Enerji Kaynakları

Enerji Kaynakları

gerek sanayileşme gerekse bireylerin daha iyi yaşam istekleri günümüzde enerji tüketimini önemli ölçüde arttırmaktadır. enerji ihtiyacının karşılanmasında kömür, petrol, doğalgaz gibi yakıtlar öncelikli olarak kullanılmaktadır. ancak bu yakıtların kullanımında karşımıza iki sorun çıkmaktadır. birinci sorun bu yakıtların yakın bir gelecekte tükenme olasılığı, diğeri ise sanayileşmenin belli yörelerde yoğunlaşması sonucu büyük oranda fosil yakıtların kullanımından kaynaklanan çevre kirliliğinin artmasıdır. fosil yakıtların yanması sonucu co2, nox ve sox emisyonları önemli değerlere ulaşmıştır. özellikle co2’in neden olduğu sera etkisi sonucu dünya sıcaklığındaki artışın önümüzdeki 40 yıl içinde 1.5°c ila 4.5°c arasında olacağı tahmin edilmektedir. ayrıca sox atmosferik olaylarla asit yağmuru olarak yeryüzüne geri dönerek ekolojik dengeleri tümüyle etkilemektedir.

dünya genelindeki bu iki soruna ek olarak ülkemiz için bir diğer sorunda enerji tüketiminin yaklaşık %60’nın yurtdışından karşılanmaktadır. enerji tasarrufu konusunda ciddi önlemler alınması halinde genel enerji talebinin %20-30 oranında düşürülmesi mümkün olabilecektir. ancak alınabilecek tüm önlemler artış eğilimini ancak frenliyebilecektir.

bu sorunların aşılması yeni enerji kaynaklarının araştırılmasını ve mümkün olan sektörde kullanımını gündeme getirmektedir. bu amaçla güneş, rüzgar, jeotermal, biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının değişik sektörlerde uygulanabilmesi için araştırmalar sürdürülmektedir.

Güneş Enerjisi
güneşin ışınım enerjisi, yer ve atmosfer sistemindeki fiziksel oluşumları etkileyen başlıca enerji kaynağıdır. dünyadan ortalama 1.496x108 km. uzaklıkta, 1.392x108 km. çapında ve 1.99x1030 kg. kütlesinde sıcak bir gaz küresi olan güneşin yüzey sıcaklığı yaklaşık 6.000 °k olup, iç bölgesindeki sıcaklığın 8x106 °k ile 40x106 °k arasında değiştiği tahmin edilmektedir.

sürekli bir füzyon reaktörü olan güneşin enerji kaynağı, hidrojenin helyuma dönüşmesi esnasında, saniyede 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşerek, yaklaşık 3.5x1026 değerindeki enerjinin ışınım şeklinde uzaya yayılmasıdır. güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır. güneşten gelen güç insanlığın yıllık ticari gereksiniminin 16.000 katından çoktur. dünyadaki tüm elektrik santrallerinin toplam gücü; güneşten gelen gücün 61.000'de birinden azdır. güneşten gelen güç dünyadaki tüm nükleer santrallerin ürettiği toplam gücün 527.000 katıdır.

güneş enerjisi geniş bir coğrafi dağılıma sahip bir enerji kaynağıdır. coğrafi olarak 36-42° kuzey enlemleri arasında bulunan türkiye, güneş kuşağı içindedir. şu an için güneş enerjisinin kullanımı oldukça azdır, ancak geleceğin dünyasının enerji gereksiniminin karşılanmasında, geleneksel enerji kaynaklarının yanında en önemli seçeneklerden biri olacağı düşünülmektedir.

Güneş Enerjisi Uygulama Alanları
başlıca güneş enerji sistemleri ve kullanımları farklı gelişme aşamalarında, çeşitli güneş enerjisi elde etme teknikleri mevcuttur. bunlardan bazıları, araştırmalarının ilk aşamalarında, bazıları ise daha ilerlemiş seviyelere ulaşmıştır. fakat henüz bitkiler üzerinde test edilmektedirler ve son olarak da bir grup, tam olarak gelişmiş bir seviyededir.

her teknolojinin kullanım ve uygulamalarına bağlı olarak avantaj ve dezavantajları vardır. güneş enerjisi sistemlerinin başlıca tipleri şunlardır :

a- termodinamik sistemler
b- fotovoltaik sistemler
a-termodinamik sistemler

1. pasif güneş sistemleri
- direk toplama
- termal depolama duvarı
- güneş uzayı (sun space)

2. aktif güneş sistemleri
- termal stasyoner (duragan) sistemler
- termal güneş tarayıcı sistemler

1.Pasif Günes Sistemleri
pasif güneş sistemleri, güneş enerjisi kullanımı için geliştirilen en eski sistemlerden biridir. başlıca, binaların ısıtma ve soğutması için dizayn ve mimarisinde kullanılmaktadır.

güneş mimarisinde, güneş enerjisi yoğunluk ve süresinin ısı, ışık ve sağlığa yararlı, istenilen etkilerini elde edebilmek, buna karşın yüksek sıcaklık, aşırı aydınlık ve kişilere ve malzemelere zarar verecek, istenmeyen etkilerinden ise korunulacak şekilde kontrol edilmesi ve kullanılması çok önemlidir. uygulama alanları arasında binaların kışın ısıtılmasını, yazın ise ısınmayı önleyecek koşulların sağlanmasını, seraların ısıtılmasını ve zirai ürünlerin kurutulmasını sayabiliriz.

Teknik Gereçler
güneş enerjisi binalarda, herhangi bir elektromekanik gereç kullanılmadan (normal olarak) ısıya dönüştürülür. ısı transferi ve sıcak akışkanın çevrimi doğal yolla olur. pasif güneş ısı sistemleri, pencereler gibi enerji kollektör elemanları veya bina duvarları gibi depolama elemanlarını da içermektedir.

Pasif Güneş Tekniklerinin Başlıcalar
direk toplayıcı bu sistemlerde, güneş enerjisi kuzey yarım küre için, güneye bakan yönde düşey bir pencere yardımıyla toplanır. gün boyunca gelen güneş enerjisi gece kullanılmak üzere, taban, tavan ve duvarlar gibi bina elemanları tarafından emilir.

Termal Depolama Duvarları (trombe house)
bu sistemlerde güneye bakan bir pencerenin arkasında, ısı kollektörü vazifesi gören bir duvar vardır. bu sistemlerin avantaji, içerisini ekstrem şartlardan izole etmesi, duvar arkasındaki odanın sıcaklık değişimlerinden etkilenmemesi, istenmeyen veya malzemelere zarar verebilecek direk ışıktan da korumasıdır. trombe wall, özellikle güneşli fakat soğuk kışların görüldüğü iklim kuşakları için çok uygundur.

Güneş Uzayı (Boşluğu)
bu sistem direk toplayan ve trombe wall sistemlerinin bir kombinasyonu gibidir. pencere ile güney yönündeki duvar arasında bir sera olusturulmuş şeklidir.

Gereken İklim Bilgileri
pasif güneş sistemlerini dizayn eden kişilerin, global güneş radyasyonu, uzun dalga terrestrial ve atmosferik radyasyon, güneşlenme süresi ve hareketli güneş datası (polar data) gibi bilgilere, sistemin optimizasyonunun ve performansının hesaplanabilmesi için gereksinimleri vardır. bunların yanında, sıcaklık, rüzgar yönü ve şiddeti, nem ve evaporasyonun da bilinmesini gerekmektedir.

2.Aktif Güneş Sistemleri
ısı, pek çok uygulama alanında, farklı sıcaklıklarda gereklidir ve faydalı enerji tiplerinin büyük bir bölümünü temsil eder. güneş radyasyonunu ısıya dönüştüren sistemler çok çeşitlidir. en basit güneş kollektörleri ile bir kaç yüz watt, güneş güç istasyonlarıyla birkaç yüz megawatt'a kadar enerji elde edilebilir. aktif sistemler, ısıtma, soğutma ve elektrik üretimi gibi amaçlarla kullanılabilir.aktif termal sistemler, stasyoner veya sun-tracking (güneş tarayıcı) sistemler olabilir.

Termal Stasyoner Sistemler
bu sistemlerde güneş enerjisi stasyoner bir toplayıcı (kollektör) ile toplanır, daha sonra ısıya dönüştürülerek bir akışkana transfer edilir. bunlar kollektör tiplerine göre sınıflandırılır.

flat-plate kollektör (düz plakalı kollektörler)
tubular kollektör (boru şeklindeki kollektörler)
concentrating kollektör
solar ponds (güneş havuzları)

B- Fotovoltaik Sistemler
bu sistemlerdeki voltaik toplayıcılarda, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürmek için cd s ya da silikon maddelerinden güneş pili imal edilir bu maddeler üzerine gelen güneş ışınları anında elektrik enerjisine dönüştürülerek kullanılır. bu sistemlerde güneş izleme düzeni ile her an mümkün olan en yüksek güneş enerjisinden yararlanılır. güneş izleme düzeni pahalı olduğundan bu tip toplayıcılardan, izleme düzeni olmadan da yararlanılmaktadır. yapay uyduların elektrik enerjisi fotovoltaik toplayıcılardan sağlanmaktadır. fotovoltaik toplayıcıların çok yüksek maliyeti kadar, sadece %10 mertebesinde verimli çalışmaları nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır. buna rağmen uydularda zorunlu olarak kullanılmakta ve radyo vs. gibi ev aletlerini çalıştırmaktadır.

Avantajları Ve Dezavantajları
güneş enerjisi temiz, yenilenebilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. güneş enerjisi ile çalışan sistemler, kolayca taşınıp kurulabilen gerektiğinde enerji ihtiyacına bağlı olarak basitçe değiştirilebilen sistemlerdir. düşük verimlidir (%15); başlangıç maliyeti çok yüksektir, piller gibi depolama malzemeleri için uygun değildir. tüketiciler için maliyeti yüksektir.

Ülkemizin Güneş Enerjisi Potansiyeli
ülkemiz güneş kuşağı adı verilen ve güneş enerjisince zengin bir bölgede yer almasına karşın güneş enerjisinden yeteri kadar faydalanılamamaktadır. ülkemizde ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat, yıllık güneş enerjisi ışınım şiddeti 1311 kwh/m² olarak belirlenmiştir.

bölgelerimize göre güneş enerjisi potansiyelinin dağılımını incelersek yıllık ortalama güneş ışınım şiddetinin güney doğu anadolu bölgesi’nde 1491.2 kwh/m²,
Akdeniz bölgesi’nde 1452.7 kwh/m², iç Anadolu bölgesi’nde 1432.6 kwh/m² ege bölgesi’nde 1406.6 kwh/m², doğu anadolu bölgesi’nde 1398.4 kwh/m²,
Marmara bölgesi’nde 1144.2 kwh/m² olduğu gözlenmektedir. yıllık ortalama güneş ışınım şiddetinin en düşük (1086.3 kwh/m²) olduğu bölgemiz ise
Karadeniz bölgesi’dir.

güneşlenme süreleri dikkate alındığında güney Anadolu bölgesi’nin yılda 3015.8 saat ile en zengin bölgemiz olduğu görülmektedir. akdeniz bölgesi’nde 2923.2 saat, ege bölgesi’nde 2726.1 saat, iç
Anadolu bölgesi’nde 2711.5 saat güneşlenme süresi görülürken, doğu anadolu bölgesi’nde 2692.5 saat , marmara bölgesi’nde 2525.7 saat,
Karadeniz bölgesi’nde ise 1965.9 saat olarak saptanmıştır.

Güneş Enerjisi Uygulamaları
güneş enerjisi uygulamalrını düşük sıcaklık (20-100°c), orta sıcaklık (100-300°c) ve yüksek sıcaklık (>300°c) olmak üzere üç grupta toplayabiliriz. en yaygın uygulamalardan bazıları tablo 1’de verilmektedir.

Düşük Sıcaklık Uygulamaları
Kullanım Sıcak Suyu Eldesi
konut ısıtılması-soğutulması
sera ısıtılması
tarım ürünlerinin kurutulması
yüzme havuzu ısıtılması
güneş ocakları ve fırınları
deniz suyundan tatlı su eldesi
tuz üretimi
sulama
toprak solarizasyonu

Orta Sıcaklık Uygulamaları
endüstriyel kullanım için buhar üretimi
büyük ısıtma - soğutma sistemleri

yüksek sıcaklık uygulamaları
güneş fırınları
ülkemizde güneş enerjisi uygulamaları

Güneş Mimarisi
ülkemizde 1995 yılında konut sektörü payı toplam tüketiminin %28’ini oluşturmuştur. önümüzdeki 20 yıl içinde konut sektöründe tahminlenen enerji tüketim miktarı ve toplam tüketim içindeki payları tablo 2’de görülmektedir.

2000 2005 2010 2020
tüketim (bintep) 22624 27726 33632 48061
% 31 30 27 21

konut sektörünün toplam tüketim içindeki payının 2020 yılına dek azaldığı ancak tüketimin 20 yıl içinde 22624 bintep’ten 48060 bintep’e yükseldiği görülmektedir. ısıtma amaçlı bu tüketimin ülke koşullarına ve binanın özelliklerine bağlı olarak önemli bir bölümünün güneş enerjisinden karşılanması mümkündür. bu konuda yapılacak çalışmaları mevcut binalarda ve güneş mimarisine uygun tasarımlardaki uygulamalar olarak iki grupta toplayabiliriz.

mevcut binalarda enerji tüketimi oldukça yüksektir. bina yönlendirilmesinin ve çevre yapıların uygun olması durumunda güneş enerjisi teknolojileri uygulanarak enerji tüketimleri azaltılabilir. çatı ve pencerelerin değiştirilmesi, bina kullanım fonksiyonlarının yeniden düzenlenmesi, ısıtma ve havalandırma sistemlerinin değiştirilmesi, bina cephelerinin onarılması, güneş enerjisi teknolojilerinin uygulanmasında önemlidir. havalı kollektörlerin kullanımı, güney cephede sera haline dönüştürülmüş balkonlar, kuzey cephede camlı geçiş galerileri, iyi tasarlanmış pencereler, ilave yalıtım gibi uygulamalar ile mevcut binalarda güneş enerjisi katkısı arttırılabilir. hollanda’da tilburg kentinde reiste hoeve apartmanında yakıt tüketimi %30 oranında azaltılmıştır. güneş enerjisi sistemlerinin bu azalmaya katkısı %64 oranında olmuştur.

güneş mimarisine uygun tasarımlarda bina ısıtılmasında aktif ve pasif ısıtma teknikleri uygulanmaktadır. aktif sistemlerde ısının yani güneş enerjisinin toplanması ve ısıtılacak hacimlere iletilmesi mekanik elemanlar yardımıyla gerçekleştirilir. güneş enerjisi toplayıcı devresindeki çalışma akışkanı yardımıyla ısı, depolama ünitesine ve ısıtılacak ortama aktarılır. çalışma akışkanı olarak kullanılan su veya havanın sistemde dolaşımı pompa, fan gibi cihazlar yardımıyla sağlanır. pasif ısıtma sisteminde ise güneş enerjisinin toplanması ve ısıtılacak ortama iletilmesinde mekanik elemanlar gerekli değildir. bu sistemde güneş enerjisinin toplanması için binanın güney cephesinde yeterli büyüklükte geçirgen yüzey ve ısının absorpsiyonu depolanması ve dağıtımı için de ısıl kütle kullanılır.

temel prensipleri verilen pasif ısıtma sistemlerini direkt kazanç indirekt kazanç ve ayrılmış kazanç olmak üzere üç grupta incelemek mümkündür. direkt kazanç yönteminde güneş enerjisi binamızın güney cephesine yerleştirilmiş cam alandan yaşam hacmine gelir. güney penceresi güneşin izlediği mevsimsel yörünge nedeniyle kışın maksimum güneş enerjisi girişini, yazın ise minimum güneş enerjisi geçişini sağlar. burada yaşam hacmi toplayıcı işlevini yerine getirir. gelen güneş enerjisinin bir kısmı hacmin ısıtılmasında kullanıllırken, kalanı da hacmi oluşturan elemanlar tarafından absorbe edilir. ülkemizde çeşitli ısıtma tekniklerinin uygulandığı araştırma amaçlı çalışmalar ege üniversitesi, maden tetkik araştırma enstitüsü, erciyes üniversitesi, ankara büyükşehir belediyesi, istanbul teknik üniversitesi, çukurova üniversitesi, orta doğu teknik üniversitesi tarafından gerçekleştirilmiştir.

Güneş Enerjisiyle Kurutma
türkiye’de sanayinin ulaştığı düzey sürekli artmasına karşın yaş ve kuru tarımsal ürünlerimizin ekonomi içindeki payı önemini korumaktadır. ülkemizde her çeşit sebze ve meyve yetiştirilmektedir. üretim döneminde taze olarak tüketilen bu ürünlerin, önemli bir bölümüde kurutulmaktadır. kurutma işlemi ile tüketim süresinin uzatılması mümkün olabilmektedir. hazır gıda üreten sanayinin gelişmesi ile kurutulmuş ürünlere talep her geçen gün artmaktadır. kurutulmuş ürünlerin eldesinde açık sergide doğal koşullarda kurutmada ürün kalitesi iklim koşullarına bağlı olmakta, toz, kuş, böcek gibi canlılar tarafından kirletilmesi hijyen sorununu gündeme getirmekte ve ürünlerimiz ekonomik değeri üretim aşamasında kaybetmektedir. suni kurutma ise enerji giderlerinin yüksek olması önermli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır.

tarımsal ürünlerin dış satımında karşılaşılan sorunların aşılması kurutma işleminin kapalı sistemlerde gerçekleştirilmesiyle mümkündür. yöresel koşullara uygun olarak tasarlanacak kurutucularda enerji kaynağı olarak güneş, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı mümkündür. ürün tipi ve yöre koşullarına uygun kurutucu modellerinin belirlenmesi konusunda üniversitelerimizde mevcut bilgi birikimi yeterli düzeydedir. sistemin uyglanmasını teşvik etmek üzere üreticilere teknik bilgilerin aktarılması yanında finansal destek sağlanması için gereken düzenlemeler ilgili kurumlarca gerçekleştirilmelidir.

Enerjili Sıcak Su Hazırlama Sistemleri
ticari olarak en uygun kullanımı olan güneş enerjisi uygulamalarından biri olan güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleri (sshs) kollektör, ısı transfer akışkanı, depo, bağlantı elemanları ve diğer yardımcı donanımlarda oluşur. tek veya iki depolama tanklı direkt / indirekt güneş enerjili sshsi geri boşaltmalı güneş enerjili sshs, çalışma akışkanı soğutkan olan sistemler, pasif faz değişimli sshs gibi tasarımlar geliştirilmiş uygulamaya alınmıştır.

ülkemizde güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleri ile ilgili olarak nisan 1994 tarihli ts 3680 numaralı güneş enerjisi toplayıcıları-düz ve aralık 1994 tarihli ts 3817 numaralı güneş enerjisi-su ısıtma sistemlerinin yapım tesis ve işletme kuralları isimli iki standart bulunmaktadır. ancak bu standartlara uyulması zorunlu olmadığından sektör olumsuz etkilenmektedir. güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde her geçen gün yeni teknolojiler uygulamaya alınmasına karşın ülkemizde bu gelişmeler yeterli düzeyde izlenememektedir.

güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde su kolaylıkla bulunabilmesi, ucuz olması ve özelliklerinin uygun olması nedeniyle en yaygın kullanılan ısı transfer akışkanıdır. ancak donma noktasının düşük olması önemli bir sorundur. bu sorun yeni sistem tasarımlar veya antifriz çözeltilerinin kullanımıyla aşılabilmektedir. propilen glikol-su, etlen glikol-su, etil alkol-su, silikon yağları, mineral yağları ülkemizde önerilen diğer çalışma akışkanlarıdır. güneş enerjisi uygulamaları için antifrogen n 52%, antifrogen l 52%, thermogen 1693 (tablo 3) geliştirilen çalışma akışkanlarıdır.

yoğunluk ( 20°c) 1,060-1,070 g/cm³
kinematik viskozite ( 20°c) 11-14 mm²/s
ph 8,5-9,5
özgül ısı ( 20°c)
(180°c) 2,1 kj/kgk
2,9 kj/kgk
genleşme katsayısı (20°c) 8.10-4 c-1
buhar basıncı ( 20°c)
(100°c)
(150°c) <0,1 mbar 1 mbar 10 mbar ısı iletkenlik katsayısı 0,16-0,17 w/mk kullanım aralığı (-10°c)-(+160°c)

Sonuç Ve Öneriler
ülkemiz güneş, rüzgar, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynakları bakımından oldukça zengin olmasına karşın bu kaynakların kullanım potansiyeli gerektirdiği ölçüde gerçekleşmemektedir. kullanımın yaygınlaştırılması için yapılması gerekli çalışmaları tanıtım ve eğitim etkinlikleriyle yasal düzenlemeler altında toplamak mümkündür