Güneşin Aynasında Biz

Güneşin hikâyesi çok eskilere gidiyor aslında. Hani eskiden doğa bilimlerinin felsefenin bir parçası olarak konuşulduğu Yunanistan ve Roma zamanlarına. Örneğin evlerin güney yönüne fazladan pencere ekleyerek güneş ışığından faydalanmayı ilk akıl eden filozofun Sokrates olduğunu biliyoruz. Romalılar bugünkü Sicilya’da yer alan Syracuse şehrini kuşattığında içbükey aynalarla güneşi odaklayarak düşman gemilerini yakan da Arşimet’ti. Doğal gün ışığının aydınlatmada kullanıldığı ilk yapı ise Romalıların en meşhur anıtlarından biri olan Pantheon’du. Güneş enerjisiyle ilgili ilk ciddi çalışmalar ise Galileo’nun merceği icat etmesiyle başladı.
Garip bir ironidir, güneşin enerji kaynağı olarak düşünülmesi 1860’lı yıllarda “kömür bulunamaz olabilir” düşüncesiyle başlıyor. Öte yandan kömür, petrol gibi bilumum fosil yakıt kaynaklarına erişim kolaylaştıkça ve bu hammaddelerin işlenmesi daha ucuz ve cazip hâle geldikçe güneş teknolojilerinin gelişimi 20. yüzyılın başında adeta donuyor. O kadar ki 1974 yılına gelindiğinde Kuzey Amerika’da sadece altı özel konutta güneş enerjisi kullanılıyordu.
Bilindiği üzere güneş ışığından elektrik enerjisi üretmenin iki temel yolu var. Birincisi Konstantre Güneş Üretim Sistemleri olarak Türkçeye çevirebileceğimiz CSP’ler (Concentrated Solar Power). Bu sistemde güneş ışığı elektrik jeneratörlerini çalıştıracak sıvıların ısıtılmasında kullanılıyor ve güneş ışınlarını içinde sıvı bulunan borulara odaklamak için düz veya parabolik aynalar gerekiyor. Öte yandan aynı sistem çerçevesinde değerlendirilebilecek, “Güç Kulesi” adı verilen yeni bir inovasyondan da bahsediliyor. Güç kuleleri, bir yarım daireye yayılmış güneşe odaklanmış düz aynaların merkezine konumlandırılıyor ve güneş aynaları kulelerin içindeki suyu kaynatıyor. Her ne kadar düz aynalar parabolik aynalardan daha hesaplı ise de güç kulelerinin maliyet avantajı henüz netlik kazanmış değil. Uzmanlar gene de güç kulelerinin yüksek verimlilik sağlayabileceğini iddia ediyorlar. Aynı şekilde verimlilik elde edebilmek için kullanılan Stirling motorlarına ise her ayna dizisine ayrı bir motor gerektiği için hâlâ şüpheyle yaklaşılıyor. CSP sistemlerinin en büyük dezavantajı ise su. Genel olarak yenilenebilir enerji sistemleri daha az su talep eden sistemler üzerine kafa yorarken CSP sistemlerinin neredeyse fosil yakıtlarla çalışan santraller kadar su gereksinimi olduğu sık sık hatırlatılıyor.
Güneşten elektrik elde etmenin ikinci temel yolu ise Fotovoltaik (PV) sistemler. Bu sistemde yarı iletken PV üniteleri güneş fotonlarını elektriğe dönüştürüyor. PV sistemleriyle ilgili en önemli sıkıntı bugüne kadar CSP yatırımlarına göre daha pahalı olmasıydı. Ancak PV’lerin maliyetlerindeki düzenli düşüş, CSP’lerden daha avantajlı hâle gelmek üzere olduğunun müjdesini veriyor. Zaten CSP sitemlerinden iyi verim alabilmek için, güneş ışınlarını yüksek düzeyde alabilen bölgelerde kurulması gerekiyor. PV’lerinse böyle bir zorunluluğu yok; çok daha az güneş ışığı alan bölgelerde bile yeterli verim elde edilebiliyor. Her çatıya, küçük arazilere ve hatta bahçelere bile kurulabilmesi PV’lerin, geleceğin tamamen desantrilize olmuş enerji üretim sistemleri için çok daha uygun bir seçenek olmasını sağlıyor. Ayrıca milyonlarca küçük üreticiden oluşmuş bir enerji sistemi, çok daha demokratik bir üretim ile dağıtım modeli ve arz güvenliği oluşturabilir. PV’lerin diğer bir avantajı ise ana hammaddesi olan silikonun yerkabuğunda en fazla bulunan ikinci madde olması. Öte yandan yeni kuşak ince film olarak tabir edilen PV ünitelerinde selenyumun kullanılmasının maliyetleri arttırma riski de her zaman var. Milyonlarca küçük üreticiden oluşmuş bir enerji sistemi, çok daha demokratik bir üretim ile dağıtım modeli ve arz güvenliği oluşturabilir.

Petrol-Güneş Açmazı
Güneş sistemlerinin kullanılmasıyla ilgili istatistiklerin tutulmasının 1974 yılına sarkmasının da bir sebebi var elbette. 1973 yılında Arap ülkeleri tarafından uygulanmaya başlanan petrol ambargosu sayesinde ABD enerji politikaları yeniden gözden geçirildi ve güneş teknolojilerine tekrar yatırım yapmaya karar verildi. 1971 yılında doğrudan elektrik üretimi için kullanılan PV’lerin watt başına birim fiyatı 100 dolar iken 1984 yılında bu birim fiyat 7 dolara kadar düşmüştü. ABD’nin güneşli günler hevesi 1980’li yıllara kadar devam etti ama petrol fiyatları tekrar normal seyrine dönünce 1984 yılından itibaren güneşe yönelik yatırımlar sönmeye başladı.
Güneş enerjisi 1997 yılından itibaren tekrar gündeme gelmeye başladı. Bu seferki neden petrol krizi değil, doğrudan iklim kriziydi. Küresel İklim Değişikliği yavaş yavaş bütün saygın bilim çevreleri tarafından bilimsel bir gerçek olarak kabul edilmeye başlanmıştı. Bu arada petrol ve gaz tedarikinde sorunlar yaşanmaya başladı. 2003 yılında patlak veren Irak-ABD Savaşı sonrasında El Kaide Irak’taki petrol kuyularını da bombalamaya başlayınca petrol fiyatları tavan yaptı. Üstelik El Kaide, ABD’nin sadık müttefikleri arasında anılan Suudi Arabistan’da da eylemler yapıyordu. Irak Savaşı’na kadar varil başı ham petrol fiyatında psikolojik eşik 50 dolarken bu rakamın 100 doları geçtiği, hatta 200 dolara ulaştığı zamanlar da görüldü. Günümüzde ham petrol fiyatları 90 dolarda seyrediyor. Üstelik ABD’nin kendi topraklarındaki petrol rezervlerinin tükenmeye yüz tutmuş olması ve dünya kaynaklarının 50 yıl içinde bitme ihtimalinin yüksek oluşu da cabası.

Sayaç Atılımı
1990’ların ortalarından itibaren güneş sektöründe liderlik ABD’den Japonya ve Avrupa’ya geçti. 1992 ve 1994 yılları arasında çift yönlü sayaç sistemini geliştiren ve mahsuplaşma atılımını tamamlayan ilk ülke ise Japonya oldu. Japonya’nın aynı dönemde teşvik yasaları sayesinde 1994 yılında 31,2 megawatt (MW) olan kurulu gücü 1999’da 318 MW’a kadar çıkmıştı bile. Çift taraşı sayaç uygulamasının en büyük avantajı ise PV kullanımının yaygınlaştırması oldu. Böylece ilk kurulumu CSP’den daha pahalı olan PV’lerin maliyeti, tüketicilerin fazla elektriği satabilmesi sayesinde amorti edilebilir hale geldi. Güneş enerjisi konusunda bugün hâlâ en öndeki ülkelerden biri olan Almanya ise, Yenilenebilir Enerji Kaynakları Yasası’nı 2000 yılında çıkardı. Alım garantilerinin de düzenlenmesiyle 2000 yılında 100 MW olan kurulu güç 2007 sonunda 4000 MW’yi geçti. Bugün bu rakamın 18 GW civarında olduğu tahmin ediliyor. Bu yasanın çıkmasında bir dönem koalisyon ortağı olmuş Yeşiller Partisi’nin ciddi payı var elbette. Bu yüzden 2007 yılında Almanya hem AB hem de G-8 dönem başkanıyken İklim Değişikliğiyle mücadeleyi ve buna uygun enerji politikalarının belirlenmesi konularının öncelikli mesele haline gelmesini sağladı. Almanya’da 2009 yılı itibarıyla 300 binden fazla kişi yenilenebilir enerji sektöründe çalışıyor. Yine arkadan ama büyük bir hızla gelen İspanya da 2004 yılında alım garanti rakamlarını ilan etmesinden üç sene sonra 2008 yılında dünyada kurulan PV sistemlerinin yüzde 45’ini kendi toprakları üzerinde kuruyordu! Türkiye, Almanya’nın 450’de Biri mi? Peki, Türkiye’de durum nasıl? Türkiye’de güneş enerjisiyle ilgili ilk akademik çalışmalar 1960’lı yıllarda başladı. Güneş enerjisinin dünyadaki popülaritesi artmaya başlarken 1975 yılında Türkiye’nin güneş enerjisi konulu ilk ulusal kongresi İzmir’de toplandı.
Gene Türkiye’nin ilk pasif güneş enerjisi uygulaması 1975 yılında ODTÜ’de gerçekleştirildi. İlk Güneş Enerjisi Enstitüsü ise 1978 yılında Ege Üniversitesi bünyesinde kuruldu. Bütün bu erken atılmış ilk adımlara rağmen güneş ışığından elektrik üretmekte olabilecek en kötü noktada olduğumuzu söylemekte bir beis yok. Avrupa Fotovoltaik Endüstrisi Birliğinin (EPIA) açıkladığı 2010 yılsonu raporlarının verileri, Türkiye’nin Avrupa ülkelerinin ne kadar gerisinde kaldığını gözler önüne seriyor zaten. Buna göre, Türkiye’de, toplam güneş enerji santralı kurulu gücü sadece 4 MW iken; Almanya 18 GW!

Türkiye’nin Yıllık Güneşlenme Saatleri Dağılımı
Avrupa Fotovoltaik Endüstrisi Birliğinin (EPIA) verilerine göre, Türkiye Almanya’nın ürettiği güneş enerjisinin ancak 450’de birini elde edebiliyor. 8 Yani Türkiye’nin 450 katı. Bu arada İspanya 4 GW, atağa kalkan İtalya 1,5 GW, Çek Cumhuriyeti ise 625 MW seviyesine çoktan ulaşmış durumda. EPIA’nın raporuna göre, 2010 yılında, toplamda 9,8-12,5 GW aralığında yeni PV sisteminin kurulduğu Avrupa’da toplam güç 25,6-28,4 GW aralığında. Küresel ölçekte toplam PV kurulu gücü için EPIA ve Uluslararası Enerji Ajansı’nın 2020 öngörüsü 390 GW, 2050 öngörüsü ise 3000 GW. Enerji Bakanı Tamer Yıldız, mecliste 2010 yılı Enerji Bütçesi ve 2023 Strateji Planı’nı açıklarken 2023 yılına kadar yenilenebilir kaynakların toplam üretim içindeki payının yüzde 30’a çıkarılmasının hedeflendiğini söylüyordu. Ama bunun bu gidişle nasıl gerçekleştirileceği tam bir muamma. Tabii gerçek bir “leapfrog” gerçekleşmezse…
Vodafone tarafından dünyanın önde gelen araştırmacılarına hazırlatılan “Future Agenda, 2020 Yılında Dünya” kitabının Solar Gündoğumu bölümünde verilen bilgilere göre küresel enerji tüketimi yıllık yaklaşık 470 EJ civarında seyrediyor. Güneş ise dünyaya yılda yaklaşık 4 milyon EJ enerji sağlıyor. Bu durumda teorik olarak güneş, ihtiyaç duyduğumuz enerjinin en az 8 bin katını sağlayabilir. Dolayısıyla uzun vadede tüm enerji ihtiyacı güneşten sağlanabilir cümlesi de fantastik bir önerme olmaktan çıkıyor.

Beklenen Yasa
Türkiye’de ise Godot’yu bekler gibi beklenen Yenilenebilir Enerji Yönetmeliği nihayet yayınlandı. İlk önce iyi haberi verelim, kişisel üretim için belirlenmiş olan 500 kw alt limiti kaldırıldı. Artık 500 KW’nin altında elektrik üretimi yapabilmek için şirket kurup lisans almaya gerek yok. Üstelik kişisel kullanıcılar ürettikleri elektriğin fazlasını da dağıtım şirketlerine satabilecek. Kötü haber ise üretici 13,3 dolar cent’lik teşviki pek yeterli bulmuyor. Türkiye’deki güneş enerjisi sektörü yöneticileri yaklaşık 25 euro centlik bir teşvik talep ediyorlardı. Uzmanların konuyla ilgili yorumları ise değişiyor. Bazıları bugün en başarılı ülke olarak anılan Almanya’nı n 40 euro centlerle başladığını hatırlatıyor. Güneş Enerjisi Sanayicileri Derneği (GENSED), Yunanistan’ı n ekonomik krize rağmen 35 euro cent teşvik vermeye devam ettiğini belirtiyor. Öte yandan özellikle Türkiye güneş kuşağında yer alan bir ülke olduğu için, talep edilen 25 eurocentin gerçekten de biraz fazla olduğunu savunanlar da var. Her ne kadar zamanında Kopernik güneşi evrenin merkezine koyduysa da nimetlerinden yararlanmak için fazlasıyla uzun bekledik. Kopernik her şeyin ortasında güneş var cümlesini 16. yüzyılda kurmuştu. Biz 20. yüzyılın ikinci yarısına kadar oyalandık ama olsun. Future Agenda uzmanları “Enerji ihtiyacının tamamının güneşten karşılanmaması için bir sebep yok” diyerek yüreğimize su serpiyor ve insan eski bir Kızılok-Ortaçgil şarkısını hatırlıyor: Güneşin aynasında biz / Bizde bir düş / Düşte bir çocuk, çocukta yol / Yolda toz, tozda avuç, avuçta kader / Kaderde sen, güneşte akşam oluyor / Ben düşünürken…

Pasif Güneş Evleri
ABD’deki toplam sera gazı emisyonunun yaklaşık yüzde 40’ı binaların enerji tüketiminden kaynaklanıyor. Bu noktada ideal çözüm olarak Pasif Güneş Evleri (PGE) devreye giriyor. PGE’lerin tasarımı ısının hareket biçimine dayanıyor. PGE’ler bu şekilde güneş ışığından doğrudan yaralanabiliyor ve binaların bizzat kendisi enerji kaynağı haline gelebiliyor. Binaların pencere açıları güneşin kış ve yaz hareketine bakacak şekilde tasarlanıyor. Isının iyi emilmesi ve tutulması için evin dış yüzeyi taş duvarlarla kaplanıyor. PGE’ler PV’ler veya diğer teknolojilerle beslendiğinde ideal bir “net sıfır enerji” yapılarına dönüşüyorlar Pasif Güneş Evleri Uluslararası Enerji Ajansı’na bağlı olarak çalışan Solar Heating Cooling Programme’in (SHC) 2009 yılı verilerine göre küresel ölçekte kurulu olan termal ısıtma sistem gücün toplamı 165 GW. Isıtma ve soğutma amaçlı kullanılan bu sistemlerin dünya yüzeyinde kapladığı alan 236 milyon metrekare. Türkiye’de kurulu toplam güç ise 7105 MW’de kalmış durumda. Türkiye’deki termal gücün toplam yüzölçümü ise 10 milyon 150 bin metrekare. Her ne kadar söz konusu rakam fena bir büyüklük gibi gözükmüyorsa da bu sayı ülke nüfusuna oranladığımız zaman kişi başına düşen güneş enerjisi miktarı 0,09 KW’ye kadar düşüyor. Kişi başı kullanımın en yüksek olduğu Kıbrıs’ta bu rakam 0,65 KW’ye kadar çıkıyor. Kıbrıs’ı 0,49 KW ile İsrail izliyor. Üçüncü sırada ise 0,22 KW ile Avusturya var.

Uzay Üslü Güneş Enerjisi
Bu fikir biraz bilimkurgu romanlarından fırlamış gibi görünse de aslında uzun zamandır tartışılıyor. Önerinin ana fikri uzayda kesintililik olmamasına dayanıyor. Kuzey Amerika’da çatılara yerleştirilen paneller metrekare başına 125-373 watt taşıyarak günde yaklaşık 1 kilowatt/saat enerji üretiyor. Teorik olarak yerden 36 bin km yükseklikte sabit konumdaki bir uydu üzerindeki çok sayıdaki PV ünitesi güneş ışınımının sekiz kat fazla olduğu yörüngeye yerleştirilebilir. Bilim insanları bir kilometre genişlikte sabitlenmiş yörüngeye birkaç uydu yerleştirilmesini öneriyor. Her bir uydu sürekli güneş ışığını toplayarak PV hücrelerine yöneltecek yansıtıcı dizileri kullanacak. Uzaydaki tek bir PV hücresi yeryüzündeki hücreden 6- 8 kat enerji toplayabiliyor ve yörüngede binlerce dizi bulunabiliyor. Uydular enerjiyi mikrodalga frekanslarıyla yeryüzündeki alıcılara ışınlanıyor. Sistemin savunucuları enerji bu üslerin verimli enerji taşınması için ideal olduğunu söylüyor. Tereddüt yaratan nokta ise uzaya çok fazla roket fırlatılmasının gerekecek olması.

“2015’de Sübvansiyonsuz Rekabet Edebilir”
Vodafone Grubu tarafından hazırlanan ve Optimist Kitap tarafından dilimize kazandırılan Future Agenda (2020 yılında dünya) gelecekte dünyamızın halinin ne olacağına dair projeksiyonlar içeriyor. Kitabın Solar Gündoğumu başlıklı bölümünde PV sistemlerinin şu anda 10’larda seyreden verimlilik oranlarının yüzde 40’a kadar çıkacağı öngörülüyor. Future Agenda ekibinin güneşin geleceğine yönelik diğer öngörülerini ise EKOIQ okurlarıyla paylaşıyoruz:
Başta Almanya olmak üzere tüm Avrupa şu anda küresel talebin yüzde 80’ini oluşturuyor, çok kişi önümüzdeki birkaç yılda ABD’den Çin’e, Afrika’dan Hindistan’a tüm dünyada daha büyük ölçekli solar enerji sistemlerinin kurulacağını öngörüyor. Almanya’daki sübvansiyonlar daha ucuz ve daha etkin teknolojiye bağlı olarak düşerken, ticari yaşam gücünde bir dönüm noktasına ulaşılacak. ABD Enerji Bakanlığı’nın Solar Amerika Girişimi’ne göre PV solar enerjisi 2015’e kadar sübvansiyonsuz rekabet edecek duruma gelecek. Diğer teknolojilerde olduğu gibi, artan kapasite maliyette istikrarlı bir düşüş getirecek. Ve “tedarik zincirinde, üreticiler daha ince silikon levhalar kullanıp düşük ışık düzeylerinde gücü çoğaltarak, hücre verimliliğini artıracaklar.” Kısa vadede, ABD’nin rüzgâr ve güneş enerjisi santralleri inşa eden şirketlere 60 milyar dolar kredi garantisi de veren 2009 tarihli Teşvik Tasarısı, ABD piyasasını hareketlendirdi. ABD Enerji Bakanlığı’nın Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı’ndan Carol Sue Tombarip’in son kitabında belirttiği gibi, “Wal-Mart enerji ihtiyacının yüzde 100’ünü yenilenebilir enerjiden karşılamayı amaçlıyor” ve bu çerçevede, Kaliforniya ve Hawaii’deki süpermarketlerin çatılarına solar enerji sistemi kuruluyor. Ayrıca devasa bir enerji kullanıcısı olan Google, Sharp ile PV çatı sistemlerine yönelik bir ortaklık kurduklarını duyurdu. Diğer ülkelere baktığımızda, Çin de solar enerji tesisatı için sübvansiyon uygulaması başlattı ve 2009’da, Qinghai bölgesi dünyanın ilk 1 GW solar çiftliğinin kurulması için onay verdi. Daha önemlisi, Ocak 2010’da Hindistan devleti, Hindistan’ı solar enerjide dünya lideri konumuna taşımayı amaçlayan ve 2020’de 20 GW 2050’ye kadar 2000 GW solar üretim kapasitesi öngören Ulusal Güneş Enerjisi Müsteşarlığı’nı kurdu. Bazı ülkeler, örneğin Kuzey Avrupa’da bulunanlar, elektrik ihtiyaçlarının yaklaşık yarısını sınırları dâhilinde bulunanlar, elektrik ihtiyaçlarının yaklaşık yarısını sınırları dahilinde bulunan PV ve solar çiftliklerinden elde edebilirken, başka ülkelerden de solar enerji erişimi sağladıkları takdirde, tüm elektrik taleplerini güneş enerjisinden sağlayabilirler.
Future Agenda sf.207

Türkiye’nin en fazla güneş enerjisi potansiyeline sahip bölgesi Güneydoğu. En az güneş gören bölge ise Karadeniz

Türkiye’nin yılık güneşlenme saatleri dağılımı

Solar Decathlon
ABD Enerji Bakanlığı Solar Decathlon yarışmasını2002 yılından beri düzenliyor. Yarışma kapsamında tasarlanan güneş yapıları maliyet, verimlilik ve estetik kriterlerine göre belirleniyor. Bu etkinlik sayesinde öğrenciler güneş enerjisiyle yürütülen tesislerin nasıl aynı zamanda hesaplı olabileceğini gözleriyle görmüş oluyorlar. Yarışmalara dâhil olan binlerce öğrencinin mezun olduklarında gerçek anlamda saygın birer iş referansları oluyor. Bu şekilde ABD’nin de temiz enerji sektöründeki insan kaynakları ağı genişlemiş oluyor. Bugüne kadar 15 bin genç öğrencinin bu proje sayesinde hayatı değişti. 2007 yılındaki müsabakada Almanya’da bulunan Darmstadt Teknik Üniversitesi öğrencilerinin ABB şirketinden destek alarak tasarladıkları güneş evi birincilik ödülünü aldı. Darmstadt Üniversitesi Güneş Evi nemli sıcak subtropikal iklime uygun olarak tasarlanmıştı.
Dünyanın En büyük Güneş Santrali Kaliforniya’da
Günümüzde güneş santrallerinde kanal tipi (Trough System) sistemler giderek daha fazla hakimiyet kuruyor. Kaliforniya Mojave Çölü’nde bu sistemle kurulmuş olan Güneş Enerjisi Üretim Sistemleri (SEGS) dünyanın en büyük güneş santral sistemi olma özelliğini taşıyor. Dokuz ayrı santralden oluşan sistem 1980’de bir İsrail firması Luz Industries tarafından inşa edilmiş. 354 MW kapasitesi olan sistem yarım milyonluk bir nüfusun elektrik ihtiyacını karşılıyor. Kanal tipi sistemlerde kullanılan parabolik aynalar güneşe diğer aynalardan 30-60 kat daha fazla odaklanabiliyor. KST sistemlerine benzer biçimde borunun içinden geçen sentetik petrol ısıtılmasından ortaya çıkan buhardan elektrik enerjisi elde ediliyor. SEGS, sistemleri aynı zamanda hibrid özelliği taşıyor. Bulutlu günlerde veya güneş çekilince doğalgaz sistemi devreye giriyor. Elektriğin yüzde 25’i doğalgazdan sağlanıyor.