Güneş Bacası Nedir? Güneş Bacası ile Elektrik Üretimi

Güneş enerjisi ile elektrik üretimi denildiğinde her ne kadar doğrudan bir elektrik üretim yöntemi olan fotovoltaik sistemler aklımıza gelse de, odaklayıcı güç sistemleri ile de termal enerjiyle de elektrik üretimi yapılabilmektedir. Bu sistemlerin dışında güneşin ısı enerjisi ile elektrik üreten bir diğer sistem de güneş bacası sistemleridir. Bu yazımızda sizlere güneş bacası kavramını ve çalışma prensibini derledik.

Güneş Bacası Nedir?

Güneş bacası sistemi, solar enerji ile elektrik üretimi amacıyla oluşturulan ısıl bir sistemdir. Bir kollektörün içerisinde yer alan havanın güneş enerjisi ile ısıtılması sonucu, hava yükselerek hızlı bir şekilde bacanın tabanınd bulunan bir türbin-jeneratör sistemi ile elektrik üreten bir sistemdir.

Güneş Bacası Çalışma Prensibi

Güneş bacaları temel olarak ısınan havanın yükselmesi prensibiyle elektrik üretimi sağlamaktadır. Kollektörün içerisinde bulunan hava güneş ışınlarıyla ısınır. Isınan hava ile dış ortam arasında oluşan sıcaklık ve yoğunluk farkı sebebiyle, kollektör içerisindeki hava yatay olarak merkeze yani bacanın tabanına doğru doğal bir akışla hareket eder. Baca ise yapısı itibariyle bu hareketi hızlandırarak tabanında yer alan türbinlerle elektrik üretimi sağlanır. Ne kadar çok güneş ışınımı varsa hava o kadar çok ısınır ve hızlı hareket eder bu da elektrik üretimini arttırır.

Ayrıca kollektör tabanında yer alan ve içerisinden su geçen borular ile de ısıl depolama yapılabilmektedir. Bu sayede geceleri ortam soğuduğu zaman bu borulardan ortama ısı geçerek hava tekrar ısınır. Böylelikle geceleri de nispeten az da olsa elektrik üretimi sağlanmış olur.

Güneş Bacası Yapısı

Güneş bacası, içerisinde hava bulunan bir sera görevi gören dairesel bir kollektörün merkezine konumlandırılmıştır. Güneş bacasının alt tarafında ise türbin-jeneratör sistemi yer almaktadır. Güneş bacası genel olarak baca, dairesel bir kollektör ve türbin-jeneratör sisteminden meydana gelmektedir.

Güneş Bacası Kollektörü

Cam veya film ile kaplı sıcak havanın üretildiği kısım olan güneş bacası kollektörü yapısı bakımından bir sera etkisi oluşturur. Yüksekliği 2 metre ile 6 metre arası değişmektedir ve kollektörün yüksekliği bacanın taban kısmına doğru, havanın sürtünme kuvvetinin azaltılması için artmaktadır.

Kollektör tabanına yerleştirilen siyah çakıl taşları daha çok güneş ısısı emilimi sağlar. Aynı zamanda da tabana yerleştirilen ve içerisinden su kanalları geçen bir sistem ile güneş enerjisi ucuz ve pratik bir şekilde depolanır. Böylece geceleri de kollektör ısısı düşeceğinden, bu sıcak suya sahip kanallardan ortama bir ısı akışı olacak ve ortamdaki ısınan hava ile tekrar bir elektrik üretimi sağlanabilecektir.

Kollektörün kurulması için herhangi bir alan kısıtlaması yoktur. Hatta kollektör alanı ne kadar büyük olursa, ısıtılacak hava miktarı da o kadar fazla olacağından elektrik üretim miktarı da buna göre daha fazla olur.

Güneş Bacasının Türbin-Jeneratör Sistemi

Güneş bacasının taban kısmında kollektör ile bağlantı noktasına yerleştirilen türbinler, kollektörden gelen sıcak havanın enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür ve türbine bağlı jeneratör sistemi ile de elektrik üretimi sağlanır.

Türbin ne kadar hızlı dönerse jeneratör ile o kadar fazla elektrik üretimi sağlanır. Kollektörden bacaya giden havanın ısısının ve miktarının arttırılmasıyla üretilen elektrik de artar.

Baca

Baca, kollektör içindeki havanın ısındığı ve dış ortama atıldığı kısımdır. Güneş bacası sisteminde elektrik üretimi bacanın tabanında bulunan türbin-jeneratör sistemiyle gerçekleştiğinden dolayı sistemin daha fazla elektrik üretmesi bacanın içinden geçen havanın hızıyla doğru orantılıdır. Termodinamiğin 2. yasasından biliyoruz ki ısı sıcak ortamdan soğuk ortama kendiliğinden doğal olarak geçer. Baca içerisinden geçen havanın hızının artması da, bacanın dış ortama açılan uç kısmının sıcaklığıyla tabanı arasındaki sıcaklık farkı fazla olmasına bağlıdır. Bunu sağlamak için de genellikle bacaların yükseklikleri arttırılır. Baca uzunluğu arttıkça içerisinden geçen havanın hızı da artar.

Güneş Bacasının Avantajları

• Gündüzleri güneş ışınları doğrudan kollektöre düşmese dahi yansımalarından hava ısıtılabilir. Bu da bulutlu havalarda dahi elektrik üretiminin yapılabileceği anlamına gelmektedir.
• Kollektör zeminine içinden su geçen borular döşenerek ucuz ve verimli bir enerji depolaması yapılabilmektedir. Bu şekilde de sistemin 24 saat elektrik üretme potansiyeli vardır.
• Güneş bacası sistemi herhangi bir yakıta veya soğutma suyuna ihtiyaç duymamaktadır. Bu sebeple de çöl gibi ıssız bölgelere rahatlıkla kurulabilir.
• Tesisin kurulumu için yüksek teknolojik ürünlere gerek yoktur. Her yerde bulunabilecek malzemelerle bu sistem kurulabilir.
• İlk kurulum maliyeti yüksek olsa da, daha sonraları işletme ve bakım maliyetleri oldukça düşüktür.
• Kesinlikle çevreye herhangi bir zararı yoktur.

Güneş Bacasının Dezavantajları

• Verimli elektrik üretimi için çok büyük bir alana ihtiyaç duyulduğundan, ilk yatırım maliyeti yüksektir.
• Elektrik üretim kapasitesini arttırmak için çok uzun bir baca gerektiğinden bu da yan taraflardan gelen rüzgar kuvvetine karşı sağlam bir konstrüksiyon gerektirmektedir.
• Baca yüksekliği arttıkça hava taşıtları için risk oluşturmaktadır.
• Mevsimlere ve gece-gündüz durumuna göre elektrik üretiminde değişiklikler olacaktır.

Dünya’da Güneş Bacası

Güneş bacaları ile yapılmış çalışmalar için en güzel örnek inşaası 1989 yılında tamamlanan, Manzaranes prototipidir. 46.000 metrekare alana kurulan bu tesis 195 m baca yüksekliğine ve 10 m’de baca çapına sahiptir. Deneysel amaçla oluşturulmuş bu prototip, güneş bacalarının başarılı bir şekilde çalıştığını ortaya koyan ilk çalışmadır. Bu sistem günde maksimum 9 saat çalışmakta ve en fazla 50 kW enerji üretmektedir.

Mildura, Avusturalya’da inşa edilmiş bir diğer tesistir. Baca tabanında her biri 4MW kapasitede 50 tane türbin bulunmaktadır ve toplam 200 MW enerji üretilmektedir. Bu kapasiteyi de 130 m çapında, 1000 m yüksekliğindeki bacasına ve 5000 m çapındaki kollektörüne borçludur. Sistemin maliyeti 395 milyon dolardır bu da kömürlü termik santrallerinden %14, rüzgar santralinden de %70 daha fazladır.

Güneş bacası sistemi göz ardı edilmemesi gereken önemli bir güneş enerjisi sistemidir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimini her yöntemiyle kullanmak Dünya’nın fosil yakıtlara bağlılığını ciddi oranda azaltacaktır.

Kaynak: EMO

Güneş bacası sistemi ile ilgili sorularınızı bu yazının altında bulunan yorum kısmından bizlere iletebilirsiniz.