Güneş Enerjisi Kullanım Alanları ve Sistem Tasarımı

Ekonomik gelişim ve konforlu yaşam için en büyük ihtiyaçlardan birisi hiç şüphesiz ki enerjidir. Günümüzde enerji kaynaklarına ulaşmak ve kullanılır hale getirmek oldukça güç ve pahalıdır. Elde edilmesi ve kullanımı bu kadar pahalı olan enerjiyi mümkün olduğunca yenilenebilir, ekonomik olarak elde edilen, çevre dostu kaynaklardan karşılamak büyük önem arz etmektedir.

Bu kaynaklardan en önemlisi olan Güneş; hidrojen ve helyum gazlarından oluşan, merkezinde sıcaklığın 8.000.000 ile 20.000.000 C’yi, yüzeyinde ise 6.000 C’yi bulduğu orta büyüklükte bir yıldızdır.

Güneşten saniyede 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşmektedir. Daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden sonsuz ve çevre dostu bir enerji kaynağıdır. Güneşten dünyamıza ulaşan enerji miktarı da dünyada kullandığımız enerjinin nerdeyse 20 bin katıdır.

Ülkemiz, güneş enerjisi potansiyeli yüksek olan kuşakta yer almaktadır. Günlük global radyasyon değerleri bölgesel olarak 7 kwh/m2 ‘yi, yıllık olarak da yer yer 1.800kwh/m2’yi, güneşlenme süresi de 11,5 saat/gün, 2.640 saat/yılı bulmaktadır.

Güneş enerjisi sistemlerini Aktif ve Pasif sistemler olmak üzere iki ana başlığa ayırmak mümkündür.

Aktif sitemler; kendi arasında Elektrik Enerjisi Üretimi (Fotovoltaik sistemler) ve Isı Enerjisi Üretimi olmak üzere iki kısma ayrılır. Bunlar da kendi arasında ‘’Yüksek sıcaklık uygulamaları’’, Düşük sıcaklık uygulamaları olarak ayrılırlar. Yüksek sıcaklık uygulamalarında genellikle parabolik kolektörler veya güneş kuleleri vasıtası ile buhar elde edilerek absorbsiyonlu soğutma sistemleri uygulamaları yapılmakta ya da buhar türbinleri vasıtası ile elektrik üretilmektedir.

Güneş enerjisini termal olarak kullanmak için yüzyıllardır çeşitli yöntemler kullanılmıştır. M.Ö 200’lü yıllarda küçük su birikintileri ve havuzlara siyah taşlar döşenerek suyun güneş ile ısınması sağlanmıştır. Günümüzde ise güneş enerjisini kolektörler vasıtası ile verimli bir şekilde termal enerjiye dönüştürmekteyiz.

Termal sistemleri ‘’Tabii dolaşımlı ve cebri dolaşımlı ‘’olarak ikiye ayırmaktayız. Isıtılan akışkanın herhangi bir pompa olmadan yerçekimi ve ısınan suyun yoğunluk farkından kaynaklı yer değişimi ile gerçekleştiği sistemlere doğal dolaşımlı sistemler diyoruz. Bu sistemler açık ve kapalı olmak üzere kendi arasında ikiye ayrılmaktadır. Güneş enerjisi ile ısınan su, kolektör ve tank arasında hareket eder ve depolanır. Soğuk ve sıcak su depoları kolektörlerden daha yüksekte konumlandırılır. Doğal dolaşımlı sistemlerde kullanılan ekipmanlar; depolar, kolektörler, boru ve tesisat armatürleridir. Bu sistemler yaygın olarak evlerimizde kullanılmaktadır.

Isıtılan akışkanın bir pompa vasıtası ile çevriminin gerçekleştirildiği sistemlere de cebri dolaşımlı sistemler diyoruz. Bunlar da kendi arasında açık ve kapalı cebri sistemler olarak ikiye ayrılmaktadır. Cebri sistemi oluşturan ekipmanlar; kolektörler, pompa, kapalı genleşme tankı, boyler ya da akümülasyon tankı, eşanjör, montaj setleri, boru vana ve tesisat armatürleridir. Cebri dolaşımlı sistemler sıcak su ihtiyacının fazla olduğu endüstriyel tesislerin personel duş veya diğer ihtiyaçları, otel –motel-pansiyon gibi turistik amaçlı binaların duş ihtiyaçları için kullanılmaktadır. Ayrıca çok yaygın olmasa da mekan ısıtması, sera ısıtması ve havuz suyu ısıtması amacı ile de kullanılmaktadır.

Güneş enerjisinin, ısıtma ve sıcak su sistemlerinin ihtiyaç duyduğu enerjiyi karşılama oranı kolektör alanını ve depolama hacmini belirlemektedir. Bu oran sistemler için gerekli enerjinin ne kadarının güneşten karşılanacağını göstermektedir. Güneşten karşılanamayan ihtiyaç biraz sonra bahsedeceğim şekilde başka enerji kaynakları ile tamamlanmaktadır.

Yapılan hesaplamalar neticesinde ortaya çıkan ısıtma ve sıcak su ihtiyacının enerjisinin tamamını güneşten karşılamak, yüksek kolektör alanları ve büyük depo hacimleri gerektirir. Pratikte bu depo hacimlerini sağlamak, alan sıkıntısı ve yatırım maliyetleri açısından mümkün olmayabilir. Güneşlenme sürelerinin az olduğu kış aylarında ise ihtiyaç duyulan enerjinin %100’ünü karşılamak mümkün değildir. Ancak kolektör alanlarını artırarak bu oranı artırmak mümkündür. Bu durum yaz aylarında suyun aşırı ısınmasına ve kaynamasına neden olacaktır. (Halk arasında bu duruma buhara kalkma denmektedir.) Bu tür olumsuz durumları ortadan kaldırmak için EN UYGUN KAPASİTE ve VERİM aralığını optimize etmek gerekir.

Sonuç olarak; sonsuz ve sürekliliği olan bu enerji kaynağından sektör olarak maksimum seviyede faydalanmak gerektiği düşüncesindeyim. Hem fosil enerji kaynaklarına bağımlılığı ve karbon salınımını azaltmak, hem dışa ve dış faktörlere bağımlılığı azaltmak, hem de çevre dostu olması açısından mutlaka güneş enerjisi sistemleri tercih edilmelidir.