Güneş Bacası Nedir?

Bir güneş bacası üç ana parçadan oluşur:

• Güneş Bacası Kollektörü
• Jeneratör Sistemi
• Baca

Güneş bacası kollektörü, güneş bacasının zirvesinde yer alan ve bacanın etrafında, zemin üzerine kurulmuş olan heliostatlar tarafından güneşten gelen ısı enerjisi ile beslenen ileticidir. Güneş bacası kollektörü, aldığı ısıyı devinim halindeki hava kütlesine aktarır ve bu kütleyi ısıtarak sıcak depolama tankına iletir.

Jeneratör sistemi, bir güneş bacasında oluşan mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren kısımdır. Sıcak depolama tankında toplanan sıcak buhar hızla hareket ederek türbinleri döndürür. Bu sayede türbinler mekanik enerji üreterek jeneratör sisteminin çalışmasını sağlar.

Türbinlerden geçen buhar ısısını kaybederek soğuk depolama tankına; oradan da pompalar aracılığıyla bacaya iletilir.

Güneş bacası enerji üretim sistemlerinde baca, soğuyan havanın tekrar yükselmesine ve güneş bacası kollektörüne ulaşarak tekrar ısınmasına olanak tanıyan yapıdır; devinimin sürekli devam etmesini sağlar.

Güneş bacası, enerji üretim potansiyeli ve çevre kirliliği bakımından bazı avantajlara sahiptir:

• Güneş bacaları güneşten gelen ısının tek bir yerde toplanması sayesinde, potansiyel enerji kaybı diğer güneş enerjisi sistemlerine göre daha azdır.
• Güneş bacaları çevre kirliliğine sebep olmaz. Sodyum nitrat ve potasyum nitrattan oluşan döngü sıvılarının dışarı dökülmesi halinde bu sıvılar hızla donar ve geri dönüştürülebilir.
• Güneş bacalarının kurulum ve bakım dışında bir hammadde girdisine ihtiyaçları yoktur.

En gelişmiş teknolojiler ile üretilen ve en verimli güneş paneli olan Monokristalin silikon PV güneş panellerinin enerji verimlilik oranı %15 iken, güneş bacalarının enerji verimlilik oranı %34 ila %40 arasında değişir. Dolayısıyla güneş bacaları, güneş panellerinden daha avantajlıdır.

Rüzgar türbinlerinin güneş bacalarından daha avantajlı olmasının sebepleri şunlardır:

• Rüzgar türbinleri, yeterli rüzgar hızının olduğu her hava koşulunda çalışabilir ve kullanım alanları geniştir. Güneş bacaları sadece ise güneşlenme sürelerinin yüksek olduğu çöl gibi coğrafyalarda verimli çalışır.
• Rüzgar türbinlerinin enerji dönüşümü verimliliği %50 düzeyindedir. Güneş bacalarında ise enerji dönüşümü verimliliği maksimum %40’tır.
• Rüzgar türbinleri daha az sayıda aksamdan oluşur ve bakım maliyetleri daha düşüktür. Güneş bacaları ise çok sayıda aynadan oluşur ve bakım maliyetleri yüksektir.

Dünyanın, üretim kapasitesi en yüksek güneş kulesi tesisi olan ve 3 güneş bacasından oluşan ABD’deki Mojave Çölü’nde yer alan Ivanpah Güneş Kuleleri tesisinin üretim kapasitesi 392 MW iken, ortalama bir nükleer reaktörün üretim kapasitesi 1200 MW’tır. Dolayısıyla güneş bacaları, üretim verimliliği bakımından nükleer reaktörlerden daha avantajlı değildir. Ancak güneş bacaları, verimlilikleri düşük olsa da sürdürülebilir enerji kaynaklarıdır.

Güneş bacalarının arazi ihtiyacı ve ayna verimliliği bakımından bazı dezavantajları bulunur:

• Güneş bacaları çalışmak için oldukça geniş bir araziye ve düşük bulutluluk oranına ihtiyaç duyar. Bu sebeple güneş bacaları genellikle çöllere kurulur.
• Rüzgarın aşındırması sebebiyle heliostat aynalar zamanla verimliliğini yitirir.
• Çok fazla sayıda ayna kullanılması sebebiyle bu aynaların rutin bakım ve tamiri personel ihtiyacına ve bakım maliyetine sebep olur.

Dünya’da güneş bacaları genellikle çöl bölgelerinde kurulmaktadır. Bu durumun 3 sebebi vardır:

• Güneşlenme süresinin uzun olması
• Güneş bacalarının ihtiyaç duyduğu geniş arazi ihtiyacını tarımsal üretim alanlarını işgal etmeden karşılayabilmek
• Bulutluluk oranın düşük olması ve daha az yağış alması.

Güneş bacaları genellikle çöl iklimine sahip ülkelerde kurulmaktadır. Ancak çöl iklimine sahip olmayan bazı ülkelerde de deneysel olarak güneş bacası kurulur. Güneş bacasına sahip bazı ülkeler şunlardır:

• Çin
• Amerika Birleşik Devletleri
• İsrail
• Birleşik Arap Emirlikleri
• Avustralya
• Hindistan
• Almanya
• İspanya
• Güney Afrika
• Fas
• Türkiye

Dünya’nın en uzun solar kulesi 262,44 metre uzunluğuyla, Birleşik Arap Emirlikleri’nde bulunan Muhammed bin Raşid El Maktum Solar Kulesi’dir.

Türkiye’de bulunan tek güneş bacası 2014 yılında Greenway CSP tarafından kurulan Mersin Solar Kulesi’dir. Mersin Solar Kulesi 60 metre uzunluğundadır ve 1 MW üretim kapasitesine sahiptir.

Bir güneş bacasının kurulum maliyet, güneş tarlası içindeki her metrekare başına 150 dolar civarındadır. Örneğin:

• BAE’de bulunan Muhammed bin Raşid El Maktum Solar Kulesi 77 km2 arazi üzerine kurulmuştur ve kurulum maliyeti yaklaşık 11.550.000 dolardır.
• İsrail’de bulunan Ashalim Solar Kulesi 3,15 km2 arazi üzerine kurulmuştur ve kurulum maliyeti yaklaşık 472,500 dolardır.

Güneş bacası tarlalarının büyüklüğü ortalama 500 dönüm ile 3000 dönüm arasında değişir. Ancak güneş enerjisi ile elektrik üretimi gerçekleştiren güneş bacası tarlası kurmak için bir dönüm kısıtlaması yoktur. Dünyanın en büyük güneş tarlası 77.000 dönüm genişliğindeki Muhammed bin Raşid El Maktum Solar Kulesi’dir.

Kullanım türü ve yerine göre güneş bacalarının kullanım ömrü 20 ila 30 yıl arasındadır.

Dünya’daki güneş bacaları ortalama olarak 50.000 KW ila 110.000 KW arasında elektrik üretim kapasitesine sahiptir. Dünya’nın en fazla elektrik üretimi gerçekleştiren güneş bacası olan Ivanpah Solar Kulesi 362.000 KW üretim kapasitesine sahiptir.

Türkiye'de güneş bacasına özel olarak bir teşvik mekanizması bulunmamaktadır.

Güneş bacası uzunluğu ile enerji üretimi arasında doğru orantılı bir ilişki yoktur. Dünya’nın en yüksek üretim kapasitesine (362 MW) sahip güneş bacası olan Ivanpah Solar Kulesi 139,9 metre iken, 260 metre uzunluğu olan Ashalim Solar Kulesi’nin üretim kapasitesi 121 MW’tır.

Güneş bacasının verimliliği güneşlenme süresi ve güneş ışınlarını alış açısı ile doğru orantılıdır.

Bir güneş bacası 550 °C’ye kadar ısınabilir. Güneş bacalarındaki bu yüksek sıcaklığın en zararlı yansıması kuş ölümleridir. Ivanpah Solar Kulesi’nde, yüksek ısının toplandığı güneş bacası kollektörünün üstünden geçen kuşların yanarak öldüğü rapor edilmiştir. Kuş ölümleri heliostatların kurulumu aşamasında gerçekleşmiştir ve 6 ay içinde 361 kuş ölmüştür. Bu olaydan sonra herhangi bir noktada 4’ten fazla heliostatın olmaması yönünde bir bekleme prosedürü hazırlanmış ve kuş ölümleri durmuştur.

Güneş bacalarının elektrik üretim maliyetinin gelecek yıllarda 1 KWh elektrik için 0,43 TL düzeyine düşeceği tahmin ediliyor. Bu durum, elektrik faturası üzerinde önemli bir etkidir.

Dünyanın en yüksek yıllık üretimine sahip Ivanpah Solar Kulesi’nin bir yıllık üretimi 650 GW’tır. Bu üretim ile:

• 3.948.000 A+ enerji sınıfı 49 inç LED TV,
• 1.831.914 A+ enerji sınıfı buzdolabı,
• 3.852.765 A+ enerji sınıfı çamaşır makinesi,
• 2.458.582 A+ enerji sınıfı bulaşık makinesi,
• 2.388.300 12000BTU klima çalıştırılabilir.