Güneş enerjisi (1)

  • View
    1.758

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of Güneş enerjisi (1)

  1. 1. GNE ENERJSTolga Kaan KANATLIYakt ve Enerji Teknolojileri Dersi deviKimya Mhendislii BlmNisan 2013
  2. 2. 11. NEDEN GNE ENERJSJeotermal ve gelgit enerjisi dnda, dier yenilenebilir enerjilerinneredeyse hepsinin kayna gnetir. rnein rzgarlarn olumasnn sebebiscaklk fark, scaklk farknn en byk oluma sebebi ise yine gnein yaydsdr. Bu sebepten tr gnein enerjisini dolayl yollardan kullanmak yerinedorudan kullanmak daha verimli olacaktr.Gne enerjisi Neredeyse sonsuz bir enerji kaynadr, ve en gvenilirenerjilerden birisidir. Gvenilirlik ise u sebeptendir: Gne, tutulmalarn olacagnler dnda kesin olarak her sabah doup her akam batar. 24 saat boyuncagne enerjisinden yararlanamayacak olsak bile, her gn en az 8 saat boyuncayararlanabileceimiz kesindir. Gnein aksine 24 saat boyunca yararlanlabilecekolan rzgar ise daha deikendir. Rzgarn haftalarca esmemesi mmkndr amagne her gn kesinlikle doacaktr. Sadece havann kapal olmas durumundabaz sistemlerde enerji d yaanr ama az da olsa enerji ak her sabahsalanr.Hidroelektrik santaller de ok nemli yenilenebilir enerji kaynaklarndanbirisidir. Ancak kuraklk olursa bazen bir sene boyunca elektrik kstl olarakretilmek zorunda kalnlabilir.Biyoktle de ok nemli ve gelecek vaadeden bir enerji kaynadr.Ancak onun da gvenilirlii gnein yannda az kalmaktadr. Bir lke biyoktleyirnein ayieinden retiyorsa ve o sene don olursa retim skntya girecektir.Yukarda bahsedilmi olan sebeplerden tr gne enerjisi neredeyse engvenilir yenilenebilir enerji kaynadr.Gne en byk enerji kaynadr. Dnyaya gelen gne enerjisininmiktar aadaki ekilde belirtilmitir.
  3. 3. 2ekil 1: Gneten dnyaya gelen enerjinin gsterimiekil 1de de grld gibi sadece 89 PWlk bir miktar kara veokyanuslarca emilmekte, ve gelen enerjinin neredeyse yzde 30u geri yansypziyan olmaktadr. Fotosentez senede 3000 EJlk bir enerjiyi biyo ktle olarakyakalar. Biyoktlenin teknik potansiyali senelik 100 ila 300 EJ arasndadr ancakgneten yansyan btn enerjiyi kullanabilirsek, gne nlarndan senede 3 850000 EJlik enerji elde edebiliriz. Bir yl boyunca dnyaya gelen ve normaldeyansyp ziyan olacak olan gne enerjisinin hepsini toplar isek, dnyadaki btnkmr, petrol, doal gaz ve karlm olan uranyumun verecei enerjininneredeyse iki kat enerji toplam oluruz.2. GNE ENERJSNN KULLANIM YNTEMLERGne enerjisini kullanmak iin temel olarak u yntemler vardr:1. Gneten gelen fotonlarn kinetik enerjisini kullanmak2. Gneten gelen sy ve radyasyonu kullanmak
  4. 4. 3Bu temel yntemler ile elektrik eldesi veya stma uygulamalargelitirilmitir.2.1. Fotonlar KullanmakGneten gelen fotonlarn uygun bir malzeme zerine drlmesiylefotoelektrik etki yaratlr ve bu sayade elektrik retilir.Fotoelektrik etki eitli kat sv vegazlarn absorbe ettikten sonra elektronsalnm gerekletirmesi olayna denir.Einstein fotoelektrik etki zerineyapt almadan dolay 1921 ylnda nobeldl almtr. Bu alma eitli kuantumfizii ilkelerinin temelini oluturmutur.Fotoelektrik etkinin olumas iinkullanlan malzemeye gre birka eV*lik enerjili fotonlardan balayp 1 MeVlikfotonlar da gerekebilir. Gerekli olan enerji, kullanlan maddenin atom numaras iledoru orantl olarak artar.(*eV = elektron volt = 1.61019joule = tek bir elektronun 1 voltluk birpotansiyel farknn iinden geerken kaybettii ya da kazand enerji miktar)Fotovoltaik malzemenin iindeki elektronlara arpan fotonlar, buelektronlarn fotonun kinetik enerjisi sayesinde o maddeden kopup darfrlamalarn salar. Bu durum sadece elektrik retmemizi salad iin deil,ayn zamanda n aslnda sadece dalga olmadnn, ayn zamanda foton adverilen maddelerden olutuunun anlalmasn salad iin ok nemlidir.Her bir fotonun enerjisi Planckn foton teorisine gre E = hv eklindebulunur.Bir malzemeye arpan fotonun ncelikle o malzemeden bir elektronkoparmas gerekir. Bunun iin de fotonun kinetik enerjisinin bir ksm bu i iinharcanr. Bu i iin gereken enerjiye ise eik enerjisi () denir. Bu nedenle,fotonun elektronu kopardktan sonra ona aktaraca net enerjinin forml udur:ekil 2: Fotoelektrik etki
  5. 5. 4Ek = hv veyaEk = hc/ h = planck sabiti =6.621034JsV = n frekans = c/lambda (c=k hz, lambda = dalga boyu)C = 300 000 km / snhv> ise elektrik retilir. Deilse retilemez.Metal Simgesi (eV)Sezyum Cs 2.1Potasyum K 2.2Soydum Na 2.3Lityum Li 2.5Kalsiyum Ca 3.2inko Zn 4.2Silikon Si 4.5Tablo 1: Baz elementlerin eik deerleriTablo 1de de grlebilecei gibi en uygun element sezyumdur ancak enuygun malzemenin sezyum olmasna ramen kullanma en uygun ve en ucuz olansilikon olduundan ounlukla silikon kullanlr.
  6. 6. 52.2.Fotoelektrik Gne PanelleriFotoelektrik etki kullanlarak gne panelleri gelitirilmitir. Bu panellergenellikle iki ekilde alr:1. Dorudan gne na maruz braklarak2. Gne nlarnn eitli eimli aynalar/mercekler ile tek bir noktadaodaklanmas yntemi ile2.2.1. Dorudan maruz brakmaHer bir panel doru akm k zerinden deerlenir ve genellikle 100-320 Watt aras enerji retir. Bu miktar ok dk olduundan, birsr gnepaneli seri balanarak kullanlr.Bir panelin verimi,o panelin yzey alannn; ayn gteki, verimi bilinen,baka bir panelin yzey alan ile kyaslanmasyla hesaplanr rnein %8verimdeki 230W veren panel, %16 verimdeki 230Wlk panelin iki kat yzeyalanna sahiptir.Elektrik retimini salayan hcreler panelin en stnde veya en alttabakasnda olabilir. Belli bir art yoktur. st tabaka panelin korunmas iingenellikle cam gibi maddelerle kaplanr.ekil 3: Nellis gne enerjisi santrali, 2007 Nevada, ABD
  7. 7. 6ekil 4: Waldpolenz solarpark, Almanyaou modl ya kristalize silikon hcreleri ya da kadmiyum tellurit(CdTe) veya silikondan yaplma ince film eklindeki hcreler kullanr. ougne paneli serttir ancak yar esnek gne panelleri 1958de kefedilmitir. Esnekgne panelleri ekil 5te grlebilir.Verimin hesaplanmas:ekil 5: Esnek gne panelleri
  8. 8. 7Verim genellikle 25 C scaklk ve 1000 W/m2lik radiance altndallr. Bu durum altnda 2 watt enerji reten ve 100 cm2alana sahip bir gnepanelinin verimi %20dir. 2013 ylnda ulalabilmi olan en yksek verim%43.5dir. [1]2.2.2 Odaklanm gne panelleriBu yntemde gne nlar eitli yanstclar ve mercekler vastasylatek bir notaya odaklanr.Bu sistemin avantajlar : Dorudan gne n kullanan sistemlere gre daha kk bir alanakurulabilir ok daha az miktarda fotovoltaik hcre kullanldndan dolay, gnepanellerinde silikon gibi pek verimli olmayan ama ucuz maddeler yerinesezyum gibi ok verimli ama daha pahal maddeler kullanlabilir.Dezavantajlar: Gne nlar tek bir noktaya yanstld iin bu nokta ok snr. Busnn gne paneline zarar vermemesi iin soutucu sistemlerkurulmaldr. Gne nlarnn hep ayn noktaya yansmas iin, yanstclara gneitakip edecek sistemler kurulmaldr. Ayna ve merceklerin ekstra maliyeti.Kullanlan alan klp retilen enerji arttrlsa bile btn bu sistemlerhem kurulma maliyetini hem de bakm masraflarn arttracaktr. Bu sistemlerinbakm maliyeti dierlerine nazaran daha yksektir.
  9. 9. 8Fotoelektrik etki ile retilen elektrik doru akmdr. Evlerimizdekullandmz elektrik ise alternatif akmdr. Bu nedenle bir evirme ilemiyaplmaldr.ekil 6: Odaklanm gne panelleriekil 7: Doru akmn alternatife evrilmesi
  10. 10. 92.3. Gneten Gelen Isnn KullanlmasGneten gelen s u iki ama iin kullanlabilir:1. eitli stma uygulamalar2. Mekanik enerji ve/veya elektrik eldesiBu yntem iin kurulacak paneller iin de dorudan maruz brakma veodaklanm gne kullanma gibi iki eit uygulama mevcuttur. Istmauygulamalar iin n bir noktaya odaklanmas daha uygundur.2.3.1. Istma uygulamalarBu tr gne panelleri, elde edilen scakla gre snfa ayrlr.1. Dk scaklk toplayclar (500C alt)2. Orta scaklk toplayclar (500C - 950C)3. Yksek scaklk toplayclar (500C st)Dorudan gne na maruz brakmayla alan sistemler 2000Cdenyksek scakla ulaamazlar. Daha yksek scaklklar iin odaklanm gne gereklidir. Elektrik ve/veya mekanik enerji retimi iin 2000Cden daha yksekbir scaklk gereklidir.2.3.1.1. Dk scaklkl toplayclarSu ve hava stma amacyla kullanlr ve Is emen ktlelerin (thermalmass) su, grafit, beton gibi- sy emip, souk olan yerde bu snn kullanlmasprensibine dayanr. Trkiyenin zellikle gne alan illerinde atlarda grlengne panellerinin ou bu snfa girmektedir.ekil 8: Dk scaklkl toplayclar
  11. 11. 102.3.1.2. Orta scaklkl toplayclarBu kategorideki toplayclar Kurutma ilemleri (rnein odun yaktoluturmak iin odun kurutma veya meyve, vs gibi eitli biyo ktleleri kurutma),Piirme (gne frn ve oca), Distilasyon ve artma ilemleri iinkullanlmaktadr.ou insan geceleri yemek yemek istedii iin gne ocaklar pek pratikdeildir. Bu nedenle bu yolu kullanmak isteyenler iin u sistem nerilmitir:a) Gne oca; b) eitli sorunlarla karlaldnda kullanlmas iin yaktverimli kullanan bir ocak c) Scak yemei depolamas iin iyi yaltlm birekil 10: Kurutma sistemleriekil 9: Auroville, Hindistandaki gne kubbesi.Yemek piirme ileminde kullanlmak zere buharretir.
  12. 12. 11kap. yi yaltlm bir kaptaki yemek saatlerce pimeye devam eder. Buynteme entegre piirme yntemi denir.Gneten gelen s kullanlarak distilasyon ilemleri yaplabilir. oucankurtaran botunda deniz suyunu distile ederek ime suyu retebilmek iin skayna olarak gnei, soutma suyu olarak da deniz suyunu kullanan portatifdistilasyon sistemleri mevcuttur. Bu sistemlerin rnei ekil 11de grlmektedir.Afrika gibi gne nlarnn bol olduu ama temiz suyun zor bulunduublgelerde; kan kuyu suyunun artlmas iin ekil 12de grlen sistemlerkullanlmaktadr.ekil 11: Deniz suyu artma sistemiekil 12: Kirli su artma sistemi
  13. 13. 122.3.1.3. Yksek scaklkl toplayclar200 derece verimli elektrik retimi iin ok dktr. Is makinelerininverimi s kaynann scaklyla birlikte artar. Dorudan gne alansistemler 2000Cnin zerine kamazlar. Bu nedenle daha yksek scaklklar iinodaklanm nlar kullanlr. 6000Cye kadar buhar trbinleri %41e kadar verimle kullanlabilir. Daha yksek scaklklarda gaz trbinleri daha verimli olur. Daha yksek scaklk fark tesisin daha yksek scakla uygun heat-exchanger kullanmasna olanak verir, bu da tesisin soutma suyuna olanbamlln azaltr. Yksek scaklklar s depolanmasn da daha etkili hale getirir nk aynmiktar svda daha fazla Watt-saatlik enerji depolanr. Gnmz teknolojisi ile s depolamak elektrik depola