Teknoloji
Dr. Mahir E. Ocak
25/03/2020 - 22:23

Anti-Güneş Gözeleri: Geceleri de Çalışabilen Fotovoltaik Gözeler

Güneş ışığından aldığı enerjiyi elektriğe dönüştüren geleneksel fotovoltaik gözeler sadece gündüzleri çalışıyor. 

Sıradan güneş gözeleri ve anti-güneş gözelerinde akım ters yönlerde akar.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş enerjisi geliyor. Ancak güneş ışığından aldığı enerjiyi elektriğe dönüştüren geleneksel fotovoltaik gözeler sadece gündüzleri çalışıyor. Gündüzleri elde edilen enerjiyi geceleri kullanabilmek içinse başka enerji biçimlerine dönüştürüp depolamak gerekiyor. ABD’li iki araştırmacı geceleri de çalışabilen fotovoltaik gözeler geliştirilebileceğini öne sürüyor. Tahminlere göre bu anti-güneş gözeleri sıradan güneş gözelerinin dörtte biri kadar güç üretebilir.

Fotovoltaik gözelerin çalışma ilkesini, dıştan yanmalı motorların çalışma ilkesine benzeterek açıklayabiliriz. Isı enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bu motorlarda biri sıcak diğer soğuk olmak üzere iki ısı rezervuarı bulunur. Motor, iki rezervuar arasındaki ısı alışverişine aracılık ederek güç üretir. Söz konusu güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik gözeler olduğunda sıcak ısı rezervuarı Güneş, soğuk ısı rezervuarıysa Dünya’dır. Göze, iki rezervuar arasındaki ısı alışverişine aracılık ederek güç üretir.

Tristan Deppe ve Jeremy Munday tarafından öne sürülen anti-güneş gözelerinin Dünya ile uzay arasındaki ısı alışverişine aracılık ederek güç üretmesi planlanıyor. Bu gözelerde Dünya sıcak rezervuar, uzay ise soğuk rezervuar görevi görecek.

Geleneksel güneş gözeleri güneş ışığını soğurarak çalışır. Elektronların enerji kazanmasıyla sistemin iki ucu arasında bir potansiyel farkı oluşur. Böylece elektronlar bir uçtan diğerine akmaya başlar ve bir elektrik akımı ortaya çıkar.

Anti-güneş gözelerindeyse ısının yayılması sırasında kaybedilen enerji, sistemin iki ucu arasında bir potansiyel farkı oluşmasına yol açar. Böylece diğer uçtaki yüksek enerjili elektronlar ısının yayıldığı bölgeye doğru akmaya başlar ve bir elektrik akımı ortaya çıkar. Sıradan güneş gözeleri ile anti-güneş gözelerindeki akımlar ters yönlüdür.

data-cke-saved-src=https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gunes_gozeleri.jpg

Sıradan güneş gözesi (solda) ve anti-güneş gözesi (sağda). Sıradan gözeler güneş ışığını soğurarak, anti-güneş gözeleri ise uzaya ısı yayarak çalışır.

Önerilen düşünceyi gerçeğe dönüştürmek için aşılması gereken ilk zorluk, azami güç elde edilmesine imkân verecek malzemelerin tasarlanması ve üretilmesi. Diğer bir zorluk ise üretilecek cihazın, üzerindeki atmosferden etkilenmeden uzay ile Dünya arasındaki ısı alışverişine aracılık edebilmesi.

Dünya’nın atmosferi, ışığın büyük bir kısmını soğurur ve yansıtır. Ancak ışık tayfının kızılötesi kısmında kalan bir bölge için atmosfer tamamen geçirgendir. Dalga boyu 8-13 mikrometre aralığında olan ışık dalgaları soğurulmadan ya da yansıtılmadan atmosferin içinden geçer. Tasarlanan anti-güneş gözelerinin Dünya ile uzay arasındaki ısı alışverişine aracılık ederek güç üretmesi de ışık tayfının bu bölgesinde ışıma yapmalarıyla (ısı yaymalarıyla) mümkün olabilir.

Güneşli bir günde yeryüzünün her bir metrekaresine düşen güneş ışınlarının sağladığı azami güç yaklaşık 1000 Watt, modern güneş gözelerinin büyük çoğunluğunun verimi ise %20 civarındadır. Bu durum bugün bir metrekare büyüklüğünde bir güneş gözesinden elde edilebilen azami gücün 200 Watt civarında olduğu anlamına gelir. Araştırmacıların yaptığı tahminlere göre, ideal koşullar altında çalışacak bir metrekare büyüklüğünde bir anti-güneş gözesi 54 Watt güç üretebilir. Ortalama bir günde ise bu değer 10 Watt’ın üzerinde olacaktır.

Her ne kadar anti-güneş gözelerinin kapasitesi sıradan güneş gözelerininkinden düşük olsa da anti-güneş gözeleri sadece gündüzleri değil geceleri de çalışabilir. Ayrıca hem sıradan güneş gözleri hem de anti-güneş gözeleri içeren sıralı sistemler kurarak elde edilen enerji miktarını artırmak da mümkün olabilir.

Teknoloji

ABD’nin Santa Cruz şehrinde bulunan Kaliforniya Üniversitesi ve Japonya’daki Ritsumeikan Üniversitesinden bir grup araştırmacı, üç boyutlu yazıcıları kullanarak insanlarınkine benzer biçimde çalışabilen robot parmak üretti.

 

Bir grup araştırmacı, tıpkı ayçiçekleri gibi Güneş’i takip eden bir malzeme geliştirdi.