×

Fotovoltaik Enerji Sistemleri Yazı Dizisi-9


Fotovoltaik Enerji Sistemleri


Temel Kavramlar ve Örnek Projelerle Fotovoltaik Güneş Enerjisi Sistemleri


Yazı Dizisi-9


Haluk Özgün




2. GÜNEŞ ENERJİSİ

Bu bölümde güneş enerjisinin kaynağından başlayarak dünyaya ulaşan bu enerjiden nasıl faydalanacağımıza dair birçok temel kavram tanımlanmıştır. Bu temel kavramlar farklı kaynaklardan alınarak özetlenmiş ve daha derin bilimsel çalışmalardan ziyade güneş enerjisi mühendislerinin bilmesi gereken ölçekte düzenlenmiştir.

2.1 Güneş Sistemimizin Enerji Kaynağı Güneş

Güneş sistemimizin merkezinde parlayan büyük bir yıldız olan güneş, milyarlarca yıldır dünyanın ışık ve ısı kaynağı olmuştur. Büyüklük anlamında karşılaştırıldığında güneşten çok daha büyük yıldızlar olmasına karşın güneş sistemimizin tek yıldızı güneştir. Yarıçapı 6.955x105 km olup dünyanın çapının 109 katıdır. Dünyadan ortalama 149.600.000 km uzaktadır. Dokuz gezegen, bu gezegenlerin uyduları ve binlerce asteroit güneşin etrafında döner ve bu bütüne güneş sistemi denir. Güneşin sahip olduğu kütle güneş sistemimizin toplam kütlesinin %99.86 sına eşittir. Güneşin yüzey sıcaklığı yaklaşık 5800 K derece olup bu sıcaklık merkezde 15 milyon K derecedir.

 (Internal Structure: iner core, radiative zone, convection zone = İç Yapı: iç çekirdek, radyasyon bölgesi, konveksiyon bölgesi. Subsurface flows: yüzey altı akışları)





2.2 Füzyon Reaksiyonu

Güneşin merkezinde gerçekleşen füzyon reaksiyonları güneşin sahip olduğu enerjinin kaynağını oluşturur. Füzyon reaksiyonu iki atom çekirdeğinin birleşerek başka bir atom çekirdeği oluşturmasıdır. Bu reaksiyonlar sırasında çok büyük miktarda enerji serbest kalır. Bilim adamları bir maddenin manyetik özelliğe sahip olup olmadığını manyetik alanın yarattığı etkilere bakarak söyleyebilirler. Manyetik alan görülebilir olmadığından sadece manyetik cisimlerin çevresinde yarattığı manyetik kuvvetler incelenerek bir yorum yapılabilir.Manyetik alan çizgilerinin birbirine yakınlığı ve sayısının fazlalığı manyetik objenin güçlü manyetik alana sahip olduğunu ve buna bağlı olarak yarattığı manyetik kuvvet ile çevresindeki manyetik özelliğe sahip olan objeleri daha iyi etkileyebileceğini göstermektedir.Güneşin manyetik alanı dünyanınkinin iki katına eşittir.





Güneş bütün yıldızlarda olduğu gibi yapısal olarak çok büyük bir oranda hidrojen içerir. Toplam kütlenin %72 si hidrojen ve %26 sı helyumdan oluşmaktadır. Helyumun varlığı
füzyon reaksiyonları sonucu hidrojen atomlarının birleşmesinden kaynaklanmaktadır.

Güneşin merkezi ve atmosferinin büyük bir kısmını plazma oluşturmaktadır. Manyetik alandan etkilenebilen çok yüksek sıcaklıklardaki iyonlaşmış gazlar plazma olarak tanımlanmaktadır. Plazma hali ile gaz hali arasındaki fark; plazma halinin çok yüksek sıcaklıklardaki gaz atomların iyonize olarak hareket etmelerinden kaynaklanmaktadır. İyonizasyon sırasında atomlar elektronlarını kaybederek pozitif yüklü iyonlara ve negatif yüklü partiküller olan elektronlara dönüşürler ki bunlarda birbirlerinden bağımsız olarak hareket ederler.

Güneşte olan yüksek sıcaklığın etkisi ile hidrojen sahip olduğu tek elektronu kaybeder ve elektron ve protonun birbirinden bağımsız olarak hareket ettiği plazmayı oluşturur. Güneşin
atmosferinde atomların iyonize olmaları ve plazmayı oluşturmaları sıcaklıkla ilişkilidir. Güneş atmosferinin büyük bir bölümü Korono adı verilen sıcaklığı 3 ile 5 milyon K derece arasında değişen bölgelere sahiptir. Bu sıcaklılarda demir elementi sahip olduğu elektronların 26 tanesini kaybedebilir.

Güneşte gerçekleşen nükleer füzyon merkezde gerçekleşir, çünkü güneşin çekirdeği son derece sıcak ve yoğundur. Hidrojen gazı çok sıcak olan plazma ortamında proton ve elektronları iyonize olmuş bir şekilde hareket eder. Plazma içindeki elektronlar ve protonlar çok yüksek hızlarda hareket ederler. Pozitif yüklü protonlar birbirlerini iten kuvvetler yaratmalarına karşın güneşin çekirdeğindeki yüksek sıcaklık ve yoğunluk bu itme kuvvetine baskın çıkmakta ve protonlar birleşmektedir. Füzyon reaksiyonlarının oluşması için çok yüksek hızlarda hareket eden protonların çarpışması ve kenetlenmesi gerekmektedir. Çok yüksek sıcaklığın olduğu bu yoğun ortamda elektronlarını kaybetmiş olan hidrojen  atomları birbiri ile çarpışarak helyumu oluştururlar.

Güneşte gerçekleşen füzyon proton-proton birleşmesinden kaynaklanmaktadır. Protonların birleşmesi sonucunda helyum meydana gelir, bunun yanında elektriksel olarak nötr partikül olan nötrinolar oluşur ve çok büyük bir enerji açığa çıkar.

Dört hidrojen protonunun sahip olduğu kütle füzyon reaksiyonları sonucu oluşan helyumun kütlesinden daha fazladır. Helyumun oluşumu sırasında belirli bir kütle kaybı gerçekleşmiştir. Kayıp kütle enerjiye dönüşmüştür ve bu dönüşüm Einstein tarafından formüle edilmiştir. ΔE=Δmc2 ifadesinde ΔE enerji, Δm kütle ve c ışık hızı olarak tanımlanmaktadır.

Güneşte gerçekleşen bu reaksiyonlar sonucu açığa çıkan bu enerji, iki farklı yoldan dünyaya ulaşır bunlardan birincisi elektromanyetik radyasyon diğeri başta elektronlar olmak üzere yüklü parçacıkların oluşturduğu partikül radyasyonudur.

Güneşin merkezinde çok yüksek plazma ortamında gerçekleşen füzyon reaksiyonları sonucu uzaya yayılan elektromanyetik radyasyonun bir saniyesi bile şu ana kadar yaşamış bütün insanların kullandığı enerjilerin toplamından daha fazladır. Füzyon reaksiyonları dünyada gerçekleştirebilmek ve yararlı enerji üretebilmek için bilim adamları çalışmalara devam etmektedir.

Bu kapsamda ITER topluluğu Tokamak adını verdikleri cihaz ile dünyada füzyon reaksiyonunu gerçekleştirmiştir. Şekil-2.4 de Avrupa Jet Tokamak görülmektedir.



Yakıt olarak kullanılan hidrojenin iki izotopu, döteryum ve trityum 150 milyon °C 'ye kadar ısıtılarak sıcak plazmaya dönüştürülür. Reaktörün çevresindeki süper iletken sargıların oluşturduğu güçlü manyetik alan plazmayı Tokamak’ın duvarlarından uzakta tutar.[15]



Bundan sonraki yazı dizimizde “ Elektromanyetik Radyasyon ve Partikül Radyasyonu, Yeryüzüne Ulaşan Güneş Enerjisi ve Temel Güneş Açıları ”  anlatılacaktır.

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

Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt