Yenilenebilir Enerji

Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi

 

Güneşin yaklaşık yüzde 90’ını oluşturan hidrojen gazının çekirdekleri, füzyon süreci ile (hidrojen gazının helyuma dönüşmesi) sırasında çok büyük bir enerji açığa çıkan ışıma enerjisine “Güneş Enerjisi” denmektedir.

Güneş, yaklaşık 3,9x1026 Watt güç yayan, temiz ve tükenmez bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Güneşten yayılan bu enerjinin çok az bir miktarı ışınım enerjisi olarak Dünya’ya ulaşmaktadır. Atmosferin dış yüzeyindeki her metrekareye ortalama 1.367 W ışıma enerjisi ulaşmaktadır. Bu ışınımın özel panellerle elektrik enerjisine çevrilmesi işlemi, sektörün temelini oluşturmaktadır.

Güneş enerjisi, kurulum ve kullanım kolaylığı olmasının yanı sıra çevreyi kirletmemesi, herhangi bir gaz salınımının olmaması ve zararlı atık oluşturmaması gibi özelliklere sahip bir yenilenebilir enerji kaynağıdır.

Sanayi, konut veya bireysel amaçlı kullanımlar için gerek duyulan enerji ihtiyacını, doğrudan ve istikrarlı bir şekilde güneşten sağlamak mümkün değildir. Bu sebeple güneş enerjisi çeşitli şekillerde dönüştürülerek kullanılabilir. Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir. Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte bir kısmı güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde direkt olarak kullanırken, diğer teknolojiler güneş enerjisinden elektrik elde etmek şeklinde kullanılmaktadır. Güneş enerjisinin kullanım alanları arasında, doğrudan veya dolaylı elektrik üretimi, sıcak su elde edilmesi, alan ısıtma ve soğutma, sanayi kuruluşları için proses ısı enerjisi ve sera ısıtması sayılabilir.
Güneş enerjisi teknolojileri temelde iki ana gruba ayrılmaktadır.

Isıl Güneş Enerjisi Teknolojileri elde edilen sıcaklık değerlerine göre düşük sıcaklık uygulamaları ve yoğunlaştırıcılı ısıl sistemler olarak ikiye ayrılmaktadır.

1.1.  Düşük Sıcaklık Uygulamaları

Su arıtma sistemleri, güneş mimarisi, ürün kurutma ve sera ısıtma sistemleri ve güneş enerjisi ile pişirme, güneş kolektörleri, güneş havuzları, güneş bacaları gibi uygulamalar güneş enerjisinden düşük sıcaklık elde edilmesine yönelik uygulamalardır. Bu uygulama türleri içinde düzlemsel güneş kolektörleri güneş enerjisinden en basit ve en yaygın yararlanma yöntemidir. Düzlemsel güneş kolektörleri, yüzeyine gelen güneş enerjisinin su, hava veya herhangi bir akışkana iletilmesi prensibine göre çalışmaktadır. Bu sistemler en çok evlerde su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ulaştıkları sıcaklık 70°C civarındadır.

 

1.2.  Yoğunlaştırıcılı Isıl Sistemler

Yoğunlaştırıcılı ısıl güneş enerjisi teknolojileri özellikle elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanılmaktadır. Bu teknolojilere dayalı üretim tesislerinin kurulu kapasiteleri 10 megawatt ve üzerinde olmaktadır. Yoğunlaştırıcılı ısıl güneş enerjisi teknolojilerinde güneş yoğunlaştırıcısı olarak; parabolik aynalar, çanaklar veya güneş ışığını belirli bir yöne yansıtmak için bir ayna kullanan bilimsel araçlar olan heliostatlar kullanılmaktadır.

 

2.   Fotovoltaik Güneş Teknolojileri 

Fotovoltaik güneş teknolojilerinin en temel aksamı olan güneş modülleri; güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çevirmektedir. Güneş modülleri, güneş ışınlarını elektrik haline çeviren fotovoltaik hücrelerden oluşmaktadır. Fotovoltaik kelimesi, güneş ışığını oluşturan temel parçacık olan “foton” ile elektrik gücü birimi olan “voltaj” kelimelerinden oluşturulmuştur. Fotovoltaik hücrelere aynı zamanda Güneş Pili ve Güneş Hücresi de denilmektedir. 

1839 yılında ilk defa Fransız bilim adamı Edmond Becquerel tarafından ortaya konan fotovoltaik olay, iletken bir sıvıdaki elektrotun ışık yayması ile keşfedilmiştir. Nitekim 1877 yılında W. G. Adams ve R.E. Day tarafından katılaştırılmış selenyumda fotovoltaik etki gözlemlenmiştir. Bu gelişmeyi 1883 yılından C. Fritts tarafından geliştirilen ve 1%’in altında verimliliğe sahip ince bir altın tabakası üzerinde yer alan selenyum güneş hücresi takip etmiştir. Bu gelişmelerin akabinde ise W. Hallwachs bakır ve bakır oksit kullanarak yarıiletken eklemli bir güneş hücresi tasarlamıştır. 1904 yılında A. Einstein tarafından kuantum açısından ele alınan fotoelektrik olay makalesi ile bu etki daha iyi anlaşılmaya başlanmıştır. 1954 yılında Bell laboratuvarları tarafından üretilen ilk Si p-n eklemli güneş hücresi ile başlayan güneşten elektrik üretimi günümüze kadar ulaşarak büyük gelişmelere ve yapılan birçok çalışmaya konu olmuştur.

Fotovoltaik hücreler ya da diğer adıyla güneş hücreleri, yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücresinin alanı genellikle 100 cm⊃2; civarında, kalınlıkları ise 0,2–0,4 mm arasındadır. Fotovoltaik güneş teknolojilerinde en çok kullanılan malzeme silisyum elementidir. Güneş hücrelerinin bir araya getirilmesi ile güneş modülleri oluşturulmaktadır.

Güneş hücrelerinden elektrik üretiminde; çoğunlukla silisyum bazlı güneş hücreleri, panel ve panel yüzeylerini koruyan camlar, enkapsülant, alüminyum çerçeveler ve transparan arka tabaka gibi malzemeler kullanılmaktadır. Hücrede oluşturulan pozitif ve negatif yüklü kısımlar, elektron hareketi için potansiyel fark oluşturmaktadır. Bu sayede güneş hücrelerine çarpan ışık,

hücrelerin atomlarının etrafındaki elektronların yerini değiştirerek elektrik akımı yaratılmasını sağlar. Elde edilen doğru akım (DC), invertör cihazları aracılığı ile tüketicilerin kullanımına uygun şekilde alternatif (AC) akıma dönüştürülmektedir.

Günümüzde elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanılan güneş modüllerin yüzey alanları 2,1 m2 ve güçleri ise 675 WattPeak değerlerine ulaşmış durumdadır. WattPeak değeri, güneş panellerinin standart sıcaklık ve gün ışığında, optimal koşullarda üretebildiği maksimum gücü belirtir. Güneş modüllerinin bir araya getirilmesi ile yüksek güçlerde güneş panelleri ve güneş elektrik santralleri (GES) tesis edilebilmektedir. Günümüz teknolojileri ve kurulumun şekline (sabit sistem, güneşi takip eden sistemler) bağlı olarak 13-25 dönüm büyüklüğündeki bir alana 1 MWe kapasitesinde GES kurulabilmektedir. Özellikle, binaların çatı ve cephelerine kurulan GES’ler ile ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi tüketim noktalarında üretilebilmektedir.

Kaynak:https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-gunes

 

Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli

Türkiye, coğrafi konumu nedeniyle önemli bir güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Türkiye Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nca hazırlanan, Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlasına (GEPA) göre, ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2.741 saat olup, ortalama yıllık toplam ışınım değeri 1.527,46 kilowatt saat/m2 olarak hesaplanmıştır. Bakanlık tarafından açıklanan GEPA’da yer alan genel potansiyel görünümü ve aylık ortalama global radyasyon dağılımı takip eden şekillerde gösterilmiştir:

Kaynak: https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-gunes

 

Kaynak: https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-gunes

 

Takip eden tabloda görülebileceği üzere, Temmuz 2022 itibariyle Türkiye’de 8.882 adet güneş enerjisi üretim santrali faaliyet göstermektedir. Bu santrallerin sadece 38’i Lisanslı olup kalan 8.844 tanesi Lisanssız’dır. Lisanslı olan GES’lerin toplam kurulu gücü yaklaşık 1.255 MWe seviyesinde olup, Lisanssız olan santrallerin toplam kurulu gücü 7.403 MWe seviyesindedir. Lisanssız GES’lerin sayısının yüksekliği, çoğunun ana hedefi kendi enerji ihtiyaçlarını karşılamak olan tüketici kurumların kurdukları göreceli düşük boyutlu yatırımlar olmasından kaynaklanmaktadır. 8.844 Lisanssız santralin ortalama kurulu gücü sadece 0,84 MW seviyesindedir. Diğer taraftan, Lisanslı santrallerin ortalama gücü 33,03 MWe seviyesindedir.

 

Temmuz 2022 itibariyle Türkiye’de faaliyet gösteren GES’ler

 

YEKDEM öncesinde, ihale süreci yerine yatırımcıların geliştirdiği projeler için başvuru üzerinden ilerleyen bir süreç işlenmiştir. Her bir başvuru tek tek değerlendirilmiş, alım garantileri proje ve yatırımcı özelinde dinamikler dikkate alınarak belirlenmiştir.

Lisanslı güneş enerjisi santralleri için 2015 yılında ihale sistemi uygulanmaya başlanmıştır. İhalelerde kazananı belirleyen MW başına bir defaya mahsus ödenecek TL bazlı katkı payı tutarı olmuştur. Ödemenin faaliyete başlandıktan sonraki üç yıl içinde yapılması planlanmıştır. Bu ihalelerde toplam 600 MWe GES kapasitesi tahsis edilmiştir. YEKA ve GES İhaleleri ile ilgili detaylı bilgi takip eden bölümlerde verilmiştir.

Enerji Piyasası Yönetim Kurumu (EPDK) verilerine göre yıllar itibarı ile Türkiye’de kurulu güneş enerjisi ile elektrik üretim kapasitesi ve bu kapasitenin toplam kapasiteye oranı takip eden grafiklerde gösterilmiştir:

 

Türkiye’de Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretim Kapasitesi (MWe)

Kaynak:

https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-gunes

https://www.teias.gov.tr/kurulu-guc-raporlari

Rüzgâr Enerjisi ile Elektrik Üretimi

 

Rüzgar enerjisi hareket halindeki havanın kinetik enerjisidir, güneş kaynaklı radyasyonun yer yüzeyini farklı ısıtmasından kaynaklanır. Yer yüzeyinin farklı ısınması, havanın sıcaklığının, neminin ve basıncının farklı olmasına, bu farklı basınçta havanın hareketine neden olur. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %2'si kadarı rüzgâr enerjisine dönüşür. Rüzgâr türbinleri ile rüzgârın kinetik enerji elektrik enerjisine çevrilmektedir. Rüzgâr türbinlerinin dönen kanatları bir mil vasıtası ile elektrik jeneratörüne bağlıdır. Elektrik jeneratörü dönüş hareketini elektrik enerjisine çevirir.

Küresel bağımsız bir düşünce kuruluşu olan Ember’e göre, 2021 yılında yaklaşık 25.000 TW saat seviyesine ulaştığı öngörülen dünya elektrik enerjisi tüketiminin yaklaşık 1.814 TW saati, diğer bir deyişle yaklaşık %7,3’ü rüzgâr enerjisinden üretildiği öngörülmektedir. Bu oranın, 2011 yılında ise 440 TW saat seviyesi ile toplam 21.640 TW saat olan üretimin sadece %2 seviyesine olduğu tahmin edilmektedir.

Türkiye’nin Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli

T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’ndan elde edilen bilgiye göre, 2006 yılında Türkiye Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli Atlası (REPA-V1) verilerine göre yer seviyesinden 50 metre yükseklikte ve 7,5 m/s üzeri yıllık ortalama rüzgâr hızlarına sahip kullanılabilir alanlarda kilometrekare başına 5 MW gücünde rüzgâr santralı kurulabileceği kabul edilmiş ve Türkiye’de kurulabilecek rüzgâr elektrik santrallerinin toplam kapasitesinin 47.849 MW olduğu belirlenmiştir.

Rüzgâr Enerjisi Potansiyel Atlası

Kaynak: https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-ruzgar

EPDK verilerine göre, yıllar itibariyle Türkiye’de rüzgâr enerjisine dayalı kurulu güç miktarı ve bu tutarın toplam Türkiye kapasitesine oranı takip eden grafiklerde gösterilmiştir. Grafiklerde görülebileceği üzere, kurulu güç miktarı 2011 yılındaki 1.729 MWe seviyesinden 11 yılda yaklaşık 6,5 katına yükselerek Eylül 2022 itibarı yılında 11.199 MWe seviyesine ulaşmıştır. Bu tutar 2016 yılında hazırlanan raporda belirtilen Türkiye rüzgâr santrali kapasitesinin sadece 3’üne denk gelmektedir.

Türkiye’de Rüzgâr Enerjisi ile Elektrik Üretim Kapasitesi (MWe)

Rüzgâr Enerjisi İle Elektrik Üretim Kapasitesinin Toplam Türkiye Elektrik Üretim Kapasitesine Oranı (%)

Kaynak: https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-ruzgar

Kaynak: https://www.teias.gov.tr/kurulu-guc-raporlari