Geleceğin Enerji Sorununa Fotovoltaikler Ne Kadar Çözüm Olacak?
Son yıllarda üzerinde en çok konuşulan, değişen iklim şartları, küresel ısınma, çevre kirliliği, enerji darboğazı gibi konuların temelinde dünyayı bu gidişle sürdürülebilir bir geleceğin beklemediği gerçeğine dayanmaktadır.

 

 

İklim koşullarının değişmesi çevrenin kirlenmesi, hızla tükenen fosil kaynaklarının kullanımına bağlanmaktadır. Bu nedenle, dünya enerji üretiminin fosil yakıtlardan yenilenebilir enerji kaynaklarına kayması gerektiğinin kaçınılmaz olduğu gerçeği kabullenilmiş durumdadır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında; rüzgâr, güneş, biyo yakıt gelecek vaad eden kaynaklar olup, pek çok ülkede bu sektörlerle ilgili destek programları düzenlenmektedir. Özellikle gün ışığından doğrudan elektrik elde etme yolu olan fotovoltaik sistemlere son yıllarda yapılan teşvikler sonucu bu pazar hızla büyüme göstermiştir. Ancak yapılan yatırımlara ve büyüyen fotovoltaik pazarına rağmen toplam enerji tüketimleri içindeki oranları hala çok düşüktür. Görünen o ki, gelecek enerji ihtiyacını karşılamada yeni teknolojiler bulunmadığı sürece sürdürülebilir olacakları şüphelidir.
İlk kullanılmaya başlandığı yıllardan buyana güneş pilleri maliyetleri hızla düşüş göstermiştir. Güneş pillerinin pazarı hesap makinaları gibi küçük elektronik cihazlarda kullanılması ile başlamış olup, ardından Şekil 1 de gösterildiği gibi elektrik üretiminde kullanılmaya başlaması ile hızla büyüme göstermiştir. Artan üretim hacmi ve düşen fiyatlar, güneş pillerini önceleri şebekenin olmadığı bölgelerde müstakil uygulamalar için uygun hale getirmiş ve ardından da gelişmiş ülkelerde son 10 yılda uygulanmaya başlanan teşvik programları, yatırımların ve pazarın gelişimine önayak olmuştur. Son yıllarda Almanya başta olmak üzere tüm Avrupa’da fotovoltaik pazarı en hızlı büyüyen pazarlardan biri olmuştur

Mevcut Teknoloji
Güneş pilleri (güneş hücreleri, fotovoltaik hücreler) gün ışığını (foton akımını) doğrudan elektrik akımına (elektron akımına) çeviren sistemlerdir. Temelde silikon bazlı yarı iletkenlerden oluşur. Bu sistemler güneşten gelen enerjiyi elektrik enerjisine % 5-20 aralığında elektrik enerjisine çevirebilmekte ve verimin artırılabilmesi için çalışmalar devam etmektedir. Günümüzde üretimi yapılan mevcut güneş pilli teknolojileri:

• Çok Kristalli Silisyum Güneş Pilleri: Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen çok kristalli silisyum güneş pilleri, tek kristalli pillere göre daha ucuza üretilmekte, ancak verimi de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında %18, uygulamalarda ise %13 civarında olmasına rağmen kullanım alanı daha yaygındır. Bunun en büyük nedeni ise daha kolay ulaşılabilir ve buna bağlı olarak daha uygun fiyatla bulunabilmesidir. Kullanım ömürleri yaklaşık 20-30 yıl arasında olup her yıl yaklaşık %1’e yakın verim kaybı meydana gelir.

• Tek Kristalli Silisyum Güneş Pilleri: Kalite ve verimlilik acısından tek kristalli güneş pilleri yüksek verimlilikle çalışmaktadır. Buna karşın üretiminde kullanılan teknoloji sebebiyle üretim süreci uzun ve maliyetlidir. Yine de tek kristalli güneş pilleri uzun vadeli yatırım için en iyi seçenektir. Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen tek kristalli silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, uygulamalarda ise %15 civarında verim elde edilmektedir. Kullanım ömürleri çok kristalli güneş pilleri gibi olup her yıl %0.4 civarında verim kaybı meydana gelmektedir.

cuhadaroglu 1

• Galyum Arsenit (GaAs):
Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ile %28 (optik yoğunlaştırıcılı) arası verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmakta olup maliyetleri yüksek uygulamalardır.

• İnce Film Güneş Pilleri:
Amorf Silisyum: Camsı yapıda olan bu silisyum pillerden elde edilen verim laboratuvar koşullarında %10 dolayında, uygulamada ise %6 seviyesindedir. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum güneş pilinin bir başka önemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir. Zaman içerisinde %21'lere yakın verim kaybı oluşmaktadır.
Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çok kristalli yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyeti aşağılara çekilmeye çalışılmıştır. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde %16, uygulamalarda ise %7 civarında verim elde edilmektedir.
Bakır İndiyum diSelenid (CuInSe2): Çok kristalli bu pillerde laboratuvar şartlarında %18 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş modüllerde ise %10 verim elde edilebilmiştir.

cuhadaroglu 1bAvrupa ve Dünyadaki Durum
2012’de Avrupa’da toplam 17 GW üzerinde güneş paneli satışı yapılmış ve Avrupa fotovoltaik pazarının 2013′teki büyüklüğünün ise 12 GW düzeyinin altında kalacağı tahmin edilmektedir. Çinli panel üreticilerine getirilen anti-damping vergileri nedeniyle Çinli üreticilerin panel fiyatlarını yüzde 60 oranında düşürdüğü ve bu sayede fotovoltaik pazarının liderliğini gelecek yıllarda ele geçireceği kesin gözüyle bakılmaktadır. Bununla birlikte öngörülere göre 2012′yi yaklaşık 30 GW ile kapatan küresel fotovoltaik panel sektörü, 2013′te ise esas olarak Çin ve Japonya’da gerçekleşecek büyümelerin etkisi ile 30 GW’ın üzerine çıkacağı tahmin edilmektedir. Gelişmekte olan ülkelerde de fotovoltaik pazarında hızlı büyüme olacağı tahmin edilmektedir. Bütün bu yatırımlara rağmen dünya elektrik tüketiminin hala çok küçük bir kısmı güneş panellerinden elde edilebilmektedir.

Türkiye’nin Durumu
Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli acısından birçok Avrupa ülkesine göre şanslı durumdadır. Ülkemizin en az enerji alan kuzey bölgelerinde ulaşılan değer 1300 kWh/m².yıl iken güney bölgelerimizde bu en fazla 2000 kWh/m².yıl değerine ulaşmaktadır. Türkiye ortalaması olarak; yıllık güneşlenme süresi olarak
2640 saat, ışınım enerjisi olarak 1100 KWh/m²yıl belirlen-
miştir. Anlık maksimum ışın gücü yaz aylarında öğlen vaktinde 1000 W/m² değerlere çıkabilmesine rağmen bu değer ortalamada ülkemiz için 300-500 W/m² aralığındadır. Yeryüzüne ulaşan bu enerjinin ancak güneş pili verimi oranında elektriğe dönüştürüldüğü ve kayıplar düştükten sonra şebekede kullanılabildiği unutulmamalıdır.

Gelinen Nokta
Son birkaç yıl içinde fotovoltaik panel üretici bir çok firma ya bu sektörden çekildi ya da iflas etti. Sharp, Siemens, Bosch, Schot gibi büyük firmalarda kademeli olarak bu üretimlerini durduklarını ve bu sektörden çekileceklerini ifade etmiş durumdadırlar. Forbes hazırladığı raporda 2015 yılı itibarı ile dünyada mevcut 300 civarındaki güneş paneli üreticisi firmadan, 180 tanesinin yok olacağı tahmininde bulunurken aslında çok haksız değil gibi görünüyor. Son birkaç yıl içinde özellikle Almanya başta olmak üzere Avrupa’da banka kredileri ve teşviklerle yapılan fizibilite çalışmaları üzerinden büyük yatırımlar yapılmış durumdadır. Ancak bu yatırımların geri dönüşümü planlanandan daha geç olacak gibi görünmektedir. Bir yatırımın geri dönüşümü ve başa baş noktası Şekil 2’de görüldüğü gibi ilk yatırım maliyetine, verimliliğe, coğrafi koşullara ve en önemlisi de elektrik satış fiyatlarına bağlıdır. Bazı otoriteler tarafından Avrupa’da elektrik fiyatlarının özellikle fotovoltaiklere yapılan yatırımın erken geri kazanılması ve finansal kaynak oluşturulması adına yüksek tutulduğu iddia edilmektedir. Avrupa’da üretilen fotovoltaik panellerin maliyetlerinin hala çok yüksek olması nedeniyle yapılan yatırımların çoğunun Çin menşeili paneller ile devam ettiği görülmektedir. İşçilik maliyetlerinin de düşük olduğu Çin de üretilen panellerin maliyetinin düşük olmasının arkasında Çin hükümetinin teşviği olduğu bilinmektedir.
Sonuç olarak, gelecekte elektrik ihtiyacımızın ne kadarını güneş pilleri ile elde edeceğimiz biraz da gelecekteki elektrik fiyatlarına, fotovoltaik panellerin üretim maliyetlerine ve verimliliklerine bağlı olacaktır. Verimlilik seviyelerinin uygulamalarda %20–25 değerlerinin üzerine çıkması ve maliyetlerin daha da düşmesi ile bu sektör yaşamaya devam edebilecektir. Ancak bu süreç içinde yapılan yatırımlar ve devam eden üretimlerin gelişmekte olan ülkelere kaydırılması söz konusu olabilir. Fotovoltaik ile elektrik üretimi yatırımları yapılmadan önce fizibilitelerin gerçekçi verilere dayandırılarak yapılmasının önemini son birkaç yıl içinde Avrupa’da meydana gelen gelişmeler göstermiştir.

Instagram
Powered by OrdaSoft!