GÜNEŞ VE RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİ

GÜNEŞ VE RÜZGAR ENERJİSİ
SİSTEMLERİ
GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ
Güneş sistemleri uygulamaları kullanılan yöntem,malzeme
ve teknoloji açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki
ana gruba ayrılır.
1-Isıl Güneş Enerji Teknolojileri
2-Güneş Pilleri(Fotovoltaik)
1- Isıl Güneş Enerji Teknolojileri
Isı üretimi düşük,orta ve yüksek sıcaklık
uygulamaları olmak üzere üçe ayrılabilir.Düşük
sıcaklık uygulamalarının bilinen en yaygın örneği
düzlemsel güneş kollektörleridir.Orta sıcaklık
uygulamaları çizgisel yoğunlaştırma yapan
sistemler(parabolik oluk sistemler),yüksek sıcaklık
uygulamaları ise noktasal yoğunlaştırma
yapan(Parabolik çanak ve merkezi alıcılar)
sistemlerdir.
1.1- Güneş Kollektörleri
Güneş enerjisinin en yaygın ve bilinen kullanım alanlarından biri
düzlemsel güneş kollektörleridir.En çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla
kullanılan bu sistemler,güneş enerjisini toplayarak bir akışkana ısı olarak
aktaran çeşitli tür ve biçimlerde imal edilmektedir.Bu sistemler içlerinde
dolaşan akışkanı 80 derece sıcaklığa kadar çıkarabilmektedirler.Evlerin
sıcak su ihtiyacı dışında,yüzme havuzları ve sanayi tesisleri için de sıcak
su sağlanmasında da kullanılmaktadır.2000 yılı verilerine göre dünyada
toplam kurulu güneş kollektörü alanı yaklaşık 35 milyon metrekaredir.
ülkeler
Almanya
ABD
Türkiye
İsrail
Yunanistan
Güneş
kollektörü
alanı
1milyon
metrekare
8milyon
metrekare
7.5milyon
metrekare
2.8milyon
metrekare
2milyon
metrekare
1.2- Termal Güneş Enerji Santralleri
Isıl güneş enerjisi uygulamalarının ikinci büyük
grubu da elektrik üretmekte kullanılan
santrallardır.Parabolik oluk kollektörlü,parabolik
çanak kollektörlü ya da merkezi alıcılı tipte
olabilmektedirler.Bu sistemler yoğunlaştırma yaptıkları
için daha yüksek sıcaklığa ulaşabilirler.Parabolik oluk
kollektörlü santrallar ticari ortama girmiş olup ,bu
sistemlerin en büyük ve en tanınmış olanı 350MW
gücündeki ABD LUZ ınternational santrallarıdır.
2-Güneş Pilleri(Fotovoltaik)
Güneş pilleri,yüzeylerine gelen güneş ışığını
doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken
maddelerdir.Güneş pilleri kristal silisyum(yüksek
güvenilirliğinden ve yüksek veriminden dolayı daha
çok kullanılmaktadır.),amorf silisyum(verimi daha
düşüktür fakat ince katmanlar halinde kullanılabilir bu
nedenle daha az masraflıdır.)
Bütün FV sistemler iki temel öğeden oluşur:
I-Fotovoltaik modül
II-Modüle destek sağlayan ve bazı uygulamalarda
güneşin görünen hareketini izleyen dayanak yapısı.
Bir modül,ışığa duyarlı hücrelerden ve hücreleri çevreden
koruyan örtü malzemelerinden oluşur.Bazı modüllerde destek
yapılarına bağlantı için katı çerçeve de vardır.Modüllerde ışığı FV
hücrelere odaklayan aynalar ya da lensler de
olabilir.Uygulamaların çoğunda FV hücrelerin ürettiği doğru akım
yerine alternatif akım gerektiğinden,FV sistemlerin çoğunda
dönüştürme yapan çeviricilerde vardır.Ayrıca,bir hizmet
şebekesine bağlı olamayan FV sistemler,tipik olarak,geceleyin ve
bulutlu zamanlarda güç sürekliliğini sağlamak için depolama
bataryaları da kullanılır.Ancak,elektrik taleplerinin gündüz
maksimum olduğu bölgelerde,FV sistemler şebekeye
bağlandığında,elektrik depolanmasının değeri gerçekten azalır.
Güneş pilleri şebekeden bağımsız ve şebeke bağlantılı
olmak üzere ikiye ayrılır.Şebeke bağlantılı sistemler
dağınık PV güç sistemleri olabileceği gibi,PV
santralları biçiminde de olabilir.Şebekeden bağımsız
olanlar belli bir birimin elektrik gereksinimini sağlayan
güneş pili ve PV modüllerine dayanır.Güneş pili
bataryasıda denilen bu modüllerden üretilen DC
elektrik akımı ile tüketici beslenir.Sistemde akü ünitesi
bulunur.
GÜNEŞ ARABALARINDA GÜNEŞ
ENERJİSİ NASIL DEPOLANIR
Güneş arabaları,yarı iletken maddeden yapılmış fotovoltaik paneller
üzerinde güneş ışığını toplayıp bunu elektrik enerjisine çevirerek
çalışıyor.Temel olarak,güneş ışığı panele çarptığında,bu yarı iletken
madde tarafından soğurulur.Yani soğurulan ışığın enerjisi yarı iletkene
geçmiş olur.Enerji elektronları serbest bırakır ve serbestçe akmalarına
neden olur.FV akülerin hepsinde ışığın soğurulmasıyla serbest kalan
elektronları belli bir yönde akmaya zorlayan bir ya da daha fazla sayıda
elektrik alanı bulunur.Bu elektron akısı akım oluşturur ve FV akünün üst
ve altına yerleştirilmiş metal kontaklar sayesinde bu akımı dışarıya alıp
kullanmak mümkün olur.Örneğin,bu akım bir hesap makinesini
çalıştırabilir.İçindeki elektrik alanı ya da alanları sayesinde oluşan
voltaj,güneş aküsünün üretebileceği gücü tanımlar.Genellikle bu
enerji,verimlilik ve esneklik açısından akülerde depolanan elektrikle
çalışan motora ya da motorların ne kadar güç çekeceğini
düzenleyen,normal arabalar daki gaz pedalı benzeri bir de kontrol sistemi
bulunur.Geleneksel arabalardan farklı olarak güneş arabalarında fren
yapıldığında açığa çıkan enerji,ısı ve gürültü şeklinde ziyan olmaz,emilir
ve depolanır.
RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİ
Rüzgar enerjisi genel olarak iki farklı enerji türüne
dönüştürülerek kullanılmaktadır.Bunlardan ilki çok
eski çağlardan beri uygulanan rüzgarın enerjisinin
mekanik enerjiye dönüştürülerek kullanımı diğeri ise
rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine
dönüştürülmesidir.Rüzgardan elektrik enerjisi üretimi
özellikle son yıllarda kullanımı en hızlı artan uygulama
türü olup gerek kırsal kesimde elektrik enerjisinin
yerel üretimi-tüketimi amacıyla ve gerekse de bir
enterkonnekte sisteme bağlı büyük santrallar(rüzgar
tarlaları) şeklinde kullanılmaktadır.
Rüzgar Türbinleri Teknolojisi
Rüzgar türbinleri,rüzgar enerji santrallarının ana elemanı olup
hareket halindeki havanın kinetik enerjisini mekanik enerjiye
dönüştüren makinalardır.Rüzgar türbinleri dönüş eksenlerinin
doğrultusuna göre yatay ve düşey eksenli olarak imal edilirler.Bu
tiplerden en fazla kullanılanı yatay eksenli rüzgar
türbinlerdir.Günümüzde yaygın olarak 600-750kW gücünde yatay
eksenli rüzgar türbinleri kullanılmakla beraber teknolojik
gelişmelere paralel olarak 3MW kapasiteli rüzgar türbinleri de
piyasaya girmiştir.
Bir rüzagr türbini,çevredeki engellerin rüzgar hız profilini
değiştirmeyeceği yükseklikteki bir kule üzerine yerleştirilmiş
gövde ve rotordan oluşur.Kanatlar ve göbek rotor olarak
adlandırılır.Rüzgarın kinetik enerjisi rotor tarafından mekanik
enerjiye çevrilir ve düşük devirli ana milin dönü hareketi gövde
içerisindeki iletim sistemine,oradan generatöre aktarılır.Rotorun
dönüş hızı sabit veya değişken olabilmektedir.Modern rüzgar
türbinlerinin rotor göbekleri(hub) yerden 30-80m yükseklikte bir
kule üzerinde bulunur.
Kuleler çelik kafes,çelik konik boru,çelik silindir,beton konik boru
ya da silindir biçiminde yapılmaktadır.yaygın olarak kullanılan
yatay eksenli rüzgar türibinlerinin rotor kanat sayısı bir ile
üç,devir sayıları ise 16-30dev/dk arasındadır.Rotor çapları 1865m,rotor süpürme alanları ise 250-3320 metrekaredir.
Kanatlar polyester ile kuvvetlendirilmiş fiberglass veya epoxy ile
güçlendirilmiş fiber karbondan yapılmakta ve çelik omurga ile
desteklenmektedir.Kanatlardaki gücün kontrolü için iki farklı
yöntem kullanılır.Kanat açısı kontrolü adı verilen ilk konrol
yönteminde kanat açıları makine kontrol sistemi tarafından
ayarlanır ve frenleme veya durdurma gerçekleştirilir.Stall kontrol
bazen da pasif kontrol olarak bilinen ikinci yöntemde ise
ayarlanacak hareketli parçalar yoktur ve kanadın doğal
aerodinamik özelliği ile rotor durdurulur.
Rüzgar türbinlerinin en önemli parçası mekanik enerjiyi elektrik
enerjisine dönüştüren generatörlerdir.Orta ve büyük güçlü
sistemlerde senkron ve asenkron generatörler yaygın olarak
kullanılırlar.Büyük güçlü rüzgar türbinlerinin şebekeye bağlantı
frekansı ise 50Hz’dir.
Rüzgar türibinlerinin ömrü,türbin kalitesine ve yerel iklim
özelliklerine göre değişmekle beraber ortalama 20-25 yıldır.hub
yüksekliğindeki türbülans yoğunluğu ve bunun sonucu ortaya
çıkan mekanik yorulma türbin ömrünü birinci dereceden
etkileyen faktördür.Günümüzde rüzgar santralları kullanımda
olan konvansiyonel enerji teknolojileri ile rekabet edebilir bir
duruma gelmektedir.Örneğin günümüzde rüzgar hızının en iyi
olduğu yerlerde rüzgardan üretilen elektriğin fiyatı 0.04$/kWh
olup buna karşılık yeni bir gaz santralından üretilen elektriğin
maliyeti ise 0.03$/kWh’dır.Rüzgardan üretilecek enerji miktarı
esas olarak rüzgar hızının kübüyle orantılıdır.Bu nedenle ortalama
rüzgar hızındaki çok küçük bir değişim enerji üretiminde ve
dolayısıyla birim enerji maliyetinde büyük farklılıklara yol
açmaktadır.örneğin aynı rüzgar santralinden 7m/s’lik ortalama
rüzgar hızında üretilen enerji birim maliyeti 4,8$/kWh iken
8.8m/s’lik ortalama rüzgar hızında 2.6$/kWh olmaktadır.Benzer
şeklinde daha büyük güçteki bir rüzgar enerji santralından
üretilecek enerji daha düşük maliyette olacaktır.
2002 verilerine göre dünyadaki rüzgar enerjisi
sistemleri kurulu gücü(MW) 24471MW’dir.bu gücün
%71’ini Avrupa ülkelerinden %17.3’ünü Amerika
Kıtasından %11.7’sini diğer ülkelerdendir.
Santral Adı
Kapasite
Yer
İşletmeye
Başlama Tarihi
Delta Plastik
1.5MW
AlaçatıÇeşme
21Şubat 1998
ARES RES
7.2MW
AlaçatıÇeşme
28Kasım 1998
Bozcaada
RES
10.2MW
BozcaadaÇanakkale
25 Haziran 2000
Güneş ve Rüzgar Sistemlerinin Faydaları
1-Kesintisiz ve bedava enerji sağlar.
2-Uzun ömürlüdür ve bakım gerekmez.
3-Elektrik kesintilerinde zorunlu enerji ihtiyacınızı
karşılar.
4-Düzenli ve temiz enerji üretir.
5-Sessiz ve çevre dostudur.
6-Ülke ekonomisine çok büyük katkı sağlar.