Güneş Enerjisi ve Tarım - Tarım | Apelasyon
Yazar: Mehmet ALGİL - Mücahit KIVRAK
Özet: Dünyada yaşamın kaynağı olan güneş hakkında genel bilgiler verilerek bu enerjinin tarım alanında nasıl kullanılabileceğini anlatan çalışmamızda amacımız; dünyada güneş enerjisinin tarım alanındaki uygulamalarından örnekler verilerek Türk tarımının gelişiminde yol gösterici olmaktır.
Güneş yarıçapı 700.000 km (dünya yarıçapının yaklaşık 109 katı) ve kütlesi 2×1030 kg (dünya kütlesinin yaklaşık 330.000 katı) olan bir yıldızdır. Güneşin yaklaşık % 90’ı hidrojendir. Güneşin korunda(merkezi) hidrojen çekirdekleri füzyon yaparak helyum çekirdekleri oluşmakta ve bu tepkimeler sonucu büyük bir enerji ortaya çıkmaktadır. Güneşin toplam ışıması 3.8×1026 J/saniye olduğundan, güneşte bir saniyede yaklaşık 600 milyon ton proton, yani hidrojen tüketilmektedir. Güneşin merkezinde, temelde hidrojen çekirdeklerinin kaynaşmasıyla füzyon reaksiyonu meydana gelir. Güneşin merkezi yaklaşık 15-16 milyon derecedir.
Tek başına Güneş Sistemi’nin kütlesinin % 99,8’ini oluşturan güneşin, 1 saniyede yaydığı enerji insanoğlunun bu güne kadar kullandığı enerjinin 15.000 katıdır. Ayrıca güneşin sıcaklığı gittikçe artmakta olup hesaplamalar 1 milyar yıl sonra dünyanın da artık Venüs gibi üzeride yaşam olmayan kuru bir gezegen olacağını göstermektedir. Ama bu insanoğlunun o güne kadar güneşten yararlanmayacağı anlamını çıkarmayacaktır.
Güneş ışınımının tamamı yeryüzüne ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi tarafından geriye yansıtılır. Devamında gelen ışınımının %20′si atmosfer ve bulutlarda tutulur. Güneş ışınımının %50′si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur. Rüzgâr hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur.
Güneşin yaymış olduğu enerjinin sadece 2.000.000 da 1’i yeryüzüne ulaşmaktadır. Buna rağmen dünya yüzeyine 1 saniyede ulaşan güneş enerjisi, dünyanın tüm ihtiyacından yüzlerce kat daha fazladır. Genellikle güneş enerjisi 2 ana formda kullanılmaktadır. Bunlar ısıl uygulamalar ve elektrik enerjisi üretimidir.
Literatürde "Smart Farm" olarak adlandırılan akıllı tarla sistemleri 24 saat prensibine göre çalışan elektronik devrelerdir. Doğal olarak bu devrelerin 24 saat 365 günlük yıl periyodu boyunca kesintisiz enerji ihtiyacı bulunmaktadır. Bu ihtiyaç temelde iki ana grup içindir. İlk grup genellikle 5V ya da 24V DC ile çalışan ve halk arasında beyin olarak adlandırılan mikrodenetleyici ve sensörler grubunun çalıştığı devre kartı birimidir. Bu kısım için mini bir güneş enerjisi paneli ile şarj edilebilen daha küçük boyutlarda batarya kullanımı yeterlidir. İkinci grup ise, sensörler sayesinde algılanan verilerin işlenmesi ile elde edilen sonuçların tarla üzerindeki ürünlere yansıtılması bloğudur. Mesela yerin 1 metre altında (-1 m'de) ölçülen nem verilerine göre meyve tarlasının sulanma gereksinimi geldiği bilgisi ancak sulama sisteminin devreye alınması ile çözümlenebilecek bir sorundur. Bu işlem için de daha yüksek mertebelerde güçlere ihtiyaç vardır. Bunlar Görsel-2 de olduğu gibi dizayn edilmiş hareketli ya da Görsel-1'de görülen sabit sistemli güneş panelleri vasıtası ile daha büyük pil blokları şarj edilerek mümkün olmaktadır. Aynı şekilde +30 cm'de ölçülen don bilgisi değeri de yine işlendikten sonra tarla içerisinde konuşlandırılmış ve hava akımı sağlayacak pervaneleri aktif ederek etkisiz hale getirilmeye çalışılır. Bu işlem de yine devre kartı tarafından kontrol edilen daha büyük güç gerektiren sistemlere bir örnek olarak verilebilir.
Sera sistemleri belli bir sıcaklık bandında çalışan sistemlerdir. Bundan dolayıdır ki bu sistemlerde sıcaklık kontrolü, olmazsa olmaz bir çıktıdır. Bu kontrol iki farklı metoda göre de güneş enerjisi sistemlerine uyumluluk göstermektedir. İlk yöntem güneş enerjisi sistemlerinin sıcak su elde etmede kullanıldığı güneş kollektörleri kullanımıdır. Bu sistemde kullanılan güneş kolektörlerinin sayısı seranın ihtiyacına binaen hesaplanır. Uygulaması Görsel-5'de görülmektedir. İkinci yöntemde ise önce güneş enerjisi sistemi ile elektrik elde edilir, daha sonra bu elektrik su ısıtma işleminde kullanılarak seranın ısıtılması işlemi gerçekleştirilir. Bu sistemler daha önce anlatılan sulama sistemlerinde kullanılan güneş enerji sistemlerinin benzerleridir. Sistemde güneş panelleri, aküler ve invertörler kullanılmaktadır.
Maliyet hesabına gelince; güneş enerjisi sistemi ürünleri akülü ve aküsüz uygulamalar olmak üzere 2 ana başlıkta toplanırlar. Aküsüz uygulamalar genellikle 6-8 yılda akülü uygulamalar ise 8-11 yılda kendisini rahatlıkla amorti edebilir. Bu rakamlar verimli rakamlar olup uzun vadede çiftçimizi kâra geçirecek yatırımlardır. Günümüz ticaretinde girdi maliyetlerini minimize etmek karlılık oranına büyük derecede etki etmektedir. Çiftçimizin güneş enerjisi sistemlerine yatırım maliyetlerini devlet katkılarıyla da birleştirerek değişik yollardan finanse etmesi halinde elini kuvvetlendireceği aşikârdır.
Akçalı İ., Güneş Enerjisi Sistemleri. İstanbul Ticaret Odası
Atay, Ü., Işıker, Y., Yeşilata B. 2009. Fotovoltaik Güç Destekli Mikro Sulama Sistemi Projesi–1: Genel Esaslar. V. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Diyarbakır.
Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü Dergisi, Nisan 2006
Kıncay O. Güneş Enerjisi Basılmamış ders notları erişim tarihi 15 ekim 2017
Şenol R. Tarımsal Sulama ve Güneş Enerjisi. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 27, No 3, 519-526, 2012