilenebilir enerji kaynaklarının esas kaynağıdır. Güneş enerjisi, direkt olarak güneş ışınlarının radyasyonundan faydalanarak ya da endirekt olarak biyoenerji, su ya da rüzgar enerjisi olarak kullanılır.

Güneş enerjisi tanımı genellikle güneş ışınlarından gelen radyasyonun direkt olarak kullanıldığı enerji sistemleri için kullanılır. Güneş enerjisinden direkt olarak faydalanma ısı ve elektrik elde edilmesini ifade eder. Güneş enerjisinden faydalanmanın en yaygın yöntemi ısı elde etmek için olurken, elektrik üretimi için güneş enerjisinin kullanımı her geçen gün yaygınlaşmaya devam etmektedir.

Güneş enerji santrali, güneşten elektrik üretimi yapan santrallerin genel tanımıdır. Güneş tarlası ise büyük ölçekli arsalara ya da arazilere kurulmuş büyük ölçekli güneş enerji santralleridir. Güneş enerjisinden yararlanmak için fotovoltaik (PV) paneller veya güneş enerjisini yoğunlaştırmak için reflektörler ya da paneller kullanılır.

Güneş enerjisi ile elektrik üretimi nükleer enerji ile elektrik üretiminden daha avantajlı mıdır? sorusunun cevabını verebilmek için öncelikle her iki kaynağın ekonomik ve çevresel etkilerini ortaya koyabilecek farklılıklarının incelenmesi gerekir. Bunlar:

• Kapasite Faktörü: Kapasite faktörü, kısada bir santralin bir dönem içinde ne kadar kapasitede çalıştığını gösteren bir parametredir. Nükleer enerji santrallerinin kapasite faktörü %93’ken, güneş enerjisi ile elektrik üretimi yapan santrallerde kapasite faktörü %23’tür. Yani nükleer enerji santralleri yılın tamamına yakınında sürdürülebilir bir kapasite sağlarken, güneş enerji santralleri bundan çok daha düşük sürede efektif olarak çalışır.
• Boyut (Ölçek): Yalnızca bir nükleer enerji santralinin ürettiği elektrik, 3 milyar 125 milyon adet fotovoltaik panelli güneş enerjisi santralinin ürettiği elektrikle eşdeğerdedir.
• Karbon Salımı: Nükleer enerji ile elektrik üreten santraller de, güneş enerjisinden elektrik üreten santraller de sıfır karbon santralleridir.
• İnşaat İçin Gereken Zaman: Ortalama bir güneş santrali 9 ayda kurulabilirken, nükleer santrallerin kurulumu 69 ay sürer.
• Kurulum Maliyeti: 1 kW başına ortalama maliyet güneş enerjisi santrallerinde yaklaşık 3.000USD olurken nükleer santraller için bu rakam 12.500USD'dir. Güneş enerji santrali kurulum maliyeti, nükleer enerji santrali kurulum maliyetinden 10 kat daha düşüktür.
• Yatırım Maliyeti: Bir güneş enerjisi santralinin nükleer enerji santrali ile aynı elektrik enerjisini üretmesi için 13.000 MW kurulu güce sahip olması gerekir. Böyle bir santralin yapımı 12 milyar Amerikan Doları maliyetinde olurken, aynı kapasiteye sahip olan ve yakın dönemlerde yapılan Amerika Birleşik Devletleri’nde bulunan Vogtle Nükleer Enerji Santrali’nin yapım maliyeti 25 milyon Amerikan Doları olmuştur.
• Yakıt: Güneş enerjisi santrallerinin yegane kaynağı güneş ışınlarıdır ve tamamen ücretsizdir ve yenilenebilirdir. Nükleer enerji santralleri ise yakıt olarak zenginleştirilmiş radyoaktif materyaller kullanır, bu materyallerin bulunması oldukça zordur ve yenilenebilir kaynaklı değildir.