GÜNEŞ VE RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİ

1. GÜNEŞ VE RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİ

2. 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)

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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 18-65m,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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.