1. GİRİŞ
Günümüzde fosil yakıtların yanması sonucu açığa çıkan artık gazların çevreye yaptığı olumsuz etki hükümetleri ve bilim adamlarını alternatif enerji kaynakları arayışına yöneltmiştir. Özellikle büyük şehirlerde taşıtlardan kaynaklanan kirletici emisyonlar tüm atmosferi kirleterek sera etkisi denilen ve gittikçe artan bir tehlikeyi de beraberinde getirmektedir.
Ayrıca fosil yakıt kaynaklarının tükenmeye başlamasıyla patlak veren enerji krizi de alternatif enerji kaynaklarının kullanılma çabası üzerinde etkili olmuştur. Bu amaçla çeşitli araştırmalar, laboratuar ortamlarında çeşitli deneyler yapılmış ve taşıtlarda yakıt olarak benzine alternatif kaynaklar bulunmuştur.
Hidrojen, metanol, etanol, LPG, çeşitli bitkisel yağlar gibi alternatif yakıt türleri taşıtlarda kullanılmış ve bazıları halen kullanılmaktadır. Bu kaynakların kullanılmasında bazı olumsuzluklar yaşanmış ve halen geliştirilmelerine devam etmektedir. Örneğin hidrojenin yakıt olarak kullanılmasında depolama problemleri ortaya çıkmıştır. Hidrojenin basınçlı gaz olarak veya metal hibrit olarak depolanması için yüksek hacim problemi varken, sıvı olarak depolanması için de yüksek maliyet ve buharlaşma kayıpları gibi problemler sözkonusuolmaktadır.
İşte bu gibi problemlerden dolayı insanoğlu gözünü temiz ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olan güneşe dikmiştir ve bu konuda çalışmalara ağırlık vermiştir.
2. ENERJİ
İnsanların ihtiyaçlarının karşılanmasında ve gelişmenin sağlıklı olarak sürdürülmesinde gerekli olan enerji; özellikle sanayi, konut ve ulaştırma gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Ancak enerji; yaşantımızdaki vazgeçilmez yararlarının yanı sıra üretim, çevrim, taşınım ve tüketim esnasında büyük oranda çevre kirlenmesine de yol açmaktadır. [1]
Nüfus artışına, sanayinin gelişmesine paralel olarak kurulan büyük ölçekli enerji üretim ve çevrim sistemleri ekolojik dengeyi büyük ölçüde etkiledikleri gibi sınırlar ötesi etkileri de beraberinde oluşturmaktadır. Bu nedenle çevre sorunları ulusal olduğu gibi uluslararası nitelikler de taşımaktadır. Yine bu nedenle çevre sorunlarını gidermek için, gerekli tedbirlerin alınmasında, uluslararası işbirliğinin rolü önem kazanmaktadır. [1]
Petrol ve petrol ürünlerinin yakıt olarak kullanılması sonucu atmosfere atılan zehirli gazların küresel ısınmaya yol açması sonucu dünya ciddi bir tehdit altındadır. Zehirli gazlar atmosferde bir tabaka oluşturup dünyanın yüzeyine gelen ışınların yansıyarak dünyayı terk etmesine engel olmakta ve bu da dünyada aşırı bir ısınmaya yol açmaktadır (Şekil 2.1.)
Enerji kaynakları yenilenemeyen ve yenilenebilir enerji kaynakları olmak üzere iki kısımdan incelenebilir.
Yenilenemeyen enerji kaynakları arasında; kömür, petrol ve petrol ürünleri, doğalgaz ve nükleer enerji gösterilebilir. Yenilenebilir enerji kaynaklarında ise biyokütle (Odun, bitki artıkları vb.), rüzgar, hidrolik, jeotermal ve güneş enerjisi ön sıralarda yer almaktadır.
Dünyada büyük ölçüde yenilenemeyen enerji kaynaklarının kullanılıyor olması, çevre sorunlarını önemli ölçüde artırmıştır. Bu nedenle çevresel etkileri az olan yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneliş her bakımdan avantajlı olmaktadır. Ancak bazı teknik sorunların çözümlenebilmesi için zamana ihtiyaç vardır ve bu da söz konusu geçişin oldukça uzun bir süre alacağını göstermektedir. [1]
2.1. Yenilenemeyen Enerji Kaynakları
2.1.1. Fosil Yakıtlar
Bu yakıtlar içerisinde petrolün sınırlı rezerve sahip olması, petrol üretiminin 21. yüzyılın ilk çeyreğinden sonra azalan üretim ve artan fiyat nedeniyle düşüş göstereceği, doğalgazın 200 yıllık bir ömrünün kalması, kömürün ise 3000 yıllık bir ömrü bulunmasına rağmen en kirletici yakıt olması üzerinde yıllardır düşünülen problemlerdendir. Ayrıca bu üç kaynağın da tüketimiyle atmosferde ortaya çıkacak kirlilik etkileri şu şekildedir:
2.1.1.1. Sera Etkisi ve Küresel Isınma
Bugün fosil yakıtların çevre ve insan sağlığı açısından yarattığı olumsuzluklar her geçen gün katlanarak artmaktadır. Fosil yakıtlar yakıldığında altı sera gazının açığa çıkmasına neden olur. Bunlardan en belirleyici olanları karbondioksit (CO2) ve metandır. Diğerleri ise kükürt, partikül madde, azotoksit, kurum ve küldür [2].
Güneş, gün doğumundan gün batımına kadar atmosfere ısı ve ışık vermektedir .Doğal döngünün devam etmesi için bu ısının tekrar uzaya verilmesi gerekmektedir. Oysa fosil yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan CO2 ve metan gazı bünyelerinde ısı tutma özelliğinden dolayı ısının bir kısmını atmosferde tutmaktadır. Böylece dünya ısınmaya başlamakta ve iklim değişiklikleri meydana gelmektedir (Şekil 2.1).
Şekil 2.1. Küresel Isınma [3]
Isı artışının sonuçları:
1900’lerden 2000’lere kadar atmosferin ortalama sıcaklığı 0.5 derece armıştır ve iklim değişikliğinin zincirleme sonuçları yavaş yavaş yaşamı etkilemektedir. Su kaynakları kurumakta, çiçekler erken açmakta, erken yağan karlar tarım ürünlerinde zayiata sebep olmakta, bitkiler zamansız meyve vermekte ya da hiç vermemektedir.
Uzmanlar, fosil yakıtların etkilerini kısa ve uzun vadeli olarak değerlendirmektedir. Kısa vadede oluşan sonuçlar artık yaşamın bir parçası olmuş durumdadır. Sıcaklık arttıkça buzlar ana kütleden koparak erimekte, çığ olayları artmakta, fazla miktarda su dolaşıma girmekte, sel felaketleri, fırtınalar, kasırgalar oluşmaktadır.
Küresel ısınmanın, uzun vadede öngörülen sonuçları ise daha vahimdir. Ortalama sıcaklık artışı bu hızla devam ederse, 2020 yılında deniz seviyesi bir metreye kadar yükselecektir Bu da dünyanın en büyük kentlerinin sular altında kalmasına yol açacaktır [2].
2.1.1.2. Asit Yağmurları
* Atmosferde Asitleşmeye Neden Olan Kirleticiler
- Kükürtoksitler (SOx):
- Azotoksitler (NOx):
* Asit Yağmurlarının Çevre Üzerindeki Etkisi
* Asit Yağmurlarının İnsan Sağlığı Üzerindeki Etkisi
2.1.1.3. Kentsel Hava Kirliliği
1960’lı yılların sonundan itibaren dünyanın her tarafında görülen hızlı nüfus artışı, kentleşme ve sanayileşme, ısınma, trafik, sınai faaliyetler ve buna bağlı elektrik tüketimi için artan bir yakıt tüketimini de beraberinde getirmiştir.
Fosil yakıt emisyonları arasında SOx, NOx, CO2 ve çeşitli organik bileşikler, kurum ve partikül maddeler sayılabilir.
2.1.2. Nükleer Enerji
70’li yıllarda başlayan enerji darboğazları ekonomilerin enerjiye mutlak şekilde bağlı olduğunu göstermiştir. Bu durumdan da en çok, gerek mevcut sanayilerini çalıştırmak, gerek yeni sermaye yatırımlarını gerçekleştirmek için bol ve ucuz enerjiye gereksinim duyan sanayileşme yolundaki gelişmekte olan ülkeler ile birlikte Türkiye de etkilenmiştir. Söz konusu enerji darboğazı, gelişmiş ülkelerde de yaşanan ekonomik durgunluk dönemi ile birlikte, 1984 yılına kadar sürmüştür. 1980'li yılların sonuna doğru ise özellikle gelişmiş ülkelerdeki sanayileşme hamleleri ile birlikte enerji talebi tüm dünyada hızla artarken Türkiye'de de artmıştır. Bu bağlamda yeni enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaya başlanmıştır [5].
2.2. Yenilenebilir Enerji Kaynakları
Yenilenebilir enerji, "doğanın kendi evrimi içinde, bir sonraki gün aynen mevcut olabilen enerji kaynağı" olarak tanımlanabilir. [2]
Fosil yakıtları esas alan enerji kullanımı; yakıt konusunda dışa bağımlılık, yüksek ithalat giderleri ve çevre sorunları gibi önemli olumsuzlukların yanında, dünya fosil yakıt rezervlerinin hızla tükenmesi sebebiyle yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini arttırmaktadır [1]. Yenilenebilir enerji kaynaklarının, mevcut teknik ve ekonomik sorunlarının çözümlenmesi halinde 21. yüzyılın en önemli enerji kaynağı olacağı kabul edilmektedir.
Aslında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı çok da yeni değildir. İlk çağlardan günümüze değin odun ve bitki artıkları enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır. Yine aynı şekilde yel değirmenleri yardımıyla enerji elde etme çalışmaları da çok eskilere dayanmaktadır.
Yenilenebilir enerji kaynaklarının başlıcaları şekilde gösterilmektedir.
Bu enerji kaynaklarının dünya genelinde kullanımı Şekil …’de görüldüğü gibidir.
2.2.1. Biyokütle Enerjisi
Biyokütle enerji teknolojisi kapsamında; odun (enerji ormanları, ağaç artıkları), yağlı tohum bitkileri (ayçiçek, kolza, soya v.b), karbonhidrat bitkileri (patates, buğday, mısır, pancar, v.b), elyaf bitkileri (keten, kenaf, kenevir, sorgum,vb.), bitkisel artıklar (dal, sap, saman, kök, kabuk v.b), hayvansal atıklar ile şehirsel ve endüstriyel atıklar değerlendirilmektedir.
Biyokütle yenilenebilir, her yerde yetiştirilebilen, sosyo-ekonomik gelişme sağlayan, çevre dostu, elektrik üretilebilen, taşıtlar için yakıt elde edilebilen stratejik bir enerji kaynağıdır.
Biyokütle doğrudan yakılarak veya çeşitli süreçlerle yakıt kalitesi arttırılıp, mevcut yakıtlara eşdeğer özelliklerde alternatif biyoyakıtlar (kolay taşınabilir, depolanabilir ve kullanılabilir yakıtlar) elde edilerek enerji teknolojisinde değerlendirilmektedir. Biyokütleden; fiziksel süreçler (boyut küçültme-kırma ve öğütme, kurutma, filtrasyon, ekstraksiyon vebiriketleme) ve dönüşüm süreçleri (biyokimyasal ve termokimyasal süreçler) ile yakıt elde edilmektedir. Dönüşüm süreçleri ve ürünlerine örnek olarak, uygulamadaki başarısını kanıtlamış aşağıdaki biyoyakıtlar verilebilir:
ü Biyometanlaştırma Süreçleri : Biyogaz
ü Biyofotoliz Süreçleri : Hidrojen
ü Fermentasyon Süreçleri : Biyoetanol
ü Piroliz Süreçleri : Pirolitik sıvı
ü Gazlaştırma Süreçleri : Gaz yakıt
ü Karbonizasyon Süreçleri : Biyokömür
ü Esterleşme Süreçleri : Biyomotorin-Biyodizel
Bu yakıtlar içinde biyogaz, biyoetanol ve biyomotorin önde yer almaktadır. Biyoyakıtların ülkemizde uygulanır olması için gerekli potansiyel, bilgi birikimi ve altyapı mevcuttur. Türkiye sadece odun, bitki ve hayvan atık-artıklarından yakacak olarak ısınma ve pişirmede yararlanmakta ve maalesef dünyadaki modern biyokütle kullanım eğiliminin dışında kalmaktadır.Türkiye hayvansal ve bitkisel artık miktarı 10.3 Mtep değerinde olup, bu değer ülkemiz enerji tüketiminin % 13’üne karşılık gelmektedir. Ülkemiz enerji ormancılığına uygun (kavak, söğüt, kızılağaç, okaliptüs, akasya gibi hızlı büyüyen ağaçlar) 4 Milyar Hektar devlet orman alanına sahiptir. Söz konusu alan uygun planlamalar dahilinde, modern enerji ormancılığında değerlendirilmeli, kıymetli ağaçların yakacak olarak kesimi önlenmelidir. Türkiye’de toplam arazinin sadece %33.1’i işlenmektedir. İşlenmeyen arazi içinde tarıma uygun % 3’lük bir alan mevcuttur. Bu alanın enerji tarımında kullanılması, kota kapsamından çıkarılan ürünler (tütün, şeker pancarı gibi) yerine de enerji amaçlı tarım (sorgum, miskantus,kanola, C4 bitkileri ekimi gibi) yapılması , tarım kesimine yön verecek, istihdam yaratacak ve ulusal gelir artacaktır.
Biyoyakıt üretiminin yaygınlaştırılması sonucunda, ulusal kaynakların değerlendirilmesi ve enerji ithalatında azalma sağlanacaktır. Ulusal gelirde artış sağlanırken, yeni bir iş alanı ile istihdam sağlanmış olacaktır. Ayrıca çevre dostu yakıt kullanımı, ile AB’nin getirdiği yasal zorunluluk ve düzenlemeler uygun olarak organik atıkların işlenmesi, çevre kirliliğinin kontrolü de gerçekleşmiş olacaktır.
2.1.1. Rüzgar Enerjisi
Tüm yenilenebilir enerjiler ve hatta fosil yakıtlar enerjilerini güneşten almaktadır (dalga ve jeotermal enerji hariç). Güneşten, dünyaya her saat 174.423.000.000.000 kilowatsaatenerji gelir. Bir başka ifadeyle, dünya güneşten her saatte 1.74x1014 W güç alır. Güneşten gelen bu enerjinin yaklaşık % 1-2’lik kısmı rüzgar enerjisine dönüştürülür. Bu enerji miktarı, dünyadaki tüm bitkiler biyomas enerjisine dönüşmüş olsa dahi, ondan 50-100 kat daha fazladır [7].
Dünyada Rüzgar Enerjisi Kullanımı
2.1.2. Biyokütle Enerjisi
2.1.3. Güneş Enerjisi
2.2. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Avantajları
2.2.1. Yenilenebilir Enerji Ucuzdur
2.2.2. Yenilenebilir Enerji Çevreyi Kirletmez
2.3. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Evlerde Kullanılması
2.4. Güneşten Isı
2.5. Güneşten Elektrik
2.6. Türkiye’de ve Dünya’da Güneş Enerjisinin Kullanılması
Aslında güneş enerjisinden faydalanma fikri o kadar da yeni değildir. Günümüzde ise birçok amaçla güneş enerjisinden faydalanılmaktadır. Evlerde kullanılan ısıtma sistemlerinden
3. GÜNEŞ ENERJİSİNİN OTOMOBİLLERDE KULLANIMI ve GÜNEŞ ARABALARI
Figure 2: Basic Solar Car Electrical System
4. GÜNEŞ OTOMOBİLİNİN TEMEL BİLEŞENLERİ
4.1. Fotovoltaik Piller ve Güneş Panelleri
Güneş arabasının enerji kaynağıdır. Güneş arabasının üstündeki güneş panelleri, güneşten gelen yaklaşık 1200 wattlık enerjiyi toplar. Gelişen teknolojiyle birlikte daha pahalı sistemlerde bu enerji yaklaşık 2500 Watt civarında olmaktadır. Güneş panelleri, güneş arabasının en pahalı bileşenidir.
Figure 2: How a solar panel works
Batarya güneş paneline gelen enerjinin kullanılmayan miktarını depolar ve gerektiğinde kullanılabilmesi için hazır tutar. Bulutlu bir günde bataryanın depoladığı enerji büyük önem taşımaktadır.
4.3. Elektrik Motoru
4.4. Lastik ve Tekerlekler
4.5. Şasi ve Gövde
4.6. Aerodinamik Yapı
5. MODEL BİR GÜNEŞ ARABASININ TASARIMI