Giriş Notu: Üniversite sunumum için hazırlanmıştır...
Enerji üretimi dersimizde enerjinin üretimi nasıl olur, santrallerin çalışma mekanizması nasıl işler gibi konuları öğrenmiştik.
Bu konuların tam anlaşılabilmesi için bu sorunun cevabını vermeliyiz: enerji nedir?
Önce enerjinin tanımıyla başlayalım: Enerji bir sistemin iş yapabilme kapasitesidir.
Enerjinin fizik açısından formülü GÜÇ x ZAMAN şeklindedir E =P x t
Enerjinin birimi Joule, gücün birimi Watt, zamanın birimi ise saniye yönünden incelenir. Yani enerji aslında bir şeye uygulanan gücün, zaman içindeki değişimidir. Bu değişim harekete yol açar ve bu hareketin durumu iş yapabilme kapasitesi olarak adlandırılır.
Skaler bir büyüklüktür yani belirli bir yönü yoktur. Mesela hız (V) dediğimiz kavram vektöreldir, çünkü belirli bir yönü vardır. Ancak enerjinin gittiği bir yön yoktur, doğrusaldır diyemeyiz.
Enerjinin fiziksel bir görünümü yoktur ancak yaptığı etkiler sebebiyle enerjinin yol açtığı hareketleri gözlemleyebiliriz.
Günümüz biliminin kabul gördüğü termodinamiğin birinci kanununa göre enerji yoktan var, vardan yok edilemez. Ancak birbirlerine dönüşebilir. Evrende herhangi bir sistemde enerji yok olmaz. Enerji her daim korunmaya devam eder.
Üstteki resimde elektrik enerjisinin, lambalar yardımıyla ışık enerjisine dönüştüğünü görüyoruz. Peki bu dönüşüm yalnızca manuel olarak mı yapılıyor, hayır. Mesela ateş böcekleri sahip oldukları kimyasal enerjiyi çevirerek, biyolojik yapısı üzerinde ışık enerjisi üretebilir.
Enerjinin az çok ne olduğunu örneklerle anlatmış olduk. Gelelim enerjinin çeşitlerine:
Başlıca enerji türleri: elektrik, potansiyel, mekanik, kinetik, manyetik, nükleer, kimyasal, ışık, ısı, termal, ses, esneklik, kütle, ışınım.
Bu enerjinin birbirine dönüşümü: transdüser adlı cihazla olabilir. Isı, manyetik basınç transdüserleri gibi çeşitleri mevcuttur.
ENERJİ KAYNAKLARI
Enerji kaynakları nedir: Kabaca olmak üzere bu kaynaklar çeşitli yollarla enerjinin üretilmesini sağlamaktadır.
Enerji kaynakları yenilenebilir ve yenilenemez olarak 2 çeşitte incelenir:
Bu 2 enerji kaynağı arasındaki farkları inceleyelim:
Yenilenebilir enerji kaynakları doğal kaynaklardan üretilir: Denizler, güneş, rüzgar... Ve geri dönüşümlü olarak enerjinin üretimi devam eder.
Yenilenemez enerji kaynakları ise fosil ve çekirdek kökenli kaynaklar olmak üzere geri döndürülemez şekilde üretilen ve kullanılan kaynaklardır.
Ben bugün yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan Güneş Enerjisi'nden bahsedeceğim.
(ödev-NOT)
Güneş Enerjisi:
Güneş enerjisini anlayabilmek için öncelikle Güneş'in ne olduğunu anlamamız gerekiyor.
Güneş sistemi içinde yer alan Güneş, Dünya için temel bir enerji kaynağı olarak karşımıza çıkar. Gezegenimizdeki yaşamın devamı için Güneş vazgeçilemez
bir kaynaktır. Dünya, odağı Güneş olan eliptik bir yörüngede ve kendi ekseni
etrafında dönmektedir. Dünya’nın bu kendi ekseni etrafında dönmesinden gece gündüz, Güneş etrafında dönüşünden ise mevsimler oluşmaktadır. Bu yörüngesel hareketi nedeniyle yıl boyunca Dünya üzerine gelen Güneş enerjisinin miktarı değişmektedir.
Güneş, büyük bir kısmı hidrojen ve helyumdan oluşan, gücünü merkezinde bulunan çekirdek tepkimelerinden alan, G2 tipine ait sarı bir cücedir.
Hatta size daha anlaşılabilir olması bakımından Güneş'te bulunan elementleri yüzdelik olarak yazabilirim.
Hidrojen %91 Silikon %0.004
Helyum %8.7 Magnezyum %0.004
Oksijen %0.08 Neon %0.004
Karbon %0.04 Demir %0.003
Azot %0.01 Kükürt %0.002
Güneş'in fiziksel ve kimyasal özellikleri diğer yıldızların çoğu ile benzerlik gösterdiği için aslında Güneş sıradan bir yıldızdır. Bu sebeple Güneş'te yaşanan olaylar hakkında öğrendiğimiz bilgiler diğer yıldızlara da aynı şekilde uygulanabilir.
Güneşin Özellikleri:
Güneş, 696.000 km. civarı bir yarıçapa sahiptir. Bu da Güneş'in yarıçapının, Dünya'nın yarıçapından yaklaşık 100 kat daha fazla olduğunu gösterir. Kütlesi Dünya'nın kütlesinin yaklaşık 300.000 katıdır.
Yoğunluğu bakımından ise Jüpiter'e benzer gezegenlerin yoğunluğuna yakın olmasıyla birlikte, Dünya'nın ortalama yoğunluğunun 1/4'ü kadardır.
Güneş'in büyüklüğünü daha rahat algılayabilmeniz açısından bir görsel eklemek istiyorum.
Bu görüntü Ulusal Güneş Gözlemevi'nin dört metrelik Daniel K. Inouye Güneş Teleskobu tarafından, Güneş'in şimdiye kadar çekilmiş en detaylı görüntüsü yakalandı. Bu teleskop Hawaii'de Haleakala dağının zirvesinde yer alan Haleakala Gözlemevi'nde bulunuyor.
Görselde gördüğünüz her hücre benzeri yapı yaklaşık Teksas büyüklüğünde bir alanla eşdeğerdir.
Güneşin katmanları:
Güneş'in gördüğümüz kısmı yani yüzeyi, gezegen ve ayların çoğunluğunda olduğu gibi katı olarak değildir. Güneş'in yüzeyi teleskoplar veya gözümüzle algıladığımız parlak bir gaz topunun bir bölümüdür.
Güneş'in iç kısmında; Çekirdek (özek), ışınım mıntıkası(300.000 km) ve konveksiyon mıntıka(200.000 km) bulunur.
Özek; Merkezi özekte bütün Güneş enerjisini üreten güçlü çekirdek tepkimeleri bulunur.
Işınım Mıntıkası; Bu katmanda enerji konveksiyon mıntıkasına dışarıya doğru ışıma biçiminde ilerler.
Konveksiyon Mıntıka; Bu kısımda gaz tamamen iyonlaşmış hale gelir.
Güneş'in yüzey kısmında Işın küre(500 km), Renkküre(1500 km),Geçiş mıntıkası(8500 km) ve Taç kısmı bulunur.
Işın küre; Fotosfer de denilir. Güneş lekelerinin görüldüğü yerdir.
Renkküre: Kromosfer de denilir. Derinliği 10.000kmye kadar yaklaşabilir. Sıcaklık burada artar. Burası oldukça hareketli bir kısımdır. Her birkaç dakikada bir küçük Güneş fırtınaları yaşanır. iğnecikler olarak adlandırılan sıcak madde jetleri Güneş atmosferinin üst kısımlarına gönderilir.
Geçiş Mıntıkası; Epey ince bir katman olup sıcaklığın hızlı bir şekilde arttığı kısımdır.
Taç: Korona da denilir. Geçiş mıntıkasının üst kısmındadır. 10^6 K'lik sıcaklığı bulunur. Güneş rüzgarı, tacın yüksek sıcaklığı sebebiyle oluşur. Güneş'in en dışında bulunduğu ve çekirdekten en uzak yerde olduğu için aslında güneşin en soğuk kısmı olması gerekirken en sıcak kısmıdır. Ayrıca bu katman Güneş'in özeğine daha yakın olan Işın küreden bile 200 kat daha sıcaktır. Hala bilim insanları bunun sebebini çözememiş olsa da manyetik ve basınç sebebiyle gerçekleştiği düşünülüyor.
Güneş Lekeleri;
Güneş lekeleri, Galileo tarafından 1613 yılında ilk kez araştırılmıştır. Güneşte gözlemlenen karanlık alanlar Güneş lekeleri olarak adlandırılır. 10.000 km çapında, yaklaşık Dünya büyüklüğünde bir alan kaplayabilir. Güneş lekeleri ışın küre gazının daha soğuk yerleridir. Ayrıca çoğu güneş lekesi aynı şekilde kalmaz. Kimi Güneş lekesinin boyut ve şekil değiştirme süresi birkaç gün sürerken bazılarında bir aydan daha fazla olabilir. Ayrıca bu lekeler en çok Güneş'in ekvator kısmında ortaya çıkar. Güneş lekelerini çevreleyen ışın küre bazen taç kısmına yüksek enerjili parçacık çıkararak şiddetli patlamalar sebebiyet verebilir.
GÜNEŞ ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ
Güneş Pilleri: Güneş enerjisinden elektrik üretebilmek için enerji dönüşümünü sağlayan fotovoltaik piller kullanılmaktadır. Fotovoltaik piller, güneş pili olarak da isimlendirilir. Üzerine düşen güneş ışığını direkt olarak elektrik enerjisine çevirirler. Fotovoltaik pillerin üretildiği malzeme ve kalitesi verimlilik oranını belirler.
Günümüzde ticari amaçlı güneş pili üretiminde kullanılan malzemelerin başında
kristal-silikon malzeme gelmektedir. Kristal silikon, mükemmel düzenli yapı (tek
kristal) veya rastgele düzenli yapı (monokristal, multikristal, polikristal) olarak
üretilebilir. Silikon dışında fazla pahalı olmayan cam, plastik veya paslanmaz çelik üzerine birkaç mikrometre kalınlığında ince filmler de güneş pili olarak kullanılmaktadır. Bu filmlerde, yarı iletken materyallerden amorf-silikon (a-Si), galyum arsenit (GaAs), bakır indiyum selenyum (CuInSe2 veya CIS) ve kadmiyum
telur (CdTe) en çok kullanılanlar arasındandır. Amorf silikon, yapısı belirli bir
düzende olmayan yapıdır ve üzerine ışın düştüğünde güneş enerjisini dönüştürebilmek için özel olarak tasarlanması gerekir. Tek kristal silikon güneş pilleri, diğer
malzemelerle üretilen güneş pillerine göre üretim maliyeti daha yüksek olmasına
rağmen verimi en yüksek olan pillerdir.
Güneş pili malzemesi olarak organik polimer kullanılması çalışmaları son yıllarda hız kazanmıştır. Bu çalışmaların sonucunda düşük maliyetli, yüksek verimli
ve esnekliğin ön planda olduğu sistemler öngörülmektedir. Üretilen malzemelerin çatı kaplamalarında da kullanılabileceği ve insan sağlığını için de tehdit oluşturmayacağı düşünülmektedir.
GÜNEŞ PİLLERİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ (KABA TASLAK)
Güneş pili hücresi fotovoltaik etki ile elektrik üretir. Fotovoltaik etki ise güneş ışınlarının elektriğe dönüştürüldüğü fiziksel olaya denir.
Fotonlar, güneş ışığının yarı iletken yüzeye çarpması ile atomun içindeki elektronların serbest kalması ile oluşur. Fotonlar, güneş ışınım spektrumundaki her dalga boyu için farklı miktarda enerji içerir.
Fotonlar güneş pili hücresi üzerine geldiği zaman, bir kısmı aynen yansıtılır, bir kısmı güneş hücresi tarafından soğurulur ve bir kısmı da güneş hücresinin içinden geçer. Güneş pili tarafından soğurulan fotonlar elektrik üretir.
Güneş pillerinin kullanım alanları:
Haberleşme sistemleri
Petrol boru hatlarında
Elektrik dağıtım sistemlerinde
Su dağıtım sistemlerinde
Meteoroloji istasyonlarında
Aydınlatmada
Deniz fenerlerinde
Güvenlik kameralarında
Alarm sistemlerinde
Tarımsal sulama sistemlerinde
Orman gözetleme kulelerinde
Elektriği olmayan hobi ve bahçe evlerinde...
Güneş enerji santralinden bir örnek:
Güneş enerjisi teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte, güneş pili maliyetleri oldukça azalırken verimlilikleri de artmıştır. Eve güneş paneli kurmak isteyen tüketiciler, maliyetlerin azalması ile çatı tipi sistemleri tercih etmeye başladı.
Güneş enerjisi alanında, Türkiye’nin ilk yerli ve milli güneş enerji hücrelerini üreten Aydem Enerji, ülkemizin en büyük güneş enerji hücresi üretim tesisine sahiptir. TÜBİTAK - Milli Güneş Enerjisi Santrali Geliştirilmesi Projesi kapsamında yürütülen projelerle, ülkemizi yeni bir döneme taşımayı hedefliyor. Yenilenebilir enerjinin önem kazandığı günümüzde, çevre bilinci ile üretim ve tüketim yapılması, ekolojik dengeye yardımcı olacaktır.
Aydem Güneş Enerjisi Teknolojileri, 33 bin m² üzerine kurulu tesislerinde yıllık 150 MW üretim kapasitesine sahip 600 bin güneş paneli üretimi yapmaktadır.
GELECEKTEKİ OLASI TEKNOLOJİLER VE FÜTÜRİSTİK FİKİRLER:
Güneş hakkında bilgimiz diğer yıldızlara göre çok daha fazladır. Bunun sebebi ise bize en yakın yıldız olmasından kaynaklanır. Güneş'ten sonraki en yakın yıldız Alfa Centauri, 4,3 ışık yılı uzaklıktayken, (belirtmekte fayda var 1 ışık yılı = 9,5 trilyon km) Güneş'in uzaklığı 8 ışık dakikasıdır. Bu da yaklaşık 150.000.000 km eder. Ama daha önce de belirttiğim gibi bizim yıldızımız diğer yıldızlara benzerlik gösterdiği için, Güneş için geçerli olan bilgileri diğer yıldızlara da uygulayabiliyoruz.
Günümüzdeki gelişmelerden anlıyoruz ki gelecekte yıldızlar hakkında daha şaşırtıcı bilgiler öğrenecek ve daha farklı yıldız çeşitleri keşfedeceğiz. O zamana kadar bizler kendi yıldızımız hakkında çok araştırma yapmalı, Mega mühendisliklerle Dyson küresi benzeri yapılarla yıldızımızı kaplamalı ve Güneş'in enerjisine doğrudan hakim olmalıyız.
DYSON KÜRESİ NEDİR?
Yıldızı tamamen çevreleyen ve onun enerji üretiminin neredeyse tamamını yakalayan varsayımsal bir mega yapıdır. Konsept, uzayda yolculuk yapan bir uygarlığın enerji ihtiyacı, yalnızca ana gezegenin kaynaklarından üretilebilecek olan enerji miktarını aştığında gereksinimlerini nasıl karşılaabileceklerini açıklamaya çalışan düşünce deneyidir. Herhangi bir gezegenin yüzeyine, yörüngesine döndüğü yıldızın enerji emisyonlarının yalnızca küçük bir kısmı ulaştığından, yıldızı çevreleyen yapılar inşa etmek uygarlıkların çok daha fazla enerji toplamasını sağlayacaktır.
Şüphesiz Güneş gibi yıldızlar olmasaydı yaşam da olmazdı. Şu an buradaysak bunun sebebi kesinlikle yıldızlardır. Yaşam ve varoluşumuz için bu kadar önemli bir yer tutan yıldızların üstüne daha fazla düşmeli ve haklarında daha fazla bilgi sahibi olmalıyız.
Değerli fizikçi Lawrence M. KRAUSS'un yıldızlar hakkındaki bir sözüyle sunumumu noktalamak istiyorum;
"Vücudunuzdaki her bir atom patlamış olan yıldızlardan geldi. Ve muhtemelen sol elinizdeki atomların geldiği yıldız sağ elinizdekilerin geldiği yıldızdan farklı. Bu gerçekten fizik hakkında bildiğim en şiirsel şey: Hepiniz yıldız tozusunuz. Yıldızlar patlamasaydı burada olamazdınız çünkü karbon, oksijen, azot, demir evrim için ve yaşam için gerekli olan her şey zamanın başlangıcında oluşmamıştı. Bunlar, yıldızların nükleer fırınlarında oluştu, ve onları vücudunuza almanızın tek yolu bu yıldızların patlayacak kadar 'kibar' olmalarıydı.''
Hazırlayan: Ezgi Vera Aydın
Kaynaklarım: All About Space dergisi
Astronomi: Bir Bakışta Evren kitabı
Youtube: Khan Academy
Youtube: Kurgzgesagt
Wikipedia: Güneş enerjisi
Anadolu Üniversitesi açık dersleri: Elektrik enerjisi üretimi
Aydem enerji web sayfası
Moduled: Solar enerji ve aydınlatma sayfası
Larousse Ansiklopedi
