Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Temel Kavramlar ve Örnek Projelerle Fotovoltaik Güneş Enerjisi Sistemleri

Yazı Dizisi-10

Haluk Özgün

2.3 Elektromanyetik Radyasyon ve Partikül Radyasyonu

Elektromanyetik Radyasyon 

Elektromanyetik radyasyon elektrik ve manyetik enerjiden meydana gelmektedir. Elektromanyetik radyasyon kendisini dalga veya foton adı verilen enerji parçacıkları şeklinde gösterirler. Işık bir elektromanyetik dalga olup bu konunun incelenmesi ileriki bölümlerde daha detaylı açıklanacaktır.

Güneşten gelen elektromanyetik radyasyon sabit olup dünya atmosferinin dışında metrekareye 1350 W dır. Buna karşın güneşten gelen radyasyonun %30’u atmosfer tarafından geri yansıtılır. Atmosfer elektromanyetik spektrumun bazı görülür ışık ve kızılötesi ışınların yanında, ultraviyole ışınların çoğunu, X ışınları ve gama ışınlarının tamamını geri yansıtır.

Partikül Radyasyonu 

Güneşin merkezindeki korona çok sıcaktır ve yüzeyde oluşan etkiler uzayın derinliklerinde genişleyerek ilerler. Korona gazlarının uzaya yayılması olayına güneş rüzgârları denilir. Proton ve elektrondan oluşan bu gazlar uzaya dağılırlar. Güneş rüzgârları dünyaya yaklaştıklarında dünyanın sahip olduğu manyetik alan proton ve elektronlardan oluşan bu partiküllerin dünyanın yüzeyine ulaşmasını önler. Buna karşın enerjileri çok yüksek olan ve genellikle protonlardan oluşan kozmik ışınlar atmosferin üst kısımlarındaki gazları uyarırlar. Uyarılmış bu gazlar özellikle kutuplarda değişik ışık çizgileri oluştururlar.

Kozmik ışınlar dünya yüzeyine ulaşamazlar. Işınlar atmosferde bulunan gaz partiküllerine çarparak enerjilerini naklederler. Fakat bu ışınlar çok yüksek enerjiye sahip olduğundan dünyanın manyetik alanını bozan jeomanyetik fırtınalara neden olurlar. Bu etki yeryüzünden elektronik aletlerin bozulmasına, radyo, telsiz ve telefon haberleşme sistemlerinde gürültüye ve enerji iletim hatlarının aşırı yüklenmesi gibi zararlı etkileri de doğurmaktadır.

2.4 Yeryüzüne Ulaşan Güneş Enerji ve Temel Güneş Açıları

Burada güneş enerjisi mühendisleri için asıl önemli konu, güneşten gelen enerjinin ne kadarını yararlı enerjiye dönüştürebiliriz sorusunun cevabıdır. Güneşten uzay boşluğuna yayılan
bütün elektromanyetik dalgaların toplam radyasyon gücü Stefan kanunu ile bulunabilir.











Buradan güneşin birim yüzeyinden uzay boşluğuna yayılan güç yoğunluğu olan H değeri;





Güneş’in güneş sistemine sağladığı toplam enerji ise 9.5x1025 W olarak bulunur. Uzay boşluğuna her yönde yayılan bu gücün dünyaya gelene kadar uzayda aldığı mesafeye bağlı olarak yoğunluğunda azalma olmaktadır. Şekil-2.5 de güneşin radyasyon yoğunluğundaki  değişimin mesafeye bağlı nasıl değiştiği gösterilmiştir.[16]

Şekil-2.5: Güneş radyasyonu güç yoğunluğundaki azalma.[16]

H Güneş= Stefan-Boltzmann denklemi ile daha önce belirlediğimiz güneş radyasyonu güç yoğunluğu (W/m2) ; 62,499,432.6 W/m2



























Atmosfere gelen güneş radyasyonu yukarıda tanımladığımız gibi yaklaşık olarak sabit olmasına rağmen dünya yüzeyine ulaşan güneş radyasyonu bazı etkenlere bağlı olarak önemli değişimler göstermektedir. Bu etmenleri kısaca sıralayabiliriz;

• Atmosferdeki soğrulmalar ve saçılmalar,
• Atmosferdeki su buharı, bulutlar ve hava kirliliği
• Enlem ve boylam değişimleri
• Yıl içindeki sezonluk değişimler ile gün içerisindeki saatler

Şekil-2.6: Güneşten gelen radyasyonun dünyada yayılımı.[17]

Atmosfere giren güneş ışınlarının yerküreye gelinceye kadar aldığı yol oldukça önemlidir. Işık atmosfer içerisinde ne kadar az yol alırsa, bulut, toz partikülleri gibi engelleyici etmenlere ne kadar az takılırsa sahip olduğu enerjiyi o kadar fazla yerküreye nakletmiş olur. Bu büyüklük Air Mass (Hava Kütlesi) diye isimlendirilip AM kısaltması ile gösterilir.[16]

Şekil-2.7: Güneşin konumu ve zenit açısı [16]

Bundan sonraki yazı dizimizde “ Sapma Açısı, Yükseliş Açısı, Azimut Açısı " anlatılacaktır.

Bu kitabın yayını için izin veren  Sn. Haluk Özgün ve GÜNDER ‘e  ( Uluslararası Güneş Enerjisi Topluluğu Türkiye Bölümü)  Elektrik Tesisat Portalı olarak  içtenlikle teşekkür ederiz.