GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ (FOTOVOLTAİK PİL) İBRAHİM TOPAL MEHMET ESEN İSMAİL GEYİK YRD. DOÇ. DR. ADNAN TOPUZ

GÜNEŞ ENERJİSİ Günümüzün vazgeçilmez tüketim araçlarından biri de enerjidir. Enerjinin temiz, verimli ve ekonomik kullanımı, ülkelerin gelişmişlik düzeylerinin en önde gelen ölçütü olarak değerlendirilmektedir. Bugün dünyanın ticari enerji talebi, fosil yakıtlardan, nükleer ve hidrolik enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Fosil yakıtların yakın bir gelecekte tükenme olasılığı ve kullanımından kaynaklanan çevre kirliliğinin artması önemli sorunlardır. Bu olumsuzlukların yanı sıra enerji tüketimi durmadan artmakta ve gelecekte de daha büyük bir ivmeyle artacağı görülmektedir. Enerjinin böylesine bir trend izlemesi, alternatif enerji kaynaklarına yönelişi kaçınılmaz kılmaktadır.

FOTOVOLTAİK NEDİR ? Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak ortalama % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel yada seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri yada paralel bağlanarak bir kaç Watt’tan megaWatt’lara kadar sistem oluşturulur. Fotovoltaik piller ilk olarak 1839 yılında Fransız fizikçi Edmond Becquerel tarafından bulunmuştur.

Fotovoltaik (PV) teknolojilerin tarihsel gelişimi 1946’da Russell Ohl, modern PV hücresi patentini aldı. 1954’de Bell Laboratuarlarında, %6 verimli silisyum PV hücreler oluşturuldu. 1957’de Hoffman Elektronik, % 8 verimli silisyum PV hücreler geliştirdi. 1958’de Hoffman Elektronik, % 9 verimli silisyum PV hücreler geliştirdi. Aynı yılda Vanguard I isimli uzay aracında ilk defa PV hücreler kullanıldı. Bu hücreler, 100 cm2 ye 0.1W güç üretiyorlardı. 1960’da Hoffman Elektronik, % 14 verimli silisyum PV hücreler geliştirdi. 1970’de Zhores Alferov, GaAs hetero-eklem PV hücrelerini oluşturdu. 1988’de Applied Solar Energy Corp., %17 verimli iki-eklemli PV hücrelerin seri üretimine geçti. 1989’da Applied Solar Energy Corp., %19 verimli iki-eklemli PV hücreler geliştirdi. 1970’lerin sonunda Petrol krizi ile, Alternatif enerji kaynakları arayışı başladı. PV hücrelere ilgi arttı. PV hücrelerin AR-GE ve üretimi hızlandı. 1985’de New South Wales Üniversitesinde, % 20 verimli silisyum PV hücreler geliştirildi

2006’da Spectrolab, %40 verimli üç-eklemli PV hücreler geliştirdi. 2008’de NREL, %40.8 verimli üç-eklemli PV hücre geliştirerek, dünya rekoruna imza attı. 2009’da Spectrolab, %41.6 verimli üç-eklemli PV hücre geliştirerek, rekorun yeniden sahibi oldu. PV Sistemlerinin Avantajlar 􀂋Enerji arz güvenliği (yerli kaynak) 􀂋Bedava yakıt 􀂋Hareketli parça yok, bozulma –tamir az 􀂋Minimum bakım maliyeti 􀂋Kolayca kurulum, modüler sistem 􀂋Gürültüsüz çalışma 􀂋Zararsız emisyon, atık yok

PV Sistemlerinin Dezavantajları 􀂋İleri teknoloji, 􀂋Yüksek Yatırım, iş istihdamı 􀂋Pahalı olması, son yıllarda kullanımının artması ile fiyatları düşme trendinde olması

FOTOVOLTAİK HÜCRE YAPILARI Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar. Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Kristal Silisyum :Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modüllerde ise %15′in üzerinde verim elde edilmektedir. .Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir.

Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çok kristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde %16, ticari tip modüllerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir. Bir Fotovoltaik Sistem Nasıl Çalışır? Basitçe PV sistemleri de diğer elektrik üretim sistemlerine benzer olarak çalışır. Sadece kullandıkları ekipmanlar değişiktir. Sistemin operasyonel ve fonksiyonel ihtiyaçlarına bağlı olarak DC-AC inverter, Akü, Şarj kontrol ünitesi, yedek güç kaynağı ve sistem kontrolörü gibi ekipmanlara ihtiyaç duyulabilir.

Şekil’den görülebileceği gibi PV dizisi tarafından üretilen DC gerilim bir adet şarj kontrolünden geçirildikten sonra akü grubuna yollanır burada depolanan enerji ışınımın az olduğu saatlerde sisteme gerekli enerjiyi sağlar. Akü grubundan çıkan DC gerilim bir adet inverter yardımıyla AC gerilime dönüştürülerek evlerimizde kullanabileceğimiz şekle dönüştürülür.

Panel tiplerine göre panel verim ve gücü

Fotovoltaik Güç Ünitelerinin Dünyada Kullanımı Bugün kullanımı dünyada en hızlı artan endüstri FOTOVOLTAİK(PV) endüstrisidir ve söz konusu endüstriyi kullanan ülkelerin, başta Almanya olmak üzere, güneş ışınım potansiyelleri Türkiye ile kıyaslanamayacak kadar düşüktür. PV sistemlerin ağırlıkta kullanıldığı güneş enerjisi uygulamaları ile ilgili Avrupa Birliği Parlamentosu tarafından yayınlanan Güneş enerjisiyle üretim raporunda, 2020 yılında güneş enerjisiyle üretilen elektriğin dünyada; •1 milyar insana ulaşacağı, •2.2 milyon insana bu alanda iş açılacağı, •CO2gazıemisyonunun yılda 169 milyon-ton azalacağı bildirilmektedir.

Avrupa şehirlerinin, güneşten yıllık yararlanma derecesi   Lizbon Portekiz 1,860 h Roma İtalya 1,687 h Istanbul Türkiye 1,454 h Cenevre İsviçre 1,394 h Paris Fransa 1,265 h Varşova Polonya 1,159 h Berlin Almanya 1,146 h Stockholm İsveç 1,137 h Londra Büyük Britanya 1,131 h Brüksel Belçika 1,084 h Oslo Norveç 1,015 h

Güneş Enerjisinden En Çok Faydalanan Ülkeler TÜRKİYE’NİN GÜNEŞ ENERJİ POTANSİYELİ 􀂋Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. 􀂋EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7.2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m²-yıl (günlük toplam 3.6 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Güneş Enerjisinden En Çok Faydalanan Ülkeler Solar piller henüz %50’nin altında bir oranda enerji verimliliğine sahip olsa da dünyada güneş enerjisine ciddi yatırımlar yapılıyor. Ülkemizdeyse yenilenebilir enerji kaynakları konusunda çok fazla konuşulmasına karşın çok az icraat hayata geçiriliyor. Güneş enerjisinden elektrik üretimi konusunda Avrupa ülkelerinin en geri kalmış isimlerinden olan ülkemizde, 2012 itibariyle solar panellerden üretilen elektrik sadece 7 megawatt. Buna karşın su ısıtmada güneş enerjisinden faydalanma oranının en yüksek olduğu ülkelerin başında ise Türkiye geliyor.

Peki dünyada güneş enerjisinden faydalanma oranının en yüksek olduğu ülkeler hangileri? Bu konuda Avrupa’da ciddi yatırımlar yapılıyor. Çin,ABD gibi sanayisi çok gelişmiş ülkelerde ise tahminlerin çok gerisinde rakamlar mevcut. İngiltere: 1.000 MW

Çek Cumhuriyeti: 1.963 MW

Fransa: 2831 MW

Çin: 3.100 MW

Japonya: 4.700 MW

İtalya: 12.750 MW

Almanya: 24.800 MW

Türkiye’de Güneş Enerjisinin Bölgesel Dağılımı

GES MEVZUATINDA GELİŞMELER 5346 sayılı Yenilenebilir Enerji Kanunu'nun 6/c Maddesinde 29.12.2010 tarihinde yapılan değişiklikle 600 MW'a kadar GES (Güneş enerjisine dayalı Elektrik üretim Santrali) kurulmasının önü açılmıştır. Konuyla ilgili tamamlayıcı mevzuat da aşağıdaki şekilde tekemmül etmiştir: 1. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı GES Yönetmeliği yayınlandım (19.06.2011) 2. EPDK’nın Ölçüm Standartları Tebliği yayınlandı (22.02.2012) 3. TEİAŞ’ın GES Yarışma Yönetmeliği yayınlandı (29.05.2012) 4. EPDK’nın, Lisans Başvurularının alınma tarihinin 10-14 Haziran 2013 olarak tespit edildiği, GES tesisi kurulacak sahalara ilişkin kriterlerin ve başvuru dosyası içeriğinin belirlendiği 24.05.2012 tarih ve 3842 sayılı Kurul Kararı yayınlandı (14.06.2012) 5. Meteoroloji Genel Müdürlüğü tarafından ölçüm tesislerinin standartları ve uygulamaya dair detaylarını belirleyen Yönerge yayınlandı (10 .07.2012) 6. Son olarak, Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığınca, tarım arazilerinde GES tesisi kurulması ile ilgili uygulama kriterleri belirlenerek 10.07.2012 tarihinde İl Müdürlüklerine sirküle edildi.

Baymak Güneş Enerjisinden Elektrik Üretimini Evlere Taşıyor Türkiye’de yenilenebilir enerji her geçen gün daha fazla kullanılmaya başlarken, Baymak Türkiye’de ilk defa yaygın bayi ağıyla evlere, okullara, iş yerlerine, fabrikalara güneş enerji sistemleri kurmaya başlıyor. Baymak A.Ş Genel Müdürü Ender Çolak, yasal düzenlemelerin tamamlandığını ve Türkiye’de artık her ev için lisans gerekmeksizin kendi elektriğini üretmesinin, kullanım fazlasının ise şebekeye satmasının önünde bir engel kalmadığını belirtti. Çolak Baymak’ın Türkiye’de bir ilke imza atarak güneş enerjisini Türkiye’de her kesimin kullanımına sunduğunu, bu amaçla da 1,23 kW’den başlayan ve değişik kapasitelerde hazırlanan paket güneş enerji sistemlerinin satışına başlandığını belirtti.

Biyo-Fotovoltaik Enerji Üreten Yosun Masa Okuma lambanızın yada dizüstü bilgisayarınızın enerji ihtiyacını bitkilerden karşıladığınızı hayal edin. Yakın gelecekteki alternatif enerji kaynaklarına ışık tutan konsept çalışma "Moss Table" yosunların fotosentezinden elektrik üretiyor.  Biyo-fotovoltaik(BPV) teknolojinin fotosentez sürecine uygulanması ile elde edilen enerjinin biyo-elektrokimyasal cihazlar tarafından elektriğe dönüştürülmesi işlemi henüz emekleme aşamasında olsa bile umut vaat ediyor. 

Türkiye’nin İlk Orta Gerilim Güneş Enerji Projesi Bursa' da Yapıldı. Ağustos ayında Gürsu Belediyesi tarafından ihalesi yapılan proje Bursa Eskişehir Bilecik Kalkınma Ajansı (BEBKA) tarafından desteklenmekte olup, yenilenebilir enerji alanında devlet destekli en büyük kamu projesi olma özelliğini taşımaktadır. Arazi üzerine kurulan 96 kWp kurulu güce sahip olan sistemin ürettiği elektriğin tümünü dağıtım şirketi UEDAŞ’a vererek Gürsu Belediye Binası’nın elektrik faturasını sıfırlaması hedeflenmektedir.

2013 GÜNEŞ YILI OLACAK!!! TÜRKİYE yenilenebilir enerji yatırımlarında hayli yol aldı. Hidroelektrik santrallerindeki (HES) tecrübemiz malum. Son yıllarda rüzgar enerjisi santralleri (RES) için de ciddi hamlelere tanık oluyoruz. Gerçi bu alanda çok fazla lisans olması biraz karmaşa yaratmış gibi...  Güneş enerjisi de sık sık gündeme geliyor. Ancak bu alanda şimdiye kadar neredeyse hiç somut adım atılmadı. Henüz bir güneş enerjisi santralimiz (GES) bile yok. Santral kapsamında değerlendirilmeyen ve lisanssız üretim için izin verilen güneş enerjisi uygulamalarında maksimum kapasite 500 kW (kilovatsaat) olabiliyor.  Oysa ülkemizin sahip olduğu iklim şartları güneş enerjisi için çok uygun. Türkiye Elektrik İletim A.Ş’nin (TEİAŞ) hesabına göre, güneş enerjisinden yılda 380 milyar kWh elektrik üretebilecek potansiyele sahibiz. Türkiye’nin geçen yılki elektrik tüketiminin 229 milyar kWh olduğu göz önüne alınırsa bu potansiyelin ne kadar yüksek olduğu daha iyi anlaşılacaktır. Öyle ki sadece Tuz Gölü’nün üzeri tamamen güneş panelleriyle kaplansa, başka hiçbir yatırıma ihtiyaç duymadan Türkiye’nin elektrik ihtiyacı karşılanabiliyor. 

Fotovoltaik Hakkında Sıkça Sorulan Sorular S:Güneş enerjisinden elektrik üretimi ekonomik bir yöntem mi? C:Sistemin ekonomik olması için şebekeye en az 700m uzaklıkta olması gerekir, bu şekilde şebeke elektriği için gerekli olan trafo, direk ve kablo masrafları önlenmiş olur. Tarla sulaması için veya telefon şebekeleri için uygun çözümlerdir. S:İdeal çatı eğimi nedir? C:Fotovoltaik panelin yerleştirmesi için Türkiye'de yaz ayları için ideal açı 30o, bahar ayları için 45o'dir. Yanlış konumlandırılmış açı durumundan %2'lik bir elektrik üretim kaybı yaşanır.

  S:Güneşten elektrik üretmek için fotovoltaik sistem kurmak istiyorum, ne kadar sürede kendini amorti eder? C:Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı fotovoltaik sistemlerin yaygınlaşması için 20 yıl boyunca 28 eurocent/kWh alım tasarısı üzerinde çalışmaktadır. TEDAŞ'ın evlere 10 eurocent/kWh gibi bir değere sattığı düşünülürse iyi bir fiyat sayılabilir ama fotovoltaik panel ve ekipmanlarının fiyatı düşünüldüğünde uygun olmayabilir.  Günümüzde fotovoltaik paneller 4 $/W gibi bir değere satılmaktadır, 5kW'lık bir sistem kurmak için sırf paneller için 20.000 $'ı gözden çıkarmak gerekir. Tabi bu sistemler doğru akım üretiyor (DC) biz ise alternatif akım (AC) kullanıyoruz ve bu yüzden DC/AC dönüştürücü gerekmekte. Güvenlik ekipmanları, fotovoltaik akü (12v 250 Ampersaat (AHr) akü 2,5kW güç sağlarken 800$ maliyet getirmekedir) ve gece dönüşümü için 3,1kW bir besleme sistemi 12 saat boyunca güvenli bir şekilde enerji sağlamasına karşın maliyeti 18.000 $ civarıdır.  Anlaşıldığı üzere kurulacak olan sisteme göre maliyetler de artmaktadır. Kısaca, kuracağınız 5kW fotovoltaik panelin maliyeti 20.000$ (38 m2 yer işgal edecektir) ve yılık 7.410 kWh enerji üretecektir, 25 kullanacağınız düşünülürse 185.250 kWh enerji üretirsiniz. TEDAŞ'tan elektriği 0,13 dolarcent/kWh aldığınız düşünülürse 185.250 kWh'in maliyeti 24.000 $'dır, biz panelleri 20.000 $'a kurmuştuk, fazladan üretimiz elektriği de şebekeye 0,28 eurocent'en satacağımız düşünülürse uzun vadede hem çevre dostu hem karlı bir iş olacaktır.

BİZİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER.