1970'lerdeki petrol krizinden sonra, fosil yakıtlara bir alternatif olarak yenilenebilir enerjilerin önemi anlaşılmış ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. Bu durum güneş, rüzgar ve jeotermal başta olmak üzere genel olarak yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretilmesinde önemli gelişmelerin yaşanmasına yol açmıştır. Yazımızın konusu güneş enerjisi olduğu için bu kısımda güneş enerjisindeki gelişmeleri anlatacağız.
Güneşin önemini anlayabilmek için asıl konumuza geçmeden önce bazı yenilenebilir enerji kaynaklarının ana kaynağının da güneş olduğundan bahsetmemiz gerekir. Bir örnekle konuyu açıklayacak olursak; rüzgar oluşumuna baktığımızda, deniz kıyılarında gündüz ısınan deniz suyunun karaya göre daha geç soğumasından dolayı kara yüksek basınç alanı haline gelir ve geceleri rüzgar karadan denize doğru eser. Bu da güneşin dolaylı yoldan rüzgar enerjisinin oluşmasına neden olduğunu göstermektedir.
Şimdi hazırsanız güneş enerjisinden yararlanma şekillerini anlatalım. Güneş enerjisinden en genel manada iki şekilde yararlanılmaktadır. Bunlardan birincisi güneşin ısısından yararlanılarak sıcak su elde edilmesidir. Bu konuyla ilgili detaylı bilgi almak için gün ısı sistemleri hakkındaki yazımızı inceleyebilirsiniz. Güneşten ikinci yararlanılma şekli ise fotovoltaik hücreler vasıtasıyla elektrik elde edilmesidir.
Peki güneş enerjisinden elektrik nasıl elde edilir? Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi fotovoltaik (PV) güneş pilleri aracılığıyla yapılır. PV hücrelerde güneşten gelen ışınların bir kısmı emilerek doğruda elektrik enerjisine dönüştürülür. Bununla birlikte, gelen ışınların bir kısmı da emilir veya yüzeye çarparak yansıma yapar. PV güneş pillerinin çalışma prensibi ile ilgili detaylı bilgi için fotovoltaik sistemler hakkındaki yazımızı okuyabilirsiniz.
Yüzeyden yansıyarak veya emilerek elektriğe dönüştürülemeyen güneş radyasyonu, güneş pillerinin sıcaklığını arttırır. Sıcaklığı artan fotovoltaik güneş pillerinin ise elektriksel verimi düşmeye başlar. Bu durumu engellemek için hücrelerin bir şekilde soğutulması gerekmektedir.
Aşırı ısınmadan kaynaklı PV panelin elektrik verim düşüşünü engellemek için bir akışkan vasıtası ile soğutma yapılabilecek şekilde fotovoltaik termal (PV/T) sistemler tasarlanmıştır. PV/T sistemlerde soğutucu akışkan vasıtasıyla hem fotovoltaik hücre soğutulmakta hem de kullanım amaçlı sıcak akışkan elde edilmektedir. Kısaca tek güneş kolektöründen hem elektriksel hem de termal çıktı elde edilebilmektedir. PV/T tasarımlarında soğutucu akışkan alarak en yaygın su ve hava kullanılmaktadır. Bununla birlikte son çalışmalarda faz değiştiren (FDM) malzemeler de hücre soğutmasında kullanılmaya başlamıştır.
Sulu PV/T panellerde elektrik ve günlük kullanım amaçlı sıcak su elde edilmektedir. Havalı PV/T panellerde ise elektrik ve sıcak hava elde edilmektedir, elde edilen sıcak hava ise meyve kurutma ve sera iklimlendirmesi gibi uygulamalarda kullanılabilmektedir.
PV/T paneller üstten alta doğru aşağıda ki sıralamaya göre üretilir;
- Koruyucu cam
- PV modül
- Absorber tabaka
- Akışkanın geçtiği boru veya kanal tabakası
- Yalıtım
- Arka tabaka
Yukarda ki resimde tipik bir PV/T panelin gösterimi yapılmıştır. Burada ısı değiştiricisi olarak kullanılan boruların malzemelerin ısı geçirgenlik katsayısının yüksek olması gerekmektedir. Bu yüzden bakır gibi ısı geçirgenliği yüksek malzemeler kullanılmaktadır. Bu durum da maliyetin artmasına sebep olmaktadır.
Günümüzde PV/T sistemler araştırma ve geliştirme aşamasında olduğu için henüz günlük hayatta
kullanılacak şekilde yaygınlaşmamıştır.AR-GE çalışmaları belirli bir seviyeye ulaşıp uygun maliyetlerde seri üretimleri yapılmaya
başlandığında hiç şüphesiz yaygın bir şekilde kullanılacaklardır. Bu konudaki yoğun çalışmalara ve gelişmelere bakıldığında PV/T güneş panellerinin binaları süsleyeceği günler pek de uzak görünmüyor.
