Transcript GÜNE* ENERJ*S* *LE ELEKTR*K ÜRET*M* (FOTOVOLTA*K P*L)

• İBRAHİM TOPAL
• MEHMET ESEN
• İSMAİL GEYİK
YRD. DOÇ. DR. ADNAN TOPUZ
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.
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
Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu
diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar. Yarıiletken 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
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 biyoelektrokimyasal 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.