Güneş Enerjisi

Binalarda Güneş enerjisi ve Fotovoltaik sistemler

Yeryüzünde kullandığımız bütün enerjiler fosil kaynaklı olup tükenebilir enerji kaynaklarıdır ve günümüzde tükenme noktasına gelmiştir. Yeryüzünde bulunan kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil kaynakların rezervi ancak dünyaya ulaşan 20 günlük güneş enerjisi kadardır. Güneşten 40 dakika içerisinde dünyaya yayılan enerji miktarı, yeryüzünde insanoğlunun bir yıl içinde tükettiği enerji miktarı kadardır. Bir günde yeryüzüne ulaşan enerji, 27 yıl dünyada tüketilen toplam enerjiye eşittir. Güneşten dünyaya ışıma yolu ile ulaşan enerji, yeryüzünde bir yılda tüketilen enerjinin 10.000 katıdır.

Güneş enerjisi kullanılarak elektrik elde edilmesi iki farklı şekilde gerçekleştirilebilir. Birinci yöntem güneş kolektöründen sağlanan yüksek sıcaklıkla basınçlı buhar elde edilmesiyle başlar. Elde edilen buhar bir güç çevriminde değerlendirilerek türbin jeneratör grubu vasıtasıyla elektrik enerjisi üretilir. Bu yöntemle elektrik elde edilmesinde verim düşüktür. İkinci yöntem; güneş ışınımının fotovoltaik piller vasıtasıyla doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi seklindedir. Güneş pili uygulamaları son yıllarda büyük ilgi gömüş ve uygulama olanakları artmıştır. Günümüzde ise güneş pili üretimi zahmetli ve birim maliyeti yüksektir.

Fotovoltaik kelimesi İngilizce “photo” (ışık) ve “voltaic” (elektrik üreten) kelimelerinin birleşmesiyle oluşmuştur. Fotovoltaik güneş hücreleri üzerine düşen güneş ışınlarını içeriğinde bulunan yarı iletken silikon maddeler ile doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Genel olarak yüzeyleri kare, dikdörtgen veya dairesel formlardadır. Yüzey alanı 100, 156 ve 243 cm² kalınlıkları ise 0,2 ila 0,4 mm arasında değişmektedir. Birim alandan 1 Watt elektrik enerjisi elde edilir.

Fotovoltaik sistemler binalarda daha çok bina dış kabuğunda kullanılmaktadır. Bina kabuğu iç ve dış ortamı birbirinden ayıran yapı elemanlarıdır. Bina kabuğu uygulamaları ile dışarıda değişen fiziksel çevre koşullarını kontrol ederek bina içinde daha konforlu bir ortam sağlanmaktadır. Bina kabuğunun sağlaması gereken performans gereksinimleri; iklimsel gereksinimler, yapısal gereksinimler, kullanıcı gereksinimleri, şehir planlaması, tasarım gereksinimleri, emisyon ve korunma gereksinimleri olarak ele alınırlar.

Güneşten gelen ışınlar güneş hücresine temas ettiğinde hücrenin dış yüzeyindeki geçirgen tabakadan geçerek yarı iletken madde tarafından emilir. Işığın emilmesiyle serbest kalan elektronlar elektrik akımını oluştururlar.

Binalarda kullanılan en yaygın güneş enerjisi sistemleri termal ve fotovoltaik sistemler olmaktadır. Termal sistemler, evin ısıtması ve sıcak su için bağımsız yada diğer fosil yakıt ile çalışan kazanla birlikte kullanılabilir. Bu sistemler sadece kuruldukları binanın ihtiyacını karşılayabilmekte ve bina ihtiyacının mevsimsel olarak değişmesinden dolayı tüm sene boyunca verimli olarak kullanılmaları her zaman mümkün olmamaktadır.

Mimaride güneş enerjisinden değişik amaçlarla aktif ve pasif olarak yararlanmak mümkündür. Burada pasif sistem olarak güneş pencereleri, kış bahçeleri, trombe duvar sistemi, çatı havuzu gibi sistemlerden faydalanılmaktadır. En genel ifade ile güneş mimarlığı yapının tasarım özelliklerinden faydalanılarak güneş enerjisinin yapıya alınması ve ısı elde edilmesidir.

Fotovoltaik sistemler bütün yapı guruplarında kullanılabilirler. Eğitim yapıları, konutlar, hastaneler, endüstriyel yapılar, kültür ve sanat yapıları, alışveriş ve eğlence merkezleri, havaalanları ve limanlar, terminal binaları, oteller, üretim tesisleri, ofis binaları gibi pek çok yapı tiplerinde kullanılabilirler. Örneğin ofis binalarında sabah 9 ila akşam 5 saatleri arasında kullanıldığında şebekenin en yoğun olduğu saatlerde binanın enerji ihtiyacı bu sistem ile karşılanabilir. Konutlarda ise her gün gece ve gündüz enerji ihtiyacının karşılanması için kullanılabilir. Endüstriyel ve ticari binalarda ise geniş çatı alanları fotovoltaik sistemlerin kurulması ve enerji üretimi için büyük olanak sağlar.

Fotovoltaik sistemlerin binalarda kullanım olanakları çok geniştir. Bunlar; Dikey veya eğimli perde duvarları, Cephe sistemleri, Sabit veya hareketli gölgeleme elemanları, Eğimli veya düz çatılara montaj, Çatı aydınlatma sistemlerinde kullanım, Saçak, parapet gibi bina elemanlarıyla kullanılabilmektedirler.