Buhar makinalarını çalıştırmak için gereken enerji, doğrudan güneşten sağlanabilir. Güneşten gelen ışınımın bir bölümü ısı enerjisidir ve doğrudan maddeye aktarılarak kullanılabilir. Bu sayede, önceki yazılarımızda anlattığımız TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi'nde kullanılan güneş ısıtmalı bina tasarımlarıyla ısıtma sağlanabilmektedir. Bunun için sera etkisi olarak tanımlanan, camdan geçen güneş ışınlarının koyu renkli; siyaha boyanmış bir duvara vurup soğurulması ve sonrasında dönüştürülerek kızılötede yayınlanması işlemi gerçekleşir. Kızılöte ışınlar camdan geçmediği için de içeride kalarak iç havayı ısıtmakta ve böylece binalar ısıtılabilmektedir.
Güneş ısısıyla elektrik üretimi
Dünya'da doğrudan güneş enerjisi ile elektrik üretimi iki yolla yapılıyor. Biri, geçen hafta söz ettiğimiz güneş panelleri ile elektrik üretimi. Diğeri de güneş ışınlarının bir noktaya yönlendirilmesi ile ısıtılan sıvıları kullanarak bu yolla buhar makinesi çalıştırma ile elektrik üretimi. İlki doğrudan pasif üretime giriyor. Hareketli ya da hal değiştiren herhangi bir parça yok. Yalnızca verimi arttırmak için yönlendirme motoru kullanılan değişiklik yapılmış sistemler var. İkincisinde ise hal değişikliği ve hareket var.
İspanya'da 2007 yılında kullanılmaya başlayan PS10 adlı Güneş Güç Santrali, Dünya'nın ilk ticari amaçlı güneş santralidir. 624 büyük ve hareketli aynanın, bir kulenin tepesine güneş ışınlarını yansıtması ile çalışır ve 11 MW (milyon watt) elektrik enerjisi üretmektedir. Yaklaşık olarak 46 milyon dolar maliyeti vardır. Yıllık üretimi 23.400 megawatt saattir.
Her bir ayna 120 metrekare alana sahiptir. Tümü 115 m yükseklikteki kuleye ulaştırdıkları güneş ışınlarıyla oradaki buhar türbinini çalıştırmakta, böylece jeneratör yardımıyla elektrik üretilmektedir. Yılda 320 gün güneş alan Seville bölgesinde bulunan santral 275 derece sıcaklığında buhar üretmektedir ve verimliliği %17 kadardır. İspanya'da benzer santraller yapılmaya devam ediliyor.
Bu santral doğrudan serbest suyu ısıtmak yerine tanklarda 50 bar basınç altında tutulan suyu 285 dereceye kadar ısıtmaktadır. Evlerde kullandığımız düdüklü tencere adıyla bilinen tencelerin çalışma prensibine benzer olarak, basınç altında suyun kaynama derecesi yükseldiğinden, burada da bu yüksek basınçla suyun ısı depolama kapasitesi arttırılmış olmaktadır. Bazı durumlarda su yerine eritilmiş tuz kullanılıyor. Bunun amacı, tuzun yoğunluğunun çok daha fazla olması nedeniyle ısıyı sudan daha uzun süre koruyabilmesi.
Bu tür santraller gece üretim yapamamaktadır. Yine de yaz ortasında 15 saat güneş ışığı görebilen bir bölgede üretilen elektrik enerjisi oldukça çoktur.
Stirling makinası
1816 yılında İskoç bakan Robert Stirling tarafından icat edilen bu makina, buhar makinesine benzer. Kapalı sistem içinde bulunan hava bir ısı kaynağı ile ısıtılarak genleştirilir. Genleşen hava iç basıncı arttırarak bir pistonu iter. Bu hareket iş yapmakta kullanılırken, aynı zamanda ikinci bir pistonu hareket ettirerek iç havanın fazla sıcaklığı dışarı vereceği bir noktada soğumasını sağlar. Bu soğuma havayı büzerek basıncı düşürür ve ilk pistonu geri çeker. Bu işlem ısı kaynağından sağlanan destek sürdükçe yinelenir. Böylece buhar makinesinde olduğu gibi çalışan bir makine elde edilir. Isı kaynağı olarak güneş kullanıldığında ise, güne enerjisi hareket enerjisine dönüştürülmüş olur. Bu hareket su pompalamak, bir ağırlığı kaldırmak ya da elektrik üretmek için kullanılabilir. Yalnızca ısı kaynağı gerekliliği nedeniyle buhar makinalarına göre daha güvenli makineler olarak 1800'lü yıllarda kullanılmıştır.
Pasif pompa
Özellikle Afrika'da çorak bölgelerde yaşayan ve suya ulaşmakta zorlanan yerli halka yardım amacıyla tasarlanan pasif güneş enerjisi pompaları var. Bunlar Stirling Makinesi prensibiyle çalışan ancak çok daha basit ve kolay üretilebilen sistemler. Günümüzde güneş panellerinin ucuzlamasına bağlı olarak doğrudan elektrikle çalışan pompaların kullanımı yaygınlaşıyor olsa da, elektriğe gerek olmayan pasif pompalar, özellikle beslenen hayvanların su gereksinimlerini insanlarla birlikte karşılayabilmek için düşünülmüş. Bu pompaları yapmak için tahtadan büyükçe bir küp iskelet hazırlanıyor. Naylonla kaplanan bu iskeletin iç kısmına döşenen naylon siyaha boyanıyor. Bu küp biçimli kutunun önüne yine ışığı geçirebilen naylon kaplanıyor. Güneş ışığı saydam naylondan geçerek siyaha boyanmış naylonu ısıtıyor. Bu da bu iki naylonun arasındaki havayı ısıtınca iç basınç artıyor ve dış naylon şişiyor. Dış naylona tutturulan bir çubuk bu yolla hareket ettirilmiş oluyor. Bu hareket aynı zamanda havanın soğumasını da hızlandırınca bu durumda hava büzülerek şişen naylonu eski haline çekiyor. Böylece çubuk bu kez ters yönde hareket ediyor. Bu işlem güneş oldukça, yavaş çalışan bir çubuk hareketi sağlıyor. Bu çubuğun dış ucuna bağlanan bir tulumba yardımıyla az miktarda da olsa kuyudan su çekilmiş oluyor ve yüzeydeki küçük bir havuza aktarılıyor. Oradan da taşırılarak yalaklara aktarılınca o bölgede bulunan hayvanlar, insanın yardımı olmaksızın suya kavuşmuş oluyor.
Güneş ocakları
Hepimizin bildiği gibi, küçük bir mercekle bile güneş ışınlarını elimize odakladığımızda elimiz yanar. Elimiz yerine kağıt ya da tahta kullandığımızda ise alev aldığını biliriz. Bu da Güneş'in bize ilettiği enerjinin ne denli fazla olduğunu gösterir. Burada yanma, merceğin çapı kadar alana düşen güneş ışığının bir noktada toplanması nedeniyledir. Mercek alanını büyütürsek, daha fazla güneş enerjisini odaklayabiliriz.
Bunun için kullanılabilen bazı yansıtıcılar var. Özellikle uydu televizyon yayınları için kullanılan çanak antenler bu iş için çok uygun ancak yüzeylerinin ayna gibi parlak hale dönüştürülmesi gerekiyor. Bunun için aluminyum folyo kullanılabileceği gibi, bir tarafı yapışkan diğer tarafı ayna gibi yansıtıcı olan şerit kaplama malzemesi de kullanılabilir. Çanak tümüyle kaplandığında, alıcının bulunduğu odak noktasına odaklanan güneş ışınları kısa sürede suyu kaynatabilecek kadar enerji sağlar. Bu amaçla tasarlanmış satılan aparatlar bulunmaktadır. Özellikle elektrik ve sıvı petrol gazı ulaştırılamayan Dünya'nın fakir yörelerinde kullanılan böyle ocaklar bulunmaktadır.
Benzer biçimde kesiti parabol olan uzunlamasına yerleştirilmiş yarım boruların ortasına konan bakır borulardan su geçirilerek, su kaynatmak için kullanılan ya da borunun yerine yerleştirilen ince uzun metal parçalar kullanarak doğrudan yemek pişirmede kullanılan sistemler de bulunmaktadır. Örneğin bu tür düzenekler pikniklerde kullanılsa, odun ya da kömür yakmadan pişirme sağlandığından yangın tehlikesi de en aza indirilebilir.
Buraya kadar anlattıklarımızın dışında da güneş enerjisinin kullanıldığı pek çok alan var ve bunların hepsi, ya doğrudan kullanım için ya da Güneş'ten gelen enerjiyi kullanılabilecek bir enerjiye dönüştürmeyi amaçlıyorlar. Güneş'in çok büyük bir enerji kaynağı olduğu düşünülürse, bu temiz enerjiyi kullanarak yaşadığımız yeryüzünü daha temiz bırakmamız çok zor değil.
