Güneşten dünyamıza gelen ışınlar, bitkiler tarafından fotosentez yapılarak besin üretmek için kullanılmaktadır. Bitkilerin ürettiği bu besinler de dünyadaki tüm canlıların gıda ihtiyacını karşılamaktadır. Dünyadaki tüm yaşam güneşin varlığına bağlıdır desek abartmış olmayız. Güneş bu enerjisi ile tüm canlılara yaşam sunmaktadır.
Güneş enerjisinin elektrik üretimindeki payı ise her geçen gün artmaktadır. Nüfusun ve sanayileşmenin giderek artması ile dünyanın daha fazla enerjiye ihtiyacı belirmiştir. Son yıllarda dünyamızı ısıtan bu yıldızın enerjisinden faydalanabilmek adına güneş enerjisi ile çalışan pek çok cihaz üretilmiş ve güneş paneli sistemleri geliştirilmiştir. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretme yöntemine solar panel sistemi veya güneş paneli sistemi adı verilmektedir.
Güneş enerjisinin nasıl oluştuğunu açıklayıp bu enerjiden nasıl elektrik enerjisi üretildiğini çok basit anlatımlarla sizlere aktaracağım. İyi okumalar.
Güneş enerjisi nasıl oluşur?
Güneş enerjisi yenilenebilir ve kirlenmeye sebebiyet vermeyen, tıpkı rüzgar enerjisi gibi temiz bir enerji kaynağıdır. Bu enerji, güneş çekirdeği içinde meydana gelen füzyon süreciyle ortaya çıkan ışınım enerjisidir.
Güneşte yüzde 90 oranında bulunan hidrojen çekirdekleri birleşerek daha ağır bir element olan helyum çekirdeklerine dönüşürler. Bu olay füzyon süreci olarak tanımlanmaktadır. Füzyon esnasında çok bir büyük enerji açığa çıkmaktadır.
Güneşin çekirdeğinde meydana gelen bu dönüşüm sırasındaki kütle kaybına karşılık, enerji açığa çıkar. Güneşin yüzey sıcaklığı 5500 °C, çekirdek sıcaklığı da 15,6 milyon °C’dir. Güneş tıpkı füzyon tepkime reaktörü gibi sürekli hidrojeni helyuma dönüştürüp durmaktadır.
Güneşteki tepkimeler sırasında saniyede 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşür. Güneşin milyonlarca yıl ışımaya devam edeceğini düşünürsek, gezegenimiz için neredeyse sonsuz bir enerji kaynağına sahip olduğumuzu söyleyebiliriz.
Güneş enerjisinin özellikleri nelerdir?
Dünyaya gelen güneş enerjisi, farklı dalga boylarına sahip ışınlardan meydana gelmektedir. Bu güneş ışınlarının dalga boyları, mor ötesi ile kızıl ötesi arasında değişmektedir.
Matematiksel ifade ile anlatırsak dünyaya gelen güneş ışınlarının dalga boyları 0.1-3 μm arasındadır. Bu solar ışınlar; %9’u mor ötesi ışın, %45’i görünür ışın (gözümüzle gördüğümüz) ve %46’sı kızıl ötesi ışından oluşmaktadır.
Geceleyin havanın soğuması bize gösterir ki güneş aynı zamanda yeryüzünün sıcaklığını arttırmaktadır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti ortalama 1370 W/m² değerindedir. Ancak yeryüzüne ulaşan miktarı atmosferden dolayı 0-1100 W/m2 değerleri arasında yer almaktadır. Deniz seviyesindeki en yüksek güneş enerjisi şiddeti 1020 W/m2‘dir. Ayrıca bu enerjinin 3 ila 9 kWh/m2 arasında değişen miktarı elektriğe çevrilebilmektedir.
Güneş enerjisi ile nasıl elektrik üretilir?
Güneş enerjisinden elektrik üretmenin temeli, güneşten dünyaya gelen fotonların güneş panelleri vasıtasıyla toplanması ve bu fotonların taşıdığı enerjinin, elektrik ve ısı enerjisine çevrilmesi prensibine dayanmaktadır.
Fotovoltaik (güneş pilleri) sistemler olarak adlandırılan güneşten elektrik üretmeye yarayan bu sistemler, güneşten gelen taneciklerden (foton) faydalanılarak elektrik üretimini gerçekleştirir. Fotonlar belirli bir enerjiyi üzerilerinde taşırlar. Taşınan bu enerji güneş panellerinde elektrik üretmek için kullanılır. Fotonların taşıdığı bu enerji paneller tarafından emilerek sistem içerisinde bulunan diğer elemanlara iletilir. En son aşamada ise günlük yaşamda kullandığımız elektrik enerjisi üretilmiş olur.
Gezegenimizde oksijenden sonra en fazla bulunan element olan silikon (silisyum) bir yarı iletkendir. Fotovoltaik (güneş pilleri) hücre üretimi sırasında p-tipi ve n-tipi silikon denen iki tabaka oluşturulur.
Güneş enerjisinden elektrik üretimini gösteren görsel
Güneş’ten dünyaya ulaşan fotonlar güneş hücresine çarptığında, p-tipi silikon katmanında bulunan elektronlar, enerjilerini artırarak bir üst enerji seviyesine çıkarlar. Böylece elektronlar yarı iletken malzemeden geçebilecekleri enerji seviyesine ulaşmış olurlar.
P-tipi silikon tabakasında bulunan elektronlar yarı iletken malzemeyi geçerek n-tipi silikon katmanına geçerler. İki katman arasına iletken bir malzeme yerleştirildiği taktirde elektronlar, p-tipi silikon tabakasında meydana gelen boşluklar nedeniyle buraya doğru hareket ederler. Böylece n-tipi katmandan p-tipi katmana doğru elektronlar akıp durur.
Güneşimizden gelen fotonlar hücreye çarptığı sürece elektron akışı devam eder. Böylece elektrik enerjisi elde edilmiş olur. N-tipi ve p-tipi arasındaki bağlantı, ara elemanlar ile şebekeye bağlandığında yani bir güneş enerji sistemi kurulduğunda, üretilen bu enerji şebekede elektrik olarak kullanılabilir.
Güneş enerjisi sistemleri kullanım alanları nelerdir? Güneş enerjisi nerelerde kullanılır?
- Sıcak su temin etmek. Pek çok kişi bu amaçla güneş enerjisinden faydalanmaktadır.
- Binaların ısıtılması ve soğutulması için,
- Buhar elde etmek amacıyla,
- Bitki, meyve, sebze vb. gıdaların kurutulması için,
- Elektrik üretimi
- Hidrojen üretimi,
- Deniz suyunu arıtmak, saf su ve tuz üretimi vb.
Güneş enerjisinin faydaları nelerdir? Neden güneş enerjisi kullanmalıyız?
- Bol ve tükenmeyen yenilenebilir enerji kaynağıdır. Temizdir.
- Çevreyi kirletici, duman, gaz, karbonmonoksit, kükürt ve radyasyon vb. atıkları bulunmamaktadır.
- Yerel uygulamalar için daha uygundur. Enerji gereksinimi olan her yerde kullanılabilir.
- Dışa bağımlı olmadığı için oluşabilecek ekonomik krizlerden bağımsızdır.
- İşletme giderleri son derece azdır.
Güneş enerjisinin dezavantajları nelerdir?
- Kesikli bir enerji kaynağıdır. Geceleri güneş enerjisinden yararlanılamaz. Kış aylarında güneş ışınımı az olduğu için istenilen düzeyde elektrik enerjisi üretilemez. Bu sebeple ısı depolaması yapılması gerekir ki bu da yüksek maliyetli ve sınırlıdır.
- Birçok güneş enerjisi sistemi yüksek ilk yatırım maliyetlerine ve uzun geri ödeme sürelerine sahiptir.
- Güneş ışığından uzun süre yararlanmak için çevrenin açık olması, gölgelenme olmaması gerekir.
- Güneş ışınımında fazla yararlanabilmek için geniş toplayıcı yüzeylere gereksinim vardır.
Güneş panellerinin nasıl çalıştığını anlatan aşağıdaki videoyu izlemeyi unutmayın.
İlginizi çekebilecek diğer konular