8 Mayıs 2013 Çarşamba

Enerji II - Güneş

Selam,

Sevgili enerji yazı dizisinin bu bölümünde, güneş enerjisi üzerine yoğunlaşacağız, güneşin etinden ve sütünden insanlık olarak nasıl faydalanabiliriz, bunu tartışacağız. Haydi yardıralım.

Öncelikle hepimizin bildiği ve ülkemizin güney kesimlerinde yaygınca kullanılan "Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri" ile başlayalım. Müstakil evlerimizin çatılarına monte ettiğimiz bu güzide aygıt, güneşten gelen sıcacık ışınlar yardımıyla; denizden yeni gelen çoluk, çocuk, torun ve torbanın akşam bedava sıcak duş almasını sağlıyordu.

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemi

Bu aygıtın çalışması oldukça iyi bildiğimiz 2 cümle sayesinde olur:
1. Isınan hava yükselir.
2. "Siyah giyme evladım, pişersin!"

Isınan hava yükseldiği gibi, ısınan su da yükselir. Bu basitçe, ısındıkça suyun genleşmesi (geniş kelimesinden türetilmiştir) ve bunu müteakip (bir de eski kelimeleri bilmiyormuş yeni nesil de bilmem ne imiş, haşa!) yoğunluğun azalması ile olur. Yoğunluğu azalan su tanecikleri uçan balon mantığıyla su tankının yukarı kısmına çıkar ve panelin içinde hep soğuk su kalır.

Isınan hava yükselir!

Panelin içindeki soğuk suyun ısınması için panelin üzeri siyaha boyanmıştır çünkü siyah renk ışığın görünen bütün dalga boylarını soğurur. Işık bütün renkleri  (ve daha fazlası UV vs,vs) içinde barındırır, kırmızı bir cisim sadece kırmızı ışığı yansıtır, diğerlerini soğurur böylece onu kırmızı görürüz. Soğurulan ışık ise ısı enerjisine dönüşür. Siyah renk görünen bütün dalga boylarını soğurduğu için; ışığı ısı enerjisine en iyi siyah renk dönüştürür.

Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin verimliliği %0.75 (ve artmaya çalışıyor) yani güneşten 1000 enerji geliyorsa, o evde 7.5 enerjilik su ısıtıyor ancak. Bu da yaptığım hesaplara göre Antalya'da 3.74017094017094 kWh/m2/gün (0.15584045584 kW/m2) yapıyor yani çatımıza 2mx1m'lik bir panel koyarsak, günde 7.48034188034188 kWh'lik su ısıtabiliyoruz yani 200 litrelik suyun sıcaklığını günde 32 derece artırabiliyoruz, hiç fena değil bence. Fiyatı 2750 Oyro!

Bu sıkıcı konudan daha eğlenceli bölümlere geçmeye başlayalım, asıl olayımız güneşten elektrik üretmek. Bu iş için PhotoVoltaic (PV) cell kullanıyoruz. Bunu şöyle anlatacağım:


Yok, yok öyle bir şey değil! Adam = güneş; yuvarlak, üçgen ve yıldız toplar = farklı dalga boylarından etkilenen elektronlar; kırmızı cızıklar = uçan üçgen topun etrafındaki akış çizgileri (streamlines), türbülans, wake felan (konuyla alakasız fasafiso yani kısaca). Çok uğraştım bununla ama olmadı, hehe.)

Şimdik olay basitçe şöyle: Güneş PV cell'deki elektronlara tekmeyi basıyor, basket olan elektronlar dağdan aşağı yuvarlanırken baraj misali elektrik üretiyor. Farklı toplar var (dalga boyları), farklı basket potaları var (dalga boylarına uygun malzeme diyelim), bunlardan ne kadar çok koyabilirsek PV cell'e verimlilik o kadar artıyor. Güneş'in her türlü topa vurma yeteneği mevcut ama her potayı aynı PV cell'e koymak oldukça zor günümüz teknolojisiyle bu yüzden PV cell'lerin de verimliliği oldukça düşük (%10'lere dayandığı söyleniyor bu sıralar, satın alınabilir olanlar tabii ki)

Hemen küçük bir hesap (kitaptan çalıntı): 13000$'lık yatırım ile 200 m2 çatı alanına güneş paneli koyarsak Antalya'da 2550 kWh yıllık elektrik üretebiliyoruz bu da yine 1 kWh = 23.734 kr (Tedaş 2012 Ocak Tarifesi) ile 600 TL'lik elektrik yapıyor yılda. Herşey tıkırında giderse (aletin bozulmasını geçtim, dölar/TL oranı da benzer kalacak olursa (!)) 43 yılda çıkıyor parası hehehe. İşte torunların uzayda PS50 oynarken "Çoçoli, dedemin dünyadaki güneş paneli de parasını çıkardı valla yaşadık!" diye sevinecekler.

Evleri geçelim de; ülke çapında elektrik üretimine bakalım derseniz, tonlarca değişik sistem var. Hazır PV'den bahsediyorken onunla başlayalım. Evimizin çatısındaki sistemin aynısını tarlaya kurmak kafasındaki bu elektrik üretim merkezlerinden bir tanesi:

Kod Adı: Templin Solar Park (Almanya) (Dünyadaki PV elektrik santrallerinin %47'si Almanya'daymış bu arada, GreenPeace'ci arkadaş sanırım bu bilgiyi bize Almanya'nın elektriğinin %47'si güneş paneli diye satmaya çalıştı ama onu yemezler, sadece %6.5'miş, bak sen düşün, dünyadaki bütün PV'nin %47'si bir ülkenin sadece %6.5'i pehhh)
Model: 2012
Alan: 214 Hektar (285.333333333 Futbol sahası eder kanka senin anlayacağın dilde)
Maliyet: 205 milyon Yoruyo!
Sığa (Bu kapasite'nin türkçesi, uzaylı değil, sığmak, sığa, deniz çok sığ hadi çimelim, çimiyongu?, bunları bilelim): 128 MW (Bu rakam şu anda hiçbir şey ifade etmiyor olabilir size ama şöyle söyleyeyim: Çeşme'de bir kum tanesi: Hayatındaki elektriğin o boynuna astığın, triplere girerek hep M'de kullandığını sandığın ama aslında hep P'de kullandığın uzay mekiği objektifli fotomak'ın pilini doldurmaya oranı) (Altı çizili bölüm: Zincirleme uzay tamlaması)


Dünyada Nisan 2013 itibari ile toplam 4 GW'lık (bu da kum tanesi bu arada) sığası olan PV ile çalışan elektrik santrali var imiş. Yeri gelmişken şunu da eklemek isterim, sığa ile üretilen elektrik aynı değildir, sevgili güneş panellerinin gece çalıştığı zannedilmesin, sığa hani çok tatlı bulutsuz bir İstanbul yaz günü diyelim, özledim gerçekten o günleri.

Güneşten yararlanarak elektrik üretmenin bir diğer yöntemi ise yoğunlaştırılmış güneş ışınlarını ile su kaynatıp, su buharıyla türbin döndürme yöntemidir. 2012'de dünyada toplamda 2.5 GW sığalık yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali bulunmaktadır ve bu rakam hızla artmaktadır. Bunlara birkaç örnek:

Kod Adı: Ivanpah Solar Electric Generating System
Model: 2013 (Bitti bitecek)
Alan: 1420 Hektar (1893.333333333 Futbol sahası)
Maliyet: 2.2 milyar Dölar!
Sığa: 392 MW


Aynalar ile ışığı bir yere yoğunlaştır ve su kaynat. Bunun birkaç değişik yöntemi var, yukarıdaki güneş kulesi, aşağıdaki parabolik borular:


Aynalar burada ışığı borudaki suya yoğunlaştırıyor ve her şey yolunda giderse su kaynıyor. Bir de şu var:


Bu da uzaylılar "selam dünyalı biz dostuz" olayına girerse kaçırmamak için.

Son olarak en sevdiğim, dahiyane güneşten elektrik üretme olayına da gelirsek, kendisi şöyle bir şey:


Bunlara dik güneş kulesi midir derviş (bana dervişleri hatırlatıyor bunlar, çok gördüm ya sanki..) midir nedir artık ne demek isterseniz hacılar (bkz. solar updraft tower). Sistem şöyle:


O etek kısmının kapalı olması gerekiyor, cam olur sera misali, naylon olur, ışık geçiren hava geçirmeyen en ucuz Çin malı malzemeyi döşüyoruz. Sonra ışık oradan giriyor ve ayıptır söylemesi eteğin altındaki havayı ısıtıyor ince ince. Isınan havanın basıncı artar dostlar. Bir de borunun tepesi var, yeryüzünden yükseldikçe basınç düşer hatırlayın orta okul fizik yada coğrafya (böyle bir ders vardı ya vay be, ne dersti: enlem, meridyen, dönence felan) (Bak acayip parantez açıyorum şu anda: {{Gerçekten ülkemizin eğitim sistemini aşağılıyoruz ve neden aşağıladığımızı da biliyorum şimdi tartışmayalım bunu ama millet gerçekten hiçbir şey öğrenmiyor. Daha bak bu hafta Avustralya'da (sözde mükemmel eğitim xyz deriz dimi duysak ve burada öğrenciler sırf Avustralya'lı da değil, dünyanın her yerinden adam geliyor) üniversite 1.sınıf öğrencilerinin %99'unun anlamadığı geometri sorununu görsem eminim lise terk bile olsan .ıçınla çözersin.}} Neyse çok oldu bu parantez, ne diyorduk? Borunun tepesi yüksek olduğu için (ama 1km flan olması lazım (dünyanın en yüksek binası an itibariyle 830 m bu arada)) basınç orada düşük. Her akışkan gibi hava da yüksek basınçtan alçak basınca akmak isteyecektir ve hızlıca yukarı çıkmak isterken borunun içine türbin koyarsak döndürecektir ve elektrik üretecektir. Bu yöntemi kullanan gerçek bir enerji santrali şu anda yok gibi çünkü çok yüksek borular lazım ama birçok proje mevcut ve hatta biri de Türkiye'den (Barış Manço katkısıyla): Isparta. Bu olaya bir yatırım var gibi çünkü ilk maliyeti ve bakım masrafları oldukça düşük.

O değilde bu nedir ya, Arif'in Manchester'a attığı golü arıyordum bu çıktı:


Neyse bitti yeter yoruldum, aylar oldu. Yorumları bekliyorum, aşağıda kapışalım. Sırada su mu var ne var, bende unuttum yıllar oldu, ayarlarız bir şeyler, herkese saygılar.