Güneş enerjisi santrallerinin çevresel etkileri

Güneş ve rüzgâr enerjisi; doğal ve tükenmez, fosil enerji kaynaklarındaki gibi çevre kirliliği yaratmayan, karbondioksit emisyonunu azaltan enerji kaynağı olarak görülmektedir. Bununla birlikte, her iki enerji üretim yönteminin çevreye olumsuz etkileri de vardır. Rüzgâr türbinlerinin çevresel etkilerini diğer yazılarımda bahsetmiştim [1, 2, 3]. Bu yazıda ise, güneş enerjisi santrallerinin arazi kullanımı, çevre ve insan sağlığına etkilerinden bahsedeceğim.

Güneş enerjisinin, fosil yakıtlara sürdürülebilir bir alternatif olması, çevre üzerinde düşük bir etkiye sahip olması ve herhangi bir ülkenin onu üretme potansiyeline sahip olması gibi avantajları vardır. Buna karşın, yalnızca güneş parlarken enerji üretmesi, önemli miktarda araziye ihtiyaç duyması, bazı güneş teknolojilerinin nadir malzemeler gerektirmesi ve güneş panellerinde kullanılan metallerin çevre ve insan sağlığına olumsuz etkileri gibi dezavantajları da bulunmaktadır.

Güneş enerjisinde çevre ve insan sağlığına olumsuz etkileri göz ardı edilmemelidir.

Güneş enerjisiyle ilgili bazı tanımlamalar

Güneş enerjisi: Güneşten gelen ışık ve ısı ile ısıtma, fotovoltaik, güneş termal enerjisi, güneş mimarisi, yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santralleri (erimiş tuz santralleri) ve yapay fotosentez gibi sürekli gelişen bir dizi teknoloji kullanılarak kullanılan enerjidir [4].

Güneş enerjisi santrali (GES): Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren santraldir. Güneş enerjisi santralinde güneş ışınları paneller ile toplanarak sistemin diğer elementlerine aktarılır ve elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilir.

Güneş enerjisi potansiyeli: Bir bölgenin sahip olduğu güneş enerjisi kapasitesinin toplamıdır. Tüm dünyanın güneş enerji potansiyeli yılda 1600 ile 49800 Egza Joule’dir.

Güneşlenme süresi: Bir bölgede güneşin gökyüzünde göründüğü ortalama süreye güneşlenme süresi denir.

Fotovoltaik enerji (PV): Güneş enerjisini elektrik akımına dönüştüren teknolojiye fotovoltaik (PV) teknolojisi denir. Silikon benzeri materyaller, güneş enerjisini direkt elektrik enerjisine çevirme özelliğine sahiptir. Bu durumu da fotovoltaik etki adı verilir.

Güneş pili: Güneş pili, güneş hücresi ya da fotovoltaik piller, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik araçlardır. Güneş pili, güneş paneli üzerinden gelen elektriği depo eder.

GES’lerin avantajları

Sürdürülebilirlik

Güneş enerjisinin avantajı, fosil yakıtlara sürdürülebilir bir alternatif olmasıdır. Fosil yakıtların hızla yaklaşan bir son kullanma tarihi olsa da, güneşin en az birkaç milyar yıl daha çevrede olması muhtemeldir. Teknoloji herhangi bir yakıt yanması gerektirmediğinden sera gazı emisyonları önemsizdir. Fotovoltaik güneş pilleri elektrik üretirken suya ihtiyaç duymaz.

Enerji bağımsızlığı

Güneş, dünyanın dört bir yanında parladığından, her ülkeyi potansiyel bir enerji üreticisi yapar ve böylece daha fazla enerji bağımsızlığı ve güvenliği sağlar.

GES’lerin dezavantajları

Güneş enerjisi teknolojisinin ortaya çıkardığı en büyük sorunlardan biri, enerjinin sadece güneş parlarken üretilmesidir. Bu, gece ve bulutlu günlerin arzı kesintiye uğratabileceği anlamına gelir. Aşırı güneşli dönemler aslında fazla kapasite üretebileceğinden, enerji depolamanın düşük maliyetli yolları olsaydı, bu kesintinin yarattığı kıtlık bir sorun olmazdı. Güneş enerjisi için küresel kapasite artmaya devam ederken, Japonya gibi ülkeler ve güneş enerjisi teknolojisindeki diğer küresel liderler, bu sorunla başa çıkmak için yeterli enerji depolaması geliştirmeye odaklanıyorlar [6].

Güneş panelleri hasarları

Paneller dışa bakan camdan yapıldığından, aşırı hava ve eskimeden kaynaklanan hasarlara karşı savunmasızdır. Güneş panellerindeki su ve dolu hasarı, çözülmesi zor problemler gibi görünebilir. Güneş panelleri tipik olarak 20 yıla kadar dayanacak şekilde üretilir [7].

Arazi kullanımı

Güneş enerjisinin önemli miktarda araziyi kaplayabilmesi, arazi bozulmasına ve vahşi yaşam için habitat kaybına neden olabilmektedir. Güneş PV sistemleri günümüzde var olan yapılara sabitlenebilse de, daha büyük ölçekli fotovoltaik sistemleri megavat başına 3,5 ile 10 akreye (3,5×4046.86 m²) ile 10×4046.86 m²) kadar ihtiyaç duyabilir ve güneş termik santral tesisleri megavat başına 4 (4×4046.86 m²) ile 16,5 akreye (16,5×4046.86 m²) ihtiyaç duyabilir [6].

GES’lerin çevresel etkileri

Bir fotovoltaik sistem tarafından elde edilen 1 kWh enerji, yalnızca 50 gram karbondioksit üretir. Buna karşılık, siyah kömürden aynı miktarda enerji üretmek, 1000 gram kadar karbondioksit salıyor. Ancak güneş enerjisi teknolojisinin çevresel dezavantajı, elektronikle aynı tehlikeli maddelerin çoğunu içermesidir. Güneş enerjisi daha popüler bir enerji kaynağı haline geldikçe, tehlikeli atığın bertaraf edilmesi sorunu ek bir zorluk haline geliyor.

GES’lerin çevreye olan etkilerini daha iyi anlamamız için önce GES sistemleri ve kullanılan malzemeyi bilmemizde yarar var.

Fotovoltaik enerji sistemleri

Monokristalin silikon PV paneller: Tek bir silindirik silikon kristalin dilimlerinden oluşan hücreler barındırır. Monokristalin silikon PV panellerin güneş enerjisini elektriğe dönüştürme oranı yüzde15’tir. En verimli güneş enerjisi sistemleridir [4].

Polikristalin silikon PV paneller: Çok kristalli hücreler olarak da bilinen polokristalin silikon PV paneller, eritilen ve yeniden şekillendirilen silikon kristalin kesilmesiyle üretilen hücrelerden oluşur. Güneş enerjisini elektriğe dönüştürme oranı yüzde12’dir [4].

İnce film PV paneller: Güneşten gelen enerjiyi emme oranı yüksek olmasına karşın enerjiye dönüşüm oranı ve verimliliği düşük olan bir panel türüdür.

Amorf silikon PV paneller: Kristal olmayan silikon hücrelerden oluşan Amorf silikon PV paneller, kurşun gibi toksik ağır metaller içermediği için en çevreci panel türü olarak kabul edilir.

Güneş panellerinde kullanılan metaller*

Fotovoltaik enerji sistemleri gittikçe yaygınlaşıyor ve güneş panelleri geniş alanlara yayılıyor. Ayrıca evlerin çatılarında gitgide yaygınlaşan milyonlarca güneş paneli var. Güneş panellerinin cam ve alüminyum malzemesi çevre için büyük bir sorun yaratmamasına karşın, güneş hücrelerinden oluşan paneller çeşitli ağır metaller, katkı maddeleri genellikle insan sağlığına ve doğaya zararlı olabilecek kimyasal maddeler içeriyorlar.

Çoğu güneş panelleri alüminyum, kadmiyum, bakır, galyum, indiyum, kurşun, molibden, nikel, silisyum, gümüş, selenyum, tellür, kalay ve çinko metallerinin bir kombinasyonunu içerir [9]. Bu metallerden kadmiyum ve kurşun toksik olup, bazılarının da kanserojen etkileri olabilmekte.

Kadmiyum: Paneller ve güneş hücreleri, daha çok kristal silisyum ya da çok ince film kadmiyum tellürid ya da kadmiyum sülfid tabakalardan yapılıyor.

Alüminyum: Güneş pillerinin kasası olarak kullanılır. Çoğu modern güneş panelinin çerçevesini oluşturur.

Bakır: Yüksek iletkenliği ve dayanıklılığı sayesinde, güneş enerjisi üretiminde güneş panellerinin verimliliğini ve performansını artırmak için gereklidir.

Silisyum: Kristalin yarı iletkenlik ve ışık soğurma özellikleri vardır. Güneş ışığını emen ve güneş pilleri içinde elektrik üretmek için kullanılan serbest elektronlara dönüştürür.

Gümüş: Yeni güneş elektriğini panellerden kullanım noktasına veya pil depolama sistemine taşımaktan sorumludur. Kristal güneş pillerinin önünde ve arkasında kullanılır.

Çinko: Artan enerji dönüşümü yoluyla daha yüksek güneş pili verimliliği elde etmek için çinko oksit kullanılır [9].

Kurşun: Güneş hücrelerini birbirlerine ve panelin kenarlarına bağlamada kullanılan lehimde bulunuyor.

Lityum: Güneş pillerinde kullanılır.

Güneş pilleri

Günümüzde güneş pilleri için üç farklı bileşimden biri tercih ediliyor. Bunlar kurşun asit, lityum-iyon ve tuzlu su. Yeni konut güneş pillerinde kullanılan baskın teknoloji olarak, lityum iyon pillerin genellikle lityum benzerlerinin ötesinde krom, kobalt, grafit, mangan ve vanadyum gibi bir dizi element ve mineral içermekte [9].

Kurşun-asit: Kurşun-asit piller, sülfürik asit ve su karışımı (elektrolit), negatif yüklü kurşun metal plaka (anot) ve pozitif yüklü kurşun dioksit metal plaka (katot) içerir. Plakalar, elektriği depolamak için elektrolit içinde askıya alınır [9].

Lityum iyon: Fazla güneş enerjisini depolamak için en yaygın seçenek olan lityum iyon aküler, kurşun asit akülere göre daha az bakım gerektirir, daha uzun ömürlüdür, daha verimlidir ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir.

Tuzlu su: Tuzlu su batarya sistemleri, lityumu sofra tuzunda bulunan element olan sodyum ile değiştirerek enerjiyi yakalayabilen, depolayabilen ve boşaltabilen bir tuzlu su çözeltisi sağlar. Sonuç olarak, tuzlu su pilleri geri dönüştürülebilir ve uzun bir kullanım ömrüne sahiptir, ancak aynı enerji depolama kapasitesine sahip olmayabilir [9].

Hangisi daha çevreci, GES mi RES mi?

Rüzgâr enerjisine güç veren türbinler, güneş panellerine göre çevreye daha az zararlıdır. Ayrıca, güneş panellerinden daha fazla elektrik üretirler ve açık denizlere kurulabilirler.

Güneş enerjisinden farklı olarak, rüzgâr enerjisinden hem gündüz hem de gece yararlanılabilir. Ancak, rüzgâr öngörülemeyen bir enerji kaynağıdır. Türbinler de oldukça gürültülüdür ve güneş panelleri gibi çok fazla arazi alanı gerektirir, bu nedenle yoğun nüfuslu alanlar için mantıklı değildir [6].

Güneş panelleri daha güçlü ve öngörülebilir bir enerji kaynağıdır. Daha az alana ihtiyaç duyarlar, daha az gürültülüdürler ve yoğun nüfuslu alanlarda çatılara kurulabilirler.

Dünyada GES örnekleri

Dünyanın en büyük güneş enerjisi santrali Hindistan’ın Rajasthan şehrinde bulunuyor. Nisan 2020’de tamamlanan Bhadla Solar Parkı 10 bin dönümlük alanı kaplıyor ve 2.245 megavat kurulu güce sahip. Projeye yapılan toplam yatırımın yaklaşık 1,4 milyar dolar olduğu tahmin ediliyor [6].

Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en büyük güneş parkı, Rosamond, California yakınlarındaki Solar Star Parkı olarak biliniyor. Santral, kapasiteleri 314MW ve 265MW olan Solar Star-1 ve Solar Star-2 adlı iki ayrı kurulumdan oluşuyor. Hindistan’daki fabrikada olduğu gibi, alan, güneşe fazla maruz kalması ve minimum yağmur alması nedeniyle seçilmiş [6].

Güney Koreli çiftçiler güneş santrallerine neden karşı

Güney Kore’nin güneş enerjisi kapasitesi 2016’dan bu yana dört kattan fazla arttı. Bugün Güney Kore, Fransa ve Belçika’nın toplamından (yaklaşık 18 GW) daha fazla üretim kapasitesine sahip. 2017’de kurulan güneş PV kapasitesi 13.908 MW. Bu da hükümetinin yürüttüğü enerji dönüşüm politikasının işe yaradığını gösteriyor. Mevcut güneş paneli kapasitesinin yüzde 75’inden fazlasının son beş yılda kurulduğu anlamına da geliyor.

2017 yılında Güney Kore hükümeti, yenilenebilir enerjinin elektrik üretimindeki payını 2030 yılına kadar yüzde 7,6’dan yüzde 20’ye çıkarmayı hedefledi. 2030 Planı’nın ardından tarım arazilerine birçok güneş paneli kuruldu. Ayrıca, kıyıdaki tarım arazileri de toprak tuz oranı değerlendirildikten sonra güneş santrali alanlarına dönüştürüldü. Ne var ki, bu arazi örtüsü değişikliği, çiftçiler, toprak sahipleri ve güneş enerjisi geliştiricileri arasında çatışmalara yol açtı. Hükümet bu planında, Güney Kore’de tarım arazilerinin yarısından fazlasının kiralandığı gerçeğini gözden kaçırmıştı.

Sahipleri genellikle başka yerlerde yaşayan bu araziler için güneş paneli kurulumu kararı verildiğinde, bu arazileri kiralayan çiftçiler geçim kaynaklarını kaybederler. 2030 Planı’nın tasarım sürecinde ‘mekân ve aracılar’ konusunun dikkate alınmaması ciddi çatışmalara neden oldu. Mevcut enerji dönüşüm girişiminin yanlış bir şekilde başladığı tartışmaların ana konusunu oluşturdu. Kötü tasarım dışında, karar alma sürecinde vatandaş katılımının eksik olması ise tartışmaların diğer başlıca konusuydu.

Güneş santralleri tarım arazileri üzerine kurulduğu için, çiftçiler arasında sayıları artan bu güneş enerjisi tesislerinin gıda güvenliğini tehdit edebileceğine dair endişeleri de arttırdı. Elektrik ve gıdanın yoğun nüfuslu kentsel alanlarda tüketildiği gerçeğinden hareketle çok sayıda çiftçi, elektrik ve gıda üretiminin yükünü kırsal topluluklara yüklenmemesi, kırsal-kentsel bölgeler arasında adaletin sağlanması gerektiğini savunuyor.

Öneriler

• Tarım arazileri üzerinde GES kurulmamalıdır.
• Mera ve otlakları kaplayacak şekilde geniş alanlara GES kurulmamalıdır.
• 20 yıl kadar kullanıldıktan sonra sökülüp ortadan kaldırılmasında ilgili koruyucu önlemlerin alınması gerekiyor. 20 yıl kadar sonra bunlar yenileriyle değiştirilmek zorunda olduğundan üretimin sürmesi ve bunlardaki ağır metallerin dolaşımı da söz konusudur.
• İleride bakım, onarım çalışmalarında, kuvvetli dolu, kaza ve yangınlarda da panellerdeki ağır metaller çevredeki toprak ve sulara, besinlere ulaşabileceğinden şimdiden önlem alınması gerekiyor [10].
• Güneş paneli içinde ne gibi kimyasal maddeler bulunduğu bilinmeli, olanaklı ise kadmiyumlu olanlar yerine magnezyumlu olanlar kullanılmalıdır.
• Perowskit tipi güneş panelleri geliştirilip içindeki kurşun insan ve çevreye zarar vermeyecek başka bir maddeyle değiştirilebilir ya da kurşun dışarıya sızmayacak şekilde kapsüllenebilirse perowskit panellerinin kullanımı yararlı olabilir [11].
• Üretim sırasında panellerde kullanılan kurşun, kadmiyum toksik metal taneciklerinin havaya ve çevreye yayılması önlenmelidir.
• Geniş arazilerde ve çatılarda kurulmuş olan panellerin bakım, onarım, kaza, kuvvetli yağış (dolu) hasarı, yangın, ileride panellerin sökümü sırasında ve çöpe atılmasında bunlardaki zehirli ağır metallerin toprak ve sulara karışmaması için daha başlangıçta planlama yapılmalıdır.
• Önlemlerin alınma yöntemlerini içeren bir yönetmelik hazırlanmalı ve uygulanması denetlenmelidir.

*Sonraki yazıda GES’lerde kullanılan metallerin çevre ve insan sağlığına etkileri anlatılacaktır.

Dr. Eşref Atabey

Jeoloji Yüksek Mühendisi / Tıbbi Jeoloji uzmanı / Yazar

Kaynaklar

[1] Eşref Atabey. 2022. Rüzgâr türbinlerinin bal arıları ve arıcılığa (etkileri- https://www.temizmekan.com/ruzgar-turbinlerinin-bal-arilari-ve-ariciliga-etkisi/)

[2] Eşref Atabey. 2022. Rüzgâr türbinlerinin kuşlar ve yarasalara etkileri- (https://www.temizmekan.com/ruzgar-turbinlerinin-kuslara-ve-yarasalara-etkisi/)

[3] Eşref Atabey. 2022. Rüzgar türbinlerinin gürültü etkisi (https:/www.temizmekan.com/ruzgar-turbinlerinin-gurultu-etkisi/)

[4] https://www.encazip.com/gunes-enerjisi

[5] https://www.inores.com/turkiye-guncel-ruzgar-ve-gunes-enerjisi-haritalari-yayinlandi

[6] Matthew Johnston. 2022. Solar Energy: Benefits and drawbacks. (https://www.investopedia.com/articles/investing/053015/pros-and-cons-solar-energy.asp)

[7] https://modernize.com/homeowner-resources/solar/common-causes-of-damage-to-solar-panels-and-how-to-avoid-them

[8] https://reneweconomy.com.au/its-not-easy-to-build-a-solar-farm-in-australia-any-more-59308/

[9] https://palmetto.com/learning-center/blog/minerals-in-solar-panels-and-solar-batteries

[10] https://tr.boell.org/tr/2022/01/26/koreli-ciftciler-gunes-panellerine-neden-karsi

[11] Yüksel Atakan. 2018. Güneş enerjisi panellerinin çevreye verdiği zararlar tartışılıyor. HBT Dergisi. Tarih: 29.6.2018