Dr. Yüksel Atakan
Radyasyon Fizikçisi, Almanya, [email protected]
Güneş ve rüzgâr enerjisi kullanımının artışı: İklim değişikliği ile savaşım kapsamında CO2 ve diğer zararlı sera gazlarını azaltmak amacıyla dünya genelinde güneş ve rüzgâr enerjileri kullanımı hızla artmaktadır. Güneş ve rüzgâr enerjisinden elektrik üretimi temiz ve bedava gibi görünse de, işin diğer yüzüne de dikkat çekmek gerekir. Bu enerjilerin kullanımının çevre dostu olduğu doğru olsa da, “madalyonun diğer yüzü” yani aşırı artmakta olan panellerin geri dönüşümleri ve atık yönetimi göz ardı edilmelidir. Birçok kişi evlerinin çatısına güneş panelleri yerleştirerek elektrik üretmeye başlarken, bu gelişmenin olası olumsuz etkilerini göz önünde bulunduranlar da var mı acaba?
Artan güneş paneli sayısı ve geri dönüşüm gereksinimi: Güneş panellerinin ortalama ömrü 25 yıl kadardır. Bu süre dolduğunda, paneller işlevlerini tam olarak yerine getiremedikleri için sökülmek zorunda kalınıyor. Gelişmiş ülkelerde bu paneller geri dönüşüm tesislerine yönlendirilmek üzere depolara konulurken, az gelişmiş ülkelerde bu panellerin çöplüklere atılması kestirilebilir. Çünkü geri dönüşüm hem pahalı, hem de az gelişmiş ülkelerde gerekli tesisler genellikle bulunmuyor. Artan güneş paneli sayısıyla orantılı olarak, geri dönüşüm tesislerinin, süreçlerinin ivedilikle planlanması ve uygulanması gerekiyor.
Güneş enerjisinden elektrik üretiminin verimliliğinin düşük olması nedeniyle, aynı elektrik üretimi için diğer elektrik santrallerinde göre, çok daha fazla arazi ve malzemeye gerek duyuluyor ve sonuçta çok daha fazla ‘kurulu güce’ ( Güneş elektrik santraline) gerek var.
Güneş Panellerinde Bulunan Zararlı Maddeler
Kurşun: Silikon bazlı güneş panellerinin lehim bağlantılarında ve bazı temas noktalarında kullanılıyor. Hektar başına yaklaşık 20-25 kg kurşun bulunuyor. Üretim, kullanım ve geri dönüşüm sırasında kurşun sızıntısı olabilir.
Kadmiyum: İnce film güneş panelleri, özellikle kadmiyum tellürür (CdTe) içeren paneller, hektar başına yaklaşık 18-26 kg kadmiyum içeriyor. Kadmiyum, oldukça zehirli bir ağır metal olup, paneller hasar gördüğünde (örneğin dolu veya yangın) toprağa sızarak biyolojik dolaşıma girebilir.
Malzeme tüketimi ve verimlilik: Güneş paneli çiftlikleri, diğer enerji santralleriyle karşılaştırıldığında çok daha düşük verimliliktedir. Güneş ışınlarının enerjisini elektriğe çevirme oranı % 20-25 kadar düşük olduğundan, aynı miktarda elektrik üretimi için diğer santrallerle karşılaştırıldığında, daha fazla panele, arazi ve malzeme kullanılmasına gerek olmaktadır. Bu da uzun sürede (her 25 yılda bir) çelik, aliminyum, çimento, cam gibi çok fazla malzeme kullanımına yol açıyor.
Sonuç: Güneş paneli kullanımı her geçen gün artmakta ve buna paralel olarak hurda panellerin çevreye olan olumsuz etkileri de büyümektedir. Geri dönüşüm süreçlerinin yeterince planlanmaması, özellikle az gelişmiş ülkelerde ciddi çevre kirliliğine yol açabilir. Panellerde bulunan zararlı maddelerin çevreye sızması, toprak ve hava kirliliğine sebep olabilir. Bu nedenle, artan güneş paneli hurda sayısıyla orantılı olarak, geri dönüşüm kapasitesinin artırılması ve gerekli teknolojilerin geliştirilmesi büyük bir zorunluluktur. Geri dönüşüm süreçleri, şimdiki gibi göz ardı edilmeyi sürdürürse, Himalaya dağı büyüklüğünü bulacak milyarlarca panel, dünya genelinde büyük bir çevre sorununa yol açabilir.
Not: Her yılki panel sayılarının o yıl içinde geri dönüşümleri yapılmadığında, bunların çöplüklerdeki sayılarının, her yeni yılda birikerek artacağı açıktır. Hidrolik santrallerde verimin en yüksek olmasının nedeni, barajlarda yüksekten düşürülen suyun potansiyel enerjisinin, fazla bir enerji kaybı olmadan doğrudan türbin kanatlarında kinetik enerjiye ve türbine bağlanan jeneratörde de elektriğe çevrilmesinden kaynaklanıyor.
Almanya’da durum ve Dünya geneli için değerlendirmeler
“Almanya’da Kamu Net Elektrik Üretimi 2024 – 08.09.2024’e Kadar Enerjik Olarak Düzeltilmiş Değerler” raporuna göre, Eylül 2024’e kadar Almanya’da: 89 GigaWatt (GW) Güneş Kurulu Gücünden, 51 Terawatt saat = 51.000 Gigawatt saat (GWh) elektrik üretildi.
1) Güneş enerjisi üretiminin verimliliği
(Konuya yabancı olanlar için açıklamalar) “Kurulu güç”, bir sistemin ya da santralin üretebileceği maksimum elektrik gücüdür. Örneğin, her biri 300 Watt’lık 18 güneş paneli, bir çatıya konulmuşsa, o evin kurulu gücü: 18 panel x 300 Watt = 5.400 Watt (W).
Bir silikon güneş paneli yaklaşık %70 cam, %10 plastik, %8 alüminyum, %5 silikon, %1 bakır ve %1 gümüş‘ün yanı sıra az miktarlarda da kurşun, kadmiyum, antimon ve diğer bazı maddelerden oluşur.
Bir elektrik santralinin elektrik üretiminin kapasite faktörü veya verimliliği (E), 1 yıl içinde gerçekten üretilen elektrik miktarının, yıl boyunca sürekli tam elektrik gücüyle elde edilebileceği düşünülen maksimum elektrik miktarına oranı olarak hesaplanıyor.
Almanya’da 8 Eylül 2024’e kadar 1 yıl için hesaplandığında:
E = 51.000 GWh / (89 GW x 24 Std. x 365 Tage) = 51.000 / 779.640 = % 6,5
Bu oran, Güneş enerjisi ile yıl içinde kurulu gücün sadece % 6,5’nun elektriğe dönüştürülebildiği, Güneş ışınlarının geceleri olmaması ve yılın birçok gününde çok zayıf olması nedeniyle, elektrik gücün %93,5’inin kullanılmadığı anlamına geliyor.
Karşılaştırıldığında, verimlilik (ya da kapasite faktörü) hidroelektrik santraller için yaklaşık % 90, nükleer santraller için yaklaşık % 80 ve fosil yakıtlı santraller için ise yaklaşık % 60 kadardır.
Not: Bu verimlilik (E) veya kapasite faktörü, bir Güneş panelinin, Güneş enerjisinin paneldeki elektrik enerjisine dönüşüm oranı olan ve % 20 ila % 25 arasındaki verimliliği ile karıştırılmamalıdır.
“2023 sonunda Almanya’daki toplam Kurulu Güç 81,7 GigaWatt idi. 2030 yılında güneş enerjisi için 215 GigaWatt’a erişme hedefine ulaşmak için gelecekte, her yıl 19 GigaWatt eklenmesi gerekecek. Almanya’da 2023 yılında 54 TWh elektrik, Güneş enerjisinden üretildi”
2) Almanya’daki toplam güneş paneli sayısı
Yaklaşık 90 GW toplam Kurulu Güç ve panel başına ortalama 300 Watt güç varsayıldığında bugün Almanya’daki toplam panel sayısı, yaklaşık olarak: 90 GW x 1.000.000.000 W/GW / 300 W = 300 milyon panel kadardır.
Panel başına ortalama 20 kg ağırlık ile bu: 300 milyon panel x 20 kg/panel = 6 milyon ton eder.
Bu miktarın büyüklüğünü gözümüzde canlandırmak için: 30 tonluk kamyonlara bu miktar dağıtılırsa, sonuç şöyle olurdu: 6.000.000 ton / 30 ton/kamyon = 200.000 kamyon gerekirdi.
Bu kamyonlardan her biri 100 metre aralıklı bir konvoy oluşturulursa bu: 200.000 x 100 metre = 20.000.000 metre = 20.000 km uzunluğa ulaşacaktır ki, bu da ekvatorun uzunluğunun yarısına karşılık gelecektir.
2030 yılı için ‘ deki hedeflere ulaşılırsa, yukarıdaki sayıların 215/90 = 2,39 faktörü ile artırılması gerekecektir. Bu ise konvoyun Dünya’nın yörüngesinde bir kez döneceği anlamına geliyor.
Not: Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı, 2050 yılına kadar Dünya’da 78 milyon tona kadar ulaşacak Güneş paneli dağları öngörüyor.
Bir güneş panelinin ömrü yaklaşık 25 yıldır. Güneş enerjisi Almanya’da 1990’dan beri var. Basına göre: “Güneş enerjisindeki atılım, 1990 ve 1992 yılları arasında Almanya Federal hükümetinin 1000 çatı programıyla başladı”. Bu ise, 32 yıl sonra bugün birçok panelin zaten geri dönüşümünde olması anlamına geliyor.
3) Önümüzdeki 25 yıl içinde ve bundan sonraki her yıl geri dönüştürülecek panel sayısı
300 milyon panelin yaklaşık 25 yıl içinde geri dönüşümünün yapılacağını, bunun ise en azından % 4’lük oranlarda yapılabileceğini varsayarsak, Almanya’da: 300 milyon x 0,04 = yılda 12 milyon panel’in geri dönüşümü yapılabilir.
Asıl sorun, her yıl ve sonraki yıllarda yeterli geri dönüşüm yerlerinin bulunup bulunmayacağıdır. Bunun araştırılması gerekir.
Panellerin geri dönüşümü sadece pahalı değil, aynı zamanda derin uzmanlık gerektiren bir alan olup özel makine ve uzman personel gerektirmektedir (gelişmekte olan ülkelerde bunların bulunmayacağı da açıktır) .
Aşağıdaki Şekil 4‘de gösterilenler: Geri dönüştürülecek panel miktarının (kütlesinin) yüzdeleri (solda).
ABD doları cinsinden Watt ve panel başına geri dönüşüm fiyatı (sağda):
4) Güneş panellerindeki zararlı maddeler
Panellerde bulunan silikon, kadmiyum, antimon, gümüş ve kurşun gibi malzemelerin zehirli olduğu ve bu nedenle eski panellerin dikkatli bir şekilde elden geçirilmesi gerekiyor. Gelişmekte olan ülkelerde, geri dönüşüm yerlerinin pek bulunmaması ve geri dönüşümün de ücretli olması nedenleriyle eski panellerin geri dönüştürülmemesi, açık depolama alanlarında atılması ve zehirli maddelerin çevreye sızması durumunda çevre kirliliği sorunu göz ardı edilmemeli . 2014 yılında yapılan bir araştırmaya göre, dünya genelinde güneş panellerinde yaklaşık 11.000 ton kurşun ve 800 ton kadmiyum bulunduğu hesaplanmıştır. Panel sayısının 2014’ten bu yana büyük ölçüde artmış olmasından, bu sayıların günümüzde çok daha yüksek olacağını gösterecektir. Almanya’daki bir tarım bültenine göre (LfL – bayern.de), dünyadaki güneş panellerinin %90’ı yarı iletken olarak silikon bazlıdır. Ancak bu panellerin temas noktaları ve lehim bağlantıları gümüş, çinko veya kurşun gibi maddeler içerir. Her hektarda yaklaşık 20-25 kg kurşun bulunduğu hesaplanmıştır.
İnce film güneş panellerinde ise genellikle kadmiyum tellürür (CdTe) ve az miktarda kadmiyum sülfür (CdS) kullanılır. Yarı iletken tabakaların sadece 3 mikron kalınlığında olmasına rağmen hektar başına yaklaşık 18-26 kg kadmiyum bulunduğu tahmin edilmektedir. Sağlam güneş panellerinde toprağa kadmiyum ve kurşun sızıntısı beklenmese de, dolu veya yangın gibi önemli hasar durumlarında bu maddelerin toprağa karışma riski bulunmaktadır.
5) Güneş panellerinde zehirli maddeler neden var?
Güneş panellerinde elektrik üretimi ancak kadmiyum, antimon ve gümüş gibi katkı maddeleriyle sağlanabiliyor. Bu yarıiletken maddeler, güneş ışığını elektriğe dönüştürdüklerinden, panelerdeki fotovoltaik hücrelerin ana maddeleridir.
Türkiye’de Durum
Türkiye’deki güneş enerjisi santrallerinin toplam kurulu gücü 2023 yılında 17,600 MW’a ulaşmıştır. Aynı yıl, güneş enerjisinden üretilen toplam elektrik miktarı ise 18.800 GWh olarak gerçekleşmiştir. Bu, Türkiye’nin toplam elektrik üretiminin % 5,7’sini oluşturmaktadır. Türkiye’deki güneş enerjisi santrallerinin ortalama verimlilik (kapasite faktörü) değeri %12 civarında hesaplanmaktadır. Almanya’nın % 6,5’lik kapasite faktörüyle karşılaştırıldığında, Türkiye’deki güneş enerjisi üretim verimliliğinin yaklaşık iki kat daha fazla olduğu görülüyor.
Türkiye’de yaklaşık kaç Güneş paneli var?
2023 yılındaki 17.600 MW kurulu güçle her biri 300 Watt olan paneller baz alındığında, Türkiye’de 2023 yılında yaklaşık 60 milyon güneş paneli olduğu kestirilebilir. Ancak bu sayı sürekli yapılmakta olanlar gözönüne alındığında, yakında iki katını geçebilir. Birçok panelin de 1990’lı yıllarda kurulduğu düşünüldüğünde, bu panellerin ömrünü tamamlamış olduğu açıktır. Bunların geri dönüşümlerinin yapılıp yapılmadığı ya da çöplüklere mi atıldıkları ise bilinmediğinden, araştırılmalıdır.
Dünya’da Durum
2023 yılında, dünya genelindeki güneş enerjisi üretiminde kullanılan toplam kurulu güç 1.600 GigaWatt (GW) düzeyine ulaşmıştır. Aynı yıl, dünya genelinde güneş enerjisinden üretilen toplam elektrik miktarı ise 1.630 TeraWatt Saat (TWh) olmuştur. Dünya genelindeki ortalama kapasite faktörü ya da verimlilik oranı ise bu verilerden, yıl sonunda % 11,5 olarak hesaplanır. Afrika gibi bol güneş alan ülkelerin bu yüksek verimliliğe büyük katkısı vardır.
Şekilden görüldüğü gibi 2023 yılında en çok artan Güneş Enerjisinden elektrik üretimi oldu (TWh) olarak:
Tüm Dünya’daki panel sayısı her biri 300 Watt’lık paneller varsayılarak: 1600 GW x 109 W/GW / 300W = 5,3 milyar panel bulunuyor.
Her yıl bu miktarın % 4’ü hurdaya çıkarsa bu 212 milyon adet panelin geri dönüşümünün yapılması demektir ve bunu yapacak tesislerin ve uzmanların şimdiden planlamsını gerektirir.
Sonuç
Bu yazının amacı, Almanya, Türkiye ve dünya genelinde güneş enerjisinden elektrik üretiminin bilinmeyen sorunlarına dikkat çekmektir. Almanya’da güneş enerjisi sistemlerinin verimliliği sadece %6,5 iken, dünya genelinde ve Türkiye’de bu oran %11,5 – %12 civarındadır. Bu verimlilik oranları, kurulu güce göre düşünüldüğünde, daha fazla panelin kurulması gerektiğini göstermektedir. 1.200 MW kapasiteli 3 milyon panelli bir güneş enerjisi çiftliği, aynı miktarda elektrik üretmek için diğer enerji santrallerinden çok daha fazla malzeme (çelik, alinyum, cam, beton vb.) gerektirecektir.
Her yıl geri dönüşümü yapılması gereken toplam panel sayısı, dünya genelinde 5,3 milyar adedi bulmaktadır. Bu kadar çok panelin tümünün geri dönüştürülmesinin yapılamayacağını söylemek yanlış olmaz. Özellikle az gelişmiş ülkelerde panellerin en azından % 30’u geri dönüştürülemezse, toplamda bu 1,6 milyar panelin ileride çöplüklere atılması demek olacaktır.
Bu nedenle, geri dönüşüm süreçlerinin daha fazla gecikmeden planlanması gerekmektedir. Özellikle az gelişmiş ülkelerde geri dönüşüm altyapılarının geliştirilmesi zorunludur. Gelişmiş ülkelerde bile ancak % 80-90 geri dönüşüm yapılabileceğinden, hurdalar çöpüklere atıldığında, bunların içlerindeki zehirli maddelerin çevreye önemli zararlar verecekleri açıktır.
KAYNAKLAR
1) https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=de&c=DE&chartColumnS
2)https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2024/20240105_EEGZubau.ht
3) https://ourworldindata.org/electricity-mixml
4) Güneş Panellerinin Geri Dönüşümü: Karlılık ve Zorluklar – pv magazine USA (pv-magazine-usa.com).
5) Fotovoltaik Modüllerden Kirletici Salınımı – Prof. Dr. Jürgen Werner, Stuttgart Üniversitesi, Fotovoltaik Enstitüsü (2014–2017) ve https://www.enbausa.de/solarenergie/aktuelles/artikel/wissenschaftler-untersuchen-schadstoffe-aus-pv-modulen-3933.html
6) Güneş ve rüzgârdan elektrik tertemiz ve bedava mı? Y.Atakan, kitap,Sarmal yayınları, 2023
