Ekim 2018’de Hükümetler arası İklim Değişikliği Paneli (IPCC), küresel ısınmanın felaket düzeylerinden kaçınmak için hükümetlerin ‘toplumun tüm yönlerinde hızlı, geniş kapsamlı ve benzeri görülmemiş değişiklikler’ yapması gerektiği konusunda uyardı. Küresel bilimsel otorite belirsizdi. Mevcut ısınma hızında, gezegen 2030 gibi erken bir tarihte sanayi öncesi seviyelerin 1,5 santigrat derece üzerinde kritik eşiğe ulaşacak. Etkiler olarak daha güçlü fırtınalar, daha düzensiz hava koşulları, sıcak dalgaları, seller, yiyecek kıtlığı ve yükselen denizleri içeriyor ve göç modellerinde büyük ölçekli aksamalar; dünya çapındaki ekosistemler, topluluklar ve ekonomiler arasında hissedilecektir.
Yıkıcı iklim değişikliğiyle mücadele etmek için, fosil yakıt kullanımı, ormansızlaşma, arazi kullanım değişikliği ve endüstriyel tarım uygulamaları gibi ekonomik faaliyetlerden kaynaklanan sera gazı emisyonlarının miktarını büyük ölçüde azaltmamız gerekiyor. IPCC’ye göre, bu yüzyılda ısınmayı yaklaşık 1,5 santigrat derece ile sınırlama şansını 50-50 oranında sürdürmemizi sağlamak için, 2030 yılına kadar 2010 seviyelerine göre CO2 emisyonlarını yüzde 45 düşürmemiz ve yaklaşık olarak “net sıfır” olarak adlandırılana ulaşmamız gerekiyor.
Bu arada, küresel nüfus hızla artıyor ve 2050’ye kadar, çoğu aşırı yoksulluktan çıkmış olacak ve önemli ölçüde daha yüksek enerji ihtiyacı olacak yaklaşık 10 milyar insana ulaşmış olacak. Taleplerini karşılamak için mevcut küresel enerji üretimini yüzde 50’nin üzerinde artırmamız bekleniyor.
İklim bilimcileri, küresel sıcaklık artışını makul bir şekilde sınırlandırma şansını sürdürmek için, yenilenebilir enerji kaynaklarının yüzyılın ortasına kadar dünyanın baskın enerji kaynağı haline gelmesi gerektiğini söylüyor. Ayrıca, Uluslararası Enerji Ajansı’nın Dünya Enerji Görünümü’ne göre, ‘yenilenebilir enerji teknolojileri evrensel enerji erişiminin sağlanmasına giden ana yolu sağlıyor’.
Bu hedeflere ulaşmanın bir yolu, mevcut en bol enerji kaynağı olan güneşin gücünü kullanmak olabilir. Son yıllarda, güneş enerjisinin toplanması her yıl daha ucuz ve kolay hale geldi ve hızlı gelişmeler neredeyse kesinlikle devam edecek. Aslında, güneş fotovoltaikleri (PV), dünyanın birçok yerinde elektrik üretmenin en ucuz yollarından biridir.
Bununla birlikte, son birkaç yılda görülmemiş bir büyüme güneş PV’si yaşadıktan sonra bile, hala küresel elektrik üretiminin yalnızca küçük bir kısmından sorumludur ve elektrik gücü şu anda küresel enerji talebinin yalnızca yaklaşık yüzde 25’ini oluşturmaktadır. Bununla birlikte, IEA’ya göre, solar PV şu anda ‘ileriye gidiyor’ ve artan rekabet gücünün, güç üretim kapasitesini 2025 yılına kadar rüzgarı, 2030 civarında hidroelektrik enerjisini ve 2040’tan önce kömürü geçmesi bekleniyor.
En son Dünya Enerji Raporu’nu açıklayan IEA Genel Müdürü Fatih Birol, ‘Dünya iklim hedeflerine ulaşma konusunda ciddiyse, bugün itibariyle sürdürülebilir enerji teknolojilerine yatırım için sistematik bir tercih olması gerekiyor ‘ dedi.
KMT Solar Ar&Ge Laboratuvarı , daha iyi ve daha sürdürülebilir yaşam biçimleri yaratma misyonuyla yola çıkan bir araştırma ve tasarım laboratuvarıdır. Dünyanın en hızlı büyüyen yeni enerji kaynağı olan güneş PV potansiyelini keşfetmemiz, bu misyonun bir parçasıdır.
Bu rapor, güneş PV alanındaki keşiflerimizi başlatıyor. Mevcut manzaraya genel bir bakış sağlar ve güneş enerjisinin ne olduğunu, nasıl üretildiğini ve bunun için pazarın nasıl geliştiğini inceler. Rapor ayrıca önemli yenilikleri ve ortaya çıkan teknolojik eğilimleri vurgulamaktadır.
Kısacası, enerjiyi nasıl tükettiğimiz, ürettiğimiz ve sattığımız konusunda köklü bir değişimin eşiğinde olduğumuza inanıyoruz. Solar PV’nin diğer tüm yenilenebilir enerji kaynaklarından daha hızlı büyümesiyle, büyümesini hızlandırmamız, elektriğini daha fazla enerji ihtiyacı için kullanmamız ve hepsinden önemlisi onu daha erişilebilir ve uygun maliyetli hale getirmemiz gerektiğine inanıyoruz.
Güneş, neden dünyanın enerji geleceğinin merkezidir?
Ortalama olarak güneş, Dünya yüzeyine yaklaşık 90.000 terawatt enerji sağlar. Terawatt’ın ne olduğu konusunda endişelenmeyin. Önemli olan bu sayıyı bugünün dünya genelindeki toplam talebiyle karşılaştırmaktır. 2015 itibariyle, tüm enerji ihtiyaçlarımız için, yaklaşık sekiz milyar insan için, yaklaşık 17,4 terawatt veya bunun dört binde birinden azına ihtiyacımız var. Başka bir deyişle, her yıl güneşin gücünü iki saatin biraz altında toplayabilseydik, mevcut tüm gereksinimlerimizi karşılayabilirdik. (Bu sadece elektrik değil, ulaşımımız, evlerimiz, ofislerimiz ve endüstrilerimiz için tüm ihtiyaçlarımızdir.) Kabul edilirse, bu asla mümkün olmayacak; Güneş enerjisinin yaklaşık yüzde 30’u ya bulutlarla kaplıdır ya da dünya yüzeyinden yansıtılırken, üçte ikisi okyanusa vurur. Ancak bu kayıplar hesaba katıldıktan sonra bile güneş, teorik olarak tüm ihtiyaçlarımızı karşılayabilecek önemli miktarda enerji sağlar.
Tabii ki, dünyanın yüzeyinin büyük bir kısmı sudur ve güneş enerjisini toplamanın daha zor olduğu yerlerde. Ve yüksek enlemlerde, kışın sık sık az güneşli dönemler vardır. Yine de dünyanın birçok yerinde güneş güvenilir ve gerçekten muazzam bir enerji kaynağını temsil eder.
Ayrıca yeryüzündeki dünya çapındaki fosil yakıt rezervleriyle ilişkili olarak güneşten elde edilen mevcut enerjiyi de ifade edebiliriz. Rakamlardan tam olarak emin olamayız, ancak yaklaşık olarak bir hafta içinde gezegen, gezegenin geri kazanılabilir rezervlerinde var olduğu bilinen tüm petrol, gaz ve kömürün içerdiği enerjiden daha fazla güneş enerjisi alıyor.
Üstelik güneş ışınları, yenilenebilir enerjinin en yaygın ikinci kaynakları olan dünya rüzgarlarından çok daha fazla enerji taşıyor. 90.000 terawatt güneş enerjisini, tipik olarak dünyanın dört bir yanında esen rüzgarların sahip olduğu 900’den az terawatt ile karşılaştırın (sadece küçük bir kısmı yere yakın bulunur ve rüzgar türbinleri tarafından yakalanabilir). Bu, iki kat büyüklüğünde bir farktır ve dünyanın birçok yerinde rüzgar ağaçları zar zor karıştırır. Güneş hem daha yaygındır hem de çok daha büyük ölçekte mevcuttur. Biyokütle veya düşen suyun gücü gibi diğer tüm yenilenebilir enerji kaynakları, rüzgârdan bile daha az önemli olan diğer sıralar.
Ayrıca, 2017 yılında, Potsdam İklim Etkileri Araştırma Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, 2050’ye kadar bir dizi elektrik kaynağının tam yaşam döngüsü sera gazı emisyonlarına ilişkin araştırmalarını yayınladılar. ‘Carbon Brief’ bunun ne anlama geldiğini açıkladı: ‘Bazı eleştirmenlerin iddialarının aksine, araştırma, rüzgar türbinleri, güneş panelleri veya nükleer santraller inşa etmekten kaynaklanan gizli emisyonların, fosil yakıtlardan kaçınmanın sağladığı tasarrufla karşılaştırıldığında çok düşük olduğunu gösteriyor. ‘
Artık dünya, enerji ihtiyaçlarını nükleer füzyondan (bugünün nükleer güç istasyonlarında kullanılan teknoloji) veya füzyondan (atomlar yeni bir kimyasal element oluşturmak için şiddetli bir şekilde birleştirildiğinde üretilen enerjinin yakalanması) elde etmeye karar verebilir.
Bununla birlikte, hem füzyon hem de füzyonun ciddi sorunları vardır. Örneğin, yeni nesil nükleer enerji santralleri hem pahalı hem de inşa edilmesinin son derece zor olduğunu kanıtladı. Bir bilim insanı, bu dev yapıların, inşaatın karmaşıklığına büyük ölçüde katkıda bulunan ‘katedraller içindeki katedraller’ gibi olduğunu söyledi. Dünya çapında inşa edilmekte olan az sayıdaki yeni tesisin neredeyse tamamı, tipik olarak yaklaşık on yıl kadar ertelendi ve bütçeyi aşan milyarlarca dolar harcadı. Dahası, nükleer füzyondan kaynaklanan atıkları depolamanın ucuz ve güvenli bir yolunu henüz bulamadık.
Solar’ın başka avantajları da vardır. Çoğu yenilenebilir enerji kaynağı, bir tesisatın boyutu değiştikçe çok daha ucuza gelir. Muhtemelen 4 megawatt kapasiteli büyük endüstriyel rüzgar türbinleri birkaç milyon dolara mal olabilir, ancak watt başına bir fiyat olarak ifade edildiğinde, daha küçük ölçekli makinelerden çok daha ucuzdurlar. Bu, tüm rüzgar enerjisi tesislerinin artan bir kısmının gerçekten de büyük çiftliklerde bulunan çok büyük türbinlerden oluştuğu anlamına geliyor.
Solar PV çok farklı. Çok büyük bir güneş enerjisi çiftliği kurmak, birim başına kesinlikle daha ucuzdur, ancak maliyetler çok daha küçük bir dereceye kadar farklılık gösterir. Fotovoltaikler rüzgardan daha modülerdir; Sonuçta, PV paneller, modern yel değirmenlerinden önemli ölçüde daha küçük ve daha esnektir. Bazı durumlarda, bir evin çatısına 1 kilovatlık bir depoya 100 kilovat veya bir güneş enerjisi alanında 10 megawatt koymak kadar finansal olarak mantıklı olabilir.
Bu, güneşin hızlı büyümesi için hayati bir destektir. Bu, şu anda dünya çapında büyük rüzgar çiftlikleri kurulumuna hâkim olan büyük finans kurumlarının yanı sıra, PV kurma kararının ev sahipleri ve küçük işletmeler tarafından verilebileceği anlamına geliyor. Bu kelimenin gevşek bir kullanımıdır, ancak güneş doğası gereği diğer enerji teknolojilerinden daha demokratiktir. Diğer avantajların yanı sıra, bu, dünyanın şimdiye kadar çok sınırlı kullanılabilirliğe sahip bölgelere elektrik getirmek için güneş PV kullanabileceği anlamına gelir.
Güneş fotovoltaiklerinin tarihi
NASA, 1958’de Vanguard 1 uydusunu fırlattı. Bu, Sovyetler Birliği’nin Sputnik programına yanıt olarak uzaya çıkan ikinci ABD uydusuydu. Altı yıl boyunca yere sinyaller yolladı. Bu iletimlerin elektriği, uydunun dışındaki küçük fotovoltaik (PV) panellerden geliyordu. Bu muhtemelen pratik amaçlar için güneş panellerinin ilk kullanımıydı ve uydunun kullanım ömrünü önceki pille çalışan cihazların çok ötesine uzattı.
Panellerin ürettiği güç miktarı çok küçüktü, muhtemelen bir watt’ın bir kısmı. Aşağıdaki fotoğrafta Vanguard 1 uydusunun bir kopyası var. Altı küçük güneş dizisinden üçü görülebiliyor, uydunun elektroniğini içeren küreden biraz dışarı taşıyor.
Günümüzde uydular, ana güç kaynağı olarak hala güneş enerjisini kullanıyor. Uluslararası Uzay İstasyonu, gövdesinden neredeyse 75 metre uzanan devasa kanat benzeri panellere sahiptir. Toplamda, bu güneş dizileri 120 kilovata kadar elektrik üretebilir, bu belki de Vanguard 1’deki fotovoltaiklerin gücünün yarım milyon katıdır.
Güneş panellerinin fiyatı, teknolojinin ilk günlerinden beri önemli ölçüde düştü. 1960’ların maliyet tahminleri güvenilir değil çünkü satın alınan ve satılan hacimler çok küçüktü, ancak önümüzdeki on yıldan itibaren panellerin fiyatı hakkında iyi verilere sahibiz. 1970’lerde bir watt maksimum kapasite maliyeti yaklaşık 88 € (bir güneş modülünün nominal kapasitesi, tam güneş ışığında 25 derecelik bir panel sıcaklığında ve panel 45 ° açıyla gün ortasında üretilen güçtür. yatay). Mart 2019’da sayı, yaklaşık 35-47 euro cent idi ve son 40 yılda 250 kata kadar düşüş gösterdi. Bu rakam neredeyse kesinlikle düşmeye devam edecek.
Düşüş oranı, bir işletmenin bir ürün yapma veya hizmet sağlama deneyimi ne kadar fazlaysa, maliyetleri de o kadar düşük olduğunu varsayan, yaygın olarak deneyim eğrisi olarak bilinen bir fenomen tarafından yönlendirilir. Dünya panel yapımında daha iyi hale geldikçe, maliyetler öngörülebilir bir şekilde düştü. Genel olarak, şimdiye kadar yapılan toplam panel hacmi iki katına çıktıkça, pazar fiyatı yaklaşık yüzde 20 düştü. Maliyetleri neredeyse hiç durmadan aşağıya çeken paneller yaparak kazanılan ‘deneyim’dir. Bu fenomeni, yarı iletkenler ve gen düzenlemeden kağıt veya cam üretimi gibi köklü üretim işlerine kadar çok çeşitli endüstrilerde görüyoruz. Neredeyse hiç kimse güneş enerjisindeki maliyet düşüşlerinin yakın zamanda duracağını iddia etmiyor.
Güneş panelleri nasıl çalışır?
Güneş ışınları aslında foton adı verilen enerji patlamalarıdır. Bir güneş panelindeki ince silikon katmanına çarptıklarında, bir foton atomlardan birindeki elektronu yerinden çıkarabilir. Elektron, silikondan panelin önündeki metal elektrotlara hareket edecektir. Bu, bu elektrotlar ile silikonun arkasındakiler arasında bir elektrik yükü oluşturur. Elektronun reseptör elektrotları arasındaki bir devrede ve panelin önüne geri dönmesinden bir elektrik akışı oluşur.
Bir fotondaki enerji miktarı değişir. İnsanların ısı olarak hissettiği nispeten düşük enerjili bir foton, bir elektronu yerinden çıkarmayacak ve fotovoltaik malzemeden geçecektir. Bununla birlikte, kırmızı ışık yeterli enerjiye sahiptir ve elektrik üretimiyle sonuçlanacaktır. Işık spektrumunun mavi ucunda bulunan ve çok daha fazla enerji taşıyan fotonlar elektrik üretimiyle sonuçlanacak, ancak bu enerjinin çoğu ısı olarak israf edilecek.
Günümüzün tek katmanlı silikon hücreleri tarafından absorbe edilebilen güneş enerjisinin teorik olarak maksimum miktarı yaklaşık yüzde 34’tür.
‘Güneş enerjisi’ dediğimizde başka ne demek istiyoruz?
Işığın fotonlarının yararlı elektriğe dönüştürülmesi olan güneş PV’sine en çok dikkat edilir. Güneş enerjisini kullanmanın diğer iki yolunu kısaca ele almalıyız.
İnsanoğlu, yüzlerce yıldır güneşi sıcak su sağlamak için kullandı. ‘Güneş termal’ toplayıcıları, dolaşımdaki bir sıvıdaki güneş ışınlarının enerjisini doğrudan emer. Sıcak sıvı daha sonra bir evin veya işyerinin su tankındaki bir ısı eşanjöründen geçirilerek suyu duşlarda veya mutfaklarda kullanılmak üzere ısıtılır. Bazı güneş enerjisi kurulumları güneşli ülkelerdeki büyük binalar için sıcak su sağlasa da, dünyanın enerji ihtiyacının çoğunu karşılama olasılığı asla yoktur.
İkincisi ve dünya çapında önemi giderek artan, güneş enerjisini buhar oluşturmak veya erimiş tuz veya sentetik yağ gibi tamamlayıcı bir sıvıyı çok yüksek sıcaklıklara ısıtmak için kullanan ‘konsantre güneş enerjisi’ (CSP). Bu buhar veya sıvı daha sonra elektrik üretmek üzere bir türbini çalıştırmak için hemen kullanılır veya daha sonra güneş battığında kullanılmak üzere bir tankta depolanır.
CSP, fotovoltaiklerden daha pahalıdır- ancak, PV gibi, fiyatı keskin bir şekilde düşmektedir. Muhtemelen her zaman geleneksel güneş panellerinden daha pahalı olacak ve bakım maliyetleri her zaman daha yüksek olacaktır, ancak 24 saat elektrik üretimini sağlayarak bu dezavantajı kapatır.
Bir CSP tesisinde enerjiyi toplamak için iki ana teknoloji mevcuttur. İlkinde, ısı parabolik dizilerin odak noktasına yerleştirilmiş bir tüpte toplanır. Yansıyan ısı, ince tüpe odaklanır. Tüpün içinde, belki 700 santigrat dereceye kadar ısınan, dolaşan bir sıvı vardır. Bu sıcak sıvı, daha sonra kullanılmak üzere depolanabilir veya elektrik üretmek için hemen bir buhar türbininde kullanılabilir.
Güneş enerjisini yoğunlaştırmaya yönelik ikinci yaklaşım daha popüler hale geliyor. Merkezi bir kulenin etrafına çok fazla sayıda ayna (“heliostat”) yerleştirilmiştir. Güneş ışınları, heliostat tarafından bu kulenin tepesindeki bir ısı toplama tankına yansıtılır. Bu tank, yüksek sıcaklıklarda eriyen potasyum nitrat gibi bir tuz içerir. Erimiş tuz, ısıyı kulenin tepesinden tabandaki bir depolama tankına aktarmak için bir akışkan olarak kullanılabilir. Parabolik bir dizi sisteminde olduğu gibi, bu ısı elektrik üretmek için hemen kullanılabilir veya genellikle geceleri elektriğe ihtiyaç duyulana kadar tutulabilir.
Bugün güneşin kontrolü ele geçirmesini ne engelliyor?
Bazı güneşli ülkelerde, enerji geliştiricileri, kilovat saat başına 2 ABD sentinden fazla olmayan garantili fiyatlar karşılığında güneş enerjisi çiftlikleri kurarlar. Bu seviyedeki son sözleşme örnekleri, Suudi Arabistan ve Meksika gibi çok çeşitli yerlerden geliyor. Diğer ülkelerde fiyat bazen daha yüksektir. Örneğin Hindistan, yeni gelişmeler için hala 4 ABD senti ödüyor. Bunun nedeni kısmen yatırım sermayesinin maliyetinin daha yüksek olması, ancak aynı zamanda şebekeye bağlantının bazen maliyetli veya daha az güvenilir olmasıdır.
Bu varyasyonlarla bile, yeni güneş enerjisinin maliyeti artık dünyanın birçok yerinde herhangi bir tür fosil yakıt santrali inşa etme ve işletme maliyetinin altına düşüyor. Kuzey Avrupa’daki gibi daha az güneşli ülkelerde, kara rüzgarları bazen daha da ucuza gelebilir. Ancak, dünyanın çoğunda, güneş PV, yeni bir fosil yakıt santralini geride bırakıyor.
Bu iyi haber. Altmış yıllık araştırma ve üretim iyileştirmelerinden sonra, güneş enerjisi artık kullanıldığı her yerde enerjinin fiyatını aşağı çekiyor. Bununla birlikte, Uluslararası Enerji Ajansı’na göre, hala dünya elektrik üretiminin sadece yüzde 2’si ve 2018’deki güneş enerjisi üretiminin büyüme oranı, uzun yıllar boyunca en düşük olacak. Yine de yüzde 18’in üzerinde bir oranla bu rakam hala çok yüksek. Ve 2017’de güneş PV’sine başka herhangi bir güç kaynağına göre daha fazla para yatırıldı — fosil yakıtlı elektrik santralleri için 103 milyar dolara kıyasla 161 milyar dolar.
Öyleyse güneş neden daha hızlı büyümüyor? Diğer herhangi bir yeni güç kaynağından daha ucuzsa, neden tüm elektriğimiz PV’den gelmiyor? Birincisi, çünkü yüklü miktarda kömür ve gaz üretme kapasitesi kurulu ve elektrik üretmeye hazır. Genellikle tamamen amortismana tabi tutulan operatörleri, acil üretim maliyetlerini karşıladıkları sürece elektrik santrallerini açacaklardır. Herhangi bir sermaye maliyetine katlanmak zorunda değiller. Saatlik kullanımları düşse de, dünyadaki birçok kömür santrali, sahiplerini açık tutmaya teşvik edecek kadar para kazanabilir.
İkincisi, bazı gelişmiş ülkelerde toplam elektrik talebi düşüyor. Enerji ihtiyacı mevcut santraller tarafından karşılanırsa güneş enerjisine yatırım yapmak daha zordur.
Üçüncüsü, güneş hem aralıklıdır hem de pek çok yerde güvenilmezdir. Elbette, günde yalnızca ortalama on iki saat kullanılabilir ve bulutlar gün içinde bile güç akışını kesintiye uğratabilir. Elektrik şirketleri genellikle bu sorunlarla başa çıkabilir, ancak güneş enerjisi, kömür veya özellikle gaz santrallerinde ihtiyaç duyulmayan enerji yönetimi becerilerini gerektirir.
Dördüncüsü, depolama hala pahalıdır. Örneğin, elektrik bir gecede bir bataryada tutulabilir, ancak bu, güneşli bir ülkede gece elektrik maliyetini ikiye katlayabilir.
Güneş enerjisi büyümesi neden yine de devam edecek?
Yukarıda bahsedilen engellere rağmen güneşin geleceği parlaktır. Muhtemelen belirsiz gelecekte daha da ucuzlayacak. Neden?
Birincisi, geleneksel silikon kullanan güneş PV panelleri muhtemelen dünya çapında fiyatlarda düşüşe devam edecek. Fiyattaki düşüş, yukarıdaki ‘deneyim eğrisinin’ etkileri olarak özetlenen birçok ayrı gelişmeden kaynaklanmaktadır. Aşağıda belirtilen perovskit ve organik moleküller gibi yeni malzemeler, işlemek için çok fazla enerji kullanan ve indirgeme hızının korunmasına yardımcı olan silikonun yerini alabilir.
İkincisi, bazı güneş enerjisi uzmanları tipik panelin verimliliğinin (panele düşen enerjinin elektriğe dönüştürülebilecek maksimum yüzdesi) yavaş da olsa artmaya devam edeceğinden emindir. Bu arada, diğer iyileştirmeler bir güneş alanından üretilen elektrik miktarını artıracaktır. Elektronik sistemler gelişecek ve daha da önemlisi daha fazla PV çiftliği, panelleri gün boyunca güneşe bakacak şekilde hareket ettiren izleme sistemlerini kullanacak. Bu izleme kurulumları en az yüzde 25 daha fazla enerji yakalayabilir ve özellikle öğleden sonra, daha değerli olma eğiliminde olduğunda verilen elektriği artıracaktır.
Bir diğer önemli gelişme, özellikle izleme ile birleştirildiğinde, her iki tarafta da enerji toplayan PV kullanımıdır. Bu paneller ‘iki yüzeyli’ olarak adlandırılır ve elektriği tipik olarak yüzde 11 artırır.
Güneş enerjisinin güvenilirliği ve uzun ömürlülüğüne duyulan güven artmaya devam ederken, bankalar ve diğer finansörler tarafından talep edilen finansal getiriler dünya çapında düşüyor. Bunun düşündüğümüzden daha büyük sonuçları var. Çok yaklaşık olarak, talep edilen getiride yüzde 7’den yüzde 4’e bir kesinti, güneş elektriği maliyetini yüzde 25 düşürüyor.
Dahası, her türden güneş enerjisi ekipmanı muhtemelen daha uzun süre dayanacaktır. Yirmi yıl önce, üreticiler panellerin her yıl ortalama üretimlerinin yüzde 1’inden fazlasını kaybedebileceğini ve 20 yıl veya daha kısa bir süre sonra değiştirilmesi gerekeceğini varsaydılar. Bugün, önde gelen üreticiler ürünlerini önemli ölçüde daha uzun süreler için garanti ediyorlar. Dünyanın en büyük üreticisi olan Trina, 25 yıl sonra ilk verimliliğin yüzde 80’inden fazlasını vaat ediyor. Muhtemel gerçek şu ki, bugün satın alınan bir güneş paneli, yarım yüzyılda hala makul bir şekilde üretken bir şekilde çalışmaya devam edecek. Ve sonra, ya yeni paneller için malzemelere ya da başka amaçlar için neredeyse tamamen geri dönüştürülecek.
Solar, panellerin kurulduğu alanın diğer kullanıcılarına da bazı beklenmedik faydalar sağlayabilir. Örneğin, rezervuarlara yerleştirilen yüzen güneş panelleri, Hindistan gibi kuraklığa duyarlı ülkelerde önemli bir avantaj olan buharlaşmayı azaltmaya yardımcı olabilir. Bu arada, tarlalardaki güneş panelleri, koyun ve keçiler için yağmur ve soğuktan korunma sağlayarak büyüme oranlarını ve genel sağlıklarını iyileştirebilir. Yeni bir gelişmede araştırmacılar, çok kuru iklimlerde, büyüyen mahsulün çok üzerindeki yüksek çerçevelere güneş panelleri yerleştirmenin verimi artıracağını çünkü PV’nin bitkilerin çok fazla güneş almasını ve su kaybetmesini engelleyeceğini söylüyor. Benzer şekilde, güneş enerjili garajlar artık elektrikli araçları şarj etmek için elektrik üretebilir.
Son olarak, güneş PV’nin bir enerji kaynağı olarak vatandaşlar arasında giderek daha popüler hale geldiğine dikkat etmek önemlidir. ABD’de kömür çıkaran ve enerjisinin çoğunu bu kaynaktan alan eyaletlerde bile, bölge sakinleri güneş enerjisini ve diğer yenilenebilir kaynakları tercih ediyor. Bu nedenle politikacıların güneş enerjisinin büyümesini teşvik etme özgürlüğü vardır. Elektriğini güneş enerjisi santrallerinden alan firmalar, müşterilerinin gözünde avantajlı olabilir.
Devrim niteliğindeki malzemeler
Yukarıda belirtildiği gibi, güneş enerjisinin daha da ucuzlamasına yardımcı olacak yeni malzemeler ortaya çıkıyor. Şu anda çoğu PV paneli, az miktarda fosfor veya bor ile katkılanmış çok ince silikon tabakalardan yapılmıştır. Kullanılan diğer malzemeler arasında daha da ince kadmiyum tellürid veya galyum arsenit tabakaları bulunur. Bununla birlikte, bugün kurulan çoğu güneş paneli, geleneksel silikon yarı iletkenlerden yapılmıştır . 20 yıl sonra durum pek de böyle olmayabilir. Silikon bazlı modüller gittikçe daha ucuz ve ucuz hale gelmesine rağmen, cam ve alüminyum ile kaplanması ve yapılması için hala büyük miktarda pahalı enerji kullanıyorlar.
Diğer malzemeler bir fotovoltaik malzeme olarak işlev görebilir. Zamanla silikonun yerini alabilecek iki ana panel türü vardır. İlki perovskitler olarak bilinir. ‘Perovskite’ kelimesi, belirli bir moleküler yapı tipini ifade eder. Birçok farklı kimyasal bileşik bu şekle sahiptir, ancak bazıları güçlü fotovoltaik kapasiteye sahiptir. En iyisi brom gibi metaller ve halojenürler içerir.
Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, bu moleküllerle yapılan güneş pillerinin ömrünü uzatmaya çalışmak için araştırmalarla hızla ilerliyorlar. İngiltere’nin Oxford PV’si, perovskite teknolojisini ticarileştirmeye çalışan şirketler arasında yer alıyor. Geleneksel silikon üzerine çok ince bir perovskit tabakası olan hücreler yapmak istiyor. Perovskit, farklı ışık frekanslarından silikona enerji toplar, yani bu ‘tandem’ hücrelerin ürettiği toplam elektrik miktarının artması gerekir.
Oxford PV onun Perovskite-ve-silikon hücreleri yüzde 37’ye kadar dönüştürmeyi umuyor, elektrik enerjisine güneş enerjisinin günümüzde iyi silikon tek hücreler tarafından toplanan değer ise yüzde 29’dur . Bir silikon hücrenin perovskit ile kaplanması kolaydır, bu nedenle bu moleküller güneş PV ekonomisini iyileştirecektir. Oxford PV zamanla güneş pillerinin tamamen perovskitlerden üretilmesini bekliyor çünkü çok ucuz olacak.
Silikonun yerini alabilecek ikinci malzeme türü, organik fotovoltaikler olarak bilinir. Diğer birçok molekül de güneş enerjisini toplar ve elektriğe dönüştürebilir. Dresden merkezli ve muhtemelen dünyanın en gelişmiş yeni nesil fotovoltaik üreticisi olan Heliatek , oligomerler adı verilen nispeten basit organik moleküller kullanıyor. (Bu bağlamda, ‘organik’, karbon içeren anlamına gelir.) Heliatek’in fotovoltaik malzemeleri, kelimenin tam anlamıyla hafif bir plastik destek kağıdına basılabilir ve daha sonra bir rulo halinde saklanabilir. Şu anda, geleneksel silikon PV kadar verimli değiller, ancak yapımı ucuz ve kurulumu kolay olması bekleniyor. Heliatek’in organik fotovoltaik filmlerinin deneme alanları arasında okul çatıları ve fabrikaların yanları yer alıyor.
Perovskitler silikonun yerini tamamen alacak mı? Her bina organik filmlerden yapılmış hafif ve esnek PV ile kaplanacak mı? Geleceği tahmin edemeyiz. Ancak güneş fotovoltaiklerinin fiyat, performans, dayanıklılık ve esneklik açısından gelişeceğinden oldukça emin olabiliriz.
Güneş enerjisiyle çalışan bir dünya hayal etmek
Dünyanın en güneşli bölgelerindeki güneş enerjisinin maliyeti, büyük güneş çiftlikleri için kilovat saat başına 1 euro’nun biraz altına düşebilir. Bunu bağlamda ifade etmek gerekirse, Almanya’daki bir ev sahibi şu anda bir kilovat saat için 8-12,5 euro sente eşdeğer bir ödeme yapıyor. Tabii ki, hane halkının elektrik iletimi ve diğer birçok masrafı ödemesi gerekiyor, ancak üretim noktasında güneş elektriği maliyetleri ile satın alınacak normal enerji maliyetleri arasındaki eşitsizlik yıldan yıla daha da artıyor. Bu, hem büyük ölçekli güneş enerjisi üretimini hem de ev ve işyeri sahiplerinin elektrik faturalarından tasarruf edebilmeleri için çatılara panellerin kurulumunu teşvik etmeye devam edecek.
Güneş panellerinden gelen enerjinin gerçekten yararlı olması için, gerektiğinde kullanmak üzere depolayabilmemiz gerekir. Gece boyunca saklamak için veya belki de bulutlu bir güne karşı korumak için piller en iyisidir. Bunlar evde küçük ölçekte çalışabilir veya büyük miktarda depolama sağlamak için büyük yenilenebilir çiftliklerin yanına kurulabilir. Kasım 2018 itibariyle, dünyanın en büyük bataryası Avustralya’daki Hornsdale rüzgar çiftliğinde bulunuyor. En yüksek çıkışta sevk edilirken, batarya 33.000 eve güç sağlamak için yeterli enerji sağlayabilir. Ancak ana işlevi, elektriği depolamak değil, faydalı anlarda şarj ve deşarj ederek elektrik piyasasının istikrar kazanmasına yardımcı olmaktır.
Diğer büyük batarya sistemleri, gece kullanım için güneş enerjisini tutmak için daha uygundur. Örneğin, Hawai’i adaları, üretken bir şekilde kurulabilecek güneş enerjisi miktarını artırmaya yardımcı olmak için piller yerleştiriyor. Yakın zamanda duyurulan tipik bir proje, yeni bir 30 megawatt güneş sistemi ile birlikte 120 megawatt saatlik depolama alanı görüyor. Şu anda çoğu ülkede finansal olarak mümkün olmasa da, dünya çapında artan sayıda ev sahibi evlerine pil paketleri takıyor.
Tabii ki, evler çoğu elektriği günün başında ve sonunda kullanma eğilimindedir. İşletme kullanım profili çok farklıdır ve bir güneş panelinden gelen güç çıkışı ile çok daha uyumludur. Bu nedenle, fabrika ve depo sahipleri için binalarının çatısına olabildiğince fazla güneş enerjisi koymaları dünyanın büyük bölümlerinde giderek daha anlamlı hale geliyor.
Pillerde kısa süreli depolamanın yanı sıra, güneş enerjisi sahiplerinin enerjilerini en iyi şekilde kullanmalarına yardımcı olmak için günümüzün gelişmiş dijital teknolojilerini kullanacağız. Şu anda, bir elektrik üreticisi genellikle PV üretimini, elektrik ticareti yapan veya müşterilerine perakende satış yapan bir enerji şirketine satmaktadır. Bazı uzmanlar, dağıtılmış defter teknolojilerinin, güneş enerjisi sahiplerinin güçlerinden en iyi şekilde yararlanmalarına yardımcı olmada hayati bir rol oynayacağına inanıyor.
Örneğin blockchain, ‘bankalar, ticaret platformları veya enerji şirketleri / kamu hizmetleri gibi merkezi bir otoriteden bağımsız olarak eşler arası ağlar üzerinden akıllı sözleşmelerin güvenli bir şekilde yürütülmesine izin veren dağıtılmış, dijital bir işlem teknolojisidir’. Çok uzak olmayan bir gelecekte, fiziksel olarak bağlı olmasalar ve hatta coğrafi olarak yakın olmasalar bile, elektriğin doğrudan üreticiler ve tüketiciler arasında ticaretine izin vereceği öngörülüyor. Başka bir deyişle, insanların doğrudan üreticilerden enerji satın almasına izin verebilir ve teorik olarak her iki taraf da aracıları ortadan kaldırmaktan yararlanabilir.
Vizyonlardan biri, milyonlarca küçük üreticinin fazla güneş elektriğini uzaktaki alıcılara satabilecek olmasıdır. İşlem, muhtemelen 1 kilovat saat kadar küçük birimler halinde olabilir. İşlemin mutabakatı, aynı anda veya üretim / tüketim gerçekleştikten hemen sonra gerçekleşecektir. Doğrudan ticaret, gelirleri artırmak ve maliyetleri düşürmek için fırsatlar yaratacaktır. Örneğin, topluluğun sahip olduğu bir güneş enerjisi parkı, ilk yatırım karşılığında elektrik sunabilir. Ya da bir hastane yerel bir fabrikanın çatısından elektrik satın alabilir. Blockchain aynı zamanda kamu hizmeti şirketlerini ve şebeke operatörlerini daha verimli hale getirir çünkü arz ve talebi neredeyse gerçek zamanlı olarak dengeleyebilirler.
Ek olarak, alıcılar gücün ne zaman üretildiğini bilselerdi, kendi enerji tüketimlerini ayarlayabilirlerdi. Yerli bir pil sistemine sahip olduğunuzu ve yerel güneş enerjisi çiftliği ile bir anlaşma yaptığınızı hayal edin. Güç ürettiği zaman, ihtiyacınız olanı uygun bir fiyata satın alabilir ve saklayabilirsiniz. Bulut bulutlandığında, enerji ithalatını durdurur ve gereksinimlerinizi karşılamak için pili kullanırsınız. Dünyanın dört bir yanındaki kamu hizmetleri ve teknoloji şirketleri, kullanıcıların elektrik tüketimini doğrudan yerel güneş panellerinden üretime bağlayan büyük deneyler yürütüyor.
Alternatif olarak, şehir sınırının hemen dışındaki tarım arazisinde bulunan, şehrinizin güneş enerjisi çiftliğinde hisseye sahip olduğunuzu hayal edin. Blockchain benzeri teknolojiler, çiftliğin pilinizi gerektiği gibi doldurması için toplam çıktı yüzdesini tahsis etmesini sağlar. Bu mümkün olduğunda, şebekeye bağlantınız için yine de bir ücret ödemeniz gerekir, ancak yine de gücünüz bugün olduğundan çok daha ucuz olacaktır.
Enerji sistemlerinin temelini oluşturan birkaç blok zincir örneği geliştirme aşamasındadır. New York’ta, bir enerji şirketi ve bir teknoloji firması, komşuların işlemlerini belgeleyen bir blok zincir platformunda birbirlerinden güneş enerjisi alıp satmalarına olanak tanıyan bir sistem başlattı. Benzer şekilde, bir geliştirme şirketi, Solar One olarak bilinen kar amacı gütmeyen bir kuruluş, bir kooperatif finansman kurumu ve bir çevre savunuculuk grubunu içeren bir konsorsiyum, Brooklyn’de 80.000 metrekarelik bir güneş bahçesi yaratıyor. Fast Company’ye göre, ‘tamamlandıktan sonra, kooperatif olarak sahip olunan kentsel enerji arzının ilk örneklerinden biri olacak ve potansiyel olarak diğer şehir koalisyonlarının, karşılıklı olarak yararlı yollar ararken izleyeceği bir model olacak ve halka açık çatıları ortak güneş enerjisi kaynakları olarak yeniden kullanılacaktır. ‘
Dahası, elektrik şebekelerinin olmadığı yerlerde güneş, ailelerin ve küçük işletmelerin ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlamanın en iyi yollarından biri olarak giderek daha fazla görülmeye başlanacak. Düşüş eğilimi gösterse de, dünya çapında elektrik erişimi olmayan insan sayısı yaklaşık 860 milyondur. Elektrik dağıtım sistemini büyük ülkelerdeki her evi kapsayacak şekilde inşa etmek neredeyse imkansız derecede pahalı bir iştir. Bu yüzden çok sayıda şirket, güneş panelleri, piller ve yüksek enerji verimli cihazlar kurmak için evler veya hane grupları için kitler sunmaya başladı. Bu sistemler neredeyse her zaman güneş PV’sine dayanır. McKinsey’den bir rapor iyimser bir şekilde, gelişmekte olan dünyada 150 milyona kadar hanenin 2020 yılına kadar güneş enerjisi ev sistemlerinden yararlanabilecek bir konumda olabileceğini öne sürüyor.
Elektrik için ödeme genellikle Kenya’daki çığır açan M-Pesa mobil sistemi ve diğer yerlerdeki muadilleri dahil olmak üzere cep telefonuyla yapılan bir transferle yapılır. Yakın zamana kadar, yerel halk şebeke operatörünün elektrik şebekesine tam erişim sağlamasını istediği için yerel güneş enerjisi sistemlerine bazen direniyordu. Ancak güneş sistemlerinden sağlanan güç arttıkça ve televizyonlar ve buzdolapları gibi cihazların enerji gereksinimleri azaldıkça, giderek daha fazla insana belki birkaç evi ve bir topluluk odasını kaplayan küçük mikro şebekeler tarafından hizmet ediliyor.
Daha genel olarak, güneş enerjisi, dünyanın elektrik arzını kademeli olarak dağıtma sürecine yardımcı oluyor. Yirmi yıl önce, neredeyse tamamı kömür, gaz veya petrol kullanan az sayıda büyük elektrik santralinde neredeyse tüm elektrik üretimi gerçekleşiyordu. Tedarik ağları, uzaktaki tüketicilere ulaşmak için genellikle yüzlerce kilometre boyunca yayıldı. Günümüzde nesil, gücü kullananlara çok daha yakın gerçekleşebilmektedir. Ölçümler kesin değil, ancak elektrik üretim noktası ile nihai kullanımı arasındaki ortalama mesafe muhtemelen tarihte ilk kez düşüyor.
Diğer birçok faydalı sonuç arasında bu, ağ şirketlerinin güç bağlantılarını korumak veya yükseltmek için daha az harcama yapması gerektiği anlamına gelir. İyi güneş kaynaklarına sahip izole alanlarda, topluluklar ve çok uzak madenler gibi işletmeler, bölgeleri neredeyse kendi kendine yeterli hale getiren mikro şebekeler geliştirmeye başlıyor. Sonunda, iletim maliyetlerinden tasarruf etmek için daha küçük toplulukların merkezi şebekelerden tamamen uzaklaştığını görebiliriz. Solar bunu mümkün kılar. Maria Kasırgası, Eylül 2017’de Porto Riko’yu harap ettikten sonra, güneş enerjisiyle çalışan ve depolama için pil kullanan mikro şebekeler, hastanelerin ve diğer önemli tesislerin, elektrik şebekesi herhangi bir güç sağlayamıyorken faaliyetlerine devam etmesini sağladı.
Dağıtılmış defter teknolojilerinin potansiyel rolü çok büyük olabilir, ancak bazı uyarılar var. Birincisi, hem elektrik tedarikçileri hem de tüketicileri bugün dağıtım şirketine ücret ödemelidir- ve düzenleyicilerin, eşler arası tüccarların bu ücretlerden kaçınmasına izin vermesi pek olası değildir. Benzer şekilde, çoğu hükümetin katma değer vergisi gereksinimlerini ortadan kaldıran eşler arası ticarete izin vermesi olası değildir. Üçüncüsü, Avrupa’daki birçok hükümet, tüketim seviyelerine bağlı ücretler uygulamaktadır (örneğin, bazı ülkelerde yenilenebilir enerji sübvansiyonlarının maliyeti, insanların enerji faturalarının önemli bir bölümünü oluşturmaktadır).
Son olarak, bazı endüstri uzmanları, talep yönetimi ve depolama teşvikleri sunan ve sofistike kullanım süresi fiyatlandırma planları sunan, tüketiciler ve jeneratörler için gelişmiş elektrik ölçüm sistemlerinin oynayacağı önemli bir rol olduğuna inanmaktadır. Örneğin, Birleşik Krallık Enerji Kurumu, merkezi toptan satış fiyatları belirli bir seviyenin altına düştüğünde enerji tüketmek için teşvikler (negatif veya ‘düşüş’ gibi) sunan bir tarifeyi uygulamaya koydu.
Güneş Enerjisi dünyanın en büyük enerji tedarikçisi olma yolunda!
2050 yılına kadar güneş ve rüzgarın dünya elektriğinin yarısını üreteceği tahmin ediliyor. Dünyayı 1,5 dereceden fazla olmayan bir sıcaklık artışına tutmadaki başarı, kısmen güneş ışığının bu iyimser projeksiyonları karşılamasına ve birkaç on yıl içinde en az iki kat artmasına bağlı olacaktır.
Mümkün mü? Pillerin büyümesine yardımcı olacak çünkü bunlar, PV’nin 24 saatlik güvenilir bir güç kaynağı olarak işlev görmesine olanak tanıyor (belki de yedek dizel jeneratörleri tarafından destekleniyor). Ancak piller yeterli değil. Örneğin, uzun mesafeli hava taşımacılığında ihtiyaç duyulan yüksek güç yoğunluğunu sağlamazlar (bir PV uçak, Solar Impulse, dünya çapında uçmuştur, ancak muazzam bir dizi güneş paneli kullanarak bir kişiyi taşır.). Daha da önemlisi, güneş ışığında belirgin değişikliklerin olduğu ülkelerde bir mevsimden diğerine enerji depolamak için yeterli gücü sunamazlar.
Pillere ihtiyacımız olmasına rağmen, aylarca enerji depolayacak kapasiteye de sahip olmamız gerekiyor. Bunu nasıl yapabiliriz? Henüz finansal olarak mümkün olmasa da yanıt şaşırtıcı derecede kolaydır: Güneş elektriğini elektroliz olarak bilinen bir süreçte suyu iki bileşen elementine (hidrojen ve oksijen) ayırmak için kullanabiliriz. Hidrojen atomları, doğrudan ısıtma veya enerji sisteminin diğer kısımları için yakıt olarak kullanabileceğimiz büyük miktarda enerji taşırlar. Örneğin, 2020 yılına kadar karbonsuz bir enerji tedariğine sahip olma çabalarının bir parçası olarak, Hollanda’nın Ameland adası, doğal gaz sistemine sürdürülebilir şekilde üretilen hidrojeni başarıyla ekledi.
Bununla birlikte, hidrojenin depolanması pahalıdır, çünkü kısmen her enerji birimi için büyük miktarda alan kullanır. Bu yüzden hidrojeni çok daha uygun formlarda tutmamız gerekiyor. İdeal olarak, onu başka türlü atmosfere eklenecek olan karbondioksit ile kimyasal olarak birleştiririz. (Konvansiyonel yakıtlar genellikle ya metan gibi basit hidrojen ve karbon kombinasyonlarıdır ya da metanol gibi bir miktar oksijen bağına sahiptir.)
Bu, mevcut yakıt kaynaklarının ikamesi olarak kullanılabilecek sentetik yakıtlar yaratmamıza izin verecektir. Zamanla, bu “karbon nötr” yakıtlar, dünyanın şu anda kullandığı tüm fosil yakıtların yerini alabilir ve bu da, küresel ısınma krizine katkıda bulunmadan küresel ekonominin- yolcu jetleri gibi- enerji yoğun bölümlerini çalıştırmamıza olanak tanır.
Elbette, bu çözümü (ve diğerlerini) mali açıdan cazip hale getirmek için, güneş enerjisiyle üretilen elektriğin fiyatının mümkün olan en düşük seviyeye indirilmesi gerekiyor. Enerji birimi başına maliyet açısından, güneş zaten varil başına 75 dolar olan petrolden daha ucuzdur, ancak doğal gaz, güneş enerjisinin maliyetindeki devam eden düşüşlere güvenmek için sentetik yakıtlar için yeterince ucuzdur.
Bununla birlikte, iklim değişikliğini durdurmak ve yıkıcı sonuçlarını yönetmenin veya hafifletmenin artan maliyetini azaltmak istiyorsak, güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına yatırım yapmaktan başka birkaç alternatif var. Karbon nötrlüğünü elde etmek için seyahat etmek için çok uzun bir yolumuz olmasına rağmen, güneş enerjisinin avantajları o kadar büyük ki küresel enerji tedarik sistemindeki gelecekteki merkezi rolü garanti altına alınmış durumda. Karşılaştığımız tek soru, büyümesini nasıl hızlandıracağımız.
KMT Solar Ar&Ge Laboratuvarı şimdi güneş enerjisini daha verimli yollarla finanse etmek, üretmek, dağıtmak ve tüketmek için sınır teknolojilerinden ve dijital hizmetlerden yararlanmanın yollarını keşfetmeyi umuyor. Nihayetinde, küresel nüfusun yetersiz hizmet alan kesimleri için daha ekonomik kapsayıcılık yaratmak için geleneksel iş modellerini ve sistemlerini yükseltmek istiyoruz.
Yazar hakkında:
Chris Goodall, yeni enerji teknolojileri konusunda İngiliz bir işadamı, yazar ve uzmandır. St Dunstan’s College, Cambridge Üniversitesi ve Harvard İşletme Okulu’ndan mezun olan kendisi, güneş, depolama ve yeni enerji teknolojilerini ortaya koyan bir kitap olan The Switch’in yazarıdır. Guardian Environment Network’ün bir parçası olan web sitesi Carbon Commentary, dünya çapındaki temiz enerji gelişmeleri hakkında haftalık bilgiler sağlıyor.
