Güneş Enerjisi ile Su'dan Hidrojen Üretimi

Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretilmesi işlemi, çeşitli alanlarda uygulanmıştır. Fakat güneş enerjisinin depolanması işlemi bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Güneş enerjisinin, temiz ve tehlikesiz bir biçimde elektrik enerjisine dönüştürülmesi, silisyum yarı iletkeninden yapılmış güneş panelleriyle gerçekleştirilmiştir. Bu elektirik enerjisinin H2 ile depolanması işlemi elektroliz ile gerçekleştirilir. Üretilen H2 ' den depoladığı enerjinin tamamı alınabilmektedir.

Yani Güneş enerjisi, elektrik enerjisine çevrilerek, elde edilen elektrik enerjisi, elektrodlar ile, hidrojen enerjisi, su'dan ayrıştırılarak depolanabilmektedir.

Güneş panelleri

Güneş panelleri güneş ışığını direkt olarak elektriğe çevirirler. PV (Fotovoltaik) hücreleri daha önce sıkça hesap makinelerinde ve saatlerde kullanılmıştır. Fotovoltaik hücreler silikon gibi yarı iletken malzemeden üretilmektedirler. Güneş ışığı bu maddeler tarafından absorbe edildiği zaman, elektronlar bulundukları atomlardan ayrılarak madde içinde serbest kalırlar ve böylece bir elektrik akımı oluşur. Işığın (fotonların) elektriğe (voltaj) dönüşümüne fotovoltaik efekt adı verilmiştir.

12-24 panellik bir sistem normal bir evin tüm elektrik ihtiyacını karşılayabilir, endüstri uygulamaları veya elektrik santralleri için binlerce güneş panelinin kullanıldığı büyük sistemler kurulmaktadır.

Bir güneş hücresinin performansı verimi ile ölçülmektedir. Aldığı enerjinin yüzde kaçını kullanılabilir elektriğe dönüştürdüğü verimi belirleyen en önemli parametredir. Ancak belli dalga boylarındaki ışık elektriğe dönüştürülebilir, geri kalan büyük miktar hücreyi oluşturan madde tarafından ya emilmekte ya da yansıtılmaktadır. Bundan dolayı günümüzde tipik bir güneş hücresinin verimi %15 civarındadır, yani aldığı enerjinin sadece altıda birini elektriğe çevirmektedir.

Düşük verimin dez avantajlarının başında daha geniş alan ihtiyacı ve daha yüksek maliyet demektir. Bundan dolayı günümüzdeki tüm çalışmalar güneş hücrelerinin verimini arttırmak için yapılmaktadır. 1950 yılında yapılan ilk güneş hücresinin verimi %4 idi.

-40ºC ve +85ºC dereceler arasında sorunsuzca çalışmakta olan güneş panellerinin, korozyon ve UV ışınlarına karşı özel koruması vardır. Anti reflektif özel yüzeyi ile maksimum güneş ışığı absorbe edilmekte ve yansımalar önlenmektedir. Evsel uygulamalarda genelde 4-24 adet arası güneş paneli büyük telekom uygulamalarında ise 80-120 adet güneş paneli kullanılmaktadır. Seri ve paralel bağlamalarla istenilen DC akımı (12-24-48V DC) elde etmek mümkün olmaktadır.

Mevsimlere bağlı olarak farklı açılarla güneşe doğru yönlendirme yapılarak her mevsimde maksimum verim alınması mümkün olmaktadır. Türkiye için genelde geçerli olan 60º kış eğimi sayesinde ve panel camlarının özelliği nedeni ile buzlanma veya kar birikmesi olmamaktadır.

Elektroliz ile Su'dan Hidrojen üretimi

Suyun elektroliziyle, sudaki H2 ve O2 yüksek saflıkta elde edilebilirler. Faraday kanunlarına göre, her bir amper saatte 0.037 gr H2 ve 0.298 gr O2 serbestleştirilir. Ağırlık olarak yukarıda verilen miktarlar 0° C ve 760 mmHg da 0.4176 l ve 0.2088 l ' ye karşılık gelir. Buna göre buharlaşma kaybını ihmal edersek 1 m ³ H2 için 8 litre su gereklidir. Saf su, elektroliz olayında kullanılmaz. Çünkü iletkenliği çok azdır. Bu nedenle oksi asit veya bazla seyreltilir.

H2 201 bar 'a kadar sıkıştırılarak standart gaz şişelerinde depo edilmektedir.

Türkiye'nin güneş potansiyeli

Türkiye genelinde, meteorolojik amaçlarla kurulmuş meteorolojik ölçüm istasyonları vasıtasıyla Dünya Meteoroloji Teşkilatı (WMO) standartlarına uygun olarak güneş enerjisi ile ilgili bazı ölçümler Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünce (DMİ) 1935 yılından beri sürdürülmektedir.

Türkiyenin güneş enerjisi potansiyelinin belirlenmesi sonucunda çeşitli kurum ve şahıslarca bazı değerlendirme çalışmaları yapılmıştır. 1966 - 1982 peryodunu baz alan değerlendirmeye göre;

Türkiye genelinde ve bölgeler bazında maksimum güneşlenme temmuz ayında, minumum güneşlenme ise aralık ayında olmaktadır. Türkiye' nin en fazla güneş alan bölgesi GüneyDoğu Anadolu olup bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Buna göre Türkiye' nin tüm yüzeyine yılda gelen toplam güneş enerjisi miktarı 1016 ´ 10 12 kWh olmaktadır.

Türkiye güneş enerjisi potansiyeli ve bu potansiyelin bölgesel bazda dağılımı yönünden, her türlü güneş enerjisi uygulamaları için uygun bir ülke durumundadır.

İstanbul, Güneş radyasyon şiddeti alma yönünden Türkiye'de bölgeler açısından beşinci sıradadır. Türkiye güneş ışınımı haritasına göre 250 W/m2 [8] dolaylarında güneş radyasyon şiddetine maruz kalır.

Kaynaklar:
1. KIZILYALLI H.M., 'Hidrojenlenmiş Amorf Silisyum Güneş Pillerinde Son Gelişmeler', Elektrik Mühendisliği III. Ulusal Kongresi, ANKARA, 1989
2. ZENBELLİ Kenan, Özel Görüşme, SIEMENS, 1994
3. SARITAŞ M., GÖKPINAR H., 'Silikon Güneş Pillerinin Verim optimizasyonu', Elektrik Mühendisliği III. Ulusal Kongresi, ANKARA, 1989
4. BAYKARA Z.S., BİLGEN E., 'Solar Hydrogen Production by Hybrid Process of Water Thermolysis and Electrolysis', Solar and Wind Technology, 6 (3) 183 - 188, 1989
5. BARRA COIANTE, 'International Journal of Hydrogen Energy', 18 (4) 337-344, 1993
6. İÇMELİ F., ÖZİL E., BAYKARA Z.S., SERT M., 'Güneş Enerjisi Yönünden Meteorolojik Verilerin Değerlendirilmesi ve Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyelinin Saptanması', Türkiye 3. Genel Enerji Kongresi, ANKARA, 1978
7. Yazılı Basın, 27/05/1994
8. ÖZİL E., UĞURSAL I., BAYKARA Z.S., ALTINTAŞ M., 'İstanbul Yöresi Çeşitli Eğimlerdeki Yüzeyler için Saatlik Güneş Enerjisi ve Diğer Meteorolojik Değişkenler', TÜBİTAK MAM, Uygulamalı Fizik Ünitesi, Rapor No: EGS-GE 8007, 1980
9. HAMMACHE A., BİLGEN E., 'Assessment of Solar Hydrogen Production by Photovoltaic Electrolyzer Systems', Proc. ASES Annual Meeting, 108, 1987
10. GARCIA, CONDE, ROSA, 'International Journal of Hydrogen Energy', 18 (12) 995-1000, 1993
11. TÜBİTAK Görevlileri, Özel Görüşme, 1994
12. Kim. Müh. Serdar ŞAHİN / Serkan KESKİN / Naci KÜÇÜKKAYA ©1999
13. Sunpower ltd. güneş panelleri