Güneş Enerjisi, Güneş Enerjisi Teknolojisi ve Dünya Çapında Kullanımı

Türkiye’de ve dünyada enerji gereksinimi sürekli olarak artış göstermektedir. Enerji ihtiyacını karşılamada kullanılan fosil yakıtlar ise hızlı bir şekilde tükenmektedir. Üstelik fosil yakıt kullanımının olumsuz etkileri sebebiyle gezegenimizde ortam sıcaklıkları artış göstermekte, buzullar erimekte ve birtakım doğal felaketler meydana gelmektedir. Ayrıca toprak, su ve hava kirliliğinin yol açtığı olumsuz etkilerden dolayı ekosistemdeki canlı türü de büyük zarar görmektedir. Bütün bu olumsuzluklar düşünüldüğünde çevre sorunlarına sebebiyet vermeyen, canlıların yaşamlarını tehdit etmeyen, temiz, güvenilir ve sürdürülebilir nitelikteki yenilenebilir enerjiler, insanoğlunun geleceği için büyük önem taşıdığı bir kez daha anlaşılmaktadır. Temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları aynı zamanda birincil enerjilerin temini için diğer ülkelere olan bağımlılığın ortadan kaldırılmasında da önemli bir rol oynamaktadır. Temiz, yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de güneş enerjisidir. Doğrudan güneş ışığından elde edilen güneş enerjisi, çevreci bir enerji kaynağıdır. Bütün evrenin temel enerji kaynağı olan güneş, bilinen enerji kaynakları arasında en temiz ve en tükenmez olanlardan biridir.


Güneş Hakkında…

Güneş, güneş sistemimizin merkezinde duran, yaşam kaynağımız olan bir yıldızdır. Güneş’in boyutu Dünya ile kıyaslandığında çok büyük olsa da aslında diğer yıldızlarla kıyaslandığında orta büyüklüktedir. Bilim adamlarına göre Güneş 4.6 milyar yıl önceden var olmaktadır. Güneş yaklaşık olarak bir küre şeklindedir. Güneş, enerjisini tüm yönlerde homojen bir şekilde ışıma yolu ile yaymaktadır. Güneşe ait ışınım enerjisi, yeryüzü ve atmosferde yer alan fiziksel ve biyolojik etkileşimleri yönlendiren temel bir enerji kaynağıdır. Güneş, 1.99x1030 kg kütlesinde sıcak bir gaz küresi olup, güneşin yüzey sıcaklığı yaklaşık 6.000 kelvindir. 
Güneş, gezegenimizden yaklaşık 1.496x108 km kadar uzaklıkta bulunmaktadır. Güneşten dünyamıza gelen enerji, bu çok uzak mesafeyi sadece 8 dakikada kat eder ve yerküre, 40 dakika içerisinde dünya üzerinde bir senede tüketilen toplam enerjiye eşit bir enerjiyi güneş ışınlarından soğurur.

Güneş Enerjisi Nedir?

Güneş enerjisi, doğrudan güneşten elde edilen enerjidir. Bilindiği gibi güneşin yaklaşık %90’ı hidrojen gazından oluşmaktadır. Hidrojen gazının çekirdekleri füzyon ile helyum çekirdekleri oluşturmakta ve bu sırada çok büyük bir enerji açığa çıkmaktadır. Güneşte meydana gelen birtakım tepkimeler neticesinde oluşan bu enerjinin bir kısmı dünyaya ulaşan ışınım enerjisidir. 

Güneş enerjisi herhangi bir zararlı gaz salınımının olmadığı temiz bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi gibi daha temiz ve daha az maliyetli olan enerji kaynaklarına yönelmek, pek çok ülkenin artan enerji ihtiyaçlarına karşı aldığı çözümlerden biridir. Bu doğrultuda da güneş enerjisinin elektrik üretimindeki payı gün geçtikçe artmakta ve bu alanda yapılan çalışmalar giderek daha fazla önem kazanmaktadır.

Güneş Enerjisinin Avantajları Nelerdir?

• Tükenmeyen enerji kaynakları arasında yer alan güneş enerjisinin kullanımı için herhangi bir yakıta gerek yoktur.
• Güneş enerjisi yenilenebilir bir enerji kaynağıdır.
• Güneş enerjisi bilinen en temiz ve çevreci enerji kaynaklarındandır. 
• Güneş enerjisinde çevreyi kirletici etkisi bulunan duman, gaz, karbon monoksit, kükürt ve radyasyon gibi atıklar yoktur.
• Güneş enerjisi özellikle yerel uygulamalar için oldukça elverişlidir.
• Güneş enerjisi, enerji gereksinimi bulunan pek çok yerde kullanılabilir.
• Güneş enerjisi, birincil enerjilerin temini için diğer ülkelere olan bağımlılığın ortadan kaldırılmasında önemli bir rol oynar. Ayrıca dışa bağımlı olmadığından doğabilecek ekonomik bunalımlardan bağımsızdır.
• Güneş enerjisi diğer enerji kaynaklarına göre daha az maliyetlidir.
• Güneş enerji santrallerinin bakımı diğer enerji tesislerine göre daha kolaydır.

Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları

Güneş enerjisi pek çok farklı alanda kullanıma elverişli bir enerji kaynağıdır. Güneş enerji sistemlerine bağlı olarak en sık kullanılan alanları şu şekilde sıralayabiliriz:

• Güneş enerjisi, çatı üzerinde yapılan elektrik paneller ile pek çok farklı sektörde kullanılmaktadır. Bunlar arasında; tarım, hayvancılık, hizmet sektörü, alışveriş merkezlerinin enerji ve ısı kaynakları, hastaneler, akaryakıt istasyonları ve depolama alanları gibi yerler bulunmaktadır.
• Evlerinizin elektrik ihtiyacının karşılamasında da çatı üzeri güneş enerji sistemleri, güneş enerjisi santrallerinde çoğunlukla tercih edilmektedir.
• Tarımsal sulama yerlerinde de güneş enerjisi sistemleri kullanılmaktadır.
• Güneş enerjisi, sıcak su üretiminde de devamlı tercih edilen bir enerji türüdür.
• Elektrik enerjisinin ulaşamadığı bölgelere güneş enerjisi paneli kurularak bu bölgelerin enerji ihtiyaçları giderilebilmektedir.
• Türkiye’de trafik lambaları, trafik sinyal ışıkları, sokak lambaları, park ışıklandırmaları ve aydınlatmaları da güneş enerji sistemlerine bağlı olarak çalışmaktadır.
• Güneş enerjisinden faydalanmanın önemli teknolojilerinden olan solar paneller, tarım sektöründe de kullanılmaktadır. Solar paneller, Akdeniz Bölgesi’nde sebze ve meyvelerin dona karşı korunması için ısı enerji üretmektedir.
• Günümüzde artık pek çok kol saati de güneş enerjisi ile çalışmaktadır. Güneş enerjisi ile çalışan kol saatleri, küçük güneş pilleri sayesinde elektrik üreterek sizin için ihtiyaç duyulan enerjiyi çok basit bir kullanımla sağlar.
• Hesap makineleri de en eski güneş enerjisi kullanımı sağlayan sistemlerinden biridir. Hesap makineleri, üzerinde bulunan küçük güneş panelleri sayesinde şarj olur ve kullanım imkânı sunar.
• Uzay ve uydular üzerinde oluşturulan güneş enerji sistemleri de bu şekilde enerji elde ederek dünyaya bilgi sağlamaktadır.
• Cep telefonu ve akıllı tabletleri USB üzerinden şarj etmek için de artık bu sistem kullanılabilmektedir. Çantalar üzerine kurulan ufak güneş panelleri sayesinde şarj aletinize uygun bir enerji elde edebilirsiniz.
• Bahçe aydınlatması için de kullanılan bu yöntem ile ufak güneş panelleri bahçe içerisindeki aydınlatmalara gün içerisinde enerji yükler.
• Güneş enerjisinin kullanım alanlarından biri de son dönemlerde öne çıkan güneş ocaklarıdır. Bu sistem sayesinde güneş enerjisi üzerinden yemek pişirmek mümkün hale gelmektedir.

Güneş Enerjisi Teknolojisi Nedir?

Güneş enerjisi teknolojisi, en kısa tanımıyla güneş ışığının elektriğe çevrilmesidir. Yukarıda, güneşte meydana gelen çeşitli tepkimeler neticesinde oluşan enerjinin bir kısmının dünyaya ışınım enerjisi olarak ulaştığından bahsetmiştik. Bu ışınımın panellerle elektrik enerjisine çevrilmesi işlemi güneş enerjisi teknolojisinin bir sonucudur. Güneş ışınımını toplayan güneş hücrelerinden oluşan güneş panelleri ile ışınlar elektrik akımına dönüştürülmektedir.
Güneş ışınlarından yararlanmak için birçok teknoloji geliştirilmiştir. Bu teknolojilerin bir kısmı güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde direkt olarak kullanırken, diğer teknolojiler güneş enerjisinden elektrik elde etme şeklinde faydalanmaktadır.


Güneş Enerjisinin Elektrik Enerjisine Dönüştürülmesi… 

Fotovoltaik olarak da bilinen ve güneşten elektrik üretimi anlamına gelen güneş enerjisi teknolojisinde enerji kaynağı olarak güneşten gelen fotonlar görev alır. Fotonlar, güneşten her gün dünyamıza gelen ışığı taşıyan ve enerjisi olan parçacıklardır. Güneş Paneli olarak adlandırılan, içerisinde Güneş Enerji Hücresi isimli parçalar bulunan yüzeylere çarpan fotonlar elektriksel bir gerilim oluşmasına neden olmaktadır. İşte bu sayede elektrik üretilmiş olur. Güneş hücreleri, elektronik devreleri oluşturan elemanların üretiminde de kullanılan, esasen toprakta bulunan silikondan üretilmektedir. Gezegende oksijenden sonra en çok bulunan element olan silikon (silisyum) bir yarı iletkendir. Fotovoltaik hücre üretimi esnasında p-tipi ve n-tipi silikon denen iki katman oluşturulmaktadır. 
Güneş’ten gelen fotonlar güneş hücresine çarptığında, p-tipi silikon katmanında bulunan elektronların enerjisinin artmasına ve bir üst enerji seviyesine çıkmasına sebep olur. Böylece elektronlar yarı iletken malzemeden geçebilecek enerji seviyesine ulaşmaktadır. Bu durumda p-tipi silikon katmanında bulunan elektronlar yarı iletken malzemeyi geçerek n-tipi silikon katmanına ulaşır. Bu durumda p-tipi silikon katmanında elektron boşlukları meydana gelir. İki katman arasına iletken bir malzeme bağlandığı zaman ise elektronlar, p-tipi silikon katmanında oluşan boşluklar sebebiyle oraya doğru hareket etmek ister ve n-tipi katmandan p-tipi katmana doğru bir elektron akışı meydana gelir. Güneş’ten gelen fotonlar hücreye çarpmaya devam ettiği sürece elektronların bu akışı sürer. İşte bu sayede elektrik enerjisi elde edilmiş olur.

Türkiye’de ve Dünya Çapında Güneş Enerjisinin Kullanımı

Hem ülkemizde hem de dünya genelinde enerji ihtiyacı sürekli olarak artış göstermektedir. Fosil yakıtların hızla tükeniyor olması ve bu yakıtların küresel iklim değişikliğine verdiği olumsuz etkiler insanoğlunu daha temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirmektedir. En temiz ve çevreci enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi, çeşitli teknolojilerle pek çok farklı amaç için kullanılmaktadır. Güneş teknolojilerinin bir kısmı güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde doğrudan kullanırken, diğer teknolojiler güneş enerjisinden elektrik elde etmektedir.

Türkiye’de güneş enerjisi; yüksek potansiyeli, kullanım kolaylığı, yenilenebilir ve çevre dostu özelikleri ile diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha hızlı olarak yaygınlaşabilecek niteliğe sahip bulunmaktadır. Ancak güneş enerjisinin diğer enerji kaynaklarına göre kurulum maliyetlerinin yüksek olması, veriminin ve kapasite faktörünün kısmen düşük olması gibi bazı teknolojik ve ekonomik zorlukların geride bırakılması gerekmektedir. Bu zorlukların çözüm bulması ile güneş enerjisi üretiminin yakın gelecekte çok daha cazip hale geleceği öngörülmektedir. Ülkemiz, güneş enerjisi konusunda oldukça şanslı bir coğrafik konumda olmasına rağmen, sahip olduğu potansiyeli bugün için yeterince kullanamamaktadır. Bu yüzden güneş enerji teknolojilerinin kullanımı konusu ülkemiz için önemle ele alınması gereken bir konudur.

Güneş tüm evrenin temel enerji kaynağıdır. Uluslararası Enerji Ajansı’na (IEA) göre, yeryüzüne 90 dakikada vuran güneş ışığı, tüm dünyanın bir yıllık enerji ihtiyacını karşılayacak miktardadır. Uluslararası Enerji Ajansı, 2050 yılında küresel elektrik enerjisi üretiminin %11 gibi büyük bir oranının güneş enerjisinden sağlanacağını öngörmektedir. Ayrıca 2030 yılına kadar, yenilenebilir enerji kaynaklarının yıllık %7.6 büyüme ile en hızlı büyüme oranına sahip enerji kaynakları olacağı bildirilmektedir. 

Dünya çapında güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına bakıldığında 2014 yılında dünyada yenilenebilir enerji projelerine yapılan yatırımların, 2013 yılına göre %16 oranında artış göstererek 310 milyar ABD dolarına ulaştığı bilinmektedir. Bunlardan 90 milyar dolarlık bir miktar ile yenilenebilir enerjilere en fazla yatırımı yapan ülke Çin olmuştur. Ardından Amerika Birleşik Devletleri ikinci, Japonya ise üçüncü durumdadır. Dünya çapında güneş enerjisine yapılan yatırımlara bakıldığında ise 2014 senesinde güneş enerjisi için yapılan yatırımların dünya genelinde %25 oranında artarak 150 milyar dolara ulaştığı görülmektedir. 

Dünyada kurulu güneş kapasitesi 2018 yılı sonu itibarı ile 509 GW ulaşmış olup; bu kapasitenin %34 Çin’de (173 GW); %12 ABD’de (61GW); %11’i Japonya’da (56GW); %9’u Almanya’da (46GW); %5’i Hindistan’da (26GW) bulunmaktadır. Her yıl bu kurulu kapasiteye 100 Gigawatt’ın (GW) üzerinde yeni kapasite eklenmekte olup; 2023 yılında ilk 10 ülke aşağıdaki şekilde sıralanacağı beklenmektedir:

1. Çin 448GW
2. USA 132GW
3. Hindistan 116GW
4. Japonya 82GW
5. Almanya 72GW
6. Avustralya 45GW
7. İtalya 29GW
8. İspanya 25GW
9. Güney Kore 24GW
10. Fransa 22GW

Türkiye’nin 2023 yılında 10,5GW kapasiteye ulaşması beklenmektedir. Temmuz 2019 sonu itibarı ile Türkiye’de kurulu kapasite 5,4GW’a ulaşmış olup; 4 yıl içinde eklenecek 5 GW kapasitenin 2GW’ı arazi uygulamaları; 3GW ise çatı üzeri GES sistemlerinden olacağı öngörülmektedir.

Dünya çapındaki güneş enerjisi yatırımları, yenilenebilir enerji çeşitleri arasında büyük pay değerine yükselmektedir. Bu duruma en iyi örneklerden biri “Desertec Projesi”dir. Güneş enerjisinde dünyada öncü ülkelerden Almanya başta olmak üzere, Avrupa’dan toplam 12 şirket, 560 milyar dolara mal olacak “Desertec Projesi” ile bir çöl güneş enerjisi projesinde bir araya gelmiştir. Sahra Çölü'nde üretilecek olan güneş enerjisinin ayrıca Kuzey Afrika ve Ortadoğu ülkelerinde de kullanılması ve 2050 yılına kadar Avrupa’nın enerji ihtiyacının %15’inin bu sayede karşılanması öngörülmektedir.

Güneş enerjisinde oldukça ileri seviyede olan Almanya, 2050’ye kadar elektrik ihtiyacının yüzde 80’ini yenilenebilir kaynaklardan karşılamayı hedeflemektedir. Almanya’dan sonra İtalya da son yıllarda güneş enerjisine önemli yatırımlar yapmış olan ülkelerden biridir.