Güneş Enerjisi Potansiyeli Ve Uygulamalar-Ülkemizegüneş Enerjisi Potansiyeli

**Prof. Dr. Sinsi** · 12-20-2012

1 GİRİŞ
Gerek sanayileşme gerekse bireylerin daha iyi yaşam istekleri günümüzde enerji tüketimini önemli ölçüde arttırmaktadır Enerji ihtiyacının karşılanmasında kömür, petrol, doğal gaz gibi yakıtlar öncelikli olarak kullanılmaktadır Ancak bu yakıtların kullanımında karşımıza iki sorun çıkmaktadır Birinci sorun bu yakıtların yakın bir gelecekte tükenme olasılığı, diğeri ise sanayileşmenin belli yörelerde yoğunlaşması sonucu büyük oranda fosil yakıtların kullanımından kaynaklanan çevre kirliliğinin artmasıdır Fosil yakıtların yanması sonucu CO2, NOx ve SOx emisyonları önemli değerlere ulaşmıştır Özellikle CO2’in neden olduğu sera etkisi sonucu dünya sıcaklığındaki artışın önümüzdeki 40 yıl içinde 15°C ila 45°C arasında olacağı tahmin edilmektedir Ayrıca SOx atmosferik olaylarla asit yağmuru olarak yeryüzüne geri dönerek ekolojik dengeleri tümüyle etkilemektedir
Dünya genelindeki bu iki soruna ek olarak ülkemiz için bir diğer sorunda enerji tüketiminin yaklaşık %60’nın yurtdışından karşılanmaktadır Enerji tasarrufu konusunda ciddi önlemler alınması halinde genel enerji talebinin %20-30 oranında düşürülmesi mümkün olabilecektir Ancak alınabilecek tüm önlemler artış eğilimini ancak frenliyebilecektir
Bu sorunların aşılması yeni enerji kaynaklarının araştırılmasını ve mümkün olan sektörde kullanımını gündeme getirmektedir Bu amaçla güneş, rüzgar, jeotermal, biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının değişik sektörlerde uygulanabilmesi için araştırmalar sürdürülmektedir
2 GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ
Ülkemiz güneş kuşağı adı verilen ve güneş enerjisince zengin bir bölgede yer almasına karşın güneş enerjisinden yeteri kadar faydalanılamamaktadır Ülkemizde ortalama yıllık toplam güneşlenmes süresi 2640 saat, yıllık güneş enerjisi ışınım şiddeti 1311 kWh/m² olarak belirlenmiştir
Bölgelerimize göre güneş enerjisi potansiyelinin dağılımını incelersek yıllık ortalama güneş ışınım şiddetinin Güney Doğu Anadolu Bölgesi’nde 14912 kWh/m², Akdeniz Bölgesi’nde 14527 kWh/m², İç Anadolu Bölgesi’nde 14326 kWh/m², Ege Bölgesi’nde 14066 kWh/m², Doğu Anadolu Bölgesi’nde 13984 kWh/m², Marmara Bölgesi’nde 11442 kWh/m² olduğu gözlenmektedir Yıllık ortalam güneş ışınım şiddetinin en düşük (10863 kWh/m²) olduğu bölgemiz ise Karadeniz Bölgesi’dir
Güneşlenme süreleri dikkate alındığında Güney Anadolu Bölgesi’nin yılda 30158 saat ile en zengin bölgemiz olduğu görülmektedir Akdeniz Bölgesi’nde 29232 saat, Ege Bölgesi’nde 27261 saat, İç Anadolu Bölgesi’nde 27115 saat güneşlenme süresi görülürken, Doğu Anadolu Bölgesi’nde 26925 saat , Marmara Bölgesi’nde 25257 saat, Karadeniz Bölgesi’nde ise 19659 saat olarak saptanmıştır [1,8]
3 GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULAMALARI
Güneş enerjisi uygulamalrını düşük sıcaklık (20-100°C), orta sıcaklık (100-300°C) ve yüksek sıcaklık (>300°C) olmak üzere üç grupta toplayabiliriz En yaygın uygulamalardan bazıları Tablo 1’de verilmektedir
Tablo 1 Güneş Enerjisinin En Yaygın Uygulamalarından Örnekler
Düşük Sıcaklık Uygulamaları
§ Kullanım sıcak suyu eldesi
§ Konut ısıtılması-soğutulması
§ Sera ısıtılması
§ Tarım ürünlerinin kurutulması
§ Yüzme havuzu ısıtılması
§ Güneş ocakları ve fırınları
§ Deniz suyundan tatlı su eldesi
§ Tuz üretimi
§ Sulama
§ Toprak solarizasyonu
§ PV sistemler
Orta Sıcaklık Uygulamaları
§ Endüstriyel kullanım için buhar üretimi
§ Büyük ısıtma-soğutma sistemleri
Yüksek Sıcaklık Uygulamaları
§ Güneş fırınları
4 ÜLKEMİZDE GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULAMALARI
41 Güneş Mimarisi
Ülkemizde 1995 yılında konut sektörü payı toplam tüketiminin %28’ini oluşturmuşturÖnümüzdeki 20 yıl içinde konut sektöründe tahminlenen enerji tüketim miktarı ve toplam tüketim içindeki payları Tablo 2’de görülmektedir
Tablo 2 Konut Sektörü Enerji Tüketim Tahminleri
2000 2005 2010 2020
Tüketim (BinTEP) 22624 27726 33632 48061
% 31 30 27 21
Konut sektörünün toplam tüketim içindeki payının 2020 yılına dek azaldığı ancak tüketimin 20 yıl içinde 22624 BinTEP’ten 48060 BinTEP’e yükseldiği görülmektedir Isıtma amaçlı bu tüketimin ülke koşullarına ve binanın özelliklerine bağlı olarak önemli bir bölümünün güneş enerjisinden karşılanması mümkündür Bu konuda yapılacak çalışmaları mevcut binalarda ve güneş mimarisine uygun tasarımlardaki uygulamalar olarak iki grupta toplayabiliriz
Mevcut binalarda enerji tüketimi oldukça yüksektir Bina yönlendirilmesinin ve çevre yapıların uygun olması durumunda güneş enerjisi teknolojileri uygulanarak enerji tüketimleri azaltılabilir Çatı ve pencerelerin değiştirilmesi, bina kullanım fonksiyonlarının yeniden düzenlenmesi, ısıtma ve havalandırma sistemlerinin değiştirilmesi, bina cephelerinin onarılması, güneş enerjisi teknolojilerinin uygulanmasında önemlidir Havalı kollektörlerin kullanımı, güney cephede sera haline dönüştürülmüş balkonlar, kuzey cephede camlı geçiş galerileri, iyi tasarlanmış pencereler, ilave yalıtım gibi uygulamalar ile mevcut binalarda güneş enerjisi katkısı arttırılabilir Hollanda’da Tilburg kentinde Reiste Hoeve apartmanında yakıt tüketimi %30 oranında azaltılmıştır Güneş enerjisi sistemlerinin bu azalmaya katkısı %64 oranında olmuştur [3,4,5,6,7]
Güneş mimarisine uygun tasarımlarda bina ısıtılmasında aktif ve pasif ısıtma teknikleri uygulanmaktadır Aktif sistemlerde ısının yani güneş enerjisinin toplanması ve ısıtılacak hacimlere iletilmesi mekanik elemanlar yardımıyla gerçekleştirilir Güneş enerjisi toplayıcı devresindeki çalışma akışkanı yardımıyla ısı, depolama ünitesine ve ısıtılacak ortama aktarılır Çalışma akışkanı olarak kullanılan su veya havanın sistemde dolaşımı pompa, fan gibi cihazlar yardımıyla sağlanır Pasif ısıtma sisteminde ise güneş enerjisinin toplanması ve ısıtılacak ortama iletilmesinde mekanik elemanlar gerekli değildir Bu sistemde güneş enerjisinin toplanması için binanın güney cephesinde yeterli büyüklükte geçirgen yüzey ve ısının absorpsiyonu, depolanması ve dağıtımı için de ısıl kütle kullanılır Temel prensipleri verilen pasif ısıtma sistemlerini direkt kazanç, indirekt kazanç ve ayrılmış kazanç olmak üzere üç grupta incelemek mümkündür Direkt kazanç yönteminde güneş enerjisi binamızın güney cephesine yerleştirilmiş cam alandan yaşam hacmine gelir Güney penceresi güneşin izlediği mevsimsel yörünge nedeniyle kışın maksimum güneş enerjisi girişini, yazın ise minimum güneş enerjisi geçişini sağlar Burada yaşam hacmi toplayıcı işlevini yerine getirir Gelen güneş enerjisinin bir kısmı hacmin ısıtılmasında kullanıllırken, kalanı da hacmi oluşturan elemanlar tarafından absorbe edilir Ülkemizde çeşitli ısıtma tekniklerinin uygulandığı araştırma amaçlı çalışmalar Ege Üniversitesi, Maden Tetkik Araştırma Enstitüsü, Erciyes Üniversitesi, Ankara Büyükşehir Belediyesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Çukurova Üniversitesi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi tarafından gerçekleştirilmiştir
42Güneş Enerjisiyle Kurutma
Türkiye’de sanayinin ulaştığı düzey sürekli artmasına karşın yaş ve kuru tarımsal ürünlerimizin ekonomi içindeki payı önemini korumaktadır Ülkemizde her çeşit sebze ve meyve yetiştirilmektedir [8] Üretim döneminde taze olarak tüketilen bu ürünlerin, önemli bir bölümüde kurutulmaktadır Kurutma işlemi ile tüketim süresinin uzatılması mümkün olabilmektedir Hazır gıda üreten sanayinin gelişmesi ile kurutulmuş ürünlere talep her geçen gün artmaktadır Kurutulmuş ürünlerin eldesinde açık sergide doğal koşullarda kurutmada ürün kalitesi iklim koşullarına bağlı olmakta, toz, kuş, böcek gibi canlılar tarafından kirletilmesi hijyen sorununu gündeme getirmekte ve ürünlerimiz ekonomik değeri üretim aşamasında kaybetmektedir Suni kurutma ise enerji giderlerinin yüksek olması önermli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır
Tarımsal ürünlerin dış satımında karşılaşılan sorunların aşılması kurutma işleminin kapalı sistemlerde gerçekleştirilmesiyle mümkündür Yöresel koşullara uygun olarak tasarlanacak kurutucularda enerji kaynağı olarak güneş, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı mümkündür Ürün tipi ve yöre koşullarına uygun kurutucu modellerinin belirlenmesi konusunda üniversitelerimizde mevcut bilgi birikimi yeterli düzeydedir Sistemin uyglanmasını teşvik etmek üzere üreticilere teknik bilgilerin aktarılması yanında finansal destek sağlanması için gereken düzenlemeler ilgili kurumlarca gerçekleştirilmelidir
43Enerjili Sıcak Su Hazırlama Sistemleri
Ticari olarak en uygun kullanımı olan güneş enerjisi uygulamalarından biri olan güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleri (SSHS) kollektör, ısı transfer akışkanı, depo, bağlantı elemanları ve diğer yardımcı donanımlarda oluşur [9,10] Tek veya iki depolama tanklı direkt/ indirekt güneş enerjili SSHSi geri boşaltmalı güneş enerjili SSHS, çalışma akışkanı soğutkan olan sistemler, pasif faz değişimli SSHS gibi tasarımlar geliştirilmiş uygulamaya alınmıştır
Ülkemizde güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleri ile ilgili olarak Nisan 1994 tarihli TS 3680 numaralı Güneş Enerjisi Toplayıcıları-Düz ve Aralık 1994 tarihli TS 3817 numaralı Güneş Enerjisi-Su Isıtma Sistemlerinin Yapım Tesis ve İşletme Kuralları isimli iki standart bulunmaktadır Ancak bu standartlara uyulması zorunlu olmadığından sektör olumsuz etkilenmektedir Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde her geçen gün yeni teknolojiler uygulamaya alınmasına karşın ülkemizde bu gelişmeler yeterli düzeyde izlenememektedir
Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde su kolaylıkla bulunabilmesi, ucuz olması ve özelliklerinin uygun olması nedeniyle en yaygın kullanılan ısı transfer akışkanıdır Ancak donma noktasının düşük olması önemli bir sorundur Bu sorun yeni sistem tasarımlar veya antifriz çözeltilerinin kullanımıyla aşılabilmektedir Propilen glikol-su, etlen glikol-su, etil alkol-su, silikon yağları, mineral yağları ülkemizde önerilen diğer çalışma akışkanlarıdır Güneş enerjisi uygulamaları için antifrogen N 52%, antifrogen L 52%, thermogen 1693 (Tablo 3) geliştirilen çalışma akışkanlarıdır [11]
Tablo 3 Transfer Akışkanı Thermogen 1693’ün Bazı Özellikleri
Yoğunluk (20°C) 1,060-1,070 g/cm³
kinematik Viskozite (20°C) 11-14 mm²/s
pH 8,5-9,5
Özgül ısı (20°C)
(180°C) 2,1 kJ/kgK
2,9 kj/kgK
Genleşme Katsayısı (20°C) 810-4 C-1
Buhar basıncı (20°C)
(100°C)
(150°C) <0,1 mbar
1 mbar
10 mbar
Isı iletkenlik katsayısı 0,16-0,17 W/mK
Kullanım Aralığı (-10°C)-((+160°C)
44 PV Sistemleri
Deniz fenerleri, iletişim sistemleri,park,bahçe,otoyol aydınlatması,trafik sinyalizasyonu,ulusal elektrik şebekesinin ulaşmadığı kırsal yörelerdeki elektrik gereksiniminin karşılanması,tarımsal amaçlı sulama için PV sistemlerinin kullanımı mümkündür Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde konutların aydınlatılması, sulama sistemlerinin çalıştırılması konularında PV sistem uygulamaları ile ilgili araştırma projeleri yürütülmektedir
45Güneş Enerjisi ile Soğutma ve İklimlendirme
Gerek iklimlendirme gerekse gıda maddeleri, ilaç gibi ürünlerin bozulmadan saklanabilmesi için gerekli soğutmanın eldesinde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür Genelde soğutma gereksiniminin olduğu dönem, güneş ışınımı şiddetinin en yüksek olduğu yaz aylarına rastlamaktadır Sıcak iklim bölgelerinde soğutma amaçlı elektrik tüketimi toplam elektrik tüketiminin yaklaşık %40`nı oluşturmaktadır
Güneş enerjili açık çevrimli absorpsiyonlu soğutmanın iklimlendirme amaçlı geliştirilmesi, büro tipi buzdolabının güneş enerjili destekli çalıştırılması, güneş pili ile çalışan peltier elemanlı soğutucu konulu araştırmalar deneysel olarak Güneş Enerjisi Enstitüsü`nde gerçekleştirilmiştir
5EĞİTİM ÖĞRETİM-ARAŞTIRMA ETKİNLİKLERİ
Hacettepe Üniversitesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, ODTÜ, Ankara Üniversitesi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Marmara Üniversitesi, Erciyes Üniversitesi ve Ege Üniversitesinde güneş enerjisi konusu lisans veya lisans üstü eğitim programında yer almaktadır Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü`nde ise güneş enerjisi ve uygulamalarını içeren konuları ayrıntılı olarak lisansüstü eğitim programına alınmıştır Ayrıca gerek ülkemiz gerekse Ege Bölgesi için önemli bir potansiyel oluşturan rüzgar ve jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelinin belirlenmesi, değişik sektörlere uygulanması, sistem tasarımı konuları için çalışmalar Güneş Enerjisi Enstitüsü`nde başlatılmıştır Enstitü eğitim planında da rüzgar ve jeotermal enerji sistemleri, sistem tasarımı,uygulamaları konuları lisansüstü düzeyde eğitim planına alınmıştır
Eğitim-öğretim etkinliklerine ek olarak bu üniversitemizde güneş enerjisi ve uygulamaları konusunda çok sayıda bilimsel araştırma yürütülmektedir TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Çevre ve Enerji Sistemleri Araştırma Enstitüsünde güneş enerjisi uygulamaları konusunda çok sayıda araştırma sürdürülmektedir Ayrıca Elektrik İşleri Etüt İdaresi`nde güneş enerjisi potansiyelinin belirlenmesi,uygulama konularında çalışmalar sürdürülmekte ve diğer araştırma kurumlarıyla ortak çalışmalar yürütülmektedir
Üniversitelerimiz ve diğer araştırma kurumlarında güneş enerjisi ile ilgili araştırmalar sıvılı düzlemsel kolektörler, güneş enerjili hava ısıtıcıları, tarımsal ürünlerin kurutulması, güneş mimarisi, PV sistemleri ve soğutma konularında yoğunlaşmıştır
Güneş enerjisi kolektörlerinde geçirgen (transparet) yalıtım malzemelerinin kullanımı sistem verimliliğinin artırılmasında önemli bir etkendir Kolektörde bal peteği yapısındaki geçirgen örtü malzemelerinin kullanımı sonucu toplayıcı sıcaklığının 60°C ile120°C arasına hatta yüksek sıcaklıklara ulaşması mümkündür,[12]
Ülkemizdeki zorlanmış dolaşımlı güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde gömlekli ve/veya serpantinli boyler, doğal dolaşımlı sistemlerde ise sıcak ve soğuk su depolarından oluşan iki depolu uygulamalar yaygın olarak kullanılmaktadır Bu amaçla geliştirilen sıcak su hazırlama ve ısınma amaçlı sistemde ise sıcak su deposunda ısının istenilen bölgeye aktarılması için depo içinde yönlendirmeler yapılmıştır,[13] Konik olarak imal edilen deponun altında bulunan ısı değiştiriciye kolektörden gelen sıcak su verilerek depoda suyun en soğuk olduğu bölgede ısı transferinin gerçekleşmesi sağlanır Burada alınan ısı deponun daha üst bölgesindeki ikinci ısı değiştiricisi yardımıyla hacim ısıtma amaçlı kullanıma sunulur Üçüncü ısı değiştirici ise kullanım suyunun ısıtılmasını sağlamaktadır Depo yapısı nedeniyle sıcaklık tabakalaşması sağlanabilmektedir
Geliştirilen bir diğer su deposunun iç kısmında konik yapıda kulanım sıcak suyu hazırlama amaçlı bir iç depo bulunmakta ve soğuksu girişleri ile soğuk su çıkışları teğetsel olarak gerçekleştirilmektedir,[14] Kolektörden alınan ısı kanatlı ısı değiştirici kullanılarak depodaki akışkana aktarılmakta ve sistemde sıcaklık tabakalaşması yeterli düzeyde gerçekleştirilmektedir Depo dış gömleğinde değişik kullanım amaçlı bağlantılar bulunmaktadır
Ülkemizde sıvılı düzlemsel kolektör üretimi yılda 400-500 bin m² düzeyinde olup bu üretimin yaklaşık üçte biri yurt dışına satılmaktadır, [15] Son yıllarda selektif yüzey üretim çalışmaları araştırma kurumları ve üretici firmalar işbirliği ile başlatılmış olup ticari üretime geçilmiştir
6 SONUÇ VE ÖNERİLER
Ülkemiz güneş, rüzgar, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynakları bakımından oldukça zengin olmasına karşın bu kaynakların kullanım potansiyeli gerektirdiği ölçüde gerçekleşmemektedir Kullanımın yaygınlaştırılması için yapılması gerekli çalışmaları tanıtım ve eğitim etkinlikleriyle yasal düzenlemeler altında toplamak mümkündür:
61 Tanıtım ve Eğitim Etkinlikleri
· Uygulayıcılara yönelik kurslar düzenlenmelidir
· Üniversitelerin mimarlık, şehir planlaması bölümlerinde zorunlu ders
olarak güneş mimarisini içeren dersler okutulmalıdır
· Yurdun değişik bölgelerinde alternatif enerji uygulamalarını içeren
Örnek (konut-resmi daire-okul) binaların yapılması teşvik edilmelidir Bunların ısıtma-soğutma-elektrik ihtiyaçları yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılamalıdır
· Topluma yenilenebilir enerji sistemlerini tanıtıcı TV filmleri,
bilgilendirme kitapçıkları hazırlanmalıdır
· Mühendislik fakültelerinde (Özellikle Makina, Kimya, Elektrik
Bölümleri) yenilenebilir enerji sistemleri ile ilgili dersler okutulmalıdır
· Orta öğretim kurumlarında yenilenebilir enerji sistemleri ve enerji
tasarrufu konuları eğitim programlarında yer almalıdır
· Ülkemiz için güneş enerjisinin evsel ve endüstriyel kullanım potansiyeli, mevcut çalışmalar belirlenmelidir 2020 yıllarında güneş
enerjisinin bu kullanımdaki yeri ancak bu kapsamlı analizlerle
belirlenebilecektir
62 Yasal Düzenlemeler
· Yeni yerleşim bölgelerinde konutların planlamasında güneş
enerjisinden yararlanmayı sağlayacak yasal düzenlemeler
yapılmalıdır
· Konutlar, resmi, özel işyerlerinde ısı yalıtım uygulaması etkin olarak
kontrol edilmelidir
· Toplu konut idaresi ve belediyelerce yapılan inşaatlarda yenilenebilir
enerji kaynakları uygulamaları teşvik edilmelidir
· Düzlemsel toplayıcıların üretiminde standartların uygulanmasında
özen gösterilmelidir
· Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde vergi iadesi indirimi
yapılmalıdır
· Yeterli yalıtım uygulayan ve güneş mimarisine uygun olarak
tasarlanmış konutlarda vergi indirimi uygulanmalıdır
· Yeni yerleşim birimlerinin planlanmasında yenilenebilir enerji
kaynaklarının kullanımını sağlayacak önlemler alınmalıdır
· Güneş enerjisi uygulamaları ile ilgili standartlar gözden geçirilmeli ve
ihtiyaç duyulan alanlarda yenileri hazırlanmalıdır

12-20-2012	#1
Prof. Dr. Sinsi	Güneş Enerjisi Potansiyeli Ve Uygulamalar-Ülkemizegüneş Enerjisi Potansiyeli 1 GİRİŞ Gerek sanayileşme gerekse bireylerin daha iyi yaşam istekleri günümüzde enerji tüketimini önemli ölçüde arttırmaktadır Enerji ihtiyacının karşılanmasında kömür, petrol, doğal gaz gibi yakıtlar öncelikli olarak kullanılmaktadır Ancak bu yakıtların kullanımında karşımıza iki sorun çıkmaktadır Birinci sorun bu yakıtların yakın bir gelecekte tükenme olasılığı, diğeri ise sanayileşmenin belli yörelerde yoğunlaşması sonucu büyük oranda fosil yakıtların kullanımından kaynaklanan çevre kirliliğinin artmasıdır Fosil yakıtların yanması sonucu CO2, NOx ve SOx emisyonları önemli değerlere ulaşmıştır Özellikle CO2’in neden olduğu sera etkisi sonucu dünya sıcaklığındaki artışın önümüzdeki 40 yıl içinde 15°C ila 45°C arasında olacağı tahmin edilmektedir Ayrıca SOx atmosferik olaylarla asit yağmuru olarak yeryüzüne geri dönerek ekolojik dengeleri tümüyle etkilemektedir Dünya genelindeki bu iki soruna ek olarak ülkemiz için bir diğer sorunda enerji tüketiminin yaklaşık %60’nın yurtdışından karşılanmaktadır Enerji tasarrufu konusunda ciddi önlemler alınması halinde genel enerji talebinin %20-30 oranında düşürülmesi mümkün olabilecektir Ancak alınabilecek tüm önlemler artış eğilimini ancak frenliyebilecektir Bu sorunların aşılması yeni enerji kaynaklarının araştırılmasını ve mümkün olan sektörde kullanımını gündeme getirmektedir Bu amaçla güneş, rüzgar, jeotermal, biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının değişik sektörlerde uygulanabilmesi için araştırmalar sürdürülmektedir 2 GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ Ülkemiz güneş kuşağı adı verilen ve güneş enerjisince zengin bir bölgede yer almasına karşın güneş enerjisinden yeteri kadar faydalanılamamaktadır Ülkemizde ortalama yıllık toplam güneşlenmes süresi 2640 saat, yıllık güneş enerjisi ışınım şiddeti 1311 kWh/m² olarak belirlenmiştir Bölgelerimize göre güneş enerjisi potansiyelinin dağılımını incelersek yıllık ortalama güneş ışınım şiddetinin Güney Doğu Anadolu Bölgesi’nde 14912 kWh/m², Akdeniz Bölgesi’nde 14527 kWh/m², İç Anadolu Bölgesi’nde 14326 kWh/m², Ege Bölgesi’nde 14066 kWh/m², Doğu Anadolu Bölgesi’nde 13984 kWh/m², Marmara Bölgesi’nde 11442 kWh/m² olduğu gözlenmektedir Yıllık ortalam güneş ışınım şiddetinin en düşük (10863 kWh/m²) olduğu bölgemiz ise Karadeniz Bölgesi’dir Güneşlenme süreleri dikkate alındığında Güney Anadolu Bölgesi’nin yılda 30158 saat ile en zengin bölgemiz olduğu görülmektedir Akdeniz Bölgesi’nde 29232 saat, Ege Bölgesi’nde 27261 saat, İç Anadolu Bölgesi’nde 27115 saat güneşlenme süresi görülürken, Doğu Anadolu Bölgesi’nde 26925 saat , Marmara Bölgesi’nde 25257 saat, Karadeniz Bölgesi’nde ise 19659 saat olarak saptanmıştır [1,8] 3 GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULAMALARI Güneş enerjisi uygulamalrını düşük sıcaklık (20-100°C), orta sıcaklık (100-300°C) ve yüksek sıcaklık (>300°C) olmak üzere üç grupta toplayabiliriz En yaygın uygulamalardan bazıları Tablo 1’de verilmektedir Tablo 1 Güneş Enerjisinin En Yaygın Uygulamalarından Örnekler Düşük Sıcaklık Uygulamaları § Kullanım sıcak suyu eldesi § Konut ısıtılması-soğutulması § Sera ısıtılması § Tarım ürünlerinin kurutulması § Yüzme havuzu ısıtılması § Güneş ocakları ve fırınları § Deniz suyundan tatlı su eldesi § Tuz üretimi § Sulama § Toprak solarizasyonu § PV sistemler Orta Sıcaklık Uygulamaları § Endüstriyel kullanım için buhar üretimi § Büyük ısıtma-soğutma sistemleri Yüksek Sıcaklık Uygulamaları § Güneş fırınları 4 ÜLKEMİZDE GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULAMALARI 41 Güneş Mimarisi Ülkemizde 1995 yılında konut sektörü payı toplam tüketiminin %28’ini oluşturmuşturÖnümüzdeki 20 yıl içinde konut sektöründe tahminlenen enerji tüketim miktarı ve toplam tüketim içindeki payları Tablo 2’de görülmektedir Tablo 2 Konut Sektörü Enerji Tüketim Tahminleri 2000 2005 2010 2020 Tüketim (BinTEP) 22624 27726 33632 48061 % 31 30 27 21 Konut sektörünün toplam tüketim içindeki payının 2020 yılına dek azaldığı ancak tüketimin 20 yıl içinde 22624 BinTEP’ten 48060 BinTEP’e yükseldiği görülmektedir Isıtma amaçlı bu tüketimin ülke koşullarına ve binanın özelliklerine bağlı olarak önemli bir bölümünün güneş enerjisinden karşılanması mümkündür Bu konuda yapılacak çalışmaları mevcut binalarda ve güneş mimarisine uygun tasarımlardaki uygulamalar olarak iki grupta toplayabiliriz Mevcut binalarda enerji tüketimi oldukça yüksektir Bina yönlendirilmesinin ve çevre yapıların uygun olması durumunda güneş enerjisi teknolojileri uygulanarak enerji tüketimleri azaltılabilir Çatı ve pencerelerin değiştirilmesi, bina kullanım fonksiyonlarının yeniden düzenlenmesi, ısıtma ve havalandırma sistemlerinin değiştirilmesi, bina cephelerinin onarılması, güneş enerjisi teknolojilerinin uygulanmasında önemlidir Havalı kollektörlerin kullanımı, güney cephede sera haline dönüştürülmüş balkonlar, kuzey cephede camlı geçiş galerileri, iyi tasarlanmış pencereler, ilave yalıtım gibi uygulamalar ile mevcut binalarda güneş enerjisi katkısı arttırılabilir Hollanda’da Tilburg kentinde Reiste Hoeve apartmanında yakıt tüketimi %30 oranında azaltılmıştır Güneş enerjisi sistemlerinin bu azalmaya katkısı %64 oranında olmuştur [3,4,5,6,7] Güneş mimarisine uygun tasarımlarda bina ısıtılmasında aktif ve pasif ısıtma teknikleri uygulanmaktadır Aktif sistemlerde ısının yani güneş enerjisinin toplanması ve ısıtılacak hacimlere iletilmesi mekanik elemanlar yardımıyla gerçekleştirilir Güneş enerjisi toplayıcı devresindeki çalışma akışkanı yardımıyla ısı, depolama ünitesine ve ısıtılacak ortama aktarılır Çalışma akışkanı olarak kullanılan su veya havanın sistemde dolaşımı pompa, fan gibi cihazlar yardımıyla sağlanır Pasif ısıtma sisteminde ise güneş enerjisinin toplanması ve ısıtılacak ortama iletilmesinde mekanik elemanlar gerekli değildir Bu sistemde güneş enerjisinin toplanması için binanın güney cephesinde yeterli büyüklükte geçirgen yüzey ve ısının absorpsiyonu, depolanması ve dağıtımı için de ısıl kütle kullanılır Temel prensipleri verilen pasif ısıtma sistemlerini direkt kazanç, indirekt kazanç ve ayrılmış kazanç olmak üzere üç grupta incelemek mümkündür Direkt kazanç yönteminde güneş enerjisi binamızın güney cephesine yerleştirilmiş cam alandan yaşam hacmine gelir Güney penceresi güneşin izlediği mevsimsel yörünge nedeniyle kışın maksimum güneş enerjisi girişini, yazın ise minimum güneş enerjisi geçişini sağlar Burada yaşam hacmi toplayıcı işlevini yerine getirir Gelen güneş enerjisinin bir kısmı hacmin ısıtılmasında kullanıllırken, kalanı da hacmi oluşturan elemanlar tarafından absorbe edilir Ülkemizde çeşitli ısıtma tekniklerinin uygulandığı araştırma amaçlı çalışmalar Ege Üniversitesi, Maden Tetkik Araştırma Enstitüsü, Erciyes Üniversitesi, Ankara Büyükşehir Belediyesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Çukurova Üniversitesi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi tarafından gerçekleştirilmiştir 42Güneş Enerjisiyle Kurutma Türkiye’de sanayinin ulaştığı düzey sürekli artmasına karşın yaş ve kuru tarımsal ürünlerimizin ekonomi içindeki payı önemini korumaktadır Ülkemizde her çeşit sebze ve meyve yetiştirilmektedir [8] Üretim döneminde taze olarak tüketilen bu ürünlerin, önemli bir bölümüde kurutulmaktadır Kurutma işlemi ile tüketim süresinin uzatılması mümkün olabilmektedir Hazır gıda üreten sanayinin gelişmesi ile kurutulmuş ürünlere talep her geçen gün artmaktadır Kurutulmuş ürünlerin eldesinde açık sergide doğal koşullarda kurutmada ürün kalitesi iklim koşullarına bağlı olmakta, toz, kuş, böcek gibi canlılar tarafından kirletilmesi hijyen sorununu gündeme getirmekte ve ürünlerimiz ekonomik değeri üretim aşamasında kaybetmektedir Suni kurutma ise enerji giderlerinin yüksek olması önermli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır Tarımsal ürünlerin dış satımında karşılaşılan sorunların aşılması kurutma işleminin kapalı sistemlerde gerçekleştirilmesiyle mümkündür Yöresel koşullara uygun olarak tasarlanacak kurutucularda enerji kaynağı olarak güneş, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı mümkündür Ürün tipi ve yöre koşullarına uygun kurutucu modellerinin belirlenmesi konusunda üniversitelerimizde mevcut bilgi birikimi yeterli düzeydedir Sistemin uyglanmasını teşvik etmek üzere üreticilere teknik bilgilerin aktarılması yanında finansal destek sağlanması için gereken düzenlemeler ilgili kurumlarca gerçekleştirilmelidir 43Enerjili Sıcak Su Hazırlama Sistemleri Ticari olarak en uygun kullanımı olan güneş enerjisi uygulamalarından biri olan güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleri (SSHS) kollektör, ısı transfer akışkanı, depo, bağlantı elemanları ve diğer yardımcı donanımlarda oluşur [9,10] Tek veya iki depolama tanklı direkt/ indirekt güneş enerjili SSHSi geri boşaltmalı güneş enerjili SSHS, çalışma akışkanı soğutkan olan sistemler, pasif faz değişimli SSHS gibi tasarımlar geliştirilmiş uygulamaya alınmıştır Ülkemizde güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemleri ile ilgili olarak Nisan 1994 tarihli TS 3680 numaralı Güneş Enerjisi Toplayıcıları-Düz ve Aralık 1994 tarihli TS 3817 numaralı Güneş Enerjisi-Su Isıtma Sistemlerinin Yapım Tesis ve İşletme Kuralları isimli iki standart bulunmaktadır Ancak bu standartlara uyulması zorunlu olmadığından sektör olumsuz etkilenmektedir Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde her geçen gün yeni teknolojiler uygulamaya alınmasına karşın ülkemizde bu gelişmeler yeterli düzeyde izlenememektedir Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde su kolaylıkla bulunabilmesi, ucuz olması ve özelliklerinin uygun olması nedeniyle en yaygın kullanılan ısı transfer akışkanıdır Ancak donma noktasının düşük olması önemli bir sorundur Bu sorun yeni sistem tasarımlar veya antifriz çözeltilerinin kullanımıyla aşılabilmektedir Propilen glikol-su, etlen glikol-su, etil alkol-su, silikon yağları, mineral yağları ülkemizde önerilen diğer çalışma akışkanlarıdır Güneş enerjisi uygulamaları için antifrogen N 52%, antifrogen L 52%, thermogen 1693 (Tablo 3) geliştirilen çalışma akışkanlarıdır [11] Tablo 3 Transfer Akışkanı Thermogen 1693’ün Bazı Özellikleri Yoğunluk (20°C) 1,060-1,070 g/cm³ kinematik Viskozite (20°C) 11-14 mm²/s pH 8,5-9,5 Özgül ısı (20°C) (180°C) 2,1 kJ/kgK 2,9 kj/kgK Genleşme Katsayısı (20°C) 810-4 C-1 Buhar basıncı (20°C) (100°C) (150°C) <0,1 mbar 1 mbar 10 mbar Isı iletkenlik katsayısı 0,16-0,17 W/mK Kullanım Aralığı (-10°C)-((+160°C) 44 PV Sistemleri Deniz fenerleri, iletişim sistemleri,park,bahçe,otoyol aydınlatması,trafik sinyalizasyonu,ulusal elektrik şebekesinin ulaşmadığı kırsal yörelerdeki elektrik gereksiniminin karşılanması,tarımsal amaçlı sulama için PV sistemlerinin kullanımı mümkündür Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde konutların aydınlatılması, sulama sistemlerinin çalıştırılması konularında PV sistem uygulamaları ile ilgili araştırma projeleri yürütülmektedir 45Güneş Enerjisi ile Soğutma ve İklimlendirme Gerek iklimlendirme gerekse gıda maddeleri, ilaç gibi ürünlerin bozulmadan saklanabilmesi için gerekli soğutmanın eldesinde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür Genelde soğutma gereksiniminin olduğu dönem, güneş ışınımı şiddetinin en yüksek olduğu yaz aylarına rastlamaktadır Sıcak iklim bölgelerinde soğutma amaçlı elektrik tüketimi toplam elektrik tüketiminin yaklaşık %40`nı oluşturmaktadır Güneş enerjili açık çevrimli absorpsiyonlu soğutmanın iklimlendirme amaçlı geliştirilmesi, büro tipi buzdolabının güneş enerjili destekli çalıştırılması, güneş pili ile çalışan peltier elemanlı soğutucu konulu araştırmalar deneysel olarak Güneş Enerjisi Enstitüsü`nde gerçekleştirilmiştir 5EĞİTİM ÖĞRETİM-ARAŞTIRMA ETKİNLİKLERİ Hacettepe Üniversitesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, ODTÜ, Ankara Üniversitesi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Marmara Üniversitesi, Erciyes Üniversitesi ve Ege Üniversitesinde güneş enerjisi konusu lisans veya lisans üstü eğitim programında yer almaktadır Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü`nde ise güneş enerjisi ve uygulamalarını içeren konuları ayrıntılı olarak lisansüstü eğitim programına alınmıştır Ayrıca gerek ülkemiz gerekse Ege Bölgesi için önemli bir potansiyel oluşturan rüzgar ve jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelinin belirlenmesi, değişik sektörlere uygulanması, sistem tasarımı konuları için çalışmalar Güneş Enerjisi Enstitüsü`nde başlatılmıştır Enstitü eğitim planında da rüzgar ve jeotermal enerji sistemleri, sistem tasarımı,uygulamaları konuları lisansüstü düzeyde eğitim planına alınmıştır Eğitim-öğretim etkinliklerine ek olarak bu üniversitemizde güneş enerjisi ve uygulamaları konusunda çok sayıda bilimsel araştırma yürütülmektedir TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Çevre ve Enerji Sistemleri Araştırma Enstitüsünde güneş enerjisi uygulamaları konusunda çok sayıda araştırma sürdürülmektedir Ayrıca Elektrik İşleri Etüt İdaresi`nde güneş enerjisi potansiyelinin belirlenmesi,uygulama konularında çalışmalar sürdürülmekte ve diğer araştırma kurumlarıyla ortak çalışmalar yürütülmektedir Üniversitelerimiz ve diğer araştırma kurumlarında güneş enerjisi ile ilgili araştırmalar sıvılı düzlemsel kolektörler, güneş enerjili hava ısıtıcıları, tarımsal ürünlerin kurutulması, güneş mimarisi, PV sistemleri ve soğutma konularında yoğunlaşmıştır Güneş enerjisi kolektörlerinde geçirgen (transparet) yalıtım malzemelerinin kullanımı sistem verimliliğinin artırılmasında önemli bir etkendir Kolektörde bal peteği yapısındaki geçirgen örtü malzemelerinin kullanımı sonucu toplayıcı sıcaklığının 60°C ile120°C arasına hatta yüksek sıcaklıklara ulaşması mümkündür,[12] Ülkemizdeki zorlanmış dolaşımlı güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde gömlekli ve/veya serpantinli boyler, doğal dolaşımlı sistemlerde ise sıcak ve soğuk su depolarından oluşan iki depolu uygulamalar yaygın olarak kullanılmaktadır Bu amaçla geliştirilen sıcak su hazırlama ve ısınma amaçlı sistemde ise sıcak su deposunda ısının istenilen bölgeye aktarılması için depo içinde yönlendirmeler yapılmıştır,[13] Konik olarak imal edilen deponun altında bulunan ısı değiştiriciye kolektörden gelen sıcak su verilerek depoda suyun en soğuk olduğu bölgede ısı transferinin gerçekleşmesi sağlanır Burada alınan ısı deponun daha üst bölgesindeki ikinci ısı değiştiricisi yardımıyla hacim ısıtma amaçlı kullanıma sunulur Üçüncü ısı değiştirici ise kullanım suyunun ısıtılmasını sağlamaktadır Depo yapısı nedeniyle sıcaklık tabakalaşması sağlanabilmektedir Geliştirilen bir diğer su deposunun iç kısmında konik yapıda kulanım sıcak suyu hazırlama amaçlı bir iç depo bulunmakta ve soğuksu girişleri ile soğuk su çıkışları teğetsel olarak gerçekleştirilmektedir,[14] Kolektörden alınan ısı kanatlı ısı değiştirici kullanılarak depodaki akışkana aktarılmakta ve sistemde sıcaklık tabakalaşması yeterli düzeyde gerçekleştirilmektedir Depo dış gömleğinde değişik kullanım amaçlı bağlantılar bulunmaktadır Ülkemizde sıvılı düzlemsel kolektör üretimi yılda 400-500 bin m² düzeyinde olup bu üretimin yaklaşık üçte biri yurt dışına satılmaktadır, [15] Son yıllarda selektif yüzey üretim çalışmaları araştırma kurumları ve üretici firmalar işbirliği ile başlatılmış olup ticari üretime geçilmiştir 6 SONUÇ VE ÖNERİLER Ülkemiz güneş, rüzgar, jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynakları bakımından oldukça zengin olmasına karşın bu kaynakların kullanım potansiyeli gerektirdiği ölçüde gerçekleşmemektedir Kullanımın yaygınlaştırılması için yapılması gerekli çalışmaları tanıtım ve eğitim etkinlikleriyle yasal düzenlemeler altında toplamak mümkündür: 61 Tanıtım ve Eğitim Etkinlikleri · Uygulayıcılara yönelik kurslar düzenlenmelidir · Üniversitelerin mimarlık, şehir planlaması bölümlerinde zorunlu ders olarak güneş mimarisini içeren dersler okutulmalıdır · Yurdun değişik bölgelerinde alternatif enerji uygulamalarını içeren Örnek (konut-resmi daire-okul) binaların yapılması teşvik edilmelidir Bunların ısıtma-soğutma-elektrik ihtiyaçları yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılamalıdır · Topluma yenilenebilir enerji sistemlerini tanıtıcı TV filmleri, bilgilendirme kitapçıkları hazırlanmalıdır · Mühendislik fakültelerinde (Özellikle Makina, Kimya, Elektrik Bölümleri) yenilenebilir enerji sistemleri ile ilgili dersler okutulmalıdır · Orta öğretim kurumlarında yenilenebilir enerji sistemleri ve enerji tasarrufu konuları eğitim programlarında yer almalıdır · Ülkemiz için güneş enerjisinin evsel ve endüstriyel kullanım potansiyeli, mevcut çalışmalar belirlenmelidir 2020 yıllarında güneş enerjisinin bu kullanımdaki yeri ancak bu kapsamlı analizlerle belirlenebilecektir 62 Yasal Düzenlemeler · Yeni yerleşim bölgelerinde konutların planlamasında güneş enerjisinden yararlanmayı sağlayacak yasal düzenlemeler yapılmalıdır · Konutlar, resmi, özel işyerlerinde ısı yalıtım uygulaması etkin olarak kontrol edilmelidir · Toplu konut idaresi ve belediyelerce yapılan inşaatlarda yenilenebilir enerji kaynakları uygulamaları teşvik edilmelidir · Düzlemsel toplayıcıların üretiminde standartların uygulanmasında özen gösterilmelidir · Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinde vergi iadesi indirimi yapılmalıdır · Yeterli yalıtım uygulayan ve güneş mimarisine uygun olarak tasarlanmış konutlarda vergi indirimi uygulanmalıdır · Yeni yerleşim birimlerinin planlanmasında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını sağlayacak önlemler alınmalıdır · Güneş enerjisi uygulamaları ile ilgili standartlar gözden geçirilmeli ve ihtiyaç duyulan alanlarda yenileri hazırlanmalıdır