"> Fotovoltaik Panellerin üretimlerinde harcanan enerjiyi geri ödemeleri için ne kadar süre enerji üretmeleri gerekir? - Benga.pro Mühendislik ve Bilişim Ltd. Şti

Evet. Başlık biraz uzun oldu ama yazımızın içeriğini tam anlamıyla da özetlemiş oldu.

Yaygın olarak kullanılan fotovoltaik Paneller (FV) kristal yapılı olanlardır. Monokristal hücrenin de polikristal hücrenin de hammadeleri SiO2’tir. (Silisyum dioksit). Yani bildiğimiz kumdur. Bu hammadde aslında dünyada oksijenden sonra rastlanan en yaygın elementtir. Fakat nasıl oluyor da güneş panelleri bu kadar pahalı oluyor? Maliyetleri arttıran unsur, SiO2’in saflaştırılması işlemidir. Silisyum, ancak %99,9999 oranına kadar saflaştırıldıktan sonra fotovoltaik hücre imalatında kullanılabilmektedir. Bu saflaştırma işlemi de oldukça yüksek maliyetli ve çok fazla enerji tüketilen bir işlemdir. Bu işlem sırasında elektrik fırınlarında çok yüksek ısıl derecelere çıkılmaktadır ve bunun için fosil yakıtlı kaynaklar tüketilmektedir. Güneş enerjisi her ne kadar temiz kaynak olsa da ardında maalesef böyle bir gerçek yatmaktadır.

Yazımızda, üretim sırasında harcanan fosil yakıtlı enerjinin, güneş enerjisinin “temiz”liğine gölge düşürüp düşürmediğini tespit etmeye çalışacağız. Fakat bunun tespiti maalesef bir çok verinin araştırılıp bulunmasına dayanmaktadır. Ülkemizde fotovoltaik hücre imalatı yapılmadığından harcanan enerji ile ilgili bir kayıt bulunmamaktadır. Yurt dışında ise yine çok sığ ve sınırlı sayıda kaynak vardır. Bu anlamda yapılmış en iyi çalışma, ABD’de “National Renewable Energy Laboratory” isimli kuruluşun yaptığı çalışmadır. Bir çok site de bu çalışmayı refere etmektedir. Aşağıda, orijinal metni ingilizce olan çalışmanın tercümesi verilmiştir. Her ne kadar yazı eski tarihli de olsa (2004 yılı) FV panellerin üretiminde harcanan enerjinin geri ödeme süresinin tespitinde önemli sonuçlar vermektedir.

Kaynak: https://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf

————————————————————————————————————————————-

FV Panellerin enerji geri ödeme süreleri nedir?

Fotovoltaik panellerle (FV) elektrik üremek, herhangi bir kirliliğe sebep olmamakta, sera gazları üretmemekte ve sınırlı fosil yakıt kaynaklarını kullanmamaktadır. FV panellerin çevresel anlamda avantajları çok fazladır. Fakat “Almadan vermek olmaz” deyimi gibi FV panellerde enerji üretmek için ilk önce enerji tüketirler. “Enerji geri ödeme süresi” terimi bu anlamda kullanılmıştır.İlk olarak, FV sistem, yapımı sırasında harcanan enerjiyi (ayrıca bunun sebep olduğu kirlilik ve CO2 de unutmamak gerekir) karşılamak ne kadar süre ile çalışması gerekir?

Çatı tipi FV sistemler için enerji geri ödeme süreleri 4, 3, 2, ve 1 yıldır: mevcut teknolojideki polikristal-silikon modül kullanan sistemler için 4 yıl, mevcut teknolojideki ince film modül kullanan sistemler için 3 yıl, gelecek teknolojideki polikristal modüller için 2 yıl ve gelecek teknolojideki ince film modüller için 1 yıldır.  (Bkz. Şekil-1) 1 ila 4 yıl arasında enerji geri ödemesini yapmış bir FV sistemin beklenen ortalama ömrünün 30 yıl olduğu düşünülürse, bir FV sistem ömrünün %87 ila %97si arasında bir süre boyunca ne kirlilik üretmiş olacaktır ne sera gazı yaymış olacaktır ne de kaynakları tüketmiş olacaktır.

fig1

Modellere ve gerçek bilgilere dayanarak, üretimi esnasında harcanan enerjiyi FV panellerin ömrü boyunca geri ödeyemediği sadece bir efsanedir. Aslında, araştırmacı Dones ve Frischknecht, FV sistemlerin üretimi ve fosil yakıtlı enerji üretiminin (Madencilik, taşıma, rafineri ve yapım dahil olmak üzere)  aşağı yukarı aynı enerji geri ödeme sürelerine sahip olduğunu bulmuştur.  

Kristal Silikon FV Sistemlerin Enerji Geri Ödeme Süreleri Nedir?

Günümüzde satılan güneş hücre ve modüllerinin çoğu kristal silikondur. Hen mono hem de polikristal silikonlar için, saflaştırılmış geniş silikon levhalar kullanılır. Silikonun saflaştırılması ve kristalize edilmesi güneş hücresi üretim işleminin en çok enerji harcanan safhasıdır. Silikon hücre ve modül üretiminin enerji harcayan diğer aşamaları ise şunlardır: Silikonun levhalar halinde kesilmesi, levhaların hücre haline dönüştürülmesi, modüllere hücrelerin yerleştirilmesi (laminasyon dahil) ve üretim tesisinin genel enerji sarfiyatıdır.

Günümüzün FV endüstrisi genelde mikroelektronik sektörünün çeşitli tiplerde “kalitesiz” silikonlarını geri kazanım yoluyla kristalize etmektedir. Bunun için silikonun saflaştırma ve kristalizasyonu için harcanan enerjinin tespiti geniş bir aralıkta değişmektedir. Bu unsurlardan dolayı, enerji geri ödeme süresinin hesabı kolay olmamaktadır. FV endüstisi kendi silikonunu yana kadar, ki yakın gelecekte yapacaktır, geri ödeme süresinin tespiti için bazı kabuller yapılması mecburidir.

Geri ödeme süresini hesaplamak için, Hollandalı araştırmacı Alsema geçmiş enerji analizlerini gözden geçirdi ve orijinal olarak mikroelektronik hurdaların kristalize edilmesi için harcanan enerjiyi göz önüne almadı. Yakın gelecekte, çerçevesiz FV panellerin üretiminde harcanan elektrik için yaptığı en iyi tahmin, monokristal silikon modüller için 600kWh/m2 ve polikristal silikon modüller için 420kWh/m2 dir. %12lik panel verimi (standart şartlarda) ve 1700kWh/m2/yıl güneş ışınımı altında, Alsema, mevcut teknolojideki polikristal PV sistemin yaklaşık 4 yıl civarında bir geri ödeme süresinin olduğunu bulmuştur. Önümüzdeki 10 yıllık projeksiyonda, güneş enerjisi için kullanılan silikonun gelişmesi ve verimin %14 olması durumunda geri ödeme süresi 2 yıla kadar düşecektir.

(Hesapta dikkate alınan ortalama 1700kWh/m2/yıl değeri, bizim ülkemiz için 1311kWh/m2/yıl dır. )

Diğer yapılan hesaplamalar da Alsema’nın rakamlarını doğrular niteliktedir. Güneş enerjisine uygun hammaddele dayanark yapılan bir hesapta, Japon araştırmacı Kato polikristal modüllerde geri ödeme süresini 2 yıl olarak bulmuştur. (ABD verilerini kullanarak) Palz ve Zibetta da polikristal modüller için geri ödeme süresini 2 yıl olarak hesaplamıştır. Alsema’nın hesaplamadığı monokristal sistemlerin geri ödeme süresi için Kato 3 yıl diye bir süre bulmuştur.Knapp ve Jester gerçek bir üretim tesisini baz alarak monokristallerin enerji geri ödeme sürelerini 3.3 yıl olarak tespit etmiştir. Bu rakam, silikonun saflaştırılması ve kristalize edilmesinin yanında alüminyum çerçeveyi de içermektedir.

İnce Film FV Sistemlerin Enerji Geri Ödeme Süreleri Nedir?

İnce film FV modüller az miktarda yarı iletken malzeme kullanmaktadır. En büyük enerji sarfiyatı ince filmlerin üstüne konduğu alt tabakanın imalatındadır. Ayrıca film montajı ve tesisin genel enerji sarfiyatı da vardır. FV teknolojilerinin benzer enerji talepleri olsun diye, amorf silikon teknolojisini esas alacağız.

Alsema, yakın gelecekte çerçevesiz, amorf silikon FV modüllerin üretiminde için 120kWh/m2 enerji tüketileceğini tahmin etmiştir. Ayrıca çatı tipi ve şebekeye bağlı sistemlerin çerçeve ve taşıyıcı konstrüksiyonu için 120kWh/m2 daha ilave koymuştur. %6 verim (standart koşullarda) ve 1700kWh/m2/yıl ışınım değeri altında, ince film FV sistemlerin geri ödeme süresini 3 yıl olarak bulmuştur. Kato ve Palz bu süreyi 1 ila 2 yıl arasında olacak şekilde hesaplamışlardır.

Çerçeveyi ihmal ederek ve taşıyıcı konstrüksiyondaki alüminyum kullanımını azaltarak, ayrıca verimi de %9 kabul ederek, ince film FV panellerin geri ödeme sürelerinin 2009’da 1 yıla düşeceğini öngörmüştür.

CuInSe2 ve CdTe modüller satılmakta ve verimleri %9 ila %12 arasında değişmektedir. Bunların geri ödeme süreleri çerçeve ve taşıyıcı konstrüksiyonlarına bağlı olarak 1 yıldan aşağı olabilmektedir.

Bir yatırımın 1 ila 4 yılı geri ödeme için geçmektedir ama çatı tipi FV sistemler 30 yıl veya daha fazla bir sürede temiz enerji üretiminde bulunmaktadır. Enerji üretiminde daha avantajlı sayılan yer tipi sistemlerin geri ödeme süreleri için 1 yıl daha ilave etmek gerekir.

FV Sistemler ne kadar CO2 ve kirliliğe mani oluyor?

ABD’de ev aletleri için ayda 830kWh elektrik harcanmaktadır. Ortalama olarak güneşten 1000kWh elektrik üretmek, 4kg kükürtdioksit, 2.5kg azotdioksit ve 700kg’dan fazla CO2 emisyonunu azaltacaktır.2 yıl geri ödeme süresi olan çatı tipi bir tesisin 28 yıllık temiz enerji üreteceği düşünülürse, ve ev aletlerinin yarısını besleyeceği varsayılırsa, konvansiyonel bir elektrik santralinin 500kg kükürt dioksit, 330kg azot dioksit ve 100 ton CO2 daha az emisyon yapacağı görülür.(Bkz. Şekil-2)

fig2

FV sistemlerin çok önemli çevresel avantajları olan akıllı enerji yatırımları olduğu çok açıktır.

————————————————————————————————————————————-

Yazımızın başında da belirttiğimiz gibi yukarıda tercümesi verilen metin maalesef biraz eski tarihli (2004) ama aşağıda Alman Fraunhofer firmasının yaptığı güncel çalışma var ve resimli grafikte geri ödeme sürelerinin günümüzde daha da kısaldığı görülmektedir.res2

Kaynak: https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf


Bu rakamların ardından sonuç olarak gönül rahatlığıyla şunu söyleyebiliriz ki güneş enerjisinden elde edilen elektrik, temizdir!!

 

 

 

 

1 Yorum

  • Posted 13 Aralık 2017 14:56 Yazan catidakigunes 0Likes

    Güneş panellerinin kısa amorti etme süreleri yanında kuruldukları çorak arazilerde yeniden bitki oluşumunu sağladıkları gözlemlenmekte. Bunun yanında son yılların modası yüzen güneş enerjisi santralleri. Bu sayede buharlaşan suyun gökyüzüne uçup kaybolması da engellenmekte. Son cümlede dediğiniz gibi güneşten üretilen elektrik temiz ve doğaya olumlu katkısı yadsınamaz.

Yorum Yazın

En az 4 karakterden oluşmalı