Artan nüfus, teknolojik gelişmeler ve beraberinde gelen yükselen yaşam standartları enerji ihtiyacında artışa neden olmuştur. Fosil yakıtların çevresel etkileri ve kullanılabilir rezervlerinin ülkemizde yetersiz olması nedeniyle, son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmıştır. Bu kaynaklardan en önemlilerinden biri de şüphesiz güneş enerjisidir.

Güneş, doğal ve ısı etkisi ile dünyadaki enerji döngüsünün olmazsa olmaz bir bileşenidir. Güneş enerjisi elektrik üretiminde, bina ve konutlarda, tarımda, endüstride, ulaşımda kullanılabileceği gibi günümüzde birçok farklı alanda da tercih edilmektedir. Güneş enerjisi kullanım alanlarını; doğal, ısıl, doğrudan elektrik üretimi ve diğer kullanım uygulamaları olmak üzere dört ana başlıkta toplayabiliriz. ^[1]

Güneş Enerjisinin Doğal Kullanımı

Fosil yakıt oluşumu: Fosil yakıtlar güneş enerjisinin dolaylı birer formudur. Bitki ve hayvanların kendi dönemleri içinde yaşamaları güneş enerjisiyle direk bağlantılı olduğu için fosil yakıtlar da güneş enerjisinin bir formu olarak kabul edilir. Bir diğer taraftan yakıt olarak kullanılan odunun yakılması da kendi içinde depoladığı güneş enerjisinin açığa çıkması olayıdır.

Güneş mimarisi: Güneş mimarisi güneş enerjisinden en fazla verim sağlamayı hedefleyen bir çeşit yapı tasarımıdır. Güneşin ısı ve ışığından en uzun ve yoğun şekilde faydalanmak üzere tasarlanan binalarda, güneş alan cephelere geniş pencereler yerleştirilir. Doğru yöne konumlandırılmış bu geniş pencereler vasıtasıyla binanın içerisinde güneş enerjisi kaynaklı doğal bir ısı ve aydınlık oluşumu sağlanmış olur. Bunun yanı sıra çatılara, evlerin kış aylarında güneş almasına engel olmayacak fakat yaz aylarında gölgeleme yapacak çıkıntılar eklenir. Bu mimari konut ve binalarda dikkate alınarak enerjide %40’lara varan tasarruf elde edilebilir. ^[1] 

Güneş Enerjisinin Isıl Kullanımı

Güneş enerjisinden kullanım suyu elde edilmesi: Bilinen ve en yaygın olarak kullanılan güneş enerjili ısıtma sistemleri güneş enerjisinden kullanım suyu elde edilmesidir. Evlerde, hastanelerde ve sanayi de yaygın olarak kullanılan bu yöntemde sıcaklık 45-60˚C arasında değişmektedir. Düzlemsel veya vakumlu kolektörler yardımıyla evlerin, hastanelerin veya endüstride ihtiyaç duyulan birimlerin sıcak su ihtiyacı karşılanır. Verimin % 40 civarında olması beklenen bu sistemlerde yaz aylarında ideal eğim açısı ile güney cephesine çevrili şekilde monte edilmiş kolektörler yardımıyla sıcak su ihtiyacının tamamı karşılanırken, kış aylarında ise bir kazanın içinde bulunan su, ön ısıtma işleminden geçerek suyu istenilen sıcaklığa ulaştırmak için gereken enerjiden tasarruf edilmiş olur. Bu mantıkla hem kullanım suyu hem de kalorifer suyu sağlanabilir. Türkiye 18 milyon m² kurulu kolektör alanı ile bu konunda dünyanın önde gelen ülkelerinden biri konumundadır.

Tarım ürünlerinin kurutulması: Güneş enerjisinin tarım alanındaki uygulamasına bir örnektir. Kırsal yörelerde yaygın olarak kullanılır. Güneş enerjisinden ısı transferi olarak tanımlanabilecek bu yöntemle tarım ürünlerinin uzun süre saklanması sağlanır.

Deniz suyu arıtımı: Güneş enerjisinden içme suyu elde edilmesidir. Maliyeti yüksek olmasından kaynaklı dezavantajları bulunmasına rağmen içme suyu sorunu yaşanan yerlerin ihtiyacını karşılayabilecek bir çözüm önerisidir. Zemini tamamen siyah bir kabın içine doldurulan suyun üzeri saydam bir örtüyle kaplanır bu örtünün altına oluklar yerleştirilir. Güneş enerjisiyle ısınan su buharlaşır, örtünün üzerinde toplanan buhar burada yoğunlaşarak oluklara akar ve tuzdan arıtılmış içilebilir su elde edilir.

Vakumlu güneş kolektörleri: Bu sistemlerde, vakumlu cam borular ve gerekirse absorban yüzeyine gelen enerjiyi artırmak için metal ya da cam yansıtıcılar kullanılır. Bunların çıkışları daha yüksek sıcaklıkta olduğu için (100- 120°C ), düzlemsel kolektörlerin kullanıldığı yerlerde ve ayrıca yiyecek dondurma, bina soğutma gibi daha geniş bir yelpazede kullanılabilirler. ^[1]

Doğrudan Elektrik Eldesi: Fotovoltaik Sistemler

Güneş enerjisi sistemlerinde önemli bir yeri olan fotovoltaik güneş hücreleri, üzerine güneş ışıkları (fotonlar) düştüğünde güneş enerjisini direkt olarak doğru akım elektrik enerjisine çeviren ve bu anda silikon, galyum, arsenit, kadmiyum tellurid ya da bakır indiyum diselenid gibi yarı iletken materyalleri kullanan bir sistemdir.

Fotoelektrik etki ilk olarak 1839 yılında Fransız fizikçi Edmund Bequerel tarafından keşfedilmiştir. 1905 yılında Albert Einstein ışığın doğasını ve fotovoltaik teknolojinin temeli olan fotoelektrik etkiyi tanımlayarak Nobel Fizik ödülünü kazanmıştır. İlk fotovoltaik modül 1954 yılında Bell Laboratuvarı’nda oluşturulmuştur. Solar batarya olarak adlandırılan ilk fotovoltaik modülün yapımı bu sistemlerin yaygın olarak kullanılmasının o dönem için çok pahalı olduğunu ortaya koymuştur. 1960’lı yıllarda uzay endüstrisindeki gelişmelerle ve 1970’li yıllardaki petrol kriziyle beraber fotovoltaik teknoloji üzerindeki çalışmalar artırılmış ve bununla beraber maliyet düşmeye başlamıştır. Özellikle petrol kriziyle beraber fotovoltaik teknoloji dünya çapında kullanılabilecek bir enerji kaynağı olarak görülmeye başlanmıştır.

Fotovoltaik sistemler genellikle elektrik şebekesinin olmadığı veya şehir merkezinden uzakta olan yerlerde ekonomik olarak kullanılmaktadır ve istenen güçte kurulumu mümkündür. Bu nedenle sinyalizasyon sistemlerinde, tarımsal sulamada ve kırsal alanlarda sıklıkla kullanılmaktadır. ^[2]

Diğer Kullanımlar;

Elektrik üretebilen pencere ve camlar: Güneş enerjisi panelleri silikondan üretilip arazi yatırımları veya endüstriyel tesisler için tasarlanmış ve oluşturacağı görsel problemlere göre geliştirilmemiştir. Silikon bazlı olan bu ağır endüstriyel tasarımlar verimlilik ve üretim maliyetlerindeki uygunluk sebebi ile bugüne kadar tercih edilmiştir. Güneş enerjisi hücreleri yeni tasarımlar ile aslında evimizin pencerelerine veya plazaların cam kaplamalarına da uygulanabilmektedir. Bunun olabilmesi için güneş enerjisi hücrelerinin ağır ve kaba olan silikon maddesi haricinde şeffaf olan ve cam olarak kullanılabilecek başka bir şekilde üretilebilmesi gerekmektedir. 

Gelişen son teknolojiler çerçevesinde artık polimer gibi güneşi geçirgen ve hafif olan alaşımlardan ve ışığı emen özel boyalardan elektrik üretebilen güneş hücreleri tasarlanmaya başlanmıştır.

Bu ince materyaller üzerine çekilen özel bir boya katmanı kızıl ötesi ışığı emerek hem enerji üretebilmekte hem de opak olmadan aydınlığı içeri geçirebilen bir şeffaflığa sahip olabilmektedir. Bu cam benzeri malzeme ışığı %43 oranında geçirebilmektedir. Bu oran evler için şu anda yeterli değildir fakat ofis pencereleri veya cam binaların dış kaplamalarında kullanılabilir.

Solar tekstil malzemeler: Güneş enerjisi hücrelerinin tekstil ürünlerinin içine işlenmiş hali gelişen teknolojiler ışığında, önümüzdeki yıllarda karşımıza daha çok çıkacak olan başka bir gelişmedir.

Bu teknolojinin temelinde çok ince ve dar yapılı olan güneş enerjisi hücreleri yatmaktadır. Bu tarz güneş enerjisi hücreleri kalın bir ipliğin içine işlenebilecek kadar küçük olduklarında artık dokuma yöntemi ile kendi enerjisini üretebilen kıyafetler günlük hayatımıza girebilecektir. Şu anda 3×1.5 mm boyutlarından (bir pire boyutlarında) daha küçük güneş enerjisi hücreleri üretilebilmektedir. Deneme amaçlı üretilen kıyafetler şimdilik en fazla bir adımsayar vb. elektrikli mini aleti şarj edebilecek kadar elektrik üretebilmektedir. Fakat bunun henüz bir başlangıç olduğu da unutulmamalıdır.

Söz konusu teknolojinin ilerleyen zaman diliminde özellikle savunma sanayinde, yüksek termal koruyuculuğa sahip olması gereken kıyafet ve ekipman tasarımlarında kullanılma ihtimali oldukça yüksektir. 

Solar Termal Katı Yakıt: Bu piller, içlerindeki kimyasal bileşenler sayesinde güneş enerjisi ile etkileşime geçip moleküler seviyede değişerek enerjiyi depolayabilir hale dönüştürmektedirler. Söz konusu solar termal katı yakıt ile depolanmış enerji açığa çıkartıldığında etrafındaki havayı ısıtabilmektedir. Buradaki nihai amaç fosil yakıtlar ile ısınan evlerin güneş enerjisi kaynaklı yakıtlar ile ısıtılmasıdır. Bu döngü doğalgaz gibi karbondioksit emisyonu yaratmayacağı ve defalarca kullanılabileceği için son derece temiz bir ısıtma kaynağı olacaktır.^[3]

Türkiye’de Güneş Enerjisi

Türkiye’de, Güneş Enerjisi konusundaki çalışmalar 1980’li yıllarda başlamıştır. Bu kapsamda;

• Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Laboratuvarında, güneş hücreleri ile çalışan ısı pompası sistemi kurulmuş,
• Afyonkarahisar, Göcek, Uşak ve Kahramanmaraş’a toplam kurulu gücü 50kWp olan telekomünikasyon amaçlı sistemler kurulmuş,
• Elektrik İşleri Etüt İdaresi tarafından Didim’de, güneş hücreleri ile çalışan laboratuvar ölçekli ilk güç santrali tesis edilmiş,
• TÜBİTAK’ın ve Enerji İşleri Etüt İdaresi’nin yapmış olduğu çalışmalar neticesinde, zamanla kullanım alanı artan güneş hücrelerinden; aydınlatmalar, trafik ışıkları, gibi gündelik şekilde de faydalanılmaya başlanmıştır.

Bu tür konsept uygulamalar yıllar içerisinde devam etse de, 2011 yılında yayımlanan “5346 sayılı Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun” kapsamında faaliyetlerini yürüten “Yenilenebilir Enerji Kaynakları Destekleme Mekanizması ile “Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik” kapsamında, yatırımcılara 500 KW (2013’te 1 MW’a yükseltilmiştir.) kurulu gücüne kadar Lisanssız Elektrik Üretimi faaliyeti gösterme hakkı tanıyan yönetmelik Türkiye’de Güneş Enerjisinden elektrik üretme döneminin kıvılcımı niteliğini taşımaktadır. Bu doğrultuda, Türkiye’deki ilk lisanssız güneş enerjisi santrali (GES) Ekim 2012’de kabulü yapılmış olan 263 KW kurulu gücündeki, Gazi Üniversitesi Teknopark GES olmuştur.

Kanun yapıcılar tarafından atılan tüm bu adımlar ve teşvikler sektörde karşılığını bulmuş ve 2014 yılında; Güneş Enerjisi Santrallerinin toplam kurulu güç 40,2 MW’a ulaşmıştır.

2014 ila 2020 yılları arasında, Güneş enerjisine dayalı üretim tesisi kurmak üzere yapılan lisans başvurularına ilişkin, TEİAŞ tarafından düzenlenen yarışmalar, sistemi ve sektörü destekleyen muhtelif yasal düzenlemeler ve panel fiyatlarındaki düşüşün de etkisiyle kurulumlar büyük bir ivme kazanmıştır. Türkiye’nin ilk Lisanslı GES tesisi olan, 8 MW kurulu gücündeki Elazığ Solentegre GES’in kabulü ve 1GW kurulu güce sahip olacak, Karapınar-1 YEKA yarışması bu dönemde gerçekleştirilmiştir. ^[4]

Söz konusu 6 yıllık dönem sonunda; Ekim/2020 dönemi itibariyle Türkiye’nin enerji üretimindeki toplam kurulu gücü 93.2 GW’a, güneş enerjisindeki gücü ise 6,36 GW’a ulaşmıştır^[1]. 2014 yılında Türkiye’nin toplam kurulu gücü içesinde sadece %0.05’lik orana sahip olan güneş enerjisi, 2020 yılında %6,8’lik bir paya ulaşmıştır. Burada en dikkat çekici bir diğer husus ise; en fazla santral sayısını sahip olan birincil enerji kaynağının 7.347 adet santralleri ile güneş enerjisine ait olmasıdır. ^[5]

İzmir’de Güneş Enerjisi

İzmir’in elektrik üretimindeki toplam kurulu gücü 4.490 MW’dır ve bu alanda Türkiye’de lider durumdadır. Özellikle rüzgâr santrali alanında son yıllarda yapılan yatırımlar bu durumun oluşmasında oldukça etkili olmuştur. Fakat güneş enerjisi kurulu gücü bakımından aynı şeyi söylemek oldukça güçtür. Öyle ki İzmir’de güneş enerjisi kurulu gücü sadece 20 MW civarındadır. ^[6]

Bu durumun oluşmasındaki sebepler ise şöyle özetlenebilir:

• Güneş enerji santrallarının verimliliğini dolayısı ile o bölgeye kurulumunu etkileyen temel koşullardan başlıcası arazi yapısıdır. Genellikle santralların yer seçiminde düz ve güney yönlü alanlar tercih edilmektedir. Fakat İzmir sınırları içerisinde bu tarz araziler genellikle tarım için tahsis edilmektedir. Arazi yapısı dalgalı olan bölgelerde ise yapılacak yatırımlar gölgelenme riskinin fazla olması ve kurulum işlemlerini zorluğu nedeniyle çok tercih edilmemektedir.

• Güneş enerji santrallarının verimliliği açısından yer seçiminde şebeke bağlantısı da önemli bir faktördür. Yatırım yapılacak santral alanları ile iletim hatlarının yakınlık durumu, şebeke bağlantısı açısından ideal yer seçimi olarak değerlendirilmektedir. Büyük ölçekli santralların ulusal şebeke ağına 10 km’den daha uzak mesafede olması tercih edilmemektedir. Daha küçük ve orta ölçekli üretim tesislerinde ise ulusal şebeke ağına olan 5 ile 10 km arasındaki mesafeler, yatırımın ekonomik verimliliği açısından yine tercih edilmemektedir. 1 MW’lık bir güneş santrali için ortalama 20 dönümlük bir araziye ihtiyaç olduğu düşünüldüğünde özellikle büyük ölçekli güneş enerjisi santral yatırımı için uygun arazi fiyatları İzmir’de oldukça yüksektir.

• Yer seçiminde en ekonomik eğim değerinin yüzde 1 ile yüzde 3 aralığı olduğu; yüzde 3 üstü eğimli arazilerin verimli olmadığı kabul edilmektedir. Ancak alternatif alan bulunamaması durumunda yüzde 5 eğime kadar yer seçimi yapılabilmektedir. İzmir’in coğrafi yapısı ele alındığında santral kurulumu için ihtiyaç duyulan büyüklükte geniş ve uygun fiyatlı arazilerin genellikle dağların yamaç kısımlarında bulunduğu ve eğimlerinin %5’ten fazla olduğu görülmektedir.

• Arazilerin mülkiyet durumu ve kuruluma uygun yerlerde arazilerin birden çok kişiye ait olması da büyük ölçekli santralların kurulumunun önündeki en büyük engellerden bir tanesi olarak değerlendirilmektedir.

Tüm bu sebepler nedeniyle İzmir’de küçük ölçekli uygulamalar gerçekleştirilmekte, bu da güneş enerjisi kurulu gücünün düşük olmasına sebebiyet vermektedir.

Sonuç ve Öneriler;

Güneş enerjisi milyonlarca yıl boyunca kullanılabilecek sonsuz bir enerji kaynağıdır. Çevreye zararlı herhangi bir gaz çıkışına neden olmamakla beraber çevre dostu bir teknolojidir. Özünde çok basit bir mantığa dayanan teknolojiyle üretilebilen güneş enerjisi, enerjide dışa bağımlılığı da azaltır.

İzmir, yüksek ışıma değeri ve güneşlenme süresine karşın, güneşten elektrik üretimi anlamında kurulu gücü oldukça düşüktür. Toplam kurulu gücünün sadece %0.4’ünü güneş enerjisi santralleri oluşturmaktadır. Mevcut durumu tersine çevirmek mümkündür. Atıl durumdaki bina ve özellikle fabrika çatılarının değerlendirilmesi ve statik durumu uygun olanlara fotovoltaik çatı uygulaması gerçekleştirilmesi büyük bir potansiyeli ve gücü de beraberinde getirecektir.

İzmir, gerek sanayisi gerekse tarımsal faaliyetleri oldukça gelişmiş bir şehir olarak Türkiye’de ön plana çıkmaktadır. Sınırları içerisinde 13 adet Organize sanayi bölgesi (OSB) ve 2 adet de serbest bölge (SB) bulunmaktadır. Söz konusu bölgelerdeki yatırıma uygun parsel alanlarının toplamı yaklaşık 22,9 milyon m² ‘dir. Toplam parsel yüz ölçümünün ise sadece 2.7 Milyon m²’si boştur. ^[7]  

OSB ve SB’lerdeki yapılaşma oranı göz önünde bulundurulduğunda, faaliyetteki fabrikaların %50’sine çatı uygulaması yapılması durumunda dahi yaklaşık 970 MW’lık kurulu güç potansiyeli ortaya çıkmaktadır. Bölgelerdeki doluluk oranı %100 ‘e çıktığında ise söz konusu potansiyel 1100 MW’a ulaşmaktadır.

Doluluk oranın %100 olduğu ve bu bölgelerdeki tüm fabrika çatılarının güneş santrali kurulumuna uygun hale getirildiği teorik olarak kabul edildiği takdirde ulaşılabilecek kurulu güç toplamda 3128 MW’a ulaşmaktadır. Bu güç İzmir’in şu anki toplam kurulu gücünün %70’ine karşılık gelmektedir ve fosil yakıtlardan elde ettiği güçten dahi (~2900 MW) fazladır.

Söz konusu kurulu gücün (3128 MW) maliyeti yaklaşık 2 Milyar dolardır. Tamamlayıcı sektörlere de katkısını düşünürsek 2,5-3 Milyar dolarlık bir ekonomik pazar yaratılacaktır.

Bu kapsamda, üretilebilecek elektrik miktarı ise yılda yaklaşık 4.692 Milyar KW’tır ve ekonomik karşılığı ise 300 Milyon dolardır. Güneş enerjisi panellerinin ömrünün ortalama 25 yıl ve yapılacak tüm yatırımın geri dönüş süresinin ortalama 6,5 sene olduğu düşünüldüğünde, 20 yıllık bir süre zarfında hemen hemen sıfır maliyet ile elektrik üretmek ve İzmir ekonomisine her yıl yaklaşık 300 Milyon dolarlık bir katkı sağlamak mümkündür.

İzmir aynı zamanda büyük bir tarım merkezidir. Sürdürülebilir tarımsal üretimde ihtiyaç duyulan enerji maliyetlerinin ve tarımsal üretimin çevresel etkilerinin azaltılması için tarımsal üretim süreçlerinde yenilenebilir enerji kaynaklarının özellikle güneşin kullanılmasının özendirilmesi büyük ehemmiyet arz etmektedir. Bu kapsamda;

• Sulamada güneş enerjili su pompaları kullanılabilir.
• Kurutma ve iklimlendirmede güneş enerjisi kullanımı desteklenebilir.
• Tarımsal üretim yapılarında (sera, ahır, ağıl, kümes vb.) güneş enerjisi kullanılabilir.

Son olarak akıllı pasif sistem olarak güneş enerjisi kaynaklarından yararlanan ve bu sayede binanın ısıtma, klima, havalandırma ve aydınlatma enerjisi yüklerini en aza indiren, PV panellerini gölgeleme aracı, cephe ve çatı kaplaması olarak kullanarak elektrik enerjisi üreten akıllı bina sistemleri teşvik edilmelidir. Bu tür sistemleri kullanan binalara ise belediyeye ödenen tüm ücretlerde (emlak vergisi, çevre temizlik vergisi vb.) belirli bir indirim uygulanabilir. Söz konusu duruma en iyi örnek ise 2018 yılından beri güneş, jeotermal, su, rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kapsayan teşvik ile Bornova Belediye’nin uygulamasıdır.

Kaynakça

1. Yenienerji
2. Enerjiportalı
3. Myenerjisolar
4. Myenerjisolar
5. Türkiye Elektrik İletim A.Ş.
6. Enerjiatlası
7. Sanayi ve Teknolji İl Md.lüğü (İzmir)