Güneşten nasıl enerji üretiliyor?

Güneş enerjisi; yenilenebilir enerji türleri arasında Türkiye'de ve dünyada popüler seçeneklerden biri. Sürekli gelişen teknoloji ve sağlanan teşviklerle son yıllarda pek çok alanda fosil yakıt kullanımına karşı tercih edilmekte.

Ülkemiz, iklim özellikleri ve coğrafi konumu itibariyle bu temiz enerji kaynağını kullanabilme konusunda dünya ortalamasına göre yüksek bir potansiyele sahip.

Güneşin diğer enerji türleri arasındaki konumu 

20.yüzyılda endüstrileşmenin etkisiyle artan enerji talebi, fosil yakıtların (petrol, doğalgaz, kömür) yüksek oranda kullanılmasına yol açtı. Enerji talebinin, kirlilik kontrolü yeterli şekilde yapılmadan fosil yakıtlardan karşılanması önemli miktarda hava ve çevre kirliliği problemlerinin oluşmasına sebep oldu.

Enerji talebinin yenilenebilir kaynaklarla (güneş, rüzgâr, jeotermal, hidroelektrik vb.) karşılanması, doğanın doğal dengesinin korunmasında ve çevre kirliliğinin önlenmesinde büyük katkılar sağlamakta.

Türkiye enerji ihtiyacında yüzde 74 oranında dışa bağımlı olup enerji talebinin ithalat yoluyla karşılanması cari açığa sebebiyet vermekte. Enerji talebinin yenilenebilir yöntemlerle karşılanması, doğanın dengesinin korunmasının ve çevresel sürdürülebilirliğin sağlanmasının yanı sıra ekonomik fayda da sağlamakta.

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında yer alan güneş enerjisi, birçok avantajı sebebiyle diğer yenilenebilir enerji türlerine göre öne çıkmaktadır. 

Güneş enerjisinin sağladığı faydalar

Süreklilik: Güneş enerjisi, dünyanın neredeyse her bölgesinde sürekli olarak elde edilebilen bir kaynak. Diğer yenilenebilir enerji kaynakları coğrafi ve iklimsel sınırlamalara tabi olabilirken, güneş enerjisinde bu sınırlamalar daha az görülmekte.

Düşük Bakım ve İşletme Maliyetleri: Diğer yenilenebilir enerji türlerine göre güneş enerjisi, daha yüksek ilk yatırım maliyetine ihtiyaç duymaktadır. Bunun sebebi geniş ölçekte arazi ihtiyacı ve kullanılan materyallerin üretim maliyetidir. Ancak türü fark etmeksizin tüm enerji tesisleri belirli periyotlarda bakım gerektirmekte. Güneş panellerinin bakım ve işletim maliyeti diğer enerji kaynaklarına göre çok daha düşük, ömrü ise çok daha uzundur.

Değişik Ölçekli Çalışabilme: Diğer tüm enerji türleri büyük ölçekli tesislere ihtiyaç duymaktayken güneş enerjisi ihtiyaca göre çok daha düşük ölçekli sistemler ile çalışabilmektedir. Örneğin ortalama bir insan eli büyüklüğünde bir güneş paneli, bir enerji depolama aracına entegre edildiğinde bir cep telefonunu şarj edebilir.

Yeterli büyüklükte bir alana kurulan güneş panelleri ise bir şehrin enerji ihtiyacını karşılayabilir. Bu kadar değişik ölçekli bir çalışma aralığı, diğer enerji türlerinde pek mümkün değil.

Güneşten nasıl enerji üretilir?

Güneş Panelleri ile Elektrik Üretimi: En sade haliyle güneşten elektrik enerjisi üretimi; güneşten gelen radyasyonun, yarı iletken özellik taşıyan bazı materyaller vasıtasıyla elektriğe dönüşümü olarak tanımlanabilir. Tanımda belirtilen radyasyonun elektriğe dönüştürüldüğü olaya “fotovoltaik etki”, bu dönüşümde kullanılan materyallere ise “fotovoltaik hücre” denilmektedir.

Fotovoltaik hücrelerin bir araya getirilmesiyle oluşturulan “fotovoltaik paneller” ise güneş panelleri olarak bilinmektedir.

Fotovoltaik etki; belirli malzemelerin güneş ışığını soğurarak elektrik akımına dönüştürdüğü fiziksel bir olaydır. Bu fiziksel olayda güneşten gelen ısı ve ışık, temel malzemesi silikon olan güneş hücreleri tarafından soğurulur. Bu esnada silikon hücrelerin içinde bulunan elektronlar, elde ettikleri ısı ve ışık enerjisi ile serbest hale gelerek hareket kazanır ve elektrik enerjisi meydana gelir. Elde edilen elektrik enerjisi, çeşitli şekillerde depolanarak kullanıma hazır hale getirilir.

Türkiye’nin güneş enerji potansiyeli

Ülkemiz, sahip olduğu fiziksel avantajlar sayesinde güneş enerjisi olarak dünya ortalamasının üzerinde bir potansiyele sahip.

Bir bölgenin veya ülkenin güneş enerji potansiyelini belirlemek için bazı parametreler bulunuyor. Bu parametreler ise şöyle: 

Güneşlenme Süresi: Ülkemizde yıllık ortalama güneşlenme süresi 2741 saat olup bu süre, günlük 7,5 saat güneşlenme süresi anlamına gelmekte. Bazı gelişmiş ülkeler ile kıyaslama yapıldığında yıllık ortalama güneşlenme süresi Almanya’da 1600, ABD’de 2500, Çin’de 2000, Japonya’da ise 1500 saattir.

Güneşlenme süresi, günün uzunluğu ile doğru orantılı olduğundan gündüzlerin uzun olduğu yaz aylarında güneşlenme süresi de artmaktadır. Ülkemizde ortalama güneşlenme süresinin en fazla olduğu ay ortalama 11,3 saat ile Temmuz, en az olduğu ay ise 3,75 saat ile Aralık ayıdır. Bu istatistik, yaz aylarında güneş enerjisinden daha fazla faydalanıldığı anlamına gelmekte.

Kullanılabilir Arazi Miktarı: Güneşlenme süresi, güneş enerji potansiyelini belirlemek için tek başına yeterli bir parametre değildir. Kullanılabilir arazi miktarı da en az güneşlenme süresi kadar önemli bir ölçüt olarak bilinmektedir. Bir güneş panelinin elektrik üretim kapasitesi panelin yüzey alanı ile doğru orantılı olduğundan, GES kurulumu için ne kadar büyük bir arazi ayrılırsa o kadar yüksek miktarda enerji elde edilmektedir. Bu da bölgelerin veya ülkelerin yüz ölçümünün, güneş enerji potansiyelini belirlemede önemli bir ölçüt olduğunu göstermektedir.

Yaklaşık 1.000 haneli küçük bir ilçenin elektrik ihtiyacını karşılayabilecek 1 MW kurulu güce sahip bir GES için yaklaşık 20.000 m2 büyüklüğünde bir alana ihtiyaç duyuluyor. Aynı güce sahip bir rüzgâr santrali kurulumu için 1.000 m2’den küçük bir alan yeterli olmakta. Bu nedenle güneşlenme süresi uzun olsa bile yüzölçümü küçük ülkelerin, arazi yetersizliği nedeniyle güneş enerji potansiyelini kullanabilme imkanları kısıtlı.

Güneş Işınlarının Dünyaya Geliş Açısı: Güneşten gelen radyasyonun seviyesi “ortalama ışıma şiddeti” olarak belirtilmektedir ve birim alan başına düşen radyasyon miktarı olarak tanımlanmaktadır. Güneş ışınının daha dik açıyla düştüğü noktalar, radyasyonun ve dolayısıyla ışıma şiddetinin daha yüksek olduğu bölgelerdir.

Ülkemizin Akdeniz ve Güneydoğu Anadolu bölgeleri, ekvatora daha yakın olmaları sebebiyle güneş ışınlarının en dik açıyla ulaştığı bölgeler. Karadeniz Bölgesi ise güneş ışınlarının en düşük açıyla ulaştığı bölge. Dolayısıyla Karadeniz Bölgesi, güneşten verimli şekilde enerji üretimi için elverişli olmayan bir bölge olarak görülmekte.

Arazi Eğimi: Başta dağlık alanlar olmak üzere eğimi yüksek bölgelerde hem güneşlenme süresi daha kısa sürebilmekte hem de panellerin kurulum ve işletim zorluğu artabilmektedir. Akdeniz Bölgesi; ülkemizde güneş ışığını en yoğun alan coğrafi bölgelerden olmasına karşın, dağlık alanları fazla olması sebebiyle GES kurulu gücü bakımından İç Anadolu ve Ege Bölgelerinin gerisinde kalmaktadır.

Sıcaklık: Güneş enerjisi; genel itibariyle güneşten gelen sıcaklığı kullanarak üretilen bir enerji türü olmasına karşın, aşırı sıcak hava şartları da güneş panellerinin verimini olumsuz etkileyebilmekte. Örneğin; güneş ışınlarını en yoğun alan şehirlerden biri olan Antalya ile karasal bir iklime sahip olan Kayseri güneş enerji potansiyeli olarak karşılaştırıldığında, Antalya’da kurulan bir güneş panelinin Kayseri’de kurulan bir panele göre daha fazla enerji üretmesi beklenebilir. Ancak, yaz aylarında güneş altında 50 C’nin üzerinde sıcaklıkların görülebildiği Antalya’da güneş panelleri olması gereken verimde çalışmayabilir. Bu yüzden Kayseri’de bulunan bir panel, hava durumuna da bağlı olarak Antalya’da bulunan bir panele göre daha fazla enerji üretebilmektedir.

Güneş enerji potansiyelini etkileyen tüm parametreler birlikte incelendiğinde Türkiye; güneşlenme süresi uzun, kullanılabilir arazi miktarı geniş, güneşten aldığı radyasyon miktarı dünya ortalamasının üzerinde, arazi eğimi çoğu bölgede uygun, sıcaklık ortalaması ise pek çok bölgede elverişli bir ülke olarak öne çıkmaktadır. Bu potansiyeli doğru bir şekilde kullanmanın hem çevresel hem de ekonomik olarak önemli faydalar sağlayacağı aşikar.

Türkiye'de güneş enerjisinin kullanımı

Güneş enerjisinde dünya ortalamasının üzerinde bir potansiyele sahip olan ülkemiz, son yıllarda pek çok atılım ve teşvik sağlayarak kurulu gücünü önemli ölçüde artırmıştır. Ancak, kurulu güçteki gözle görülür artışa rağmen Türkiye'nin potansiyelini kullanma konusunda yeterli seviyede olduğunu söyleyebilmek henüz mümkün değil.

Güneş kolektörleri, ülkemizin özellikle yoğun güneş alan veya doğalgaz tesisatı bulunmayan bölgelerinde yaygın olarak kullanılmakta. Kolektörler genelde bireysel amaçlı olarak sıcak su ve konut ısıtmalarında kullanılıyor.

Güneş enerjisi kömüre kıyasla daha çevreci ve zahmetsizdir. Bu sebeple güneş kolektörleri, özellikle doğalgaza erişimi bulunmayan kırsal bölgelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.