Güneş`in yaydığı ısı, ışık ve bütün elektromanyetik ışınlar tükenmez bir enerji kaynağıdır. Dünya`nın atmosferi, bulutlar ve hava kirliliği bu ışınımlardan bir bölümünün yeryüzüne ulaşmasını engeller ve güneş enerjisinden yararlanma olanaklarımızı kısıtlar.
Güneş enerjisinden başlıca üç biçimde yararlanılabilir: Doğrudan ısı elde etmek; kimyasal tepkimeleri gerçekleştirmek ve elektrik üretmek.
Konutları ve kullanım sularını doğrudan güneş enerjisiyle ısıtmak üzere tasarlanmış en basit yöntemde çatıların üzerine güneş panosu ya da güneş toplayıcısı denen büyük bir levha yerleştirilir. Çatıların en çok güneş alan yönüne yerleştirilen bu toplayıcı, içinden yavaş yavaş ve sürekli olarak su akıtılan borularla örülmüş gibidir. Bu borular, ışınları daha çok soğurabilmeleri için siyaha boyanmış ısı kaybını önlemek üzere alttan yalıtılmış ve soğuk rüzgarlardan korumak için iki ya da üç kat astarlanmıştır. Güneş ışınları bir mercek ya da ayna yardımıyla bu toplayıcı üzerinde yoğunlaştırılırsa daha çok ısı elde edilir. Örneğin Fransa`daki Mont-Louis`de yüksek bir tepede kurulmuş bir içbükey aynanın topladığı güneş ışınlarıyla ısıtılır ve cam ya da metal eritmek için kullanılır. Elektrik santralarındaki türbinleri döndürmek için gerekli buhar da aynı yöntemle elde edilebilir. Güneş fırınlarının evlerde yemek pişirmek için kullanılması da birçok ülkede giderek yaygınlaşmaktadır.
Güneş enerjisinin yeryüzündeki belki en önemli kullanımı bitkilerdeki fotosentez olayıdır. Yeşil bitkilerdeki klorofil pigmenti güneş ışığını soğurur; bitki de bu enerjiyi kullanarak havadan aldığı karbondioksiti suyla birleştirip basit bir şeker olan glikoza dönüştürür. Böylece hem güneş enerjisi bitkilerle beslenen insanlara ve hayvanlara kimyasal enerji biçiminde aktarılır, hem de fotosentez sonucunda açığa çıkan oksijen soluduğumuz havayı tazeler. Ayrıca, yeşil bitkiler gibi klorofil içeren su yosunlarından fotosentezle oksijen ve karbonhidrat elde etmek üzere denetimli biyolojik sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemler uzun süreli uzay yolculuklarında çok yararlı olacaktır.
Güneş ışığında elektrik üretme teknolojisinde de çok büyük ilerlemeler sağlanmıştır. Bu amaçla kullanılan güneş pillerinde, metal elektrotlar arasına yarı iletken sağlanmıştır.Bu kristalin üzerine ışık düştüğü zaman, silisyum atomundan kopan elektronlar iki elektrot arasında akarak bir elektrik akımı oluşturur. Güneş ışınımlarını engelleyecek bir atmosfer olmadığı için, uzay araçlarında ve uydularda enerji kaynağı olarak güneş pilleri çok kullanılır. Oysa yeryüzünün birçok yerinde, güneş pillerinin sağladığı enerji genellikle yalnız hesap makineleri gibi küçük elektronik aygıtları çalıştırmaya yeterlidir. Ama çok güneşli yörelerde bu üreteçlerden verimli biçimde yararlanılabilir. Örneğin ABD`nin California eyaletindeki Carisa Ovası`nda kurulmuş olan dünyanın en büyük güneş enerjisi santralı 6,75 MW gücündedir. Silisyum kristalli 256 güneş pilinden oluşan dev toplayıcı bilgisayarla denetlenerek her an güneşe yönetildiği için güneş enerjisinden üst düzeyde yararlanılır.
Afrika`da da güneş enerji ile çalışan televizyonlar ve küçük yerleşmelerin elektriği sağlayan güneş enerjisi santralleri vardır. Suudi Arabistan`daki bir güneş enerjisi sistemi de 7000 kişilik bir yerleşim biriminin aydınlatma, su dağıtım, televizyon ve sulama sistemleri için gerekli enerjiyi sağlar.
Güneş`ten gelen ve ısı üretilen, kimyasal tepkimelere yol açabilen ışınım, Güneş fırını, maddelerin bozulmadan uzun süre ısıtılmasını sağlayabildiğinden, yüksek sıcaklığa ilişkin araştırmalarda enerjisinden yararlanılan buhar üreteçlerinde, Güneş ışınımı hareketli aynalar aracılığıyla, siyaha boyanmış borular üzerinde yoğunlaştırılır ve bu borular içinde dolaşım yapan suyun buhara dönüşmesi sağlanır. Güneş ışınımı fotovoltaik piller aracılığıyla doğrudan elektriğe dönüştürülebilir. Silisyum gibi yarı iletkenlerin özel işlemlerden geçirilmesiyle yapılan bu güneş pilleri ışığa tutulduklarında üzerinde bir elektrik gerilimi oluşur. Bu tür üreteçler meteoroloji ve iletişim uydularında enerji kaynağı olarak, radyo ve televizyon aygıtlarının çalıştırılmasında ve konutların ısıtılmasında kullanılır. Üzerine Güneş ışınları düşürülen alglerden (su yosunları) yararlanılarak karbondioksit ile suyu, oksijen ve proteince zengin karbonhidratla dönüştürmek amacını güden biyolojik sistemler geliştirilmiştir.
Bir tasarımlanmış güneş fırınları kullanılmaktadır. Ayrıca deniz suyundan buharlaştırma yoluyla tuz elde etmek amacıyla da güneş enerjisinden yararlanılmaktadır.
Güneş enerjisi olmasaydı, yeryüzü baştan başa buzlarla kaplanır ve dünyamızda tek canlı varlık bulunmazdı. Bizim yararlanmakta olduğumuz her tür enerjinin ana kaynağı güneştir. Odunu yakmak demek, ağacın yaşadığı sürece büyüyerek biriktirdiği kimyasal enerjiyi, ısı ve ışık enerjisi olarak serbest bırakmak demektir. Besinlerimizle aldığımız ve türlü etkinliklerimizde kullandığımız enerji de Güneşten alınmıştır. Taşkömürü, linyit, petrol, güneş enerjisi olmaksızın bulunan ve milyonlarca yıl önce var olan bitkilerin ve hayvanların kalıntılarıdır. Her türlü işler için kullanılan elektrik enerjisinin kökü de Güneş`tendir. Güneş olmasaydı, yeryüzünün çukur yerlerini dolduran deniz suları buharlaşamayacak, dağ başlarına kar ve yağmur yağmayacak, akarsular ve barajlar bulunmayacak, su gücünden elektrik alınamayacaktı.
İnsanoğlu, yüzyıllar boyunca, Güneş`in nasıl olup da yanarak tükenip gitmediğini, şaşkınlık içinde düşünmüştür. Ancak bugün, Güneş`te sürekli olarak atom kümeleri olduğu ve bitmeyecek gibi görülen güneş enerjisinin bu tepkimelerden doğduğu bilinmektedir. Kuşkusuz, birkaç milyar yıl sonra bu kaynak tükenecektir.
Güneş`te iki büyük kuvvet arasında denge vardır. Bunlardan biri atom tepkimelerden doğar ve iç kesimlerden dışa doğru yayılır; öteki Güneş`in çekim gücüdür (çekirdek patlamalarından doğan fırlatma gücüne karşı, maddeyi Güneş`e bağlayan çekim gücü). Güneş`in uzaya yaydığı büyük enerjinin ancak çok küçük bir bölümü Dünyamızın payına düşmektedir. Güneş ışınları engelsiz olarak ve diklemesine Yeryüzü`ne eriştiklerinde, santimetre kareye, dakikada 1.2 cal, ısı erişir. İçbükey aynalarla odak noktasında toplanan Güneş ışınları, sıcaklığı 3000 dereceye yükseltebilmektedir. Bu büyük enerji kaynağından yararlanabilmek için Amerika`da Arizona`da, Pirene Dağları üzerinde Louls tepesinde, Cezayir`de, Taşkent`te ve Kafkasya`da vb. fabrikalar ve santraller kurulmuştur. Güneş enerjisinden yararlanılarak deniz suyundan içme suyu elde edilebilmekte, yapay gübre yapılmakta, bazı metaller eritilmektedir. Ancak içbükey aynalar pahalı olduğu için yerlerine Güneşe doğru dönebilen düz aynaların kullanılması yoluna gidilmektedir.
Enerji kaynağı olarak güneş; Güneş tükenmez enerjinin kaynağı yüzyıllar boyunca kestirilmemiş, yüzyılımızın başlarında, uzay fizikçileri, güneş enerjisinin, güneşin derinliklerinde oluşan nükleer tepkimelerden kaynaklandığına karar vermişlerdir.
Güneş`in ana maddesi hidrojendir. Hidrojen dışında güneşte yeterli miktarlarda var olan tek element helyumdur. Güneş`in görümünde büyük önemi olan öteki elementler hidrojene oranla çok daha azdır. Güneş`in derinliklerinde basınç milyarlarca atmosfere ulaşırken, sıcaklık da milyonlarca ölçülebilen derecelere yükselir. Söz konusu koşullar altında atomlar bütünüyle iyonlaşır ve elektronlarından koparlar. Bu da, çekirdek ile elektronların yoğunluğu çok yüksek olan bir gaz gibi davranmalarına yol açar. Bu yüksek miktarlarda enerji açığa çıkaran nükleer tepkimeler oluşur. Bir helyum çekirdeği iki proton ile iki nötrondan oluşur ve ağırlığı hidrojen çekirdeğini oluşturan tek bir protonun ağırlığının yaklaşık dört katıdır. bu "yaklaşık" sözcüğünün büyük önemi vardır. Einstein`ın ünlü eşitliği (e=MC2) uyarınca, bir M kütlesinin bozulması, o kütleye ışık hızının karesinin çarpımına eşit miktarda enerjinin açığa çıkmasına neden olur; C değişmezi çok büyük bir sayıdır ve kütlede küçük bir değişiklik, enerji miktarında önemli bir farka yol açar. Dört hidrojen çekirdeği bir helyum çekirdeği oluşturulabilecek biçimde bir araya getirilebilirse, kütle yitimi anormal ölçüde bir enerjinin açığa çıkmasına neden olur. Helyuma dönüşen bir gram hidrojen 6,4x10 18 erg enerji, yani 1 gramlık kütle için saniyede 600 milyon ton hidrojenin helyuma dönüşmesi gereklidir. Güneş orta hacimli bir yıldız olmakla birlikte, bu hızla 10 milyar yıl ışıyabilecek kadar büyüktür.
Dünyada kullanılabilir enerji kaynaklarının (su, petrol, kömür, vb.) giderek azalması insanları değişik enerjilere yönlendirmiştir (rüzgar, gel-git, doğal gaz). Bunlardan biri de son zamanlara kadar yalnız bitkilerce depo edilip kullanılan güneş enerjisidir. Güneşten elektromanyetik ışıma biçimde çıkan enerji 3,8x10 20 MW kadardır. Bunun belli bir bölümü de dünyaya ulaşır. Yapılan araştırmalar dünyanın her 1 km2`sine güneşten 1000 ile 900 mm kadar bir enerji düştüğünü ortaya koymuştur. Bunun bir bölümü karaları, suları ısıtır, buharlaşma yaratır, bitkilerce depo edilir. Kalanı da uzaya yayılır. Gene araştırmalar yeryüzüne yansıyan güneş enerjisinin dünyamızın enerji tüketiminin 2300 katına eşit olduğunu ortaya koymuştur. Bu nedenle giderek güneş enerjisinden değişik biçimlerde (ısı, elektrik) doğrudan yararlanmak için birçok yöntem denenmeye başlandı. Bu amaçla güneş santralleri diyeceğimiz bir tür santral geliştirildi. Güneş ışını kollektörler aracılığıyla toplanır. Isı taşıyıcısı olarak su, hava, helyum, sodyum gibi çeşitli maddelerden yararlanılır. Elektrik enerjisine dönüştürme için su buharı, gaz türbinlerinden folien gibi organik sıvı kullanılır. Kollektör ve ısı toplayıcıları dışında klasik termik santrale benzeyen güneş santrali çeşitli ülkelerce daha kullanılır hale getirilmek için araştırılmaktadır. Özellikle az gelişmiş güney ülkelerinde kurulma alanlarının uygunluğu ve işletme giderlerinin azlığı nedeniyle gelişmiş teknolojiye sahip ülkelerce deneme amacıyla bir çok santral kuruldu. Bunların ilki Sicilya`ya kurulandır. Günümüze kadar deneme amacıyla iki tipte güneş santralı kurduğu gözlenir:
1. Çiftlik tipi de denen yatay reflektörlü santraller.
2. Kule tipi de denen dikey reflektörlü santraller.
Çiftlik tipi santrallerde arkaya bağlanmış parabolik kollektörler 0,6 m uzaklıktaki bir odak üzerine yerleştirilen borularda toplanır.
Isı taşıyıcılar kollektörden geçerken 290-300 C ısınır bu buhar üreticisine 220-230 C olarak verilir. Üretilen buharsa 280-290 C ve 25 bar basınçla buhar türbinine aktarılır. Aynalardan (heliostat) oluşan bir alanın odak noktasına yerleştirilen kollektör sabittir. Aynalar ayrı ayrı yönlere konduğundan her an ısı elde edilir. Bu santraller 100 MW gücüne kadar ulaşır. Günümüzde ayrıca tavanına yerleştirilen güneş pilleriyle çalışan otomobiller, güneş pilli geniş kanatlı haberleşme uyduları, güneş enerjisiyle çalışan hesap makineleri, saatler, radyolar örnek olarak yaygınlaşmaktadır. Güneş enerjisinden yararlanmanın bir başka yolu da su ısıtmadır. Bu yöntemde borular içindeki su siyaha boyanmış plakalarca saha iyi soğurulan güneş enerjisiyle ısınır. Isınan su bir depoda toplanır ve günlük kullanım için şebekeye verilir. Son dönemlerde dünyanın birçok ülkesi gibi ülkemizde de güneş enerjisinden yararlanma yaygınlaştı. Güneş enerjisinden evlerin ısıtılması için de yararlanılmaktadır. Evlerin Güneşe bakan duvarları çift katlı camdan yapılır ve iki katın arasına siyah plakalar konarak ısıma soğurulur. Yapım masrafının fazlalığı verimli ve akıcı biçimde kullanılmasını engeller. Yine heliostat adı verilen aynalar ve mercekler yardımıyla yüksek derecede sıcaklık elde etmek için de çalışmalar sürdürülmektedir. Bu ilkeye dayanılarak yapılan ısı toplayıcılarla helyum, sodyum, hava gibi taşıyıcılarla metal eritilmesinde su kaynatarak buharla elektrik elde edilmesinde yararlanılır.
Güneş`in yaydığı Elektromanyetik Radyasyon ile uzağa gönderdiği enerjinin yıllık değeri yaklaşık 5,4.10^33`ü kadardır. Bunun ancak milyarda birinin yarısı kadar olan bir bölümü yanı yaklaşık 2,7.10^24`lük miktarı Dünya`ya gelir. Yere ulaşan enerjinin ancak % 35 kadarı tutulur, üçte ikisi ise uzaya yansıtılır. Yer yüzeyinin her m2`lik bölümüne 1 saniyede düşen enerji miktarı (güç) ortalama 0,8 KW/m2 ve en çok 1,2 KW/m2 dolaylarındadır. Güneş enerjisinin büyük bir bölümü Dünyada rüzgar enerjisine ve suyun doğal devri enerjisine dönüşür. Özellikle suyun doğal devri enerjisinden, barajlarda toplanan su yardımıyla hidroelektrik güç üretiminde yararlanılır. Klorofil taşıyan bitkiler ise fotosentez reaksiyonu ile güneş enerjisinin bir bölümünü kimyasal enerji biçimine dönüştürür. Özellikle suyun doğal devri enerjisinden, barajlarda toplanan su yardımıyla hidroelektrik güç üretiminde yararlanılır. Klorofil taşıyan bitkiler ise fotosentez reaksiyonu ile güneş enerjisinin bir bölümünü kimyasal enerji biçimine dönüştürür. Yakıtların enerjisi bundan kaynaklanır. Ne var ki fotosentez olayı % 0,1 gibi düşük bir verimle gerçekleşir. Sığ havuzlarda yetiştirilen algler yardımı ile verim % 0,6`ya yükseltilmiştir. Bu yöntem ileride insanlar için bir besin ve enerji kaynağı olmaya adaydır. Güneş enerjisinde doğrudan yararlanma yolları da bulunmuştur. Güneş enerjisiyle saydam plastik kubbeli havuzlarda tuzlu su (deniz suyu) damıtılarak bir yandan damıtık su (tatlı su) bir yandan da tuz üretilmektedir. Güneş enerjisi ile sıcak su elde edilmekte, konutlar ısıtılmakta ve havalandırma düzenleri çalıştırılmaktadır.
Güneş enerjisi suyu ısıtan aygıt eni boyu geniş, derinliği az bir camekan biçimindedir, camekanın içinden su boruları geçer; gerek su boruları gerek ise camekanın boruların arkasına düşen zemini mat siyah renge boyanmıştır. Mat siyah renk güneş ışınlarını tutar. Borulara giren soğuk su ısınarak çıkar. Camekanın ön yüzü güneş ışınları doğrultusuna dik gelecek biçimde döndürülür. Böylece ısınmanın en çok olması sağlanır. Bu basit düzen dışında parabol kesitli aynalar kullanılarak güneş fırını adını alan aygıtlar yapılmıştır. Bunun tam odağında çok yüksek sıcaklıklara ulaşılabilir. (Bir büyüteç merceği ile güneş ışınlarını odaklayıp sigara ya da kağıt parçalarını tutuşturmak hemen herkesin bildiği bir deneydir.) Güneş fırınları yemek pişirmek, yüksek sıcaklık araştırmaları yapmak sağladığı aşırı ısınmış su buharı ile buhar türbinlerini çalıştırılarak elektrik enerjisi üretmek, ısı pili yardımı ile doğrudan elektrik enerjisi elde etmek amaçları ile kullanılmaktadır. Güneş enerjisi bir başka yol olan güneş pili yardımı ile de doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.
|  anasayfa   |  sayfa başı  |   geri  |