DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN

DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN
YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR) SİSTEMLERİNİN
İNCELENMESİ
Abdil Karakan 1, Yüksel Oğuz 2, Riyad Şihab3
Özet
Bu çalışmada; Dünyada binalarda kullanılan yenilenebilir (rüzgâr ve güneş) enerji sistemleri
örneklerle incelenmiştir. Dünyada binalarda kullanılan güneşten enerji üreten sistemler
(fotovoltaik sistemler) incelendiğinde; sistemlerin binalarda üç farklı şekilde; eğik çatı, düz
çatı ve cephe olarak uygulandığı görülmüştür ve yapılan çalışmada dünyada fotovoltaik
sistem örnekleri üç başlık adı altında toplanarak incelenmiştir. İncelemeler sonucunda en
yüksek verimli sitem eğik çatı düzlenmelerinde uygulanan fotovoltaik sistemler olduğu
anlaşılmıştır. Binanın konumuna ve çatının durumuna göre düz çatı ve cephe uygulama
fotovoltaik sistemlerde binalarda uygulanmaktadır. Rüzgâr enerjisi uygulamaları daha çok
enerji potansiyelinin yüksek olduğu çok katlı binalarda kullanılmaktadır. Böylelikle rüzgâr
enerjisi ile binanın enerji ihtiyacının büyük bir bölümü karşılanmaktadır. Ayrıca Dünyada ve
Türkiye’de kullanılan rüzgâr enerji sistem örnekleri de verilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, fotovoltaik sistem, binalar, rüzgâr ve güneş
enerjisi.
THE INVESTIGATION OF USING RENEWABLE ENERGY (WIND
AND SOLAR) AT BUILDINGS IN TURKEY AND WORLDWIDE
Abstract
In this study; the investigation of using renewable energy (wind and sun) at building in
Worldwide has carried out with examples. When the system for production of renewable
energy is researched for using in worldwide is photovoltaic system, it can be conclude that
the setting system can be existed in three different forms; oblique and vertical which is fixed
on the building and investigated under three categories. From the result of research it can said
that the oblique system is giving effective and efficient for production of electricity by using
photovoltaic system. According of building it can be applied for ceiling or front of buildings.
The production of renewable energy from wind has huge potential energy so it can used for
meeting the need of energy for multistory buildings. The use of wind energy in Turkey and
worldwide has been studied with examples.
Keywords: Renewable energy, photovoltaic system, buildings, wind and solar energy.
1
Öğr. Gör., Afyon Kocatepe Üniversitesi, [email protected]
Doç. Dr., Afyon Kocatepe Üniversitesi, [email protected]
3
Yrd. Doç. Dr., Afyon Kocatepe Üniversitesi, [email protected]
2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
Giriş
Güneş dünyadan ortalama 149,6 milyon km uzaklıkta, 1.392x108 km çapında ve
1,99x1030 kg kütlesindedir. Güneşin yüzey sıcaklığı 6000 oK iç bölgelerde ise sıcaklığın
8x106 oK - 40x106 oK arasında değiştiği tahmin edilmektedir. Güneş sonsuz bir enerji kaynağı
olup dünyadaki bütün enerjilerin kaynağıdır. Güneşten dünyaya gelen yıllık enerji miktarı,
dünyanın yıllık enerji miktarının yaklaşık olarak 16.000 katıdır [Erkınay 2012, Koyürek
2008]. Dünyadaki kurulu olan tüm enerji santrallerinin gücü güneşten dünyaya gelen gücün
çok altındadır. Güneşten gelen güç dünyada kurulu olan nükleer santrallerin ürettiği toplam
gücün 527.000 katıdır [İnt. Kay.]. Güneşin, dünya atmosferinin dışındaki enerjisi olarak sabit
olmakla birlikte yaklaşık 1370 W/m2’dir [Yıldırım 2008]. Bu değer yeryüzünün farklı
bölgelerinde güneşin geliş açısı, gölgelenme ve güneşe uzaklığına bağlı olarak 0-1100 W/m2
arasında farklı değerler almaktadır [Varınca 2006]. Bu enerjinin küçük bir kısmı bile,
insanlığın şuan kullanmış olduğu enerji kaynaklarından daha fazladır.
Güneş enerjisinden günümüzde iki türlü yararlanılmaktadır. Birincisi, konutların ve iş
yerlerinin enerji ihtiyacının giderilmesi için elektrik enerjisi üretimindedir. İkincisinde ise,
güneş enerjisi ısı enerjisine dönüştürülerek yararlanılmaktadır [Altın 2012].
Fotovoltaik Panellerin Mimaride Kullanımı
Fotovoltaik paneller mimaride yapının bir çok farklı bölümüne entegre edilebilir.
Fotovoltaik paneller binaya yapım aşamasında montaj yapılacağı gibi mevcut olan bir yapıya
daha sonrada eklenebilir. Fotovoltaik panellerin binaya uygulanması panelin cinsine ve
uygulanma şekline göre değişiklik göstermektedir. Fotovoltaik paneller çerçeve sistem veya
yapıştırma olarak binaya uygulanmaktadır. Çerçeve sistemlerde fotovoltaik panel alüminyum
bir çerçevenin içine alınarak binaya monte edilmektedir. Yapıştırma sistemi ise İnce film
panellerde uygulanmaktadır. Fotovoltaik panellerin en yüksek verimlilikte çalışabilmesi için
güneş ışınlarını en dik ve en uzun sürede alabilecek şekilde binaya montajı yapılması
gerekmektedir. Fotovoltaik panel uygulaması yapılan bina kuzey yarım kürede ise paneller
güneye, güney yarım küredeyse kuzeye bakmalıdır [Muntasser 2000]. Fotovoltaik paneller
binalarda eğik çatı, düz çatı ve cephede olmak üzere üç çeşit uygulamada yapılmaktadır.
Eğik Çatı Fotovoltaik Uygulamaları
Eğik çatıda fotovoltaik sistemin uygulanabilmesi için; çatının uygulama yapılabilmesi
için müsait olması ve sistemin yükünün taşıyabilecek güçte olması gerekmektedir.
Fotovoltaik sistemin verimliliğini arttırmak için uygulama çatının güneş gören tarafına
yapılır.
Şekil 2.a’da Almanya’nın Köln kentinde bulunan apartmanın çatısının eğimine göre
monte edilen bir fotovoltaik panel sistem uygulaması görülmektedir. Sistem mevcut binaya
2005 yılında sonradan ve çerçeve sistem olarak entegre edilmiştir. Sistem çok kristalli
silisyum panellerden oluşmakla birlikte toplam gücü 27 kW olup yıllık üretimleri 25000
kWh’dir.
Şekil 2.b’de Avusturya’da 102 daireden oluşan sosyal evlerin eğik çatısına 2003 yılında
uygulanmış görülmektedir. Uygulanan sistemin gücü 30 kW’dir. Çerçeveli sistem olarak
uygulanan sistemde çok kristalli silisyum paneller kullanılmıştır. Panellerin yıllık enerji
üretimleri 27 000 kWh olarak ölçülmüştür [Yumartacı 2013].
87
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
Şekil 2.a.
Şekil 2.b.
Almanya’nın Freburg kentinde 2006 yılında villanın eğik çatısı üzerine sonradan
entegre edilmiştir. Sistemin kurulu gücü 11 kW olup yıllık üretimi ise 10300 kWh’dir.
Paneller çerçeve sistem olarak villanın güney cephesine uygulanmıştır. Sistemde çok kristalli
silisyum paneller tercih edilmiştir [Aygün 2012]. Şekil 3.a’da montajı yapılan panelin genel
görünüşü görünmektedir.
Kuzey İrlanda’da 3 bloktan oluşan sitede 2003 yılında sonradan montajı yapılmıştır.
Binanın çatısı panellerin yükünü kaldıramayacağından tekrar yapılmıştır. Sistemin kurulu
gücü 51 kW olup yıllık üretimi 36000 kWh’dir. Sistemde tek kristalli silisyum panel
kullanılmıştır [Aygün 2012]. Şekil 3.b’de montajı yapılan panelin genel görünüşü
görünmektedir.
Şekil 3.a.
Şekil 3.b.
Düz Çatı Fotovoltaik Uygulamaları
Çatının olmadığı binalarda bir mekanizma yerleştirilerek fotovoltaik sistemin güneş
ışınlarını daha dik ve uzun süre alması sağlanır. Böylelikle sistemin verimliliği arttırılır.
Fransa’nın Paris kentinde bulunan apartmanın düz çatısına 2002 yılında montajı
yapılmıştır. Sistemde 200 adet toplam 220 metrekare yüzey alnına sahip çok kristalli silisyum
paneller kullanılmıştır. Kurulu güç 22 kW olup yıllık üretim 22500 kWh’dir. Sistem çatıya
kutu profiller üzerine makas sistemi kullanılarak monte edilmiştir [8]. Şekil 4.a’da montajı
yapılan panelin genel görünüşü görünmektedir.
88
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
Japonyanın 4. büyük kenti olan Nagoya kentinde bulunan 8 adet binanın çatısına 2000
yılında entegre edilmiştir. Sistemden elde edilen elektrik binaların ortak alan giderlerinde
hollerde ve asansörlerde kullanılmıştır. Sistemin çok kiristalli silisyum paneller kullanılmış
olup, sistemin kurulu gücü 203 kW olup yıllık üretimi 214996 kWh’dır [Aygün 2012]. Şekil
4.b’de montajı yapılan panelin genel görünüşü görünmektedir.
Şekil 4.a.
Şekil 4.b.
Cephede Fotovoltaik Uygulamaları
Çatının olmadığı ve binanın güneşe bakan tarafının müsait olduğu durumlarda
kullanılır. Bu uygulama ile elektrik enerjisi üretilirken aynı anda binaya estetik bir görünüş
kazanılmıştır. Fransa’nın Lyon kentinde 1960 yılında yapılan 11 adet binaya 2005 yılında
fotovoltaik paneller entegre edilmiştir. Binaların çatısında güneş kolektörleri olması
nedeniyle binanın güney doğuya bakan cephesi tercih edilmiştir. Sistemin çok kristalli
silisyum paneller kullanılmış olup, sistemin kurulu gücü 92 kW olup yıllık üretimi 59050
kWh’dır [Aygün 2012]. Şekil 5.a’da montajı yapılan panelin genel görünüşü görünmektedir.
Almanya’da 2001 yılında apartmanın güney cephesinin uygulanmıştır. Sistemde toplam
230 m2 yüzey alanına sahip çok kristalli silisyum panelleri kullanılmıştır. Binada enerji
kaybını azaltmak için izolasyon kullanılmış ve balkonlar cam ile kaplanmıştır. Sistemin
kurulu gücü 51 kW olup yıllık üretimi 29195 kWh’tir [Aygün 2012]. Şekil 5.b’de montajı
yapılan panelin genel görünüşü görünmektedir.
Şekil 5.a.
Şekil 5.b.
89
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
Rüzgâr Türbinlerin Mimaride Kullanımı
Dünyanın en hızlı büyüyen, ucuz enerji kaynağı olmasının yanında çevre kirliliğine
neden olmayan rüzgâr enerjisi gelişmiş ülkelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüzde
özellikle A.B.D.’de yapımı planlanan yüksek binalarda, rüzgâr enerjisi etkin tasarımların
ağırlığı artmaktadır. Rüzgâr türbinlerinde sağlanan teknolojik gelişmeler ile dezavantajları
ortadan kaldırılmıştır. Ticari olarak kullanılan ilk rüzgâr türbinleri çalışması çok gürültü ile
iken yeni rüzgâr türbinlerinde bu ortadan kaldırılmış ses seviyesi düşürülmüş. Ayrıca rüzgâr
türbinlerin kurulum yerleri kuşların toplu olarak yaşadıkları ve göç yolları dikkate alınarak
seçilerek kuş ölümlerinin de önüne geçilmiştir [Aygün 2012].
Rüzgâr türbinleri şebeke bağlantılı ve akülü olarak ikiye ayrılmaktadır. Şebekeye
bağlantılı sistemlerde üretilen elektrik enerjisi ana şebekeye aktarılmaktadır. Rüzgârın
düzenli olmaması nedeniyle elektrik enerjisi üretimi süreklilik göstermemektedir. Genellikle
1-30 kilowaat gücündeki rüzgâr türbinleri akülü sistemler sınıfına girmektedir. Bu türbinler,
ürettikleri elektrik enerjilerini akülere aktarmak vasıtasıyla depolama yapmaktadır. Rüzgârın
yeteri hızla esmediği durumlarda enerji üretimi gerçekleşmez. Bu durumlarda elektrik enerjisi
ihtiyacı akülerden karşılanır [Aygün 2012]. Mimaride rüzgâr türbinleri üç şekilde
gruplandırılır.
Bina Bağımsız Rüzgâr Türbinleri
Bu tür rüzgâr türbinleri, bina veya binalarda mimari tasarım ve strüktür bakımından
bağımsız düşünülen sistemlerdir. Rüzgâr santralleri ve çiftlikleri bu tür grubuna
girmektedirler [Aygün 2012].
Yapılan araştırmalara göre rüzgâr enerjisi potansiyeli açısından denizlerin karalardan
daha zengin olduğu anlaşılmaktadır. İlk olarak denizde üstü rüzgâr enerjisi projesi İsveç’te
1990 yılında gerçekleşmiştir. Daha sonra Avrupa ülkeleri başta olmak üzere birçok gelişmiş
ülkede deniz üstü rüzgâr enerjisi projeleri gerçekleştirilmiştir. Şekil 6’da deniz üstü rüzgâr
santralleri gösterilmektedir [Aygün 2012].
Şekil 6: Deniz üstü rüzgâr santralleri.
Bina Monte Rüzgâr Türbinleri
Bina veya binaların tasarım aşamasında ya da sonradan monte edilen, bina veya
binaların formuna uyum kaygısı taşımayan ve formu rüzgâr akışını değiştirmek amacıyla
kullanılmayan türbinlerdir. Genellikle binalarda kule olarak kullanılmaktadır.
90
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
Yatay ve düşey rüzgâr türbinleri bina veya binalara monte edilmektedir. Bina veya
binaların rüzgâr açısı türbinlerden maksimum verim almak açısından önemlidir. O bölgenin
hâkim rüzgâr yönü ve binanın konumu, monte edilecek türbinin binaya monte edilecek
yüzeyini belirler. Şekil 7’de binaya monte rüzgâr türbinlerin montaj şekilleri gösterilmektedir
[Aygün 2012].
Şekil 7: Binaya monte rüzgâr türbinlerin montaj şekilleri.
Bina Entegre Rüzgâr Türbinleri
Bina entegre rüzgar türbinleri, mimari tasarım sırasında sürece dahil edilmiş olup, bina
veya binaların formu tarafından desteklenerek, rüzgar yönünü, hızını yada yoğunluğunu
değiştirmek veya arttırmak suretiyle, elde edilecek olan enerjinin maksimum seviyelere
yükselmesi hedeflerine yönelik olarak tasarlanan türbinlerdir. Rüzgâr türbinleri mimari form
üzerinde büyük etkiye sahip olup bina veya binaların tasarımda asıl amaç rüzgâr enerjisini
kullanmaktır. Şekil 8’de çeşitli olarak binaya entegre rüzgar türbinleri gösterilmektedir
[Aygün 2012].
Şekil 8: Lighthouse, Castlehouse, Pearl River Towers.
Dünyada Mimarisinde Kullanılan Rüzgâr Türbini Örnekleri
Şekil 9.a’da İngiltere’nin Londra şehrinde 2004 yılında rüzgâr türbini gösterilmektedir.
Bina aerodinamik biçimiyle gelen rüzgârın bina çevresinde dönmesini sağlamakta ve yapı
üzerindeki baskıyı azaltmaktadır. Binanın çevresinde hava akımları oluşması nedeniyle cephe
basınç farkları oluşmakta ve binanın doğal havalandırılması sağlanmaktadır [Aygün 2012].
Şekil 9.b’de Taiwan’da 2011 yılında yapılmış olan Bionic Arc binasında uygulan
rüzgâr türbini gösterilmektedir. Taşıyıcı sisteme entegre edilen rüzgar türbinleri sayesinde
bina tükettiği enerjinin büyük bir kısmını rüzgar enerjisi ile üretmeyi hedeflemiştir. Binanın
91
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
gövdesindeki rüzgâr türbinleri için gerekli rüzgâr hızını arttırmayı amaçlayan tasarıma
sahiptir.
Dubai’de yapılması planlanan otel projesinde kullanılan rüzgâr türbine sayesinde
ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi rüzgârdan elde edilecek elektrik enerjisinde karşılanması
planlanmaktadır. Şekil 9.c’de Anara Tower binasında uygulanması planlanan rüzgâr türbini
gösterilmektedir [Aygün 2012].
Şekil 9.a
Şekil 9.b
Şekil 9.c
Türkiye’de Mimaride Kullanılan Rüzgâr Türbini Örnekleri
Anakara’da yapılan bu uygulamada 1 adet rüzgâr türbini binaya yerleştirilmiştir.
Türbinin gücü 1,1 kW olup binanın ihtiyacı olan elektrik enerjisinin bir kısmı buradan
karşılanmaktadır. Şekil 10.a’da Eser Yeşil binasında uygulan rüzgâr türbini gösterilmektedir
[Aygün 2012].
İstanbul’da gerçekleştiren bu sistemde 500 W gücünde paralel kanatlı dikey rüzgâr
türbini kullanılmıştır. Dikey türbinin kanat sayısı bel, kanat materyali özel olarak
güçlendirilmiş üçlü örgülü fiber ve özel koruma boyasından yapılmıştır. Şekil 10.b’de
Marmara Üniversitesi Araştırma binasında uygulan rüzgâr türbini gösterilmektedir [Aygün
2012].
Şekil 10.a.
Şekil 10.b.
Sonuç
Fosil yakıtların giderek tükenmesi ve hava kirliliği yaratıp çevreye zarar vermesi
insanları yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yönlendirmiştir. Yenilenebilir enerji
kaynakları gelişmiş ülkelerde enerji üretiminde kullanılırken bu kaynaklar ülkemizde yeteri
kadar ilgiyi görmemekte ve kullanılmamaktadır. Bu kaynakların en önemlilerinden olan
92
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2
DÜNYADA VE TÜRKİYEDE BİNALARDA KULLANİLAN YENİLENEBİLİR ENERJİ (GÜNEŞ VE RÜZGÂR)
SİSTEMLERİNİN İNCELENMESİ
güneş enerjisinin sonsuz ve kolay erişilebilir olması, güneş pilleri sayesinde doğrudan
elektrik enerjisine dönüştürülmesi tercih sebeplerindendir. Ülkemizde kullanılmama
sebeplerinin en önemlisi sistem maliyetinin özellikle fosil kaynaklara göre daha fazla
olmasıdır.
Dünyada kullanılan fotovoltaik sistemler incelendiğinde; eğik çatı, düz çatı ve cephe
sistemleri olarak üç uygulaması bulunabildiği örneklerde bulunmaktadır. Dünyada kullanılan
fotovoltaik sistemler incelendiğinde eğik çatı uygulaması verimlilik bakımından en iyi
sonucu veren uygulama olduğu anlaşılmaktadır. Binanın konumuna ve çatının durumuna göre
uygulanan fotovoltaik sistem çeşidi değişmektedir.
Rüzgâr enerjisi fotovoltaik sisteme göre binalarda daha yüksek enerjiye sahiptir.
Özellikle rüzgâr enerjisi yüksek binalarda kullanılmaktadır. Dünyada ve Türkiye’de binalarda
kullanılan rüzgâr enerjisine bakıldığında üretilen enerji binalarda kullanılan enerjinin büyük
bir kısmını karşılamaktadır.
Kaynakça
Aygün, O. D. (2012). Mevcut Yapılara Fotovoltaik Panel Sistemlerin Entegre Edilmesi, İzmir
Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Mimarlık
Anabilim Dalı, Adana, Türkiye
Erkınay, P. U. (2012). Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından Rüzgâr Enerjisinin Binalarda
Kullanımı Üzerine Bir İnceleme. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Mimarlık Anabilim Dalı, Adana, Türkiye
Koryürek, E. (2008). Fotovoltaik Sistemlerin Binalarda Kullanımı. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız
Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Anabilim Dalı, İstanbul, Türkiye
http://web.boun.edu.tr/meteroloji/yenerji.php (Erişim Tarihi: 6 Şubat 2015)
Yıldırım, T. (2008). Güneş ve Rüzgâr Enerjisi Veri Toplama Sisteminin Geliştirilmesi.
Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri, Temiz Tükenmez Enerjiler
Anabilim Dalı, Ankara, Türkiye
Varınca, K. B. (2006). Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım
Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma. I. Ulusal Güneş ve Hidrojen
Enerjisi Kongresi. Eskişehir, Türkiye, 270-275
Altın, M. (2012). Yeni Yapı Malzemesi Fotovoltaik Paneller, Özellikleri ve Tarihçesi. 2.
Ulusal Yapı Malzemesi Kongresi ve Sergisi
Muntasser, M.A. , Bara, M.F.,Quadri , H.A., EL Tarabelsi, R. ve La-azeb,, I.F. (2000).
Photovoltaics marketing İn Developing Countries. AppliedEnergy, Cilt 65, Sayfa 67-72
Yumurtacı, Z.,Dönmez, A.H. (2013). Konutlarda Enerji Verimliliği. Mühendis Ve Makine
Dergisi, Cilt 54 Sayı 637 Sayfa 38-43
93
EJOIR – ARALIK 2015 IWCEA ÖZEL SAYISI CİLT 2