Güneş Işınlarından Elektrik Pratikte Nasıl Üretiliyor?

Güneş enerjisinden yararlanılan ana teknolojiler :

1.             Güneş ışınlarını doğrudan elektriğe çeviren fotovoltaik (PV) teknolojisi. Evlerin çatılarına ve güneş çiftliklerinde (parklarında)  toprak yüzeyine yerleştirilen güneş panelleriyle elektrik üretilmesi (Güneş Santralları),

2.             Güneş ışınlarını yansıtıcılarla odaklayıp, yoğunlaştırıp dar demetler halinde, su (tuz, hava gibi maddelerle) dolu kaplara yönlendirerek yüksek sıcaklıktaki suyun buharıyla türbinleri çalıştırarak elektrik üretilmesi (termal enerji / Concentrated solar power (CSP)

3.             Güneşin ısı enerjisini odaklayarak ya da soğurarak evlerin ısıtma ve havalandırma (klima) sistemlerinin çalıştırılması / Heating, ventilation and air conditioning (HVAC).

4.              İlk kez William Bailey’in 1909’da bulduğu bir teknikle çatıya konan bir su deposu ve ızgaralı boru setlerinde dolaşan suyun ısıtılarak evin sıcak suyunun sağlanması.

Bu yazımızda, konuya yabancı olanlar için, fotovoltaik (PV) yönteme dayanan, güneş hücrelerinden (pillerinden) elektrik üretiminin, pratikte nasıl yapıldığını biraz  ayrıntılarıyla ele alacağız.

       

Güneş hücresi (pili) nasıl çalışıyor?

Bir silisyum tabakası üzerine ışık düştüğünde, ışınların (fotonların) silisyuma enerji aktarımıyla, silisyumdaki bazı elektronların ya da yüklü parçacıkların enerji düzeyleri yükseltilerek, serbest kalmasıyla (ancak güneş hücresi içinde kalarak) bir elektrik akımı oluşturacak şekilde yönlendirilmesine çalışılıyor. Bu amaçla, herbir silisyum güneş hücresinin üst ve alt yüzeylerine bor ve fosfor gibi farklı yabancı maddeler katılarak elektronların bir yüzeyde, protonların ise diğer yüzeydeki bu yabancı maddelerin atomlarında toplanmaları sağlanıyor. Böylelikle, bir pilde olduğu gibi artı ve eksi iki kutup yaratılıyor. Güneş hücresinin üst ve alt yüzeyleri birer telle bağlanıp (Şekil 1) araya örneğin bir ampul takılacak olursa, güneş ışınlarına tutulan güneş hücresinin oluşturduğu elektrik akımı lambayı yakıyor (Ancak, oluşan elektrik akımı doğru akım olduğundan, bu, araya konan bir çeviriciyle alternatif akıma çevriliyor).

Şekil 1: Silisyum güneş hücresinin ışığa tutulmasıyla oluşan elektrik akımıyla ampulün yanması, şematik olarak, alternatif akıma dönüştürülmeden gösteriliyor  (Şekildeki yazılar soldan sağa: Özel işlenmiş yarıiletken madde, Yansımaya karşı kaplama maddesi, Güneş ışını, Alt iletken yüzey, Üst iletken  yüzey)

Güneş hücre ve panelleri hangi maddelerden, nasıl yapılıyor ve özellikleri neler?

Bugün dünyada kullanılan güneş hücrelerinin %90’dan fazlası kuvars kumundan (silisyum) yapılıyor. Silisyum ise yerkabuğunda en çok bulunan ve zehirli olmayan bir madde. Tüm bunlara rağmen, silisyumun yerine geçecek çok daha uygun malzemeler tüm dünyada araştırılıyor.

Silisyumu güneş hücrelerinde kullanabilmek için önce kuvars kumunun yıkanması ve kristalleştirilmesi gerekiyor. Tek kristalli silsyum hücreleri iyice temizlenmiş yarıiletken bir malzemeden yapılıyor. Ergitilmiş silisyum, çubuklar haline getirilip sonra 0,25 mm kalınlığında kesiliyor.

Güneş hücreleri kapalı havalarda dahi az da olsa bir miktar elektrik akımı üretebiliyorlar. Güneş ışınlarının şiddeti arttıkça, güneş hücresinin ürettiği elektrik akım şiddeti (Amper) de artıyor. Çok güneşli yaz aylarında güneş hücrelerinin elektrik gücu (Watt= Volt x Akım şiddeti) de iyice artıyor. Her bir güneş hücresinde oluşan voltaj, yaklaşık olarak 0,5 Volt, akım şiddeti ise hücrenin büyüklüğüne göre değişiyor. Genellikle 16 cm x 16 cm büyüklüğünde üretilen bir silisyum hücresi ortalama olarak 5,5 Amper akım şiddeti üretiyor ve kuvvetli güneşte 2,75 Watt ( = 0,5 Volt x 5,5 Amper) elektrik gücüne ulaşabiliyor. Güneş panellerinden oluşan güneş santrallarının maksimum güçleri yaz aylarında ulaşılabilecek en üst değer olan ‚peak‘ (p) değerle veriliyor. Örneğin Konya Karatay Güneş Santralın elektrik gücü: 18 MWp (18 MegaWatt peak).

Her ne kadar bir güneş hücresi güneş pili olarak adlandırılsa da normal pil ile arasında büyük fark bulunuyor. Güneş hücrelerinin, sadece güneş olduğu zaman işleyebilecekleri açık. Havanın güneşli olup olmamasına ve güneş hücrelerinin ve panellerinin büyüklüğüne göre elde edilecek elektrik akım şiddeti değişiyor. Bir güneş paneli ya da modülü:  32, 36, 48, 60, 72 ya da  96 güneş hücresinin bir birine bağlanmasından oluşuyor.

Güneş panelleri (modülleri)

Güneş Santralları’nda,  çok sayıda güneş panelleri kullanılıyor. Bu paneller (200 cm x 100 cm gibi) çeşitli büyüklükte olup her bir panel genellikle 16 cm x 16 cm büyüklükte çok sayıda (örneğin 72) güneş hücresinden oluşuyor. Bir güneş santralının elektrik gücü (MW) ve yılda üreteceği elektrik enerjisi (MWh), bulunduğu yerdeki güneş ışınlarının gücüne (Watt/m²), güneş hücrelerinin ya da panellerinin cins ve sayısına bağlı olarak değişiyor.

Güneş panellerinin büyüklükleri ve elektrik güçleriyle ilgili örnekler:

Güneş panelleri çeşitli büyüklükte yapılıyor. Bunların güçleri de farklı

·                1 panel: 166 cm x 99 cm , 16 434 cm² ,  210-250 Watt,

·                1 Güneş hücresi: 16cm x 16cm = 256 cm² , 64 Hücre = 1 panel

·                1 Güneş hücresi voltajı (ortalama): 0,5 Volt

1 Güneş paneli voltajı: 64 Hücre x 0,5 Volt/Hücre = 32 Volt,

Watt= V x I ,  250 W= 32 x I Amper,  Elektirk akımı: I= 7,8 Amper

Güneş panelleri de birbirlerine bağlanarak güneş üreteci (jeneratörü) ya da santralı yapılmış oluyor. Güneş santralında üretilen doğru akım, bir dönüştürücüyle alternatif akıma çevrilerek elektrik ağına (elektrik şebekesine) besleniyor. Güneş panelleri hava koşullarına dayanacak şekilde yapılıyor. Üstten bir cam tabakayla korunurken alttan da bir folye ile kaplanıyor. Güneş hücreleri arasında biraz da aralık bulunuyor (Bkz.Şekil 2) /1-5/.

Güneş santralları genellikle elektriğin kullanılacağı yerlere yakın değil. Bu nedenle uzak yerlere olacak kablo kayıplarını azaltmak amacıyla bunlar, voltajları yüksek, akım şiddetleri ise daha düşük olacak şekilde yapılıyor. Her bir güneş hücresinin voltajı yaklaşık olarak 0,5 Volt. Örneğin 96 ya da 100 hücreli bir panelden 50 Volt kadar bir voltaj sağlanabiliyor. Kaba bir hesap için genellikle güneş hücresinin veriminin en çok % 20 ve güneş ışınlarının o yöredeki gücü olarak da 1000 Watt /m² alındığına, 1 m² ’lik bir güneş panelelinin elektrik gücü en çok 200 Watt olabiliyor.  Örneğin, 100 MWp kurulu güçteki bir güneş santralı için 200 Watt’lık 500 000 adet panel gerekecektir (=100 milyon Watt/200 Watt).

Fotovoltaik yöntemle elektrik üretilirken paneller yaz günleri çok ısınırlarsa verimleri düşüyor. Bunun nedeni, güneşte fazla ısınan güneş hücrelerinde gereğinden çok artan elektronların, voltajı düşürmeleri.  Fotovoltaik yöntemde ısı enerjisi değil, güneş ışınlarının (fotonların) enerjisi önemli oluyor /1/. En fazla verim serin, rüzgarlı, açık ya da az nemli ancak güneşli bir havada elde ediliyor. Panellerin üzerinde biriken nem ve sıcak hava tabakasını rüzgar süpürerek ışınların elektrik üretiminde daha etkili olmasını sağlıyor.

Şekil 2 a. Bir güneş panelinin yapısı: Üstten aşağıya doğru, aliminyum çerçeve, cam plaka, plastik tabaka, güneş hücreli panel, plastik tabaka, plastik folye, cam plaka ve kablolu kutu,

Şekil 2 b. Güneş enerisi panelleriyle donatılmış bir evin ürettiği elektriğin elektrik ağını beslemesi ve elektrik ağından elektrik alması şematik olarak gösteriliyor.

Şekil 3: ABD’deki güneş panelleri için birer örnek: Evler için üstte küçük panellerin ve altta ticari yerlerin daha büyük panellerinin inch olarak büyüklükleri (1 inch= 2,54 cm),

Şekil 4. Aynı büyüklükteki Güneş Panellerinin elektrik güçlerinin zamanla gitgide artması ( 2015’de  yapılan panelin gücü, 1954’de yapılanın 13 katından fazla)

Not 1: Güneş panellerinde bulunan sağlığa zararlı kimyasal maddelerin azaltılmasıyla ilgili daha önceki yazımızdaki önerilerin göz önüne alınarak gerekli önlemlerin alınması yararlı olabilir ve 25-30 yıl sonra ülkemizin bir çok yerinin binlerce eski panel çöplüğüne dönüşmesi önlenebilir umarız /4/.

---------------------

(*) 1 Watt: Elektrik güç birimi olup ‘Enerji aktarım (transfer) hızını’ gösteriyor (enerji değil, enerjiyle karıştırılmamalı!). Güç (W)= Ws/s

Enerji birimi: WattSaniye (Ws) = Güç (Watt) x Saniye (s).

1 WattSaniye (1Ws): 1 saniyede üretilen ya da tüketilen 1 Joule’lük enerji, elektrikte, 1 Ws’dir. 

1 Joule: Örneğin 100 gramlık çikolata paketini yerden 1m yukarıya kaldırmak için gereken enerji.

1 WattSaat (1 Wh) = Güç (Watt) x Saat (h).

1 kWh = 1000 Wh,  1 MWh= 1 Milyon Wh, 1 GWh= 1 Milyar Wh, 1 TWh= 1 Trilyon Wh= 1 Milyar kWh. Örneğin 1 milyar 100 Watt’lık ampulü 10 saat yakabilmek için 1 milyar kWh’lık enerji gerekecek.

 Yüksel Atakan, 

Dr.Radyasyon Fizikçisi, 

ybatakan3@gmail.com, Almanya

………………………..

Kaynaklar:

/1/ Güneş ışınlarından elektrik üretimini kimler akıl etti ve geliştirdi, Y.Atakan, HBT 28 Şubat 2020,   Sayı  205;  Yüzer Güneş Santralları Y.Atakan, HBT 6 Mart 2020

  /2/ https://www.aps.org/publications/apsnews/200904/physicshistory.cfm  

  /3/ https://photovoltaiksolarstrom.com/solarzelle-funktion

  /4/https://docs.google.com/viewer?url=https://www.fmo.org.tr/wp-    content/uploads/2018/06/GUNES-PANELLERI-Atakan-30062018-1.pdf&embedded=true&iframe

  /5/ Güneş Enerjsisinden Elektrik üretimi Y.Atakan, Herkese Bilim Teknoloji Dergisi 198. Sayısı Ocak 2020

HOLLANDA’DAKİ ERGİMİŞ TUZ YAKIT TESİSİ TAMAMLANDI. BY DAVID SZONDY, NRG, HOLLANDA

(newatlas.com’dan Doç.Dr.Çetin ERTEK tarafından tercüme edilmiştir.)

Hollanda Nükleer Araştırma Danışma Grubu (NRG) Petten’deki yüksek akı reaktöründe ergimiş tuz yakıtlarını incelemiştir. Petten Araştırma Merkezi Amsterdam’ın 60 km kuzeyinde büyük ve saygın nükleer araştırma merkezidir. Ergimiş tuzla yapılan araştırmalar Amerika’da DRNL laboratuvarlarında 1950’lerde, 1960’larda başlamıştır. Hafif sulu reaktörlerde MSR’lerde aynı fisyon kaynağını kullanırlar, fakat mühendislik dizaynları farklıdır. Hafif sulu reaktörlerde, nükleer yakıt zenginleştirilmiş uranyum veya plutonyum çubuklardan yapılmıştır. Bunlar moderatör ve soğutucu olarak kullanılan su içine yerleştirilirler. Çubukları zirkonyum alaşımları tarafından kaplıdır. Bir nötron uranyum veya plutonyum içine girer, fisyon yapar enerji ortaya çıkar, fazladan 2 veya 3 nötron da ayrıca çıkarak zincir reaksiyonunu meydana getirir. Su moderatör ödevini görür, atomların daha fazla fisyon yapmasını sağlar. 60 seneden beri kullanılan bu sistem, halktaki intibaya karşıt kilowatt başına en emniyetli rekora sahiptir. Bu tip reaktörlerin dezavantajı suyu çok yüksek basınç ve sıcaklıkta kullanmasıdır. Su yerine tuz kullanılması halinde avantajlar artar. Artık çubuklar yoktur, yakıt tuzla karışmıştır. Sıvı halinde dolaşır, yüksek sıcaklığa rağmen artık basınç altında değildir. Çeşitli ergimiş tuz reaktör cinsi vardır, karışım çok farklı olabilir. Uranyum yanında toryum kullanılabilir, radyo-aktif atıklar yakıt olarak kullanılabilir. Hafif su reaktörlerinin kullanılmış yakıt elemanlarındaki radyo-aktiviteyi düşük seviyelere çekebilir.

Ergimiş tuz reaktörünün kapatılmasına gerek yoktur. Kullanılmış yakıt kimyasal bir düzenekle sistemden alınır, yeni yakıt içine pompalanır. Düşük basınçlarda sistem çalışabilir. Buhar meydana getirmez, su buharı üretmez, dolayısıyla hidrojen gaz patlaması olmaz, bundan dolayı çok ağır ve hantal basınç kazanına ihtiyaç yoktur. MSR molten salt reaktörleri yüksek sıcaklıkta çalıştıkları için verimleri daha yüksektir ve hacimleri küçüktür.

Ergimiş tuz sıcaklıkla genleşir. Bundan dolayı kendi kendini kapatma özelliğine sahiptir. (negatif sıcaklık katsayısına sahiptir.) Bu tip reaktörlerde korozyona ve radyasyon tahribine dikkat edilmesi gerekir. Sistem istenmeyen yüksek sıcaklıklara çıktığında alttaki tıpa kendiliğinden eriyerek yakıtı otomatik olarak depoya gönderir.

Ralph Hania, NRG laboratuvarlarında, bu tip reaktörlerin düşük sıcaklıklarda nasıl davrandığını incelemek üzere hazırlıklarını yapmaktadır. Ergimiş tuzun arıtılması gibi çalışmalar devam etmektedir. Ergimiş tuzun radyo-aktivite ile bütün etkileşiminin iyi bilinmesi gerekir.

KAYNAK: NRG

07.03.2020

GÜNEŞ IŞIĞINI ELEKTRİĞE ÇEVİRMEYİ KİMLER, NASIL AKIL EDİP BAŞARDILAR?

Fransız Alexandre Edmond Becquerel’in, 1839‘da, henüz 19 yaşındayken, babasının fizik laboratuvarında yaptığı ilk gözlemleriyle başlayan buluşu nasıl geliştirildi?

Yüksel Atakan, Dr.Radyasyon Fizikçisi, ybatakan3@gmail.com, Almanya

Güneş, devasa enerjisini (*) milyarlarca yıldır ışıyarak yayıyor ve  bu ışımanın ‚4 milyar yıl kadar‘ daha süreceği kestiriliyor. 1700’lü yıllarda dünyaca tanınmış fizikçi Newton’a –  Güneş ışığı, güneşte nasıl ortaya çıkıyor, ışığın kaynağını fizikte nasıl açıklarsınız? diye sorduklarında – o Tanrı’nın işidir, bilemem demiş ! Bugün artık, güneş ışınlarının, güneşteki hidrojen, döteryum, trityum, helyum gibi hafif atom çekirdeklerinin çok yüksek sıcaklık ve basınç altında FÜZYON dediğimiz olay sonucu kaynaşmaları sırasında oluştuğunu biliyoruz.

Güneş enerjisinden insanların çok az da olsa yararlanmaları ise yeni olmayıp, insanların yer yüzünde dolaşmalarıyla başlıyor. Güneş enerjisini doğru düzgün kullanmaları da Milat‘tan 7 YY öncesine kadar gidiyor.  İnsanlar, başlangıçta ya kızgın güneş altındaki yerlerde ya da büyüteçlerle, aynalarla güneş ışınlarını odaklayıp ateş yakarak yemek pişiriyorlar ve  güneş ışınlarıyla ısıtılan odalar yapıyorlardı /1/. Milattan önce 3.YY’da Yunanlılar ve Romalılar ‚yakan aynalarla‘ kutsal meşaleleri‘ dini törenlerde ateşliyorlardı. Yunanlı Arşimed’in, MÖ 3.YY“da,  Romalı‘ların tahtadan bir savaş gemisini bronz aynalardan yansıttığı güneş ışınlarıyla yaktığı ve Roma askerlerinin karaya çıkamadıkları öyküsü, anlatılır. Bunun doğruluğu kanıtlanamasa da, Yunan donanmasının, 1970’de tahtadan bir deneme gemisini bronz aynalardan yansıtılan güneş ışınlarıyla 50 metre uzaktan yaktığı ve eski öykünün doğru olabileceğini gösterdiği ise bir gerçek /1/.

Güneş ışınlarının bir metal yüzeye çarptığında, elektrik oluşturduğu, ilk kez 19.YY’da gözlemleniyor. Fransız fizikçi Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891), fizik profesörü olan babası Antoine Cesar Becquerel‘in laboratuvarında o zamanlarda ilk sayılacak pillerle uğraşıyor ve bazı deneyler yapıyordu. Elektroliz deneylerinde, platin anod ile katod arasındaki akım şiddetinin, ışıklı laboratuvarda, karanlıktakinden biraz daha fazla olduğunu görünce, ışığın elektrolizde elektrik akımını artırdığı sonucuna, henüz 19 yaşındayken, varıyor. Bu, sonradan fotovoltaik olay olarak adlandırılıyor. Ancak ışığın ya da elektromanyetik radyasyonun, o zamana kadar klasik fizikte bilinen dalga kuramıyla bu olayın temelini, Becquerel de daha sonraki araştırmacılar da, açıklayamıyorlar. Edmond Becquerel (**) bu arada güneş ışığı tayfındaki kısa dalgalı mor ışınları da buluyor. 

A.E.Becquerel’in 1839’daki bu gözleminden sonra, 1873’de Willoughby Smith, Selenyum’un iyi bir fotoiletken olduğunu buluyor. 3 yıl sonra da 1876‘da William Grylls Adams ve öğrencisi Richard Evans Day, fotovoltaik yöntemi Selenyum’a uygulayıp gerçekten de Selenyum’un ışıkta elektrik akımını artırdığını kanıtlıyorlar. 1883’de ABD’li araştırmacı Charles E. Fritts, selenyumu çok ince bir altın tabakasıyla kaplayarak çalışan ilk güneş hücresini yapıyor. Fotovoltaik olayın nasıl olduğu o günlerde  anlaşılmadığından Fritts, tanınmış bir uzman olan Werner von Siemens ile ilişki kuruyor ve Siemens, Fritts‘in güneş hücresinin çalıştığını deneylerle doğruluyor.

Fotovoltaik olayın dayandığı temel, fizikte 1900‘lü yılların başlarına kadar anlaşılamadığından, güneş ışınlarından elektrik elde etmenin teknolojisinde de pek ilerleme olmuyor.

Einstein ışığın, kendi frekansıyla orantılı olacak şekilde kesikli enerji paketçiklerinden (taneciklerinden, kuantalardan ya da fotonlardan) oluştuğunu, ışınlar bir metal yüzeye çarptıklarında fotonlar bu enerjilerini, elektronlara aktararak, bunları atomlardan söküp, serbest bıraktığını 1905’deki bilimsel makalesinde ‚fotoelektrik olay‘ olarak açıklıyor.  

……………………..

(*) 5 000 trilyon kWh kadar (Birim için yazının sonuna bkz.).

Einstein’ın bu açıklamasını, ABD’li Rober Millikan yaptığı deneylerle 1916’da doğruluyor. Einstein’a, çok bilinen Görelilik / Relativite buluşu nedeniyle değil, ‘Fotoelektrik Olay’a getirdiği bu açıklama sonucu, 1921’de Nobel Ödülü veriliyor.

Fotovoltaik olay, temelde fotoelektrik olaya dayanıyor, ancak aralarında önemli bir fark bulunuyor. Her iki olayda da soğurulan ışık (fotonlar), bir elektronun ya da yüklü bir parçacığın daha yüksek bir enerji düzeyine yükselmesiyle sonuçlanıyor. Fotoelektrik olayda, güneş ışınlarından (fotonlardan) iletken (metal) malzemenin cinsine bağlı olarak belirli bir eşik enerjinin  üzerinde enerji alan elektronlar tam serbest kalırlarken , fotovoltaik olayda, elektronlar yarıiletken malzemenin içinde (örneğin silisyum) yönlendirilerek bir elektrik akımı oluşturuyorlar ve böylece güneş ışınlarının enerjisi, elektrik akımına dönüştürülüyor . Buradan güneş hücrelerinde neden metallerin kullanılmalarının uygun olmadığı da anlaşılabilır.

Yarıiletken bir madde olan silisyumun özellikle kristal yapısı güneş hücresi olarak çok uygun. Siliisyum atomunun 3 yörüngesinde toplam 14 elektron bulunuyor. İlk 2 yörüngede sırasıyla 2 ve 8 elektron bulunuyor ve bunlar tümüyle dolu. Dış yörünge ise 4 elektron boşluğuyla sadece yarı dolu. Bu yörünge komşu atomlardan elektron çekip doldurmaya ya da komşu atoma elektron vermeye eğilimli olduğundan silisyum yarıiletken güneş hücresi olarak çok uygun bir madde.

Şekil 1a: Fotovoltaik olayın temeli olan Fotoelektrik olayda kısa dalgalı ışık fotonlarının, metal yüzeyden söktükleri elektronlar serbest kalıyorlar.   Daryl Chapin (1906 – 1995) ve  Gerald Pearson (1905 – 1987), Calvin Fuller (1902 – 1994)) 

yarıiletken silisyum güneş hücrelerini, birlikte gerçekleştirerek, güneş enerjişini doğrudan elektriğe dönüştüren araştırmaların teknolojide gelişmesine 1954’de çok büyük katkıda bulundular (ATT Bell Labs)

Güneş hücrelerinin ortaya çıkarılmasında ve geliştirilmesinde bir çok fizikçi katkıda bulunuyor /1/. A.Edmond Becquerel fotovoltaik olayın perdesinin aralanmasını sağlarken, güneş hücrelerinin ortaya çıkmasının öncülüğünü ise Charles E. Fritts (1850-1903) yapıyor. Daha sonra Einstein’ın yukarıda belirtilen  çalışması ışığın karakterinde çığır açarak fotovoltaik teknolojinin gelişmesini sağlıyor. Transistörlerin bulunmasından hemen sonra da 1941’de Russel Ohl kullanılabilecek ilk güneş hücresini yapıyor. Bell laboratuvarında  çalışan üç araştırmacı 1954’de (Daryl Chapin, Calvin Fuller ve Gerald Pearson)  yarıiletken silisyum maddesinden güneş hücreleri yapıyorlar /1,2,3/.

İlk güneş hücreleri nerede kullanıldı?

16 cm çapındaki fotovoltaik güneş hücreleri ilk kez 1958‘de Vanguard 1 Uydusunda kullanılıyor ve 7 yıl boyunca uydunun dünyaya veri aktarması böylece sağlanıyor. 1955–1973 arası, fotovoltaik yöntemle elektrik üretimi, hem veriminin düşük (% 6 kadar) hem de pahalı olması nedeniyle ancak uzay teknolojisine ve bazı yerlere sınırlı kalıyor, fazla yayılamıyor.

1973’deki petrol krizi, 1979 ABD Harrisburg TMI ve 1986 Çernobil nükleer santral kazaları, güneş ışınlarından fotovoltaik yöntemiyle elektrik üretimine hız verilmesine ve bu konuda büyük paralar ayrılarak bu teknolojinin gelişmesine yol açıyorlar.

Her geçen yıl tüm dünyada güneş ışınlarından fotovoltaik yöntemle elektrik üretimi gitgide artıyor. Dünyada 2019’da güneş enerjisinin toplam kurulu elektrik gücü, 500 GigaWatt ya da 100 adet büyük nükleer santralın kurulu elektrik gücüne kadar yükseldi (Güneş Santralları en çok % 20 verimle çalıştıklarından, yılda ürettikleri elektrik enerji, nükleer santralların ancak 1/5 kadar).  Formularbeginn

Fotovoltaik yöntemle güneş ışığının elektrik akımına çevrilmesini Şekil 3  ve 4 açıklamalarla gösteriyor.

Şekil 2 :  Charles Frıtts’in 1884’de NewYork’ta sergilediği ilk fotovoltaik panel

Şekil 3 :  Bu örnekte 9 güneş hücreli (silisyum) bir panele çarpan güneş ışınları, artı ve eksi yüklü silisyum (yarıiletken) tabakaları arasındaki elektrik alanı sonucu voltaj oluşturarak elektrik akımı üretmesi gösteriliyor.

Yarıiletken (örneğin silisyumdan) bir güneş paneline, güneş ışığı çarpması sonucu, elektrik devresine elektrik akımının beslenmesi gösteriliyor.

Not 1:Güneş panellerinde bulunan sağlığa zararlı kimyasal maddelerin azaltılmasıyla ilgili daha önceki yazımızdaki önerilerin göz önüne alınarak gerekli önlemlerin alınması yararlı olabilir ve 25-30 yıl sonra ülkemizin bir çok yerinin binlerce eski panel çöplüğüne dönüşmesi önlenebilir umarız /4/.

Not 2: Güneş ışınlarından elektrik üretimiyle ilişkili diğer konuları bundan sonraki yazılarımızda ele alacağız.

---------------------

(*) 1 Watt: Elektrik güç birimi olup ‘Enerji aktarım (transfer) hızını’ gösteriyor (enerji değil, enerjiyle karıştırılmamalı!). Güç (W)= Ws/s

Enerji birimi: WattSaniye (Ws) = Güç (Watt) x Saniye (s).

1 WattSaniye (1Ws): 1 saniyede üretilen ya da tüketilen 1 Joule’lük enerji, elektrikte, 1 Ws’dir. 

1 Joule: Örneğin 100 gramlık çikolata paketini yerden 1m yukarıya kaldırmak için gereken enerji.

1 WattSaat (1 Wh) = Güç (Watt) x Saat (h).

1 kWh = 1000 Wh,  1 MWh= 1 Milyon Wh, 1 GWh= 1 Milyar Wh, 1 TWh= 1 Trilyon Wh= 1 Milyar kWh

Örneğin 1 milyar 100 Watt’lık ampulü 10 saat yakabilmek için 1 milyar kWh’lık enerji gerekecek.

………………………..

(**) Alexandre Edmond Becquelerl’in oğlu olan Antoine Henri Becquerel, Marie ve Pierre Curie ile birlikte uranyum’un radyoaktif olduğunu göstererek radyoaktiviteyi açıkladılar ve  kendilerine bu buluşları nedeniyle Nobel ödülü verildi. Dededen toruna kadar Becquerel’ler profesör olarak çalışıp bilime katkıda bulundular.

Kaynaklar:
/1/ https://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/solar_timeline.pdf

/2/ https://www.aps.org/publications/apsnews/200904/physicshistory.cfm  

/3/ https://photovoltaiksolarstrom.com/solarzelle-funktion

/4/https://docs.google.com/viewer?url=https://www.fmo.org.tr/wp-content/uploads/2018/06/GUNES-PANELLERI-Atakan-30062018-1.pdf&embedded=true&iframe

Not: Bu yazı HBT dergisinin 205 nolu sayısında 28 Şubat 2020 günü yayımlanmıştır.

BILL GATES İKİ HIZLI REAKTÖR KURDU

2006’da  Bill Gates Terra Power firmasında iki hızlı reaktör kurdu. Birinin ismi Traveling Wave Reactor TWR ve diğerinin ismi Molten Chloride Fast Reactor MCFR’dir. Birincisi bitmek üzeredir. Terra Power firması 2016’da US DOE (Department of Energy) den 5 yıllık 40 milyon dolarlık ödül kazandı. (MCFR’ı tamamlamak üzere)(1). İkincisi Elysium Industries firması da US DOE’den Terra Powers paralelinde bir reaktör için teşvik aldı.(2)

İçinde iki solusyonun döndüğü toryum reaktörleri de vardır. Bunlara Dual-Fluid reaktörleri denir. Berlin’de Katı Hal Nükleer Fizik Enstitüsü’nde vardır. Soğutucular tuzlar ve metallerdir(3). Yakıt ergimiş tuzun içindedir. Sıvı halindeki kurşun soğutucu birinci devredeki ısıyı ikinci devreye taşır. Sistem 13 senelik periodlarla çalışabilir(4). Bir seferde 13 yıl çalışma kabiliyetine sahiptir.

Kaynaklar

1.      Terra Power, MCFR Solutions, Nuclear Innovation for New Options in American Industry, 2016. (online) available: https://terrapower.com/technologies/mcfr. (accessed 18.11.2018)

2.      Elysium Industries, Molten Chloride Salt Fast Reactor 2017. Online available http://www.elysiumindustries.com/technology. Accessed 18.11.2018.

3.      Institut fur Festkörper-Kernphysik GmbH Dual Fluid Reactor-IFK Charlottenburg, 14050 Berlin 2013.

4.      A.Huke, G.Ruprecht, D.Weissbach, K.Czerski, S.Gottlieb and A.Hussein, Dual-Fluid Reactor Molten Salt Reactors and Thorium Energy Vol 25, pp. 619-633, 23.06.2017.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

29.02.2020