Tarih: 12:01, 18/5/2006 Kategori: FULL-PAPER

FOTOVOLTAİK PİLLER VE  FOTOVOLTAİK PİLLERİN TARIMSAL SULAMADA  KULLANILMASI

 

 

 

İlkan Kavlak^* , Dr. Halil Güngör

 

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Ziraat Mühendisliği Fakültesi Bağlar kampusu Eskişehir

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü 26480 Meşelik kampusu  Eskişehir

ilkankavlak@gmail.com 

 

 

 

 

ÖZET

 

Endüstrinin hızlı bir şekilde gelişmesiyle günümüzde temiz enerji kaynakları ve bu kaynakların kullanımı son derece önem kazanmıştır çünkü fosil yakıtlarının kullanımı doğadaki karbon oranını değiştirmekte olup asit yağmurlarına neden olmaktadır ayrıca fosil yakıtların rezervleri azaldığı için ülkeler arasında savaşlara varan çeşitli problemler çıkmaktadır. Bugünlerde bilim çevreleri petrole ve diğer fosil yakıtlarına yeni birer alternatif üretme ve bu alternatifleri sağlıklı bir şekilde kullanabilme gayreti içerisindelerdir. Ülkemiz geniş tarım alanlarına sahiptir ve tarım alanlarında mazotlu pompalar ile sulama işlemi yapılmaktadır. Halbuki fotovoltaik pillerle bir su pompalama sistemi uygulanıyor olsa daha temiz ve daha ekonomik yollar ile sulama işlemi yapılabilir işte bizde bu derleme çalışmasında fotovoltaik pillerden enerji üretilmesi ve bu elde edilen enerjiyle bir su pompasının çalıştırılmasını açıklayacağız.

 

 

Anahtar Kelimeler:  temiz enerji;su;fotovoltaik;tarım

 

 

GİRİŞ

 

Dünyadaki petrol rezervlerinin hızlı bir şekilde azalmasıyla ve dünyadaki enerjiye olan talebin artmasıyla dünya yeni arayışlar içine girmektedir ve bu yeni arayışlar içerisinde yenilenebilir enerji kaynakları ilk başta göze çarpmaktadır. Çünkü fosil yakıtlarının çevreye verdiği zararlar, doğal dengeyi her geçen gün daha fazla bozmaktadır. Artık yeni arayışlar içinde doğaya verilecek zararın en aza indirilmesi dikkate alınmaktadır. Türkiye'yi ele alacak olursak enerjide dışa bağımlı bir durumdadır. Bu enerji ihtiyacını karşılayabilmek için komşu ülkelere emeklerimiz ödenmektedir. Bir ülkenin gelişmesi konusunda önüne konulabilecek en büyük engel ise enerji gibi bir toplumsal gereksinimde bir başka ülkeye muhtaç olmasıdır. Bu muhtaçlık bazen öyle bir durum arz eder ki ; o ülkeyi siyasi olarak aciz bir duruma düşürebilir, işte bu tam bir prestij kaybıdır. Ne yazık ki son doğalgaz krizinde önce Rusya’ya karşı sonra İran'a karşı aciz bir durumda kaldık işte bu acizliğin nedeni bugün ve bugüne kadar gelen hükümetlerin yanlış enerji politikalarıdır. Bu duruma karşı sessiz kalmak yerine yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının yaygınlaştırılması konusunda çeşitli teşviklerde bulunulması, maliyetlerin azaltılması, güneş sistemlerinden alınan vergilerin azaltılması gibi tedbirlerle insanları yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirebiliriz. Bunu yapmak şu anda zor değildir ama bizim insanlarımızdaki boşverci tutum her geçen gün daha fakirleşmemize neden olmaktadır. Çünkü şu anda diplomatik gücü elinde bulunduran ülkelerin en büyük sorunu enerjidir ve bu ihtiyacı karşılayabilmek ve enerji ihracatını tekelinde toplamak için kaynak sahibi ülkelere karşı özgürlük ve insan hakları gibi basit gerekçelerin arkasına sığınarak o ülkelerde iktidar sahibi yaptıkları palyaçolar ile saldırmaktadır. Bu bir tecavüzdür fakat tüm dünya bu tecavüze sessiz kalmaktadır ve olayı izlemektedir. Ne yazık ki bu olay esnasında tecavüze yataklık edilmektir. Enerjide bulunduğumuz dışa bağımlılık yüzünden ülkemizin çiftçileri de etkilenmektedir. Ülkemizdeki ekili topraklarının  1/3 ünde  DSİ tarafında sulama yapılmaktadır. Geri kalan alanda ise pompalar kullanılarak toprağın altından su çekilmektedir. Bu işlem sırasında mazotlu pompalar kullanılmaktadır. Bu sistemlerin maliyetleri çok yüksek olmamakla beraber düzenli bakım istemektedirler. Ve mazota bağımlı olarak görev yapmaktadır. Fakat tarımsal sulamada fotovoltaik pil destekli su pompaları kullanılır ise bu pompaların kuruluş maliyetleri yüksek olmakla beraber düzenli bakım gerektirmemektedir. Sonuç olarak kendi masrafını çıkartabilmektedir. Elektrik İşleri Etüt idaresi  tarafından bu sistem analiz edilmiş ve ekonomik olarak daha uygun olduğu tespit edilmiştir fakat uygulama ülke genelinde yaygınlaştırılamamıştır.

 

2- TEMİZ VE YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ AVANTAJLARI

• Temiz olmaları

1. hava kirliliğini azaltmaları

2. su kirliliğini azaltmaları

3. toprak erozyonunun azalması

• yenilenebilir olmaları

• yerli olmaları

• ekonomik olmaları

1. dış (toplumsal maliyetlerinin ) az olması

2. yakıt maliyetlerinin az olması

3. güvenlik maliyetlerinin az olması

4. işletme maliyetlerinin az olması

5. atıkların yok edilme maliyetlerinin az olması

6. ekonomik ömür sonu sökülme maliyetlerinin az olması

• iş alanlarının fazla olması

• enerji sektöründe dışa bağımlılığı azaltacak olması

• çağdaş olması

• doğaya ve gelecek nesillere saygılı olması

• toplumsal ve ekonomik yapıyı desteklemesi

• yakıt tekellerinin kırılmasını sağlayacak olması

Temiz enerji kaynaklarının tüm bu olumlu etkisi sayesinde doğrudan(fosil yakıtlarının sağlıksal etkilerinin azalmasıyla ) ve dolaylı yönle (ülkenin enerji ihtiyacını karşılamak için dışarıya para aktarımını azaltması) yolu ile ülkede ekonomik bir kalkınma gözlemlenmesi gerekmektedir. Fakat bu gelişmeler sürekli birileri tarafından engellenmektedir. Gelişmekte olan ülkeler adeta fosil yakıtlarının kucağına atılıyordur. Enerjinin birim fiyatının artması ile ürünlerin fiyatı artmakta ve ülkedeki üretim yetersiz yapılmaktadır sonuçta ise yabancı malların ülkeye gümrük birliği ile düşük vergilerle ve daha ucuz bir şekilde girmesiyle yerli girişimciyi zor durumda bırakmaktadır ne yazık ki son durumda kapitülasyonu kayıtsız olarak kabul etmiş bulunmaktayız.

 

 

 

 

 

3- GÜNEŞTEN DOĞRUDAN ELEKTRİK ELDESİ

 

Güneşten doğrudan elektrik enerjisi iki yolla elde edilir

• termik düzenekler
• fotovoltaik düzenekler

3.1 TERMİK DÜZENEKLERLE GÜNEŞTEN ELEKTRİK ELDE EDİLMESİ

 

Bu yöntemle elektrik tıpkı Archimedes'in Roma gemilerini yakmasında kullandığı sisteme benzeyen bir sistemdir. Çok geniş bir alana yayılmış iç bükey yüzeylerle bir noktaya odaklanmış güneş ışığından elde edilen çok büyük ısıyı kullanan termik düzeneklerin ısıttığı akışkan buharı ile dönen jenaratörlerle elde edilmektedir. Gerek termik gerek fotovoltaik düzenekler aynı miktarda elektrik enerjisi elde eden büyük hidroelektrik santralarının kapladığı alanlardan 40 kat daha fazla yer kaplarlar. Termik güneş enerjisi santrallerinde güneş olmadığı zamanlar üretim yapılması için doğalgaz ve hidroelektrik santralleri ile bileşik tesisler yapılmıştır. ABD de Kaliforniya’daki Mojave çölündeki santral bu santrallere bir örnektir. Ülkemiz bu yönde uygun olmakla beraber böyle bir çalışma henüz yapılmamıştır.

3.2 FOTOVOLTAİK DÜZENEKLE ELEKTRİK ELDE EDİLMESİ

Fotovoltaik etki ilkesine göre üzerine ışık düşen malzemelerde elektron hareketi olayı gözlemlenir. Bu yapılara güneş pilleri denilmektedir ve yarı iletken malzemelerden bu yarı iletken malzemeler iki yapıdan oluşmaktadır. Yarıiletkenlerden yapılmış ince tabakalardan oluşan düz kristallerin, içinden ışık geçirildiğinde alt ve üst tabak arasında bir elektrik alan oluşur böylece iletim sağlanır böyle yapılara PV panelleri denilir.

Güneş pillerinin enerji sorununu tamamen çözeceğini söylememiz bugünlerde ütopyadır fakat bu sistemin sessiz ve temiz bir elektrik üreticisi olduğu gerçeğini değiştirmez.

Ülkemizde telekom istasyonlarında,deniz fenerlerinde,otoyol ışıklandırılmasında,yangın gözetleme istasyonlarında kullanılmaktadır. Petrol kaynaklarını yöneten amerikan firmalarını finanse eden İsrail de ise güneş enerjisi hastanelerde,endüstriyel alanlarda ve 27 metreyi geçen binalarda güneş enerjisi ile elektrik üretimi zorunludur. Bunlara ilaveten Yunanistan, Japonya,Almanya,İsrail gibi bir çok ülkede güneş enerjisi önemli vergilerle ve yatırım teşvikleri ile desteklenmektedir .

 

4- GÜNEŞ ENERJİSİNDEN YARARLANILAN SİSTEMLER

4.1 ISIL UYGULAMALAR

Bu uygulama çeşidi üçe ayrılmaktadır.

• Düşük sıcaklık uygulamaları
• Orta sıcaklık uygulamaları
• Yüksek sıcaklık uygulamaları

4.1.1 DÜŞÜK SICAKLIK UYGULAMALARI

 

Bu uygulamalarda daha ziyade düz toplayıcılar kullanılır. Bu uygulamalardan bazıları

• Konutların sıcak su temini
• Konut ısıtması
• Sera ısıtılması
• Tarım ürünlerinin kurutulması
• Yüzme havuzu ısıtılması
• Güneş ocakları ve güneş fırınları
• Arı su elde edilmesi
• tuz üretilmesi
• güneş pompaları

bu uygulamada güneş ışınımı bir düz toplayıcı ile bir akışkana (su, hava, halojenli hidrokarbona) gönderilir. Ve sıcaklığı artan akışkan depolanır yada sisteme dahil edilir.

4.1.2 ORTA SICAKLIK UYGULAMALARI

Bu uygulamada güneş ışınımı yansıtılarak veya kırılarak bir noktaya veya eksene yoğunlaştırdığı odaklı toplayıcılar kullanılır. Sanayi için gerekli sıcak su veya buharın temini,büyük soğutma ve ısıtma sistemleri, odaklı toplayıcıların uygulama alanlarından bazılarıdır. Genellikle güneşi takip eden mekanizmalara ihtiyaç duyulur.

 

4.1.3 YÜKSEK SICAKLIK UYGULAMALARI

 

Güneş ışınımından yararlanılarak 300C nin üzerindeki yüksek sıcaklık elde edilen sistemlerde Heliostat adı verilen geniş bir alana gelen ışınımını, güneşi izleyerek bir noktadan odaklayan sistemler kullanılır. Fransa ve ABD de güneş fırınlarının sıcaklıkları 3500 C ye kadar çıkabilmektedir. Ve bu fırınlarda metallerin eritilmesi yada kesilmesi kalıplanması yapılmaktadır.  Yüksek sıcaklıklarda buharla elektrik üreten bir güneşsel bir güç sistemi de mevcuttur ve konu hakkında çalışmalar yapılmaktadır.  

 

5- TARIMSAL SULAMADA FOTOVOLTAIK PILLERIN KULLANIMI

 

 

Şekilde görüldüğü gibi fotovoltaik pillerde üretilen elektrik akımı bir güç kontrol cihazına oradan da pompaya ulaşmaktadır pompa tarafından su, su deposuna oradan da tarımsal sulama için tarlalara taşınmaktadır.

Türkiye'de 8,5 milyon hektar ekili alandır ve ekili alanların sadece 1/3 ne DSİ tarafında su getirilmiştir geri kalan alanda çiftçiler petrol ile çalışan su pompaları ile tarlalara su getirmektedir. Mazotlu pompalar düzenli bakım istemektedir ve enerji kaynağı olarak mazot kullanmaktadır. Fakat güneş enerjisi ile çalışan su pompalarında enerji kaynağı güneştir ve hiçbir bakım gerektirmemektedir. Ve bu sistemlerin her yerde kullanılması mümkündür. Güneş pilli pompa sistemleri ile petrol tabanlı su pompalarını karşılaştıracak olursak

Güneş pili su kaynaklarının üstünlükleri

1. Güneş Enerjisinden %25 gibi yüksek bir verimle enerji dönüşümü yapmaktadır.
2. Sınırsız çalışma ömrüne sahiptir.
3. Üretimi kolaydır
4. çıkış gücü/ağırlık oranı yüksektir
5. temiz bir enerji kaynağıdır
6. Tehlikesizdir.

Dezavantajları

1. Pahalıdır
2. Depo elemanına ihtiyaç duyar (özellikle kapalı havalarda ve geceleri)
3. Çok fazla güneş alan bölgelerde ısı yüzünden verim düşer
4. Çok fazla yer kaplarlar

Fakat güneş dünyadaki tek bedava kaynaktır.

Güneş enerjisi ile tarımsal sulama yapacak olursak bunun için üç önemli faktörü dikkate almalıyız

1. Suyun pompalanacağı yükseklik
2. Günlük su ihtiyacı
3. Bölgede güneşlenme süresi