Paylaşım TarihiEylül 27, 2022
Küresel ısınma ve iklim değişikliğinin yol açtığı yıkıcı ekolojik ve çevresel etkilerin bir sonucu olarak ulusal ve uluslararası düzeyde önlemler alınmaya çalışılmaktadır. Yerkürede Sanayi Devrimi öncesi dönemden bugüne kadarki sıcaklık artışını 2°C’nin altında tutmayı ve mümkünse 1,5°C ile sınırlandırmayı amaçlayan Paris Anlaşması kapsamında, yenilenebilir enerjiye geçişin sağlanması ve iklim dostu teknolojilerin geliştirilmesi gerekmektedir.1 Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş, sonsuz enerjisiyle her geçen gün önem kazanmakta ve bu alanda yeni teknolojiler geliştirilmektedir. Prensipte ne kadar çok elektrik elde edilmek istenirse, güneş panellerini kurmak için o kadar büyük alana ihtiyaç duyulmaktadır. Peki halihazırda kısıtlı alana sahip bina çatılarındaki estetik görüntüye sahip olmayan koyu renkli geleneksel güneş panellerinin yerine, cama monte edilebilen yenilikçi ve tamamen şeffaf güneş panelleri geçebilir mi? Herkes kendi ofisindeki, evindeki, arabasının açılır tavanındaki pencerelerden ve hatta akıllı telefonlarındaki ekranlardan kendi elektriğini üreterek çevreye verdiği zararı azaltabilir mi?
Uluslararası Enerji Ajansı’nın (IEA) “World Energy Investment 2022 Raporu” enerjide yükselen fiyatlar, artan maliyetler, ekonomik belirsizlik, enerji güvenliği endişeleri ve iklim değişikliği kaynaklı zorunlulukların küresel çapta değişikliklere yol açtığını ifade etmektedir. Aynı rapor, son dönemde yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik yatırımların toplam enerji sektörü yatırımlarının %80’inden fazlasını ve güneş enerjisi yatırımlarının ise yenilenebilir enerji sektörü yatırımlarının neredeyse yarısını oluşturduğunu belirtmektedir. IEA, net sıfır karbon emisyonu hedefleri kapsamında gezegenin elektrik üretiminin %90’ının yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilmesi gerektiğini ve bu yolda güneşin dünyanın en büyük enerji kaynağı olduğunu vurgulamaktadır. 2Tüm bunlar güneş enerjisi alanındaki inovasyon ve yatırımların önemini göstermektedir.
Birleşmiş Milletler’e bağlı Binalar ve İnşaat İçin Küresel İttifak tarafından yayımlanan “2021 Yılı Küresel Durum Raporu” 2020 yılında binaların inşası ve işletilmesi ve inşaat malzemelerinin üretimi faaliyetlerinden kaynaklanan küresel karbondioksit emisyonlarının, toplam enerji kaynaklı karbondioksit emisyonlarının %37’sini oluşturduğunu belirtmektedir.3 Bu durum sıfır enerjili binaların gelişimini önemli ölçüde etkilemekte ve yeni teknolojilerin desteklenmesini teşvik etmektedir. Akıllı cam teknolojilerinin ve çatı güneş panelleri yerine şeffaf güneş panelleri teknolojisinin geliştirilmesi de bu alanda verilebilecek etkileyici örneklerden ikisidir. Cam endüstrisindeki gelişmelere paralel biçimde mimarların camı bina cephelerinde yaygın olarak kullanabilmesi sonucunda yapay aydınlatma talebi ve tüketilen enerji miktarı azalmaktadır, bu da akıllı cam teknolojilerine olan ilgiyi güçlendirmektedir. Sadece Amerika Birleşik Devletleri’nde 5-7 milyar metrekare cam yüzey olduğu tahmin edilmektedir.4 Bu durum şeffaf güneş panellerinin gelişme ve yaygınlaşma imkanını artırmaktadır.
Peki nedir bu tamamen şeffaf güneş panelleri?
Şeffaf, sözlük anlamıyla saydamlığa gönderme yapar; yani şeffaflık, gelen ışığın geçirilmesi veya bir engelin arkasının apaçık bir şekilde görülmesi durumudur. Şeffaf güneş panelleri de adından anlaşılacağı üzere saydam bir yapıdadır. Bu bilgi ile şeffaf güneş panelleri mantıksız görünebilir; çünkü klasik güneş panellerinin çalışma prensibine göre güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler), güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren opak maddelerdir. Bu prensip, güneş ışığının (fotonlar) soğrulması, yarı iletken yüzeyden elektron koparılması, elektrik devresine aktarılması ve elektrik üretimi adımlarını içermektedir. Şeffaf bir güneş paneli güneş ışığının geçmesine izin verecek, yani ışık soğrulmayacak ve elektrik üretilemeyecektir. Ancak, Michigan Eyalet Üniversitesi’ndeki araştırmacılar 2014 yılında ilk görünür bölge şeffaf lüminesans güneş yoğunlaştırıcısını (TLSC) geliştirmiştir. 2020 yılında ise fotovoltaik camda tam saydamlık elde edilmiştir. Bundan önce üretilen paneller ise kısmen saydam bir yapıya sahiptir. Organik tuzlardan oluşan bu şeffaf güneş panellerinde fotovoltaik camlar mevcuttur ve onların yardımıyla güneş ışığı elektriğe dönüştürülmektedir; görünür ışığın bir kısmının geçmesine izin verilirken güneş spektrumunun çıplak gözle görülmeyen kısmı seçici olarak kullanılmaktadır. Görünmeyen ultraviyole ve kızılötesi ışıktaki dalga boylarının soğrulması ve yeni bir dalga boyuna dönüştürülmesi için güneş yoğunlaştırıcılardan yararlanılmakta, yeni dalga boylarına sahip ışınlar çok ince şeritler halinde camın kenarına yerleştirilen güneş hücrelerine yönlendirilmekte ve elektrik üretimi gerçekleştirilmektedir.5 Bu sayede, şeffaf güneş panelleri pencerelere cam gibi takılarak kullanılabilmektedir. TLSC teknolojisi ile elde edilen şeffaflık yaklaşık %86 ve verimlilik maksimum %10 oranındadır.6 TLSC neredeyse %90 görünür ışık geçirgenliği sergilediği için benzerlerinden ayrılmaktadır.
Şekil 1. Güneş hücrelerinin aktif oldukları dalga boyları7
Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Profesör Richard Lunt’un Röportajı
Bunun dışında, üretim süreçleri tamamen farklı olan kısmi şeffaf güneş panelleri de bulunmaktadır. Kısmi şeffaf güneş panelleri güneş ışınlarının yaklaşık %60’ını soğurmaktadır. Bu teknolojilerden en yaygın olanı, ince film fotovoltaiklerdir (TPV). Bu teknolojide ultra ince yarı iletken malzeme katmanları bir cam levha üzerine yapıştırılarak güneş paneli oluşturulmaktadır. Ultra ince katmanlar camın oldukça şeffaf kalmasını sağlamaktadır. Bu paneller yaklaşık olarak %7-10 arası verimliliğe sahiptir.8
Şeffaf güneş panellerinin uygulama alanlarına bakılacak olursa, entegre fotovoltaik bina (BIPV) şeffaf güneş pilleri için en yakın uygulamadır. %90’ı cam kaplı binalarda şeffaf güneş panelleri kullanılırsa, binanın enerji tüketiminin %40’ından fazlası karşılanabilir. Bunun yanında otomobiller, uçaklar, trenler, tekneler, tabletler, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, diğer elektronik taşınabilir cihazlar, otobüs durakları ve seralar da kapsama dahil edilebilir. Ek olarak, güneş paneli panjurları ile 1 metre kare pencere alanında 10,75 watt güç üretilebilir ve bu sayede elektrik üretilirken güneş ışığı da engellenmiş olur.4
Şeffaf güneş panellerinin olumlu ve olumsuz yanları nelerdir?
- Geleneksel güneş panelleri çatılarda sınırlı alana sahipken, şeffaf güneş panelleri (özellikle büyük yapılarda) daha büyük alana sahiptir.
- Şeffaf güneş panelleri geleneksel panellerden daha estetik görünmektedir ve hemen her binadaki geniş pencere alanlarına entegre edilebilmektedir.
- Yazın pencerelerde şeffaf güneş panellerinin kullanımı ile UV ışınlarının geçişi engellenerek bina serin tutulabilmekte ve klima kaynaklı enerji tüketimi azaltılabilmektedir.
- Geleneksel yapı malzemeleriyle hemen hemen aynı maliyete sahip olan şeffaf güneş panelleri ekonomik olarak avantajlıdır.
- Şeffaf güneş panelleri düşük aydınlatmada bile çalışabilmekte ve gölgeden daha az etkilenmektedir.
- Şeffaf güneş panelleri üstün ısı toleransına sahip olduğundan optimum performans elde etmek için havalandırma gerektirmemektedir. Ayrıca, daha büyük bir sıcaklık aralığında daha yüksek verimlilikte çalışmaktadır.9
- Geleneksel güneş panellerinin türleri monokristal, polikristal ve ince film güneş panelleridir. Bu panellerin verimliliği %5-22 arasında değişmekte ve yerleşim, yön ve hava koşulları gibi faktörlerden de etkilenmektedir.10 Yani, verimlilikleri kıyaslandığında şeffaf güneş panellerinin (maksimum %10 olan) verimliliği geleneksel güneş panellerine göre düşüktür. Ancak, şeffaf güneş panelleri daha büyük bir alana sahiptir. Buna sayısal olarak bakıldığında, %20 verimle çalışan 20 metrekare monokristal güneş paneline sahip bir binanın GES sistemi, %10 verimliliğe sahip 40 metrekarelik dış duvardaki şeffaf güneş panelleri ile değiştirilirse hem elektrik üretimi aynı olur hem de binanın görünümü değişir.8
- En büyük dezavantaj organik şeffaf güneş panellerinin inorganik güneş panellerinden daha hızlı bozunmasıdır.11
Nüfusun gittikçe artması ve teknolojinin gelişmesiyle enerji talebi her alanda artmaktadır. Sonuçta, “yenilenemeyen” geleneksel enerji kaynakları; tarım, ulaştırma, konut ve sanayi sektörlerinde yaygın olarak kullanılmakta, çevre ve insan sağlığını olumsuz etkilemektedir. Çevresel zararların haricinde, bu kaynakların tükenebilir olması uzun vadede arz güvenliği endişesi de yaratmaktadır. Güneş ise tükenmeyen bir enerji türüdür ve güneş enerjisi santrallerinin çevreye olumsuz etkileri fosil yakıtlara göre yok denecek kadar azdır. Bu yüzden güneş enerjisinin yaygınlaşması ve güneş teknolojilerinin zenginleşmesi kaçınılmazdır. Şeffaf güneş panellerinin teknolojisi de geliştirilmekte ve uygulama alanları artırılmaya devam etmektedir. Mevcutta cam yüzeylere sahip bina sayısı göz önüne alındığında tamamen şeffaf güneş panelleri ile temiz enerji elde etme ve binaların enerji ihtiyacını karşılama potansiyeli çok yüksektir. Bahse konu teknolojinin tek uygulama alanı binalar da değildir. Arabaların, mobil cihazların, seraların, otobüs duraklarının ve daha birçok uygulama alanının enerji verimliliğini artırmak için şeffaf güneş panelleri kullanılabilir. Elbette şeffaf güneş panellerinin düşük verimlilik ve hızlı bozunma gibi dezavantajları da bulunmaktadır; ancak bu teknoloji güneş enerjisini kullanma şeklimizi değiştirmek, çoklu faydalar sağlamak ve kendi kendine yetebilen binalar geliştirmek açısından önemli bir alternatif olma özelliğini korumaktadır.
Dipnotlar:
1) https://temizenerji.org/2021/09/28/turkiye-paris-anlasmasina-uyum-icin-yenilenebilir-enerji-alaninda-neler-yapabilir/
2) https://www.iea.org/reports/world-energy-investment-2022
3) https://globalabc.org/resources/publications/2021-global-status-report-buildings-and-construction
4) https://solarmagazine.com/solar-panels/transparent-solar-panels/
5) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032118304672
6) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adom.201400103
7) https://yeserenerji.com/seffaf-gunes-pilleri/
8) https://www.theecoexperts.co.uk/solar-panels/transparent#link-pros-and-cons-of-transparent-solar-panels
9) https://www.greenmatch.co.uk/blog/2014/11/how-efficient-are-solar-panels
10) https://www.cleanenergyreviews.info/blog/most-efficient-solar-panels
11) https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=1587
