Solar sistemler nasıl çalışırlar?

Solar, köken olarak Latince kelimeler arasında solaris formu ile yer alabilir. İngilizce bir kelime olan solar kelimesi genelde “güneşle ilgili” anlamına gelen bir ek halinde görülür. Örneğin solaryum, solar sistem, solar panel ve daha fazlası.

21. Yüzyılın başlarında insanoğlunun çeşitli enerji kaynaklarından yararlanmaya çalışması ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesi, sürekli enerjiyi elde etme arzusu ile araştırmalar yapılmaya devam edilmiştir. Solar sistemler de tüm bu uğraşlar sonucu güneş panellerinin, güneşten elde edilen enerjinin veriminin ideal seviyelere taşınması ile ticari bir yola dönüşmüştür.

Solar sistemler

Solar sistemleri anlatırken, güneşten ve onun ürettiği muazzam enerjiden, yüzyıllardır, binlerce yıldır durmadan ev sahipliği yaptığı reaksiyonlardan bahsetmemek ayıp olurdu.

Güneş enerjisi ve boyutu

İçinde bulunduğumuz solar sistemin, güneş sisteminin başrolü olan ve canlı cansız tüm varlıkların enerji kaynağı olan güneş, tüm bu sistemi karanlık, soğuk, cansız bir yapıdan kurtarmak için neler yapıyor ve bunları yapmak için ne gibi yeteneklere, istatistiklere sahip?

Yukarıda görselini gördüğümüz güneş, bugüne kadar tüm teknik detaylarının bilimsel yuvarlamalar, varsayımlar ile ve çeşitli fiziksel olayların yorumlanarak tümegelim yöntemi ile öğrenildiği plazma türü bir cisimdir.

İlk bakıldığında, tahta, toprak, metal gibi katı cismi andıran güneş kütle bazında %75 oranında hidrojen atomu, %23 oranında helyum ve geri kanal %2 oranında çok küçük bir ağırlığında ise diğer Fe, Ni, O, Si gibi elementleri barındırır. Tüm enerjisini ise kütlesinin büyük oranını oluşturan 5000 milyar yıl enerji üretimine yetecek kadar hidrojenin füzyon tepkimeleri sonucu döteryum ve helyum formuna dönüşmesidir.

Görünümünün %92’si hidrojen atomu olan güneş yüzey sıcaklığı olarak 5500 Kelvin ila 6000 Kelvin gibi canlı yaşamının olmayacağı, maddenin moleküler halde, atomlar halinde var olamayacağı bir sıcaklığa, çekirdek sıcaklığı olarak 15,6 milyon Kelvin gibi inanılmaz bir sıcaklığa sahiptir.

Tüm bu sıcaklık, ışınlar halinde ( radyasyon, u-v ışınları ) soğuk olan evreni ısıtmak için yayılır, çarptığı yüzeylerde ise maddenin yapısına göre sıcaklığa dönüşür veya yine evrene yansıtılır. Bu gerçeğe göre güneş dünya atmosferinin dışına metrekare başına ortalama $1370(\frac{Watt}{m^2}\frac{}{}$$1370\left(\frac{\mathrm{Watt}}{m^2}\right)$$1370\,\left( {\frac{{Watt}}{{{m^2}}}} \right)$ kadar enerjiyi dünyadaki hiçbir sistemin sunamayacağı bir şiddet ve süreklilikle her saniye sunar. Yukarıdaki görselde de güneş enerjisinin şiddetinin yıllara göre değişimini görebilirsiniz.

Tüm bu solar enerji ne oluyor?

Güneşin dünyaya sunduğu solar enerji sadece 10 dakika %100 verimlilikle depo edilse, biz dünyalıların 1 yılda harcadığı enerjiyi karşılayabilir. Teoride böyle bir denklem olsa da, güneş enerjisini ne tam anlamı ile depolayabilecek ne de %100 verimle işleyebilecek teknolojik gelişmelere sahip değiliz fakat güneş tüm bu enerjisini harcayacak belirli başlı şeyleri zaten bulmuş gibi gözüküyor.

Atmosferi delip geçen ve şiddeti 0 – \(1000\,\left( {\frac{{Watt}}{{{m^2}}}} \right)\) arasında değişen güneş ışınlarının %35’lik bir dilimi bulutlar tarafından yansıtılırken %65’lik bir oranı ise yer yüzünü ısıtmak için doğal olarak kullanılıyor. Bu %65’lik dilimden insanoğlu da çeşitli düzenekler kurarak yararlanmayı öğrendi ve günümüzde de bu eğilim günden güne artıyor. İşte solar sistemlerin kullanılmasının serüveni ancak bu kadar kısa anlatılabilirdi.

Güneşten enerjisinden, nasıl elektrik enerjisi üretiliyor?

Güneşten gelen enerji anlıktır. Anlık bir enerjiyi tutmak, onu elektrik enerjisi olarak depolayıp daha sonraki enerji kullanımları için saklamak ise altında muazzam bir teknoloji gerektirir. İşte bu teknoloji Gerald Pearson adında bir fizikçi tarafından geliştirilmiştir.

Gerald Pearson, 1954 yılında Bell laboratuvarlarında çalışırken Fotovoltaik ( PV ) ve slikon doğrultucuları keşfetti böylece güneş pilinin ortaya çıkmasını sağladı. 1955 yılında ise Western Elektronic adından bir şirket güneş panellerinin gücünü aldığı teknoloji Fotovoltaik slikon doğrultucuların ticari lisansını aldı. 1955 yılında ticari olarak kullanılan bu teknoloji %5- %6 verime sahipti, yani güneş enerjisini sadece %5 ile %6 oranında bir verim ile elektrik enerjisine çevirebiliyordu. Hoffman Electronic adında bir şirketin 1960 yılına kadar %14 gibi azımsanmayacak bir orana çıkarabildi. Günümüzde ise bu oran en kaliteli güneş panellerinde %25 civarındadır. Yani bir güneş paneli güneş ışınlarının ( fotonların ) sadece %25 gibi düşük bir oranının elektrik enerjisine çevirebiliyor oysa ki bu oran %50, %75 gibi bir oran olduğunu düşünürsek daha küçük güneş panelleri ile daha az fotovoltaik silikon hücre ile daha fazla güneş enerjisi yakalayıp depolamak mümkün olurdu.

Güneş panelleri nasıl elektrik üretir?