Fotovoltaik Prensibiyle Gunes Enerjisinden Elektrik

8/2/2019 Fotovoltaik Prensibiyle Gunes Enerjisinden Elektrik

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-prensibiyle-gunes-enerjisinden-elektrik 1/8

VII. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, UTES’2008 17-19 Aralık 2008, İstanbul

415

FOTOVOLTAK PRENSBYLE GÜNE ENERJSNDENELEKTRK

ÜRETM

Niyazi DEMIRCAN1, Zehra ALAKAVUK2

Akdeniz Üniversi tesi , Mühendisl ik Fakül tesi ,Çevre Mühendisl i i Bölümü, Arapsuyu-ANTALYA

[email protected]. t r ; [email protected] ; [email protected]

ÖZET

Dünyada büyük ölçüde fosil yak ıtlar ın kullanılıyor olması, çevre sorunlar ını önemli ölçüdeartırmıtır. Günümüzde fosil yak ıtlar denildiinde ak ıllara fosil yak ıtlardan kaynaklanan havakirlilii ile beraber, fosil yak ıtlar ın tükenmekte olması, artan enerji ihtiyacı ve bunun çevreaçısından daha büyük sorunlar yaratabilecek olma tehdidi, bizi yenilenebilir enerjikaynaklar ını kullanmaya yönlendirmektedir. Ancak yenilenebilir enerji kaynaklar ının

kullanımında kar ılaılan bazı teknik sorunlar ın çözümlenebilmesi için zamana ihtiyaç vardır ve bu da söz konusu geçiin k ısa bir sürede olamayacaını göstermektedir. Türkiye’nin,günelenme süresi açısından avantajlı durumda oluu göz önüne alındıında, güne enerjisininkullanım alanı daha da arttır ılmalıdır. Isısal güne enerjisinin kullanımı açısından ülkemizdünya dördüncüsü durumundadır. Ancak elektrik enerjisi üretim ve kullanımı amaçlı fotovoltaik pillerin imalatı ve yaygınlatır ılması açısından bak ıldıında aılması gereken mali

ve teknolojik engeller bulunmaktadır.Anahtar Kelimeler : Güne Enerjisi, Fotovoltaikler, Türkiye’nin günelenme süresi

ABSTRACT

Usage of large scale non-renewable energy sources increases vital environmental affairs inthe world. Today great changes have taken place in people’s mind about threat of non-renewable energies. Not only about environmental threats like air pollution makes peopleanxious now. Limited amounts of non-renewable energy sourses are incoming threats for the

world by increasing energy demand. Therefore tending renewable energy sources which have

few environmental effects are more advantageous in all respects. Turkey is the third commonuser of termal solar energy of the world. But there are some financial and technical difficultiesabout using photovoltaics for producing electricity. However solving some technical problems like efficiency needs time and this situation explains that transition period will takesome while.




416

K ey Words: Solar Energy, Photovoltaics, Turkey’s sunny period

1 . GÜNE ENERJS VE KULLANIM ALANLARI Yar ıçapı, Dünya yar ıçapının 109 katı (yaklaık olarak 1,4 km) ve kütlesi dünya kütlesinin

330 000 katı olan, yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı, çounluu hidrojenden oluan bir gazkar ıımı küre biçimindeki Güne, Dünyadan 150 milyon kilometre uzaklıktaki bir yıldızdır.Toplam enerji rezervi 1.785 x 1047 J olan bu yıldız daha milyarlarca yıl bu ekilde ıımasını sürdürecei öngörüldüünden, Dünya için sonsuz bir enerji kaynaıdır. [1]

Dünyanın tüm yüzeyine bir yıl boyunca düen Güne enerjisi 1.22 x 1014 TET (ton edeer takömürü) veya 0.709 x 1014 TEP* (ton edeer petrol) kadardır. Bu deer, Dünyanın bilinen kömür rezervinin 157 katı, bilinen petrol rezervinin 516 katıdır. [1]

ekil 1: Dünyan ı n solar ayd ı nlanma haritas[3]

Güne enerjisi, elektrik üretimi amacı ile güne kolektörleriyle toplanır. Yaklaık bir evinçatısına eit 100 m2 alanlı kolektör 70 kW’lık güç kaynaı demektir ki, bu kolektörden bir günde salanabilecek enerji, %40 verime sahip olduu varsayılırsa 180 kw-Saat ya da 55 litre petrol edeeri veya bir adam kütlesindeki takömürü edeeridir. Ancak en etkili güne kolektörlerinin verimleri % 10 ile %20-25 arasında deimekledir. [1]

2 . GÜNE ENERJS KONUSUNDA TÜRKYE’DEK MEVCUT DURUM

Ülkemiz, corafi konumu nedeniyle sahip olduu güne enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre anslı durumdadır. Türkiye'nin en fazla güne enerjisi alan bölgesi GüneyDou Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Türkiye ısısal güne enerjisiüretimi ve kullanımı açısından Çin, ABD ve Japonya’dan sonra dünya dördüncüsüdurumundadır. Ancak elektrik enerjisi üretim ve kullanımı açısından bak ıldıında aılması gereken mali ve teknolojik engeller bulunmaktadır.




417

Çizelge 1: Aylara göre Türkiye güne enerji potansiyeli ve güne lenme süresi de erleri (2)

Devlet Meteoroloji leri Genel Müdürlüünde (DM) mevcut bulunan 1966-1982 yıllar ındaölçülen günelenme süresi ve ıınım iddeti verilerinden yararlanarak EE taraf ından yapılançalımaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam günelenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ıınım iddeti 1311 kWh/m-yıl (günlük toplam 3,6kWh/m) olduu tespit edilmitir. [2]

ekil 2: Türkiye’nin güne lenme haritas ı [4]




418

Türkiye'nin en fazla güne enerjisi alan bölgesi Güney Dou Anadolu Bölgesi olup, bunuAkdeniz Bölgesi izlemektedir.

Çizelge 2: Türkiye’nin y ı ll ı k toplam güne enerjisi potansiyeli ve güne lenme süresi de erlerinin bölgelere göre da ı l ı m ı

[2]

3 . GÜNE PLLERNN YAPISI VE KULLANILAN MALZEMELER

Güne pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güne ııını dorudan elektrik enerjisine dönütüren yar ıiletken maddelerdir. Bu enerji çevriminde herhangi hareketli parça bulunmaz. Yüzeyleri kare ya da dikdörtgen eklinde biçimlendirilen güne pillerinin alanlar ı genellikle 100 cm civar ında, kalınlıklar ı ise 0,2-0,4 mm arasındadır.[5]

Güne pili yapımında kullanılan malzemelerin verimlilik durumlar ı oldukça önemlideikenler olarak kar ımıza çıkmaktadır. Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılantransistörler, dorultucu diyotlar gibi güne pilleri de, yar ı-iletken maddelerden yapılırlar.Yar ı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güne pili yapmak için en elverili

olanlar, kristal silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Güne piliyapımında kullanılan bu maddeleri ve verimlerini k ısaca inceleyecek olursak;

3.1. K RSTAL SLSYUM

Kristal silisyum kullanılarak üretilen güne pillerinin Tek kristalli ve Çok kristalli gibiçeitleri bulunmaktadır. Tek-kristal silisyum malzeme, güne pili üretiminde yüksek verimiçin kullanılan malzemelerden biri olmakla birlikte, üretim maliyeti yüksektir.[5]

Tek kristal Silisyum bloklardan üretilen güne pilleri laboratuar artlar ında %24, ticarimodüllerde ise %15'in üzerinde verim elde edilmektedir. Çok kristalli malzemelerde iseverim, laboratuar artlar ında %18, ticari modüllerde ise %14 civar ındadır.[2]

3.2. NCE FLM GÜNE PLLER

Yapılan ARGE çalımalar ı ile yar ı-iletken malzemenin geni yüzeyler üzerine ince filmeklinde kaplanması yöntemi çekici bir yaklaım olarak ortaya çıkmıtır. Bu çalımalar, güne pilleri üretiminde kullanılabilecek birçok yar ı-iletken malzemenin düük maliyetlerde cam,metal ya da plastik folyo gibi tabakalar üzerinde geni yüzeylere kaplanabileceinigöstermitir.[5]




419

Verimlilikleri %18’lere kadar çıkmı olan ince film güne pillerinin uzun dönemkararlılıklar ının istenilen düzeylere ulamamı olması, üretici firmalar ın kararlılıklar ını

etkilemektedir.[5]

nce film güne pilleri arasında üç büyük aday öne çıkmaktadır. Bunlar; amorf silisyum,kadmiyum ve tellür elementlerinden meydana gelen birleik yar ı-iletken kadmiyum tellür ve bak ır, iridyum, selenyum elementlerinin bir aralıı olan bak ır iridyum-diselenid bileik yar ı-iletkendir.[5]

Kristal yapı özellii göstermeyen Amorf silisyum pillerden elde edilen verim %10dolayında, ticari modüllerde ise %5-7 mertebesindedir.

Çok kristal yapıda bir malzeme olan Kadmiyum Tellürid (CdTe) ile güne pili maliyetininçok aaılara çekilecei tahmin edilmektedir. Laboratuar tipi küçük hücrelerde %16, ticari tipmodüllerde ise %7 civar ında verim elde edilmektedir. [2]

Laboratuar artlar ındaki küçük alan Bak ır indiyum diselenid (CuInSe2) pillerin verimlilii%18’e ulaırken, 900cm2 yüzey alana sahip modüllerin verimi ancak %15 dolayındadır. [5]

3.3. MKROKRSTAL SLSYUM

Mikrokristal silisyum ince film malzemeler ekonomik bir ekilde ileri teknoloji prosesleriile üretilebilen, çevreye zarar vermeyen, yenilenebilir enerji üreten güne pillerinin aktif malzemesi olarak kullanılmaktadır. Üretimi günümüzde kullanılan tek kristal silisyum güne pillerine göre çok daha ucuza olmaktadır.[7]

3.4. GALYUM ARSENT (GaAs)

Bu malzemeyle laboratuar artlar ında %25 ve %28 (optik younlatır ıcılı) verim eldeedilmektedir. Dier yar ı iletkenlerle birlikte oluturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verimelde edilmitir. GaAs güne pilleri uzay uygulamalar ında ve optik younlatır ıcılı sistemlerdekullanılmaktadır. [2]

4.SONUÇ VE TARTIMA

Güne enerjisini elektrik enerjisine çevirmenin, basit, çevre dostu olan fotovoltaik sistemlerin aratır ılması ve gelitirilmesi, maliyetinin düürülerek yaygınlatır ılması misyonuuzun yıllar üniversitelerin yüklendii ve yürüttüü bir görev olmu ve bu nedenlekamuoyunda hep laboratuarda kalan bir çalıma olarak kalmıtır. Ancak son yirmi yıldadünya genelinde çevre konusunda duyarlılıın artmasına balı olarak kamuoyundan gelen

bask ı, çok uluslu büyük irketleri fosile dayalı olmayan yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklar ı konusunda çalımalar yapmaya zorlamılardır. Büyük irketlerin devreye girmesiylefotovoltaik piller konusundaki teknolojik gelimeler ve güç sistemlerine artan talep ve buna balı olarak büyüyen üretim kapasitesi, maliyetlerin hızla dümesini de beraberindegetirmitir. Yak ın geçmie kadar alııla gelmi elektrik enerjisi üretim yöntemleri ilekar ılaıldıında çok pahalı olarak deerlendirilen fotovoltaik güç sistemleri, artık yak ıngelecekte enerji üretimine katk ı salayabilecek sistemler olarak deerlendirilmektedir.




420

Özellikle elektrik enerjisi üretiminde hesaba katılmayan ve görünmeyen maliyet olarak deerlendirilebilecek “sosyal maliyet” göz önüne alındıında, fotovoltaik sistemler fosile

dayalı sistemlerdin daha ekonomik olarak deerlendirilebilir. [5]

ekil 3: Yenilenebilir Enerji Maliyetlerinin 1995 den günümüze kadarki kar ı la t ı rmas ı ve 2020 y ı l ı na kadarki öngörüler

Güne pillerinin imal edildii pek çok materyal vardır. Fakat en sık kullanılan silisyumzehirsiz ve güvenilir olduu kadar da bol bulunabilen bir malzemedir. Silisyum, dünyadaoksijenden sonra en çok bulunan elementtir. [8]

ekil 4: 2020 Y ı l ı na Kadar Dünya Genelinde PV Üretim Öngörüleri [2]

Dünya genelinde bu gün bile 2 milyar insan, elektrik enerjisinden yoksundur. Nüfusyounluunun küçük olduu bölgelerde “fotovoltaik enerji” bu günkü fiyatlarla bile çekicigörünmektedir. Yukar ıdaki tartımalardan görüldüü gibi, tasar ım, alt yapı, aküler, çevrici ve bütün gerekli balantılar hesaba katıldıında maliyet 7$/Wp deeri dolayında olmaktadır; bu




421

ise birkaç kilowatt güç gereken bir noktaya 500m öteden güç balamanın maliyeti ilekar ılatır ıldıında daha ucuzdur. Bunun yanında yeni enerji kaynaının hiçbir hareketli

parçası olmadıı için gürültüsüz çalıır. Fotovoltaik modüllerin ömür sürelerinin 20 yıl olduudüünülürse, yapılan yatır ım, güne kuaındaki bölgeler için, tek kristal için, yaklaıkça 5yıl; çok kristaller için yaklaık 2,5 yılda geri alınabilir. Üretim kapasitesinin artıı veteknolojik gelimelerle birlikte bu zamanın, yak ın gelecekte bir yılın altına ineceiöngörülmektedir. Böylece, yeni ve yenilenebilir enerjilere giderek artan ilgiye balı olarak PVgüç sistemleri için “fiyatlar ının çok yüksek olması” yönündeki inanı yerini fiyat fark ının çok büyük olmadıı eklindeki bir söyleme bırakacaktır. Özellikle çevre sosyal maliyetler gözönüne alınarak PV kullanımına önemli devlet destekleri verilmitir. PV güç sistemlerinin iyi planlanmı mimari bütünlemesinin salayacaı kazanım, günelenme süreleri Türkiye ilekar ılatır ıldıında oldukça düük olan orta ve kuzey Avrupa için bile çok çekici maliyetleretaınmı olup, ülkemizde PV pazar ının büyümesine bu tür uygulamalar ın önderlik edeceidüünülmektedir.

Türkiye’nin güne enerjisi potansiyeli göz önüne alındıında PV güç sistemleri birçok farklı uygulamalarda çekici bir seçenek olma potansiyeline sahip olmasına ramen, busistemlerin devlet otoritelerine ve toplumumuza geni ölçüde salıklı verilerle tanıtılmamı olması nedeni ile ülkemizde yeterince desteklenmemektedir. Yak ın gelecekte yenilenebilir enerji kaynaklar ının dünya enerji dengelerinde küçümsenmeyecek katk ılar ının olacaı ve PVsistemlerinin bu katk ıda önemli bir payı olacaı, genel kabul halindedir. Bu gelimelere ayak uydurmak amacı ile “güne pili teknolojileri” ve “PV sistemleri” ile ilgili bilgi-beceri birikiminin ülkemize taınabilmesi için bu konuda bilimsel ve teknolojik projelerin üretilmesidevlet ve özel giriimce özendirilebilmelidir. Ayr ıca, PV güç sistemlerinin mimari ile bütünlemesi ve çift yönlü sayaç kullanımı konusunda yasal düzenlemelerin yapılması ileöncelikle kamuya ait yeni projelerde, üniversite yerleke planlamalar ında, oto-yolinaatlar ında ve dier yapılarda kullanımı tevik edilmelidir.

PV konusunda toplumsal eitime önem verilerek öncelikle orta öretim kurumlar ı veüniversiteler hedef gurup olarak seçilip salıklı tanıtım kampanyalar ı ile “Güne Pilleri” ve“PV Güç Sistemleri” abartısız anlatılmalıdır.

5. ÖNERLER

Ülkemizde güne enerjisi ile ilgili önemli gelimelerin olabilmesi için aaıdaki maddeler yardımcı olacaktır.

1)Türkiye enerji yönelimlerinde bizim dier ülkelere baımlı olmamıza sebep olacak adımlar yerine mevcut öz kaynaklar ımızın kullanılacaı yenilenebilir enerji kaynaklar ından enerji eldeetme çalımalar ını arttıracak çalımalara aırlık vermelidir.

2)Ülkemizde yenilenebilir enerji ve güne enerjisi kullanımı ile ilgili yasal mevzuat,kullanıcıyı ve üreticiyi tevik eden düzenlemeler hazırlanmalıdır.

3)Güne enerjisi donanımlar ında KDV indirimi yapılarak güne enerjisi kullanımı tevik edilmelidir.




422

4)Gerek üniversitelerde, gerekse özel sektörde yapılan güne enerjisi ile ilgili AR-GEçalımalar ı desteklenmeli ayr ıca bu çalımalar ın artması yönünde üniversiteler ve özel sektör

tevik edilmelidir.

5)Jeotermal ve rüzgar enerjisinin bulunduu bölgelerde güne enerjisi ile bütünlemi sistemler oluturulmalıdır.

6)Ülkemizde güne enerjisinin de kullanıldıı eko-mimari çalımalar ı balatılmalıdır.Öncelikle yeni yapılacak binalar ın genel enerji gereksinimleri (asansör, bina içi ve dıı aydınlatma…) için, özellikle güne enerjisinin etkili olduu Güneydou Anadolu ve AkdenizBölgeleri gibi bölgelerde, enerji ihtiyacı için güne enerjisi kullanılmaya balanması amacıylayasal düzenlemeler yapılmalı, eski binalarda ise tevik edici indirimler ve yönlendirmeler yapılmalıdır.

7)Kamusal kullanıma açık ve kamu idareleri taraf ından düzenlenip, iletilen tüm açık alanlar, parklar caddeler ve sokaklar, güne enerjisi ile aydınlatılmalı, kentlerdeki kamu binalar ında veöncelikle okullarda güne sistemlerine geçilmesine ilikin arayılara hız verilmelidir.

6. K AYNAKLAR

1. nan,D. ve Ültanır,Ö. (1996). Güne Enerjisi . Diyarbak ır; Dicle Üniversitesi Basımevi

2. Elektrik leri Etüt daresi Genel Müdürlüü. (2008). (Türkiye’de Güne Enerjisi )

http://www.eie.gov.tr adresinden 15 ubat 2008 tarihinde elde edildi.

3. Loster,M. (2006). Total primary energy supply: Land area requirements .

http://www.ez2c.de/ml/solar_land_area/ adresinden 20 Ocak 2008 tarihinde elde

edildi.

4. Solarfen Is ı Sistemleri. (2008) http://site.mynet.com/solarfen/ adresinden 08 ubat

2008 tarihinde elde edildi.

5. Youth for Habitat; International Network. (2008). http://www.youthforhab.org.tr

/tr/yayinlar/enerji/gunespilleri/fotovoltaik%20gunes%20pilleri.html adresinden 20

Ocak 2008 tarihinde elde edildi.

6. Institut Solare Energies Systeme. (2008). http:/www.ise.fhg.de/kallab/welcome.html

adresinden 20 Ocak 2008 tarihinde elde edildi.

7. zmir leri teknoloji Enstitüsü (2008). http://www.iyte.edu.tr/basin/MGunes-arastirma-

projesi.htm adresinden 20 Ocak 2008 tarihinde elde edildi.

8. Çıtırolu, A. (2008). Güne Enerjisinden Yararlanarak Elektrik Üretimi

http://www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsiv/2000/haziran/gunes.htm adresinden 18

Ocak 2008 elde edildi.

Documents

Fotovoltaik Prensibiyle Gunes Enerjisinden Elektrik