Güneş Enerjisi Nedir?

Güneş enerjisi, ısı üretebilen, kimyasal reaksiyonlara neden olabilen veya elektrik üretebilen Güneş’ten gelen radyasyondur. Dünya üzerindeki toplam güneş enerjisi miktarı, dünyanın mevcut ve beklenen enerji gereksinimlerinin çok üzerindedir. Kısacası uygun şekilde kullanılırsa, gelecekteki tüm enerji ihtiyaçlarını karşılama potansiyeline sahiptir. 21. yüzyılda güneş enerjisinin, sonlu fosil yakıtlar olan kömür, petrol ve doğal gazın tam tersine, tükenmeyen arzı ve kirletici olmayan karakteri nedeniyle yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak giderek daha çekici hale gelmesi bekleniyor.

Güneş son derece güçlü bir enerji kaynağıdır ve güneş ışığı, Dünya tarafından alınan en büyük enerji kaynağıdır ancak Dünya yüzeyindeki yoğunluğu aslında oldukça düşüktür. Bu durum, Güneş’ten gelen radyasyonun muazzam radyal yayılımından kaynaklanmaktadır. Nispeten küçük bir ek kayıp, gelen güneş ışığının yüzde 54’ünü emen veya dağıtan Dünya’nın atmosferi ve bulutlarından kaynaklanmaktadır. Yere ulaşan güneş ışığı yaklaşık yüzde 50 görünür ışık, yüzde 45 kızılötesi radyasyon ve daha az miktarda ultraviyole ve diğer elektromanyetik radyasyon biçimlerinden oluşmaktadır.

Güneş enerjisi potansiyeli muazzamdır çünkü dünyanın toplam günlük elektrik üretim kapasitesinin yaklaşık 200.000 katı her gün Dünya tarafından güneş enerjisi şeklinde alınır. Ne yazık ki, güneş enerjisinin kendisi ücretsiz olsa da, toplanması, dönüştürülmesi ve depolanmasının yüksek maliyeti, birçok yerde kullanımını hala sınırlandırmaktadır. Güneşin radyasyonu, termal enerjiye (ısı) veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir ancak birincisini gerçekleştirmek bizim için şuan da daha kolaydır.

Termal Enerji

Güneş enerjisini yakalamak ve termal enerjiye dönüştürmek için kullanılan en yaygın cihazlar arasında, güneş enerjisiyle ısıtma uygulamaları için kullanılan düz plakalı kollektörler yer almaktadır. Dünya yüzeyindeki güneş radyasyonunun yoğunluğu çok düşük olduğundan, bu toplayıcıların alan olarak büyük olması gerekir. Örneğin, dünyanın ılıman bölgelerinin güneşli bölgelerinde bile, bir toplayıcının bir kişinin enerji ihtiyaçlarını karşılamaya yetecek kadar enerjiyi toplamak için yaklaşık 40 metrekare (430 fit kare) bir yüzey alanına sahip olması gerekir.

En yaygın olarak kullanılan düz plaka kollektörler, üzerine düşen güneş ışığı ile ısıtılan bir veya iki cam levha ile kaplanmış kararmış bir metal plakadan oluşur. Bu ısı daha sonra plakanın arkasından akan taşıyıcı sıvılar olarak adlandırılan havaya veya suya aktarılır. Isı doğrudan kullanılabilir veya depolama için başka bir ortama aktarılabilir. Düz plakalı kollektörler genellikle güneş enerjili su ısıtıcıları ve ev ısıtması için kullanılır. Gece veya bulutlu günlerde kullanılmak üzere ısının depolanması, genellikle güneşli dönemlerde ısıtılan suyu depolamak için yalıtılmış tanklar kullanılarak gerçekleştirilir. Böyle bir sistem, bir eve, depolama tankından çekilen sıcak su sağlayabilir veya ısıtılmış su, zemin ve tavanlardaki borulardan akar ve alan ısıtması sağlayabilir. Düz plaka toplayıcılar tipik olarak taşıyıcı sıvıları 66 ila 93 °C (150 ila 200 °F) arasında değişen sıcaklıklara ısıtır. Bu tür kollektörlerin verimliliği (yani alınan enerjinin kullanılabilir enerjiye dönüşme oranı), kollektörün tasarımına bağlı olarak yüzde 20 ila 80 arasında değişmektedir.

Termal enerji dönüşümünün başka bir yöntemi, güneş enerjisini toplamak ve depolamak için tasarlanmış tuzlu su kütleleri olan güneş havuzlarında bulunur. Bu tür havuzlardan çıkarılan ısı, kimyasalların, gıdaların, tekstillerin ve diğer endüstriyel ürünlerin üretilmesini sağlamaktadır. Ayrıca seraları, yüzme havuzlarını ve hayvancılık binalarını ısıtmak için kullanılabilir. Güneş havuzları, özellikle uzak yerlerde faydalı olan, nispeten verimli ve ekonomik bir güneş enerjisi dönüşüm aracı olan organik rankine çevrimli motor kullanılarak elektrik üretmek için kullanılır. Güneş havuzlarının kurulumu ve bakımı oldukça pahalıdır ve genellikle sıcak kırsal alanlarla sınırlıdır.

Daha küçük ölçekte, Güneş’in enerjisi, özel olarak tasarlanmış güneş fırınlarında yemek pişirmek için de kullanılabilir. Güneş fırınları tipik olarak güneş ışığını geniş bir alandan, siyah yüzeyli bir kabın güneş ışığını ısıya dönüştürdüğü merkezi bir noktaya yoğunlaştırır. Fırınlar tipik olarak portatiftir ve başka yakıt girdisi gerektirmez.

Elektrik Üretimi

Güneş radyasyonu, güneş pilleri (fotovoltaik hücreler) tarafından doğrudan elektriğe dönüştürülebilir. Bu tür hücrelerde, ışık bir metal ile bir yarı iletken (silikon gibi) arasındaki bağlantı noktasına veya iki farklı yarı iletken arasındaki bağlantıya çarptığında küçük bir elektrik voltajı üretilir. Tek bir fotovoltaik hücre tarafından üretilen güç tipik olarak sadece iki watt’tır. Bununla birlikte, güneş paneli dizilerinde olduğu gibi, çok sayıda bireysel hücreyi birbirine bağlayarak, bir güneş enerjisi santralinde veya büyük bir ev dizisinde yüzlerce hatta binlerce kilovat elektrik gücü üretilebilir. Günümüz fotovoltaik hücrelerinin çoğunun enerji verimliliği sadece yüzde 15 ila 20’dir.

Güneş ışığı veya yapay ışıkla çalışan küçük fotovoltaik hücreler, örneğin hesap makineleri ve saatler için güç kaynakları olarak düşük güçlü uygulamalarda büyük kullanım alanı bulmuştur. Uzak bölgelerdeki su pompalarına ve iletişim sistemlerine ve hava durumu ve iletişim uydularına güç sağlamak için daha büyük birimler kullanılmıştır. Klasik kristal silikon paneller ve binaya entegre fotovoltaikler de dahil olmak üzere ince film güneş pilleri kullanan gelişen teknolojiler, ev sahipleri ve işletmeler tarafından konvansiyonel elektrik arzını değiştirmek veya güçlendirmek için çatılarına kurulabilir.

Konsantre güneş enerjisi santralleri, geniş bir alandan alınan güneş ışığını küçük, karartılmış bir alıcıya yoğunlaştırmak için yoğunlaştırıcı veya odaklayıcı toplayıcılar kullanır. Böylece yüksek sıcaklıklar üretmek için ışığın yoğunluğunu önemli ölçüde artırır. Dikkatlice hizalanmış aynalar veya lens dizileri, bir hedefi 2.000 °C (3.600 °F) veya daha yüksek sıcaklıklara ısıtmak için yeterli güneş ışığına odaklayabilir. Bu ısı daha sonra bir buhar türbini elektrik jeneratörü elektrik santrali için buhar üreten bir kazanı çalıştırmak için kullanılabilir. Doğrudan buhar üretmek için, hareketli aynalar, içinden suyun dolaştırıldığı ve böylece ısıtıldığı kararmış borular üzerinde büyük miktarda güneş radyasyonu konsantre edecek şekilde düzenlenebilmektedir.

Güneş enerjisi de yukarıda açıklamış olduğumuz amaçlar dışında küçük ölçekte kullanılmaktadır. Örneğin bazı ülkelerde, deniz suyundan buharlaşma yoluyla tuz üretmek için güneş enerjisi kullanılmaktadır. Benzer şekilde, güneş enerjisiyle çalışan tuzdan arındırma üniteleri, tuzdan arındırma sürecini yönlendirmek için güneş enerjisini doğrudan veya dolaylı olarak ısıya dönüştürerek tuzlu suyu içme suyuna aktif olarak dönüştürmektedir.