FİZİK

Güneş Enerjisi Enerji İhtiyacımızın Tamamını Karşılayabilir mi?

Dünya üzerine büyük miktarda güneş enerjisi düşmektedir. Yaklaşık 173000 terawatt (Bir watt’ın 1 trilyon katı). Bu, dünya nüfusunun kullandığı toplam enerjiden on bin kat daha fazla!

Başlıktaki soruya cevap verebilmek için öncelikle güneş panellerinin güneş enerjisini nasıl elektrik enerjisine dönüştürdüğünü incelememiz gerekiyor.

Güneş Panelleri Nasıl Çalışır?

Güneş panelleri güneş pili denen küçük parçalardan oluşur. En yaygın güneş pilleri, dünyada ikinci en çok bulunan element olan yarı iletken silikondan yapılır.

Bir güneş pilinde kristal silikon, iletken katmanlar arasına yerleştirilmiştir. Her silikon atomu komşularına dört güçlü bağ ile bağlanır. Bu bağlar elektronları yerinde tutar bu yüzden hiçbir akım olamaz.

İşte işin asıl kısmı: bir silikon güneş pili iki farklı silikon tabakası kullanır. N-tipi silikon ekstra elektronlara, p-tipi silikon ise elektronlar için delik denen ekstra alana sahiptir.

Bu iki tip silikonun karşılaştığı yerlerde elektronlar p/n kavşağında (p/n junction) dolaşarak bir tarafta pozitif bir yük bırakıp diğer tarafta negatif yük oluşturabilir.

Işığı güneşten fırlatılan foton adında küçük taneciklerin akışı olarak düşünebiliriz. Bu fotonlardan biri yeterli enerjiyle bir silikon pile çarptığında bir elektronu bağından kopararak bir delik bırakabilir.

Negatif yüklü elektron ve pozitif yüklü deliğin konumu artık hareket etmekte serbesttir. Ama p/n kavşağında oluşan elektrik alanı nedeniyle sadece bir yöne doğru giderler. Elektron n tarafına çekilirken delik de p tarafına çekilir.

Hareketli elektronlar hücrenin tepesindeki ince metal parmaklarla toplanır. Oradan da arka taraftaki iletken alüminyum levhadan geri dönmeden önce harici bir devre üzerinden akarak bir ampulü çalıştırmak gibi elektrik işleri yaparlar.

Her bir silikon pil sadece yarım voltluk enerji verir ama daha fazla enerji üretmek için onları modüllere bağlayabilirsiniz. Yirmi fotoelektrik pil bir cep telefonunu şarj etmek için yeterliyken bir evin tamamına elektrik verebilmek için bir çok modül gerekir.

Elektronlar güneş pilinde hareketli olan tek parçalardır ve hepsi geldikleri yere geri dönerler.

Yıpranacak veya tükenecek bir şey olmadığından dolayı güneş pilleri yıllarca kullanılabilir.

Öyleyse tüm enerjimizi güneş enerjisi ile neden sağlayamıyoruz?

İşin içinde politik faktörlere ek olarak mevcut durumu korumak için lobicilik yapanlar da var. Ama şimdilik işin fiziksel ve lojistik zorluklarına odaklanalım.

Bunlardan en belli olanı güneş enerjisinin dünyaya eşit olmayan şekilde dağılmış olmasıdır. Bazı bölgeler diğerlerinden daha güneşlidir. Güneş ışığı aynı zamanda değişkendir. Bulutlu günlerde veya geceleri daha az güneş enerjisi vardır.

Bu sebeple tamamen güneş ışığına güvenmek güneşli yerlerden bulutlu yerlere elektrik aktarmak için verimli yöntemler ve enerjinin efektif depolanmasını gerektirecektir.

Güneş pillerinin verimliliği de ayrı bir zorluk. Eğer güneş ışığı emilmek yerine yansıtılırsa veya yerinden çıkmış elektronlar devreden geçmeden önce bir deliğe düşerse o fotonun enerjisi kaybolur.

En verimli bir güneş pili bile mevcut güneş ışığının sadece %46’sını elektriğe dönüştürebiliyor. Çoğu ticari sistemin verimi an itibariyle %15-20 bandında. Bu sınırlamalara rağmen bugünün güneş teknolojisi ile tüm dünyanın enerji ihtiyacını karşılamak mümkün.

Altyapı oluşturmak için finansmana ve hayli büyük panel yerleşim alanlarına ihtiyaç var. Tahminen onbinlerce kilometrekare alan…

Bu çok büyük bir rakam gibi gelebilir. Ama sadece Sahra Çölü’nün alanı bile 9 milyon metrekareden fazladır.

Düşünce deneyleri bir yana özellikle çoğu güneşli olan gelişmekte olan ülkeler başta olmak üzere bir miyardan fazla insanın güvenilir bir elektrik şebekesine erişimi yok.

Bu gibi yerlerde güneş enerjisi, gazyağı gibi mevcut alternatiflerden çok daha ucuz ve daha güvenilirdir.

Ayrıca zamanla güneş pilleri daha verimli ve daha ucuz hale geliyor. Şebekeden gelen elektrikle rekabet ediyorlar. Yüzen güneş çiftlikleri gibi yeniliklerde bu alandaki manzarayı tamamen değiştirebilir.

İzlemek isterseniz…

Kaynak
https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

Devamında Okumak İsterseniz: Güneş Enerjisi Alanında Geleceği Şekillendirecek Mineral: Perovskit

Matematiksel

Paylaşmak Güzeldir

Busra Meral

Keyifli okumalar...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Kapalı