Güneş enerjisinden Elektrik üretmek konulu bir röportaj

Marmara Koleji öğrencilerinin çıkardığı Avaz Dergisi için lise öğrencisi Hazal Erkılıç ile yenilenebilir enerji kaynaklarından, güneş enerjisinin Türkiye ve dünyamız için neden gerekli olduğunu konuştuk. Bu röportajı sizlerle de paylaşmak istedim.

Hazal Erkılıç: Öncelikle sizi yakından tanıyabilir miyiz?

Dr.Erdener Ildız:  İstanbul Teknik Üniversitesinden mezun, elektronik yüksek mühendisiyim ve Türk Hava Kuvvetleri’nin  Eskişehir İkmal Bakım Merkezi’nde uzun yıllar mühendis olarak görev yaptım. Daha sonra bilgisayarlı kontrol sistemleri üzerine doktora yapınca, Hava Harp Okulu’na geldim. Burada on yıl öğretim üyesi olarak “Elektronik” ve “Otomatik Kontrol” konularında dersler verdim. Ayrıca Eskişehir’de görev yaptığım dönemde, Anadolu Üniversitesi Elektrik Fakültesi’nde yüksek lisans öğrencilerine kontrol ve bilgisayar sistemleri konularında yüksek lisans dersleri verdim. 1989 yılında Kıdemli Binbaşı rütbesiyle Hava Kuvvetleri’nden emekli olunca, kendi firmamı kurdum. 25 yıldır inşaat sektöründe çalışıyorum. Ildızbond  markasıyla, metal esaslı çatı kaplama malzemeleri üretiyorum.

Hazal Erkılıç: Güneş enerjisinden elektrik üretimi nasıl sağlanıyor ve güneş pilleri ne zamandan beri kullanılıyor?

Dr.Erdener Ildız: Güneş enerjisi biliyorsunuz dünyamız için çok önemli bir kaynak. 1950’lerden beri kullanılıyor. Yani fotovoltaik pillerin üretilmesinden itibaren, dünyada bunlar kullanıyor. Bu fotovoltaik diyot dediğimiz elemanlar, çok küçük yarı iletken elemanlardır. Bunlara güneş pilleri adı da veriliyor.

Bu diyotların üzerine ışık düştüğü zaman, bağlantı uçlarında DC gerilim(Doğru Gerilim) oluşur. Oluşan elektriğin performans değeri, üzerine düşen gün ışığının miktarına, geliş açısına ve iklimsel parametrelere göre değişir. Dönüşümden elde edilen elektrik enerjisinin verimi, pillerin yapısına göre %10 ile %20 arasında değişmektedir.

Fotovoltaik yapı, iki katmanlı silisyum yapıdan meydana gelmiştir. N tipi taban üzerinde, ince bir P tipi malzeme bulunmaktadır. Işık bu iki malzemenin eklemine(junction) düştüğünde, N-tipi malzemenin, P-tipine göre pozitif olduğu bir gerilim meydana gelir. Çıkış gerilimi, elemanın üzerine düşen ışık şiddetine bağlıdır ve maksimum 0.6 V değerini alabilir. Çıkışa bir yük bağlandığında, bir akım akacaktır. Bu akımın şiddeti, eleman üzerine ve eleman yüzey alanına düşen ışık şiddetine bağlıdır. Bu hücreler (piller), seri ya da paralel bağlanarak elde edilecek akım ve gerilimin şiddeti arttırılabilir.

N ve P tipi maddeler, yarıiletken maddelerin eriyik halindeyken, bazı maddeler ile kontrollü olarak katkılandırılması sonucu   oluşurlar. 

Yarı iletken dediğimiz şey aslında, doğada çok miktarda olan, plajlarda bol miktarda bulunan kumlardan oluşuyor. Silusyum tabir ettiğimiz kumlar, eritilerek ve içine çok az miktarda başka bir element,fosfor yada bor, katılarak  elde ediliyor. Bu dioytlar, çok küçük akımlar verme imkânına sahip. Hem gerilimi arttırmak hem de akım olarak gücü arttırmak için, bunlar seri ve paralel olarak bir araya getiriliyor. Yani  0.6 Volttan, 12 volt, 24 volt gibi gerilimler elde edebilmek için bunları seri olarak bağlamak gerekiyor. Akım gücünü de arttırmak için paralel bağlamak gerekiyor. Dolayısıyla seri ve paralel bağlayarak istediğiniz gerilimde ve akım gücünde bir sistem elde ediyorsunuz. Bunlara hücre deniyor. Bu hücreler de seri ve paralel bağlanarak modülleri, modüller birbirine bağlanarak panelleri,  paneller birbirine bağlanarak grupları oluşturuyor.

Hazal Erkılıç: Güneş pillerinin yapısı nasıldır?

Diyotların üzerinde oluşan bu 0.6 V’luk gerilimin nasıl meydana geldiğini biraz açıklamak gerekirse şunları söyleyebiliriz. Silisyum atomunun çekirdeğinin etrafındaki en içteki yörüngede 2 elektron, orta yörüngede 8 ve dış yörüngede ise 4 elektron vardır. İç ve orta yörüngedeki elektronlar çekirdeğe oldukça sıkı bir şekilde bağlıdır. En dıştaki 4 elektronun bağları ise çok gevşektir. Bu elektronlara Saçak(Valans) Elektronları adı verilir. Bu 4 adet Valans(Saçak) Elektronlar, yarıiletken içindeki elektrik akımını sağladıkları için önemlidirler.

İşte bu silisyumdan, N tipi silisyum elde etmek için,  silisyum eriyiğinin içine periyodik cetvelin 5. Periyodundan bir element, örneğin Fosfor eklenir. Silisyumun dış yörüngesinde 4, Fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için, Fosfor ’un fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir, başka bir deyişle silisyum yapı negatif olur. P tipi silisyum elde etmek için ise eriyiğe, 3. Gruptan bir element olan Bor eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde, 3 elektron olduğu için, kristalde bir elektron eksikliği oluşur. Bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denilir ve pozitif yük taşıdığı varsayılır. Silisyum yapı pozitif hale geldiği için de bu tür silisyum yapıya da” P tipi” denir.

N tipi yarı iletkende elektronlar, P tipi yarı iletkende holler çoğunluk taşıyıcısıdır.

Elde edilen bu iki yarı iletken madde, uygun bir şekilde birleştirilir. Birleştirilen bu iki katmanın güneş pili olarak çalışabilmesi için, eklem bölgesinde, fotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekir. Eklem bölgesine düşürülen güneş ışınımları nedeniyle,  Bor katkılı P bölgesinden ayrılan elektronlar, Fosfor katkılı N maddesinde birikir. N tipi yarı iletkenin çoğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, dış devre yoluyla P maddesindeki çoğunluk taşıyıcıları boşluklara dönerken, enerjilerini devredeki yük üzerinde bırakırlar.

Silikon hücre ışınım aldığı sürece, döngü devam eder ve elektrik üretimi de böylece gerçekleşmiş olur.

Hazal Erkılıç: Erdener Bey, Güneşten elde edilen elektrik enerjisi nerelerde kullanılıyor?

Güneşten elde edilen elektrik nerelerde kullanılıyor dediğimizde de, çok değişik alanlarda kullanıldığını görüyoruz. İlk başta büyük enerji santrallerinde görüyoruz, yine evlerimizde bağımsız olarak da kullanılıyor. İsterseniz kendi ihtiyacınızdan fazlasını da enterkonnekte sisteme satabiliyorsunuz, depolama imkanınız da oluyor. Elektrik enerjisini depolamak için de aküler kullanılıyor. Örneğin elektrik olmadığı zamanlarda, depolanan bu elektriği rahatlıkla kullanma şansımız oluyor.

Güneş enerjisi Türkiye için çok önemli bir kaynak. Üstelik güneş enerjisinin verimli kullanılabilmesi açısından da şanslı bir ülke. Bizim radyan enerjiyi alış açımız çok iyi ve bu da verimi arttıran önemli bir faktör. Çok sıcak bir bölge olabilir ama radyan enerjinin geldiği açı iyi değilse, verim yüksek olmayabilir. Türkiye’de, özellikle Konya ve Karaman civarında çok yüksek verim var. Bu şekilde Türkiye’de güneş enerjisinin kullanımı giderek artıyor ama henüz istenilen seviyeye ulaşamadı. Bugün Almanya’yla Türkiye’yi kıyasladığınızda, Almanya’nın kurulu güneş enerjisi elektrik santral gücü 5000 MW, biz de ise bu 40 MW civarında. Bizim güneşi görme açısı nedeniyle, Almanya’dan daha fazla güçte elektrik elde etme imkânımız var. Ancak altyapının tam oluşmamış olması nedeniyle, istenilen düzeyde değiliz. Batı ülkelerinde, ürettiğiniz enerjiyi daha pahalıya satıyor, almak istediğinizde de, daha ucuza alıyorsunuz. Çünkü bu ülkelerde, üretime yönelik bir teşvik var. Biz de ise tam tersi bir durum var, yani ürettiğiniz enerjiyi ucuza satıyor, dağıtım şirketlerinden elektriği alırken, daha pahalıya alıyorsunuz. İşte bu nedenle de fazla yatırım yapılmıyor. Lisans işlemlerinde bürokratik işlemler çok uzun zaman alıyor, bu da yatırımları caydırıcı bir rol oynuyor.

Bu sistemlerin ömrü de çok uzun aslında, yarı iletken teknolojisi olduğu için kolay kolay arza yapmazlar. Burada şuna dikkat etmek gerekiyor, bunların da ısınmayla verimleri düşer, yarı iletkenlerin ısıyla çalışma noktaları değiştiği için, verimleri düşer, onun içinde altta havalandırmasına dikkat etmek lazım. Bu paneller oluşturulduğu zaman altının havalandırılması lazım ki, diyotlar fazla ısınarak verimleri düşmesin, diyotlar yeteri kadar soğutulmadığı takdirde , %15 - %20  verim kaybına sebep olunabilir.

Hazal Erkılıç: Bu pillerin doğaya ve ekonomiye katkıları nelerdir?

Dr. Erdener Ildız: Bu pillerin doğaya katkısı çok fazla. Biliyorsunuz fosil yakıt malzemeleri havaya büyük ölçüde karbondioksit salıyorlar ve bu gazlar küresel ısınmayı meydana getirerek, doğanın dengesini bozuyor. Oysa güneşle doğaya hiç zarar vermeden enerji üretebiliyorsunuz. Örneğin 1 MW’lık termik santral, normalde 1000 ton Karbon Dioksit,7 ton Karbon Monoksit,450  ton Kükürt Dioksit, 250 ton Azot Oksit, 3 ton Hidrokarbon, 5 ton kül üretir. Güneşten 1 MW’lık enerji üretirken, bunların tamamından kurtulmuş oluyorsunuz. Bu muhteşem bir enerji sistemi. Ekonomiye faydası da çok. Tamamen yerli üretim ve bol miktarda ülkemizde bulunuyor. Bu sistem, zaman içinde, büyük bir ihtimalle, bütün dünyada kullanılacak. Güneşin, dünyamıza bir saatte gönderdiği enerji, bütün dünyadaki enerjinin, bir yıllık ihtiyacına denk diyebiliriz. Oysa, biz elimizdeki bu imkânı kullanmayarak, doğalgaz ve kömür ithal ediyoruz. Türkiye ekonomisi açısından, güneşten enerji üretimi çok avantajlıdır.

Güneş santralları gürültüsüz çalıştığı için, gürültü kirliliği yaratmazlar. Yakıt maliyeti, yakıt artıklarının yok edilme maliyeti gibi maliyetleri yoktur. Bakım maliyetleri çok düşük, ömürleri çok uzundur. Elektrik enerjisi olmayan yerlerde, elektrik enerjisi elde etme konforu sağlıyor. Her şeyden önce, yerli üretim olduğundan, enerjide bağımsızlığınızı kazanmış oluyorsunuz.

Hazal Erkılıç: Ülkemizde güneş enerjisinden elektrik üreten santraller nerelerde bulunuyor?

Dr. Erdener Ildız: Daha öncede belirttiğim gibi, güneş enerjisinden elektrik üretmek için en verimli bölge, Konya ve Karaman olduğu için,  ilk güneş enerji santralleri(GES)’ler, bu bölgede kurulmaya başlanmıştır. Bunun yanında, Akdeniz, Ege ve Güney Doğu Anadolu’da da kurulu santrallar vardır. Ayrıca ülkemizin her yerinde, kişisel kullanıcılar da, evlerinin çatısına ya da bahçelerine, güneşten enerji üreten panelleri koyarak, elektrik üretmektedirler. İhtiyaçlarının fazlasını da, elektrik dağıtım şirketlerine satabilmektedirler. Böyle bir örnek uygulama incelemek isterseniz, EMO’nun üyesi, değerli hocamız  Sayın Prof. Dr. Ahmet Dervişoğlu’nun,Gönen’in Akçapınar  Köyünde, kendi  evinin bahçesine kurduğu,  3 KWp’lık sistemi incelemenizi tavsiye ederim.

Hazal Erkılıç: Siz güneş pilleri konusunda ne zamandan beri çalışıyorsunuz?

Dr. Erdener Ildız: Güneş pilleri konusunda biz Elektrik Mühendisleri Odası olarak, uzun süredir çeşitli çalışmalar yapıyoruz. Odanın Elektronik Meslek Dalı Komisyonu bünyesinde bir çalışma başlattık. Bunker Roy adlı Hindistan’lı bir bilim adamı, güneş enerjisini kullanarak,  elektriksiz köylerin aydınlatılmak ve elektrik ihtiyacını gidermek amacıyla bir organizasyon kurmuş. EMO olarak biz de bu işe ağırlık verdik ve halkı bilgilendirmek amacıyla çeşitli etkinlikler düzenledik. 2013 yılında Antalya’da Güneş Enerjisi Sempozyumu düzenledik. Güneş enerjisi uygulamalarıyla ilgili kitaplar yayınlıyoruz. Zaman zaman EMO bünyesinde bu konularda söyleşiler düzenliyoruz. Çalışmalarımız devam ediyor. Örneğin geçenlerde, İstanbul Teknik Üniversitesi, Elektrik Mühendisleri Odası ve Güneş Enerjisi Sanayicileri ve Endüstrisi Derneği  (Gensed) ortaklaşa bir konferans düzenlemişti. Yine geçenlerde, bu konularda dünyaca ünlü bir bilim adamımız olan Sayın Prof. Dr. Selahattin İncecik, “Küresel Isınma ve Yenilenebilir Enerji” konulu bir konferans verdi. Güneş enerjisi, daha doğrusu alternatif enerjiler konusunda duyarlılığı arttırmak ve konudaki sorunları dile getirebilmek amacıyla çalışmalarımıza devam ediyoruz.

Hazal Erkılıç: Verdiğiniz bilgilerden dolayı siz çok teşekkür ediyorum.