Güneş enerjisi

Güneş'ten elde edilebilecek enerji

Dünyanın yörüngesi üzerinde, uzayda, birim alana ulaşan Güneş ışınları, Güneş'e dik bir yüzey üzerinde ölçüldükleri zaman 1,366 W/m²’dir. Bu değer Güneş enerjisi sabiti olarak da anılır. Gezegen atmosfer bu enerjinin %6’sını yansıtır, %16’sını da sönümler ve böylece deniz seviyesinde ulaşılabilen en yüksek Güneş enerjisi 1,020 W/m²’dir. Bulutlar gelen ışımayı, yansıtma suretiyle yaklaşık %20, sönümleme suretiyle de yaklaşık %16 azaltırlar. Sağdaki resim 1991 ve 1993 yılları arasında uydu verilerine dayanarak, elde edilebilen ortalama Güneş enerjisinin W/m² cinsinden gösterimidir. Örneğin Kuzey Amerika’ya ulaşan Güneş enerjisi 125 ile 375 W/m² arasında değişirken, günlük elde edilebilen enerji miktarı, 3 ila 9 kWh/m² (kilowatt.saat/metrekare) arasında değişmektedir.
Bu değer, elde edilebilecek mümkün en yüksek değer olup, Güneş enerjisi teknolojisinin sağlayacağı en yüksek değer anlamına gelmez. Örneğin, PV panelleri (fotovoltaik panel), bugün için yaklaşık %15’lik bir verime sahiptirler. Bu nedenle, aynı bölgede bir Güneş paneli, 19 ile 56 W/m² ya da günlük 0.45-1.35 kWh/m² enerji sağlayacaktır. Bugünkü %8 verime dayalı teknoloji ile dahi, işaretli bölgelere yerleştirilecek Güneş panelleri, bugün fosil yakıtlar, hidroelektrik vb kaynaklara dayalı tüm santrallerin ürettiği elektrik enerjisinden biraz daha fazlasını üretebilecektir.
Hava kirliliğinin neden olduğu küresel loşluk ise daha az miktarda güneş ışının yeryüzüne ulaşmasına neden olduğu için, Güneş enerjisinin geleceği ile ilgili az da olsa endişe yaratmaktadır. 1961-90 yılları arasını kapsayan bir araştırmada, aynı dönem içerisinde deniz seviyesine ulaşan ortalama Güneş ışını miktarında %4 azalma olduğu gözlenmiştir.

Güneş pilleri

Güneş pilleri ya da fotovoltaik piller diye anılan cihazlar, yarı iletkenlerin fotovoltaik etki özelliğini kullanarak, Güneş ışığından elektrik enerjisi üretirler. Güneş pilleri, kurulan sisteme bağlı olarak birkaç kW'tan (kilowatt) birkaç MW'a (megawatt) kadar elektrik üretebilir. Yüksek üretim maliyetleri nedeniyle, yakın zamana kadar oldukça az kullanılmıştır. 1956'lardan bu yana uzayda uydularda,1970'li yıllarda, elektrik hattından uzak yerlerde, yol kenarlarındaki acil telefon cihazları ya da uzaktan algılama gibi uygulamaların enerji gereksiniminin karşılanmasında kullanılmıştır. Son yıllarda, evlerde elektrik şebekesi ile birlikte çalışan sistemler de yaygınlaşmıştır.
2005 sonu itibarı ile toplam 5,300 MW olduğu zannedilen kurulu Güneş pili kapasitesinin, gelişmiş ülkelerin, Güneş pillerinin evsel amaçlı kullanımına verdiği teşvikler nedeniyle, 2006 yılında da ciddi artış göstermesi beklenmektedir. Gerek kullanımdaki artış, gerekse teknolojik gelişmeler nedeniyle Güneş pillerinin üretim maliyetinde her yıl azalış görülmektedir. Bir Güneş pili panelinin watt başına maliyeti 1990 yılında yaklaşık 7.5 USD iken, 2005 yılında bu rakam yaklaşık 4 USD seviyesine inmiştir. Gelişmiş ülkelerin sunmuş olduğu teşvikler, Güneş pillerinin yatırım maliyetinin 5 ile 10 yıl arasında geri dönebilmesini sağlamaktadır. Evsel amaçlı kullanılan Güneş pilleri bir inverter aracılığı ile elektrik şebekesine bağlanmakta, böylece üretilen elektriğin akülerde depolanmasından tasarruf edilmektedir. 2003 yılı içerisinde tüm Dünya'da gerçekleşen Güneş pili üretiminde %32'lik bir artış gözlenmiştir. Güneş pili kullanımındaki artış o kadar büyüktür ki, yarı iletken üretiminin talebi karşılayamaması, Güneş pili üretiminin artışında kısıtlamaya neden olmuştur. Bu sorunun 2006 ve 2007'de de devam edebileceği sanılmaktadır. 2016 yılı itibarı ile dünya genelinde üretim fazlası durumunda bulunan güneş panellerinde her geçen sene gelişen teknoloji ile maliyetler de düşmektedir. Teknolojik ilerlemelere bağlı olarak 2020 yılına kadar güneş paneli maliyetinin watt başına 0.25$ (0.25$/W) olması beklenmektedir.

Mimaride Güneş enerjisi

Güneş enerjisinden yararlanan tasarımlar, çok az daha ilave enerji kullanmak suretiyle, konfor sıcaklığı ve ışık seviyesinin elde edilmesini hedefler. Bunlar pasif Güneş enerjisinde olduğu gibi soğuk ortamlarda daha fazla Güneş ışığı ile sıcak su elde edilmesi şeklinde ya da aktif Güneş enerjisinde olduğu gibi, pompa ve fanlar kullanarak, sıcak ve soğuk havanın (ya da sıvının) yönlendirilmesi şeklinde de olabilir.
Seralar da bir çeşit Güneş mimarisi örneğidir.

Termal Güneş enerjisinden elektrik üretimi

Isıl Güneş enerjisi sistemleri, yaygın olarak, bir ısı eşanjörünü yüksek sıcaklıklara kadar ısıtarak, elde edilen ısının elektrik enerjisine dönüştürülmesi şeklinde kullanılırlar.

Enerji kuleleri

Enerji kuleleri bir ağ şeklinde yerleştirilmiş, çok sayıda düz ve hareketli olurlar.

Yoğunlaştırıcılı kollektörler ve buhar motorları

Bir yoğunlaştırıcılı kollektörde ısıya dönüştürülen Güneş enerjisi, nükleer ya da kömürlü elektrik santrallerinde olduğu gibi, suyun kaynatılarak buhara dönüştürülmesi ve elde edilen buharla da bir buhar motoru ya da bir buhar türbininin tahrik edilmesi suretiyle elektrik enerjisi elde edilir.
Stirling motoru buharla çalışan motorlara benzer. Bu tür motorlarda buhar yerine gaz kullanılır. Bir stirling motoru herhangi bir tür ısı kaynağı ile tahrik edilir. Stirling motoru, içinde belirli bir gaz bulunan ve kapalı devre çalışan bir ısı motorudur. Stirling motorunun çalışma sistemi sıcak ve soğukluk farkına dayanır. Kapalı devre bir sisteme sahip motorun içine dışarıdan bir yakıt verilmez. Stirling motorunun çalışması için gerekli enerji dışarıdan ısı şeklinde verilir.
Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesinde stirling motorunun kullanımı, %30'luk bir verim ile en yüksek verime sahip bir sistem olarak kabul edilir.