Güneş enerjisinden elektrik üretimi için pek çok yöntem kullanılmaktadır. Aslında sadece fotovoltaik sistemler ile güneş enerjisinden elektrik üretimi yoktur. Daha pek çok yöntemle güneşten elektrik üretmek mümkündür. Bu yazımızda sizlere kısaca güneş enerjisinden elektrik üretimi yöntemlerini açıklayacağız.
Kısaca güneş enerjisinden elektrik üretimi yöntemleri şunlardır;
- Dolaylı yöntemler ile elektrik üretmek,
- Doğrudan yöntemler ile elektrik üretmek.
Bu yöntemlerde kendi içerisinde farklı seçeneklere sahiptir.
Güneş enerjisinden elektrik üretimi çeşitleri
1 Doğrusal Yoğunlaştırıcılar ile Elektrik Üretimi
Doğrusal yoğunlaştırıcı sistemler, parabolik oluk toplaçların doğrusal yoğunlaştırma yapan ve kesiti parabolik olan dizilerden meydana gelir. Parabolik oluğun iç kısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneş ışığını parabolik odağında bulunan ve enlemesine boydan boya uzanan siyah renkli soğurucu boruya yansıtır. Bu sistemler genellikle orta derece sıcaklıklar da kullanılır. Ayrıca bu sistemlerde tek bir odak olan siyah boru olduğu için sistemin güneşi tek boyutlu hareket ile izlemesi yeterlidir.
Parabolik güneş toplaçları, termoelektrik teknolojisi açısından en fazla kullanılan sistemlerdir. Bu sistemler güneşi doğudan batıya olacak şekilde takip eder. Odak kısmı olan siyah soğurucu borunun içerisinde ise ısı transferi için ısı transfer yağı kullanılır.
Toplanan ısı ise güneş enerjisinden elektrik üretimi üretimi için enerji santraline gönderilir. Bu sistemlerde sıcaklıklar 350-400 Santigrad derece’ye kadar çıkabilmektedir.
Isı toplama elemanı olan siyah borunun genel yapısı da şu şekildedir; Cam tüpten yapılan bu borunun yüzeyi %97’lik bir soğurma değerine sahip çelik alıcı boru ve cam-metal birleştiricilerden oluşur. Ayrıca ısı kayıplarının önüne geçmek için alıcı boru ile cam tüp arasındaki hava vakumlanır. Burada bulunan boşuktaki basınç ise yaklaşık 0,1 atm ‘dir. Sıcaklık ile oluşacak genleşmeyi engellemek için körüklü cam-metal birleştiriciler tercih edilir.
2 Noktasal Yoğunlaştırıcılar ile Elektrik Üretimi
İki eksenli olarak güneşi takip eden, noktasal yoğunlaştırma yapan ve yüksek sıcaklıklara ulaşan güneş enerjisinden elektrik üretimi sistemleridir. Bu sistemler parabolik çanak ve merkezi alıcı olmak üzere iki gruba ayrılır.
a Parabolik Çanak Toplaçlar
İki eksende güneşi takip ederek, sürekli güneşi ışıklarını odak noktasına yoğunlaştıran güneş enerjisinden elektrik üretimi sistemleridir. Yüzeye gelen güneş ışıklarını noktasal olarak odak noktalarına yoğunlaştırabilirler. Bu toplaçların yüzeyleri de parabolik oluk toplaçların yüzeyleri gibi yansıtıcı aynalar ile kaplıdır.
Güneşten gelen ışıklar bu aynalar ile odakta bulunan stirling motoru üzerine yoğunlaştırılır. Stirling motoru gelen ısıyı mekanik enerjiye dönüştürür. Mekanik enerjide elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu sistemler güneş enerjisinden elektrik üretimi dışında buhar ve sıcak hava üretimi içinde kullanılır.
b Merkezi Alıcı Sistemler
Tek tek odaklama yapan ve heliostat adı verilen düzlemsel aynalardan oluşan bir alan, güneş enerjisini bir kule üzerindeki alıcı olarak adlandırılan ısı değiştiriciye yansıtır. Bu sistemler yani heliostat sistemler bilgisayarlar ile kontrol edilerek, alıcı kulenin sürekli güneş alması sağlanır. Böylece güneş enerjisinden elektrik üretimi maksimum seviyede olur.
3 Isıl Güneş Enerjisi Teknolojisi ile Elektrik Üretimi
Birincil enerji kaynağı olarak güneş enerjisini kullanan sistemlerdir. Bu sistemlerin diğerlerinden farkı ise kullanılan toplaçların farklı olmasıdır. Toplama elemanı olarak parabolik oluk toplaçlar kullanılır. Çalışma sıvısı toplaçların odaklarında bulunan soğurucu boru içinde dolaştırılır. Daha sonra ısınan sıvıdan kızgın buhar elde edilir. Bununla birlikte merkeze yerleştirilen striling motoru ile de direk elektrik üretilir.
4 Parabolik Oluk Toplaçlar ile Elektrik Üretimi
Parabolik oluk toplaçlı güneş enerji santralleri ticari olarak kullanılmaktadır. Güneş enerjisinden elektrik üretimi için en çok kullanılan sistemlerdendir. Ve bu sistemlerin en büyüğü 354 MW gücündeki Kramer&Junction santralidir. Bu santrallerin MW başına kapladığı alan ise yaklaşık 35.000 metrekare civarındadır.
Parabolik oluk toplaç güneş santralini oluşturan ana kısımlar şunlardır;
- Güneş enerjisi toplama ünitesi,
- Buhar üretme ünitesi,
- Elektrik üretme ünitesi.
Bu santrallerde doğrusal yoğunlaştırma yapılarak 300 dereceden daha yüksek bir ısı elde edilir. Isı transfer akışkanı olarak yüksek sıcaklıklara dayanıklı ısıl yağ kullanılır.
i. Güneş enerjisi toplama ünitesi:
Birbirine paralel bağlanmış parabolik oluk toplaçlardan oluşur. Bu üniteler güneş enerjisini 4 mm kalınlığında olan ve %94 oranında yansıtma kapasitesine sahip aynalar ile alıcı borulara yansıtır. Ayrıca sistemde güneşi izlemesi için algılayıcı sensörler bulunur.
ii. Buhar üretme ünitesi:
Bu ünite, ön ısıtma, buhar üretimi ve süper ısıtma kısımlarından oluşur. Bu bölümlerden geçirilerek 371 dereceye ve 100 bar basınca yükseltilen buhar, elektrik üretimi için türbinlere gönderilir. Üretimden sonra yeterince soğumayan buhar, tekrar aynı sıcaklığa gelene kadar ısıtılır ve türbine tekrar gönderilir.
Bu güç santrallerinde güneş enerjisinden elektrik üretimi için elde edilen verim %16 civarındadır. Yani güneş enerjisinin %16’sı elektriğe dönüştürülebilmektedir.
5 Parabolik Çanak Toplaçlar ile Elektrik Üretimi
Güneş enerjisinden elektrik üretimi için kullanılan bir diğer yöntem ise parabolik çanak toplaç teknolojisidir. Bu santraller genelde, buhar üretimi, yer altı enjeksiyonu ve petrol çıkarma gibi işlerde kullanılır.
Bu santraller küçük modüllerden oluşur. İki eksenli olarak güneşi takip edebilirler. Bu yüzden sürekli güneş ışıklarını odak noktasına yoğunlaştırabilirler. Isı enerjisi, odaklama yerindeki çalışma sıvısı ile termodinamik dolaşımına gönderilir. Odak noktasındaki stirling motoru ile elektrik üretilir. Bu sistemlerde verimlilik %30 civarındadır.
Parabolik Çanak Toplaçların diğer sistemlerden farkları;
- Bu sistemlerde termik yani ısı kaybı yoktur,
- Güneş yoğunlaştırma oranları parabolik oluklu sistemlerde 80, kule teknolojisinde 1000 iken bu teknolojide 15000 kadardır,
- Özel bir stirling motoru kullanılmaktadır. Bu motor çok az sayıda üretilmektedir. Maliyeti o yüzden yüksektir.
- 10 kW’lık bir sistem için 1.000.000 Euro gibi uçuk bir maliyeti vardır.
6 Merkezi Alıcılı Güneş Sistemleri ile Elektrik Üretimi
Güneş enerjisinden elektrik üretimi için kullanılan diğer bir sistem ise merkezi alıcı güç santralleridir. Bu santrallerde de heliostat denilen düzlemsel aynalar kullanılır. Kuleye yansıtılan güneş ışığı alıcıyı ısıtır. Alıcının ısıtılması ile oluşan buhar ise jeneratörelere gönderilir ve elektrik üretilir.
Bu sistemlerde ısı transfer akışkanı olarak sıvılaştırılmış tuz ve hava kullanılır. Sıcaklık ise 800 santigrad dereceye kadar çıkabilmektedir. Şuanda merkezi alıcılı güneş enerjisi sistemlerinin en büyüğü 20 MW’lık gücü ile ispanya’nın sevilla şehrinde bulunmaktadır. Santralin adı PS20 ‘dir.
7 Fresnel Oluk Teknolojisi ile Elektrik Üretimi
Fresnel oluk teknolojisi de parabolik oluk teknolojisi gibi doğrusal yoğunlaştırma sistemine sahiptir. Parabolik oluktan farkı ise, alıcı sabit bir yükseklikte olup, yansıtma işlemi güneşi izleyebilen sıra sıra dizilmiş düz aynalar ile gerçekleştirilir. Sistemdeki alıcılar, aynalardan yaklaşık 10 metre yükseklikte bulunur.
Bu yükseklik, optik verimin parabolik oluk toplaçlara göre düşük olmasına neden olmaktadır. Çünkü, yansıma kayıpları ışınımın dağılması nedeniyle oldukça fazladır. Buna bağlı ısıl verim de oldukça düşüktür.
Ancak, parabolik teknolojiye göre oldukça düşük bir maliyeti vardır. Sistemdeki alıcıların yükseklikleri düşürülerek verim arttırılabilir. Ancak böyle bir durumda da güneş ışığı toplama alanı küçüleceğinden dolayı daha fazla panel kullanılması gerekmektedir. Buda maliyeti doğrudan arttıracaktır.
Dünyadaki en büyük fresnel güneş santrali 31,4 MW gücünde olup ispanya’nın murcia kentinde bulunur.
8 Basınçlı Hava Alıcılı Kule ile Elektrik Üretimi
Bu santrallerde, hava basıncı kompresör yardımı ile 15 bar basınca kadar arttırılır. Alıcının yüzeyi, geçirgen özellikteki bir cam kubbe ile örtülerek, soğurucu yüzey dış ortamdan yalıtılır. Basınçlı alıcının içindeki havanınn sıcaklığı 1100 santigrad dereceye kadar ısıtılır. Isınan hava ise gaz türbinini çalıştırır. Gaz türbini ise kompresör ve jeneratör ile bir birine bağlıdır.
Gaz türbininden açığa çıkan atık ısı, kazan ünitesine gönderilir. Bu atık ısı buhar çevriminde de kullanılır.
Normal bir buhar türbini %35 verime sahipken, bunu gaz ve buhar türbinleri ile kombine edilerek %50’ye kadar çıkartılabilir. Bu tarz sistemlerin genel verimi ise %20 civarındadır.
9 Güneş Bacası ile Elektrik Üretimi
Toplam güneş ışınımından yararlanarak elektrik üretmek için tasarlanan sistemlerdir. Güneş bacalı sistemlerde, geniş bir toplaç ünitesi bulunur. Bu toplaçların ortasında ise yüksekliği 1000 metreye kadar uzanabilen kule bulunur. Güneş, zemin ve toplaç ünitelerininin altındaki havayı ısıtır. Isınan hava bacaya ulaşıncaya kadar yükselir. Hava bacanın içinden yüksek bir hızla geçer ve bacanın en altında bulunan rüzgar jeneratörlerini çalıştırır.
Bu güneş enerjisi üretim sistemlerinde verim %2 oranındadır. Bu yüzden atıl yani çöl gibi kullanılmayan arazilerde tercih edilir. Güneş enerjisinden elektrik üretimi için kullanılan bu farklı sistem şuan teoriktir.
Bu teknolojinin çalışma presibi için güneş bacası ile elektrik üretimi isimli makalemize bakabilirsiniz.
10 Fotovoltaik Teknoloji ile Elektrik Üretimi
Güneş pilleri yardımıyla güneş enerjisinden elektrik üretimi yapan sistemlerdir. Çok çeşitte güneş pili vardır. Monokristal, polikristal, ince film v.b… Bu güneş panelleri ile güneşten gelen ışıklar doğrudan elektriğe dönüştürülür ve elektrik enerjisi elde edilir. 1 MW fotovoltaik bir güneş santrali yaklaşık 10.000 metrekare yer kaplar.
Fotovoltaik ile güneş tarlası maliyeti hakkındaki yazımıza bakabilirsiniz. Ayrıca güneş santrallerinde kullanılan güneş paneli çeşitleri ve güneş pilleri hakkındaki yazılarımıza da ilginizi çekebilir.
