Güneş Enerjisi ve Tarım

Yazar: Mehmet ALGİL - Mücahit KIVRAK
 
Özet: Dünyada yaşamın kaynağı olan güneş hakkında genel bilgiler verilerek bu enerjinin tarım alanında nasıl kullanılabileceğini anlatan çalışmamızda amacımız; dünyada güneş enerjisinin tarım alanındaki uygulamalarından örnekler verilerek Türk tarımının gelişiminde yol gösterici olmaktır.

Giriş

Güneş yarıçapı 700.000 km (dünya yarıçapının yaklaşık 109 katı) ve kütlesi 2×1030 kg (dünya kütlesinin yaklaşık 330.000 katı) olan bir yıldızdır. Güneşin yaklaşık % 90’ı hidrojendir. Güneşin korunda(merkezi) hidrojen çekirdekleri füzyon yaparak helyum çekirdekleri oluşmakta ve bu tepkimeler sonucu büyük bir enerji ortaya çıkmaktadır. Güneşin toplam ışıması 3.8×1026 J/saniye olduğundan, güneşte bir saniyede yaklaşık 600 milyon ton proton, yani hidrojen tüketilmektedir. Güneşin merkezinde, temelde hidrojen çekirdeklerinin kaynaşmasıyla füzyon reaksiyonu meydana gelir. Güneşin merkezi yaklaşık 15-16 milyon derecedir.

Tek başına Güneş Sistemi’nin kütlesinin % 99,8’ini oluşturan güneşin, 1 saniyede yaydığı enerji insanoğlunun bu güne kadar kullandığı enerjinin 15.000 katıdır. Ayrıca güneşin sıcaklığı gittikçe artmakta olup hesaplamalar 1 milyar yıl sonra dünyanın da artık Venüs gibi üzeride yaşam olmayan kuru bir gezegen olacağını göstermektedir. Ama bu insanoğlunun o güne kadar güneşten yararlanmayacağı anlamını çıkarmayacaktır.

Güneş ışınımının tamamı yeryüzüne ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi tarafından geriye yansıtılır. Devamında gelen ışınımının %20′si atmosfer ve bulutlarda tutulur. Güneş ışınımının %50′si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur. Rüzgâr hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur.
 
Güneş Enerjisi ve Tarım

Güneşin yaymış olduğu enerjinin sadece 2.000.000 da 1’i yeryüzüne ulaşmaktadır. Buna rağmen dünya yüzeyine 1 saniyede ulaşan güneş enerjisi, dünyanın tüm ihtiyacından yüzlerce kat daha fazladır. Genellikle güneş enerjisi 2 ana formda kullanılmaktadır. Bunlar ısıl uygulamalar ve elektrik enerjisi üretimidir.
 
a) Güneş enerjisinin ısıl uygulamalarda kullanımı aşağıdaki ana başlıklar altında toplanabilmektedir.
  • Sıcak su üretimi,
  • Buhar üretimi,
  • Sera ısıtma,
  • Kapalı hacimlerin ısıtılması,
  • Kapalı hacimlerin soğutulması,
  • Yüzme havuzlarının ısıtılması,
  • Saf su üretimi,
  • Buz üretimi,
  • Tuz üretimi,
b) Güneş enerjisinin elektrik enerjisi üretiminde kullanımı da temelde iki ana grupta ele alınabilir;
  • PV (foto voltaik) sistemleri kullanarak,
  • Isıl yöntemlerle,
Güneş enerjisi ve tarım birbirinden ayrılamaz bir ikili olmak zorundadır. Çünkü tarım arazileri doğrudan güneş ile irtibatlı ve yüzey alanı itibari ile de güneş enerjisi sistemlerinin kurulumuna elverişli durumdadırlar. Tarım alanlarında güneş enerjisinin kullanımını farklı başlıklar halinde inceleyecek olursak;
 
A) Sulama Sistemlerinde Güneş Enerjisi Kullanımı:
 
Tarımsal faaliyetin masraf kalemlerinin önemli bir bölümünü sulama masrafları oluşturmaktadır. Bu masraf kalemi yer altı ya da yer üstü suyu olsun, direkt enerjiye bağlıdır. Tarım arazileri de genellikle enerji nakil hatlarına uzak olduğu için depolama tipli (akülü) güneş enerji sistemleri bu uygulama için biçilmiş kaftandır. Hatta mikrodenetleyiciler kullanarak sistemler cep telefonundan da aktif hale getirilebilir. Bu uygulama için dikkate alınması gereken giriş parametreleri aşağıdaki gibidir.
 
  • Kuyu pompa derinliği kaç metre?
  • Günlük/saatlik su ihtiyacı kaç m3/ton?
  • Arsada kot farkı var mı? Varsa değeri (depo yüksekliği için gerekli)?
  • Sulanacak alan ile suyun kaynağı arasındaki mesafe

Görsel-1: Sulama sistemlerinde güneş enerjisi kullanımı

Görsel-2: Taşınabilir güneş enerjisi uygulaması
 
B) Akıllı Tarla Sistemlerinde Güneş Enerjisi Kullanımı:
 
Literatürde "Smart Farm" olarak adlandırılan akıllı tarla sistemleri 24 saat prensibine göre çalışan elektronik devrelerdir. Doğal olarak bu devrelerin 24 saat 365 günlük yıl periyodu boyunca kesintisiz enerji ihtiyacı bulunmaktadır. Bu ihtiyaç temelde iki ana grup içindir. İlk grup genellikle 5V ya da 24V DC ile çalışan ve halk arasında beyin olarak adlandırılan mikrodenetleyici ve sensörler grubunun çalıştığı devre kartı birimidir. Bu kısım için mini bir güneş enerjisi paneli ile şarj edilebilen daha küçük boyutlarda batarya kullanımı yeterlidir. İkinci grup ise, sensörler sayesinde algılanan verilerin işlenmesi ile elde edilen sonuçların tarla üzerindeki ürünlere yansıtılması bloğudur. Mesela yerin 1 metre altında (-1 m'de) ölçülen nem verilerine göre meyve tarlasının sulanma gereksinimi geldiği bilgisi ancak sulama sisteminin devreye alınması ile çözümlenebilecek bir sorundur. Bu işlem için de daha yüksek mertebelerde güçlere ihtiyaç vardır. Bunlar Görsel-2 de olduğu gibi dizayn edilmiş hareketli ya da Görsel-1'de görülen sabit sistemli güneş panelleri vasıtası ile daha büyük pil blokları şarj edilerek mümkün olmaktadır.  Aynı şekilde +30 cm'de ölçülen don bilgisi değeri de yine işlendikten sonra tarla içerisinde konuşlandırılmış ve hava akımı sağlayacak pervaneleri aktif ederek etkisiz hale getirilmeye çalışılır. Bu işlem de yine devre kartı tarafından kontrol edilen daha büyük güç gerektiren sistemlere bir örnek olarak verilebilir.
Görsel-3: Akıllı tarla sistemlerinin modellenmiş bir gösterimi

Görsel-4: Kendi enerjisi ihtiyacını da karşılayan bir akıllı tarla uygulaması

C) Sera Uygulamalarında Güneş Enerjisi Kullanımı:
 
Sera sistemleri belli bir sıcaklık bandında çalışan sistemlerdir. Bundan dolayıdır ki bu sistemlerde sıcaklık kontrolü, olmazsa olmaz bir çıktıdır. Bu kontrol iki farklı metoda göre de güneş enerjisi sistemlerine uyumluluk göstermektedir. İlk yöntem güneş enerjisi sistemlerinin sıcak su elde etmede kullanıldığı güneş kollektörleri kullanımıdır. Bu sistemde kullanılan güneş kolektörlerinin sayısı seranın ihtiyacına binaen hesaplanır. Uygulaması Görsel-5'de görülmektedir. İkinci yöntemde ise önce güneş enerjisi sistemi ile elektrik elde edilir, daha sonra bu elektrik su ısıtma işleminde kullanılarak seranın ısıtılması işlemi gerçekleştirilir. Bu sistemler daha önce anlatılan sulama sistemlerinde kullanılan güneş enerji sistemlerinin benzerleridir. Sistemde güneş panelleri, aküler ve invertörler kullanılmaktadır.

Sonuç
 
Yukarıda anlatılan tarımsal uygulamalar için gerekli olan enerjinin, güneş enerjisi sistemlerinden elde edilebilir olduğu uygulama örneklerinden rahatlıkla anlaşılabilmektedir. Ayrıca yukarıdaki uygulamalardan farklı uygulamalar da tarım alanına uygulanılabilir. Bunlar tarla ilaçlama, tarla sürümü, don önleme sistemleri, toprak analiz sistemleri, vb. uygulamalardır. Kısacası çiftçimiz enerji gereksinimi hissettiği tüm tarım faaliyetlerinde gereksinim duyduğu enerjiyi güneş enerjisinden rahatlıkla elde edebilir.

Maliyet hesabına gelince; güneş enerjisi sistemi ürünleri akülü ve aküsüz uygulamalar olmak üzere 2 ana başlıkta toplanırlar. Aküsüz uygulamalar genellikle 6-8 yılda akülü uygulamalar ise 8-11 yılda kendisini rahatlıkla amorti edebilir.  Bu rakamlar verimli rakamlar olup uzun vadede çiftçimizi kâra geçirecek yatırımlardır. Günümüz ticaretinde girdi maliyetlerini minimize etmek karlılık oranına büyük derecede etki etmektedir. Çiftçimizin güneş enerjisi sistemlerine yatırım maliyetlerini devlet katkılarıyla da birleştirerek değişik yollardan finanse etmesi halinde elini kuvvetlendireceği aşikârdır.
 
Görseller:
Yazara aittir.

YORUMLAR

Bu sayfalarda yer alan okur yorumları kişilerin kendi görüşleridir. Yazılanlardan apelasyon.com sorumlu tutulamaz.