İç Anadolu bölgesi için güneye bakan eğimli yüzeye gelen günlük global, direkt ve difüz radyasyonun hesaplanması

Enerji en genel anlamıyla iş yapma kabiliyeti, iş ise bir güç etkisiyle sistemde hareket oluşturmak ve yer değiştirmektir. İlk çağlarda insanlar iş yapabilmek için kendi vücut enerjilerini kullanırlarken, zamanla hayatlarını daha kolay sürdürebilmeleri için hayvan gücünden istifade etmeye başladılar. Bunu 1600'lü yıllarda Avrupalıların ormanları kullanmaya başlaması ve kömürü keşfetmeleri takip etti. 1700'lü yıllarda İngiltere'de başlayan sanayi devrimi neticesinde yeni makinelerin icat edilip kullanılmaya başlaması ile birlikte enerjiye olan talep de aynı oranda arttı. 1776 yılında, James Watt, Newcomen'ın daha önce bulduğu buhar makinesini geliştirerek, kömür madenlerindeki su baskınlarını önlemek amacıyla kullanılan su pompasını sanayide kullanılır hale getirdi ve kömür madenlerinin rahatlamasını sağlayan bu buluş, başta tekstil olmak üzere sanayi devriminin daha hızlı gelişimini sağladı. Bu yüzyılın dünya enerji tarihinin gelişimini yakından ilgilendiren siyasi gelişmelere de bakacak olursak, 1776'da Amerika'nın kurulması ve Rusya ve Fransa'nın gittikçe dünya siyasetinde önem kazanmaya başlamalarından söz edebiliriz. Çünkü bu ülkeler enerji tarihini değiştiren, geliştiren çok önemli çalışmalara, olaylara, keşiflere yol açmışlardır. Yine aynı dönemlerde Edison tarafından (1882) elektriğin bulunması, enerji alanındaki en büyük adımlar biridir. 1800'lü yıllar enerjiye olan talebin daha da arttığı, bu konuda özellikle Almanya ve Fransa arasında çatışmaların yaşandığı ve artık yoğun olarak yeni kaynak araştırmalarının hızlandığı dönemdir. Özellikle yüzyılın ikinci yarısında, 1861'de Amerika'da petrolün bulunması ve bunu daha sonra Rusya ve dünyanın pek çok yerinde bulunan petrol reservlerinin takip etmesi bu yüzyılın enerji bakımından en önemli olaylarındandır. 1900 yılların ilk yarısı enerji kaynaklarının paylaşımı konusunda savaşların yaşandığı bütün dünya ve insanlık tarihi için en zor dönemlerden biridir. Bu dönemde aynı zamanda petrol araştırmaları hızlanmış ve önce İran olmak üzere sırasıyla Irak, Kuveyt ve Arabistan ve daha sonra Ortadoğu bölgesinin büyük bir kısmında yeni petrol rezervleri tespit edilip üretim faaliyetleri arttırılmıştır. Yeni makinelerin icatlarına devam edilmiş, içten yanmalı motorlar keşfedilmiş ve ilk otomobil üretilmiştir. Bu yüzyılda bilimsel araştırmalar da çok yoğundur; özellikle Einstein'ın çalışmaları ve keşifleri neticesinde, atom çekirdeğinin parçalanmasıyla kütlenin enerjiye dönüşümü açıklanmış, ve bu durum enerji alanında yeni bir çığır açarak nükleer enerjiyi gündeme getirmiştir. Bu çalışma daha sonra İtalyan bilim adamı Enrica Ferni ile başlayan ve birçok bilim adamının değişik zamanlardaki katkıları ile 1942 yılında Amerika'da ilk nükleer reaktörün kurulmasına kadar uzanan bir süreçtir. Bizim ülkemiz açısından enerji gelişimine baktığımızda, dünyadaki gelişmenin tersine 1800 yıllar Osmanlı imparatorluğunun büyük sorunlar yaşadığı ve küçülmeye başladığı bir süreçtir. Sanayi devriminden uzak kalışı ve 1900'lü yılların başlarında keşfedilen petrol rezervine sahip toprakların kaybedilişi söz konusudur. Dünyada 1882 yılında kullanılmaya başlanan elektriğin bizim ülkemize ilk gelişi 1914 yılındadır. Birinci dünya savaşının en çok etkilediği ülkelerden biri olarak İmparatorluk dağılmış ve Türkiye Cumhuriyeti kurulmuş ve yeni kurumlar oluşturulup enerji alanında çalışmalar başlamış ve bu konuda ilk olarak İzmir'de 9 Eylül Üniversitesi Enerji Enstitüsü kurulmuş ve enerji politikaları oluşturulmaya başlanmıştır. Ülkelerin gelişmişlik seviyesi kişi başına düşen enerji miktarına göre belirlenmektedir. Kendi kaynaklarının büyük bir bölümünü ilerki dönemlerde kullanmak üzere saklayarak, Ortadoğu'daki büyük petrol kaynaklarına yönelen gelişmiş ve sanayileşmiş ülkeler 1973 yılında yaşanan enerji krizi, 1979 İran devrimi, 1980 İran-Irak savaşlarının başlaması ve 1990 Körfez savaşı gibi çalkantılı dönemlerin arda arda gelmesi ve bu durumun petrol fiyatlarında da büyük çalkantılara neden olmasıyla sarsılmışlar ve artık gelecek 100 yılı kapsayan enerji politikalarını oluşturmaya başlamışlardır. Bu politikalar, büyük ölçüde ülkelerin kendi öz kaynaklarının durumuna ve çeşitliliğine, coğrafi konumlarına, nüfus artış hızları ve yoğunluklarına, ekonomilerine göre belirlenir. Milyonlarca yılda güneş enerjisi sayesinde oluşmuş olan fosil kaynakların tükenme tehlikesi taşıması ve hem fosil yakıtların ve hem de nükleer enerji reaktörlerinin çevreye verdikleri zararlar ve yan etkileri nedeniyle ülkeler ve bilim insanları kaynağı kendilerinde olan, kolay temin edilebilecek temiz yeni kaynak arayışlarına girmişler ve böylece yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir. Yukarıda saydığımız özelliklerin hepsini taşıyan yenilebilir enerji kaynakları hidrolik, güneş, biyokütle, rüzgar, jeotermal, dalga gel-git ve hidrojen olmak üzere sıralanabilir. Bu kaynakların bazıları zaten ilk çağlardan beri farkedilmiş ve az miktarda da olsa kullanılmaktaydı. Mesela, rüzgar enerjisi çok eski zamanlardan itibaren keşfedilmiş ve yelkenli gemilerde ve yel değirmenlerinde kullanılıyordu. Aynı şekilde M.Ö 100. yıllarda nehir kenarlarına kurulan su değirmenleri vardı. Bu gün artık bütün dünyada ve ülkemizde bu kaynakların hepsi çok geniş bir uygulama içerisinde, çok ileri yöntemlerle yoğun olarak kullanılmakta ve bu alanların daha da genişlemesi için gerekli her türlü çalışmalar yapılmaktadır ve geleceğin en temiz ve sürdürülebilir enerji yakıtı olarak yenilenebilir bir kaynak olan Hidrojen gösterilmektedir. Bu tezin konusu olan Güneş enerjisi, yenilenebilir kaynakların temelini oluşturmaktadır. Çünkü aslında bütün enerjilerin kaynağı olan ve enerjisinin yaklaşık olarak gelecek 1030 yıl boyunca bitmeyeceği hesaplanan güneş, aynı zamanda tabiatın ve yaşamın da kaynağıdır ve dünyamız bu enerjiyle beslenmektedir. Güneş enerjisinin insanlar tarafından farkedilip çeşitli sebeplerle kısmen kullanılması M.Ö 212 yıllarında Arşimet'in bu enerjiyi keşfedip Roma ordusuna karşı kulanmasına kadar geriye gitmektedir. 1839 yılında Fransız fizik profesörü Edmond Becquerel'in ilk fotovoltaik etkiyi tespit etmesi ve yine 1860'da Fransa'da su ısıtmak amacıyla kullanılan kollektörler sanayideki ilk uygulamalardır. O zamanlardan günümüze ışık veya ısı enerjisi veya elektrik enerjisi üretiminde kullanılmak suretiyle güneş enerjisinin uygulama alanları çok gelişmiş ve yaygınlaşmıştır. Güneşten enerji temin etmenin negatif bir yönü olarak, güneş radyasyonu bileşenlerinin ölçümünün ve başlangıçtaki kurulum maliyetlerinin yüksek oluşu ve kesintili bir kaynak olması nedeniyle enerjinin depolanması durumu karşımıza çıkmaktadır. Fakat teknolojik gelişimlerle doğru orantılı olarak yapılan çalışmalar bu maliyetleri önemli ölçüde düşürmeye başlamıştır. Bu konuda daha iyi neticelere ulaşmak için yapılan araştırmalar nano teknolojik düzeyde sürdürülmektedir. Bu durum Güneş enerjisinin gelecek yıllarda gittikçe artan bir şekilde daha da fazla kullanılacağının en önemli göstergesidir. Güneş enerjisi, güneşin merkezindeki hidrojen gazının füzyon nedeniyle helyuma dönüşmesi neticesi ortaya çıkan çok yüksek miktardaki radyasyonun yeryüzüne ulaşması ile temin edilir. Bu radyasyonun atmosfer dışına gelen miktarı sabittir, fakat yeryüzüne ulaşması çok değişik faktörlerin etkisiyle azalarak olmakta ve şartlara bağlı olarak değişmektedir. Güneşten enerji üretebilmek için, bu radyasyon miktarlarının ölçümü veya ölçülemeyen bileşenlerinin hesaplanması çok önemlidir. Güneş radyasyonu ölçümlerinin her yerde yapılamaması ve çok pahalı oluşu, aynı şekilde enerji üretecek sistemlerin kurulumunun maliyetinin de çok yüksek olması fizibilite çalışmalarının ne kadar önemli olduğunu gösterir. Bu konuda Güneş radyasyonu tahminleri ve potansiyel çalışmaları gerekmektedir. Eğimli yüzeye gelen güneş radyasyon miktarı yatay yüzeye göre yüksektir. Fakat yatay yüzeye gelen güneş radyasyonu değerlerinin ölçülebilmesine karşılık, eğimli yüzeye gelen radyasyon bileşenleri ölçülemez, ancak yatay yüzeye gelen ölçüm değerleri kullanılarak çeşitli modeller sayesinde hesaplanabilir. Ayrıca, güneş geometrisi, dünyanın kendi ekseni ve güneşin yörüngesindeki hareketleri sebebiyle radyasyon miktarında meydana gelen değişiklikler nedeniyle, en uygun açı ve yön tespiti de güneş enerjisi sistemlerinin kurulumu, tasarımı ve güneşten maksimum enerji elde edilmesi için çok önemlidir. 1800'lü yıllardan bu yana, çok fazla sayıda bilim adamı bu konuda çok önemli çalışmalar yapmışlar ve birçok modeller geliştirmişlerdir. Bu modeller sayesinde, ülkeler ve bölgeler bazında güneş enerjisi potansiyellerini tespit etmek üzere yapılan analizler çok gelişmiştir ve iyi bir güneş enerjisi potansiyeli analizi sayesinde hem güneşten maksimum enerji elde etmek hem de çok büyük maliyetleri olan bu sistemlerin planlanıp hayata geçirilmesi daha kolay ve verimli olur. Tezde çalışma alanı olarak Türkiye'nin üçüncü büyük güneş enerjisi potansiyeline sahip olan ve güneş enerjisi tarlaları kurulmak üzere teşvik almış bulunan İç Anadolu Bölgesi seçilmiştir. Bu bölgedeki enlem sırasına göre kuzeyden güneye sırasıyla Ankara, Kayseri, Aksaray ve Karaman illeri için güneye bakan 10-90 derece eğimli yüzeylerde izotropik ve anizotropik saçılma koşullarında güneş radyasyonu bileşenleri hesaplanarak bu değerler analiz edilmiştir. Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden temin edilen 'Toplam Güneşlenme Şiddeti' verilerinden hareketle, bu illerde eğimli yüzeylere gelen radyasyon değerleri 10, 20, 30 ,40, 50, 60, 70, 80 ve 90 derece açılar için hesaplanmıştır. Veriler, Ankara için; 2010, 2011, 2012, 2013, Kayseri için; 2007, 2008, 2009, 2010, Aksaray için; 2007, 2008, 2009, 2010, 2012, 2013 ve Karaman için; 2007, 2008, 2009, 2010, 2012, 2013 yıllarına aittir. Yatay düzleme gelen radyasyon direkt ve difüz olmak üzere iki bileşenden, eğik düzleme gelen radyasyon ise direkt, difüz ve yansıyan olmak üzere üç bileşenden oluşmakta ve bu bileşenlerin toplamı gobal değerleri vermektedir. Tezde, her saat başı ölçülmüş olan günlük global radyasyon değerlerinden (H) hareketle her bir istasyon için önce atmosfer dışına gelen radyasyon (H0) ve açıklık indeksi (KT=H/H0) ve buradan hareketle de yatay ve eğik düzlemlere gelen global değerler bulunmuştur. İşlemleri 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 ve 90 derece açılar baz alınarak ve difüz bileşenleri hesaplamak için izotropik ve anizotropik modeller kullanılarak, Excel programı ile her bir açı için güneş radyasyonu bileşenleri ayrı ayrı hesaplanmış ve sonuçlar görselleştirilerek yorumlanmıştır.