E-Dergi Oku 

Sürdürülebilir Mimarlıkta Binalara Entegre Edilen Fotovoltaik (FV) Panel Kullanımı

24 Haziran 2014 | TEKNİK MAKALE
25. Sayı (Mayıs-Haziran 2014)

Doç. Dr. Müjde Altın Dokuz Eylül Üniversitesi Mimarlık Fakültesi Mimarlık Bölümü mujde.altin@deu.edu.tr
1. Fotovoltaik Paneller, Tarihçesi ve Kullanım Alanları
Fotovoltaik paneller, güneş enerjisinden doğrudan elektrik üreten panellerdir. FV hücrelerden oluşturulurlar. FV hücreler, güneş ışığından direkt olarak elektrik enerjisi üreten yarı-iletken malzemeler olup, güneş hücreleri olarak da bilinirler. Boyutları ve formları üretim özelliklerine göre değişse de genelde boyutları 10x10 cm’dir ve kalınlıkları ise mikronmetre ile ölçülecek kadar incedir. Bunların birden fazlasının paralel veya seri bağlanarak biraraya getirilmesiyle fotovoltaik modüller oluşturulmaktadır (Altın, Tarih İçinde Teknolojiyi Yaşamak: Enerji Üretiminde Fotovoltaik Hücreler, 2003). Fotovoltaik malzemenin mimari açıdan en önemli özelliği, binaları enerji tüketen yapılardan enerji üreten yapılara dönüştürmüş olmasıdır (Altın, Fotovoltaik Malzeme ile Elektrik Üreten Cepheler ve Çatılar, 2004).


Fotovoltaik malzemenin ilk ortaya çıkışı 1839’da olmuştur. O yıl Fransız fizikçi Alexandre-Edmond Becquerel fotovoltaik etkiyi keşfetmiştir. Fotovoltaik etki, birbirine eklenmiş iki değişik malzemenin, üzerine ışık ya da başka bir ışınım enerjisi düşürüldüğünde, bir elektrik pili davranışı göstermesidir (AnaBritannica, 1988). Daha sonra 1877’de Selen’den ilk güneş hücresi üretildi. 1918’de Silisyum’dan, 1951’de ise Germanyum’dan ilk güneş hücresi üretildi. 1954’te ise bir Silisyum güneş hücresi için ilk patent Bell Laboratuvarları (ABD) tarafından alındı. 1958 yılında ilk defa “Vanguard 1” uydusunda elektrik temini için güneş hücresi kullanıldı. 1973’te yaşanan ilk petrol krizi, fotovoltaiklerin yeryüzünde kullanımını tetikledi. Böylelikle, fotovoltaiklerin yeryüzünde kullanımı başlamış oldu. 1980’lerden günümüze, fotovoltaikler binalara entegre edilerek kullanılageldiler. 1983’te 300 kW’lık ilk Alman FV santrali Pellworm Adası’nda kuruldu. 1985’te ise ilk çatı entegrasyonu gerçekleştirildi. 1989’da, şebekeye aktarılan fazla enerjiye ilk ödeme Burgdorf-İsviçre’de gerçekleştirildi. Almanya’da ise 1990’da 1.000 Çatıda Fotovoltaik Modül Uygulama Projesi açıklandı. 1991’de üretilen enerjinin şebekeye aktarılması konusunda yasa hazırlanarak yürürlüğe girdi. 1994’te ise şebekeye aktarılan enerjiye ilk defa ödeme yapıldı. 1996’da ilk renkli güneş hücreleri piyasaya çıktı. 2002’de ise kanatları tamamen fotovoltaiklerle kaplı Pathfinder isimli insansız bir uçak uçuruldu [3] [4] (Göksal, 1998) (Stark, Lutz, Schneider, & Schneider, 2002) (Altın, Yeni Yapı Malzemesi Fotovoltaik Paneller, Özellikleri ve Tarihçesi, 2004). Günümüzde fotovoltaikler, dünyaca ünlü mimarların tasarımlarında kullandığı bir yapı malzemesi durumuna gelmiştir. Örneğin Nicholas Grimshaw, 1992 Seville Expo Pavyonu’nda FV panelleri gölgeleme elemanı olarak kullanmıştır.


2. Fotovoltaiklerin Binalarda Kullanım Örnekleri
Fotovoltaik bileşenler mimaride farklı şekillerde kullanılabilirler. Bu çalışmada bu kullanımlardan farklı uygulamaları içeren iki örnek seçilerek incelenmiştir. Bunlardan birincisi İspanya’daki Pompeu Fabra Kütüphanesi olup, bu uygulamada hem cephede hem de çatıda FV uygulaması gerçekleştirilmiştir. İncelenen ikinci örnek ise Almanya’daki Fraunhofer Enstitüsü binasıdır. Bu binada ise FV bileşenler hem cephede entegre cephe bileşeni olarak, hem pencere üstlerinde gölgeleme elemanı olarak, hem de çatıda kullanılmıştır.


2.1. Pompeu Fabra Kütüphanesi, Mataro, Barselona / İspanya



Şekil 1. Pompeu Fabra Kütüphanesi, Mataro, İspanya (Robert & Guariento, 2009)


Binanın ismi: Pompeu Fabra Kütüphanesi
Yeri: Mataro, Barcelona, İspanya
Mimarı: Miquel Brullet, Tenas, Barcelona
PV Tipi: Tek-kristal silikon, poli-kristal silikon
PV Sistem Gücü: 53 kWp (20 kWp cephede, 33 kWp çatı ışıklıklarında)


Mataro şehri, Barcelona’nın 20 km. kuzeyinde yer alır. Şehir, 1996’da, Aalborg derneği olarak bilinen “Sürdürülebilirlik için Avrupa Şehirleri Derneği”ne üye olunca, sürdürülebilir gelişmeyi başlatacak Avrupa Kampanyası’na katılmış. Bu kampanya çerçevesinde, temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları kullanımını geliştirme görevini üstlenmiş. Bu görev dahilinde, farklı sektörlerde enerjinin verimli kullanımını geliştirecek bir plan da varmış. Plan kapsamında bir prototip bina oluşturulmuş. Bu bina, yani Pompeu Fabra Kütüphanesi (Mataro Kütüphanesi), şehrin sakinleri tarafından çok iyi karşılanmış.


Bina, iki fikir esas alınarak tasarlanmış; birincisi, FV hücre kullanımı, ikincisi ise hacim ısıtmak için kullanılacak termal enerji. Kütüphanenin dikdörtgen bir planı var. Ana cephesi güneye bakıyor ve 225 m2 alana sahip, yarı şeffaf, mavi poli-kristal silikon güneş hücreleri içeren çok fonksiyonlu termo-PV modüllerden oluşturulmuştur. Kare poli-kristal hücreler, aralarında yatay birleşimlerinde 2 cm boşluk bırakacak şekilde yerleştirilmiş; böylelikle yüzde 15 ışık geçirgenliği sağlanmıştır (Lloret, 1996). Böylece yatayda, içeriye ışık alınıyor ve iç mekanın algılanmasını ve kullanımını kolaylaştırıyor.



Şekil 2: Pompeu Fabra Kütüphanesi iç mekanından görünüşler (Robert & Guariento, 2009)


FV modüller, termal olarak güçlendirilmiş iki cam levha arasına yerleştirilmiştir. Bu modüller, 2 m2lik prefabrike modüllerdir ve arkasındaki, çift cam ile kaplanmış cephe ile aralarında 15 cm bırakılmıştır. Böylelikle, PV hücreleri soğutacak ve aynı zamanda iç mekanı yazın serinletmeye, kışın da ısıtmaya yarayan bir boşluk oluşturulmuştur. Aradaki boşlukta ısınan hava, nerede isteniyorsa orada dolaştırılır. Yazın bu sıcak hava dışarıya verilirken, kışın da fanlar ile konvansiyonel ısıtma sistemine verilir. Cephenin bu tasarımı, yaklaşık yaklaşık 30 enerji tasarrufu sağlamaktadır (Lloret, 1996).


Binanın çatısında dört sıra halinde çatı ışıklıkları var. Bu ışıklıklar, 37˚ eğimle yerleştirilmişler ve böylelikle, kuzey yönünde ışığın endirekt olarak iç mekana alınmasını sağlıyorlar (Lloret, 1996). Ayrıca bu ışıklıklar, FV modülleri de barındırdığı için elektrik enerjisi de üretiyor. Bu FV modüllerin bir kısmı ise yarı-şeffaf amorf silikon modüllerden oluşturulmuş. Yine çatıda da cephedeki gibi sıcak havayı içinde dolaştırarak istenen yere yönlendiren bir sistem oluşturulmuş.
İlk 7 aylık süreç sonunda binanın enerji üretimine bakıldığında görülmüş ki, kış aylarında, güneş ışınları eğik geldiğinde, cephe modülleri, çatı modüllerine yakın bir verim elde ediyorlar. Ancak yazın, güneş ışınları dik geldiğinde, çatı panellerinin elektrik enerjisi üretimi, cephenin üretiminin neredeyse üç katı civarında gerçekleşmiş. Daha sonraki yıllarda ise çatı ve cephenin toplam enerji üretimi şöyle gerçekleşmiş: 1996’da 7 aylık süreçte 29,6 MWh, 1997’de 40,6 MWh, 1998’de 47,2 MWh, 1999’da 42,5 MWh. Ayrıca çevresel değerlere bakılacak olursa, Mataro Kütüphanesi, konvansiyonel bir sistemin atmosfere vereceği 55 ton CO2, 500 kg SO2 ve 200 kg nitratın salınımını engelliyor. (Lloret, 1996).


2.2. Fraunhofer Enstitüsü Binası, Freiburg / Almanya



Şekil 3: Fraunhofer Enstitüsü Genel Görünümü, önde FV bileşen içeren merdiven kovası (Müjde Altın Arşivi, 12.08.2006)


Binanın ismi: Fraunhofer Enstitüsü Binası
Yeri: Freiburg, Almanya
Mimarı: Dissing+Weitling Arkitektfirm, Soren Andersen, Kopenhag
PV Tipi: Poli-kristal silikon
PV Sistem Gücü: 20 kWp


Almanya’nın Freiburg şehrindeki Fraunhofer Enstitüsü hem güneş enerjisi ve FV bileşenler konusunda araştırmaların yapıldığı, hem de FV panelleri kendi binasında kullanan bir enstitüdür. Enstitüde yapılan çalışmalar arasında “Fotovoltaik” paneller de bulunup, enstitünün kendi binası üzerinde bu paneller kullanılarak denenmektedir. Enstitü binası, 3 katlı bir bina olup, girişle birlikte çalışan bir ana aks ile ona bağlı üç adet binadan oluşmaktadır. Yapımı 2001’de tamamlanmıştır.



Şekil 4: Fraunhofer Enstitüsü’nde gölgeleme elemanı olarak kullanılan FV paneller (Müjde Altın Arşivi, 12.08.2006)
 
Binada toplamda 200 metrekare FV panel kullanılmıştır. Bunların bir kısmı çatıda, bir kısmı girişteki merdiven kovasında, bir kısmı da güneye bakan pencere üstlerinde güneş kırıcı olarak kullanılmıştır. Sistem gücünün detaylı bilgileri Tablo 1’de görülmektedir. 





Bu tür uygulamalarda, FV panellerin verimi oldukça düşük olduğu için, binanın enerji ihtiyacını mümkün olduğu kadar azaltmak gerekmektedir. Bu nedenle binada sadece FV panel kullanılmakla kalınmamış, enerji ihtiyacını azaltmak için aynı zamanda başka pasif ve aktif çözümler de uygulanmıştır. Örneğin her yön için cephelerde açılacak pencerelerin net metrekareye oranlarına kadar hesap yapılmış, en uygun pencere alanları her yön için ayrı olarak hesaplanarak belirlenmiştir (Portrait 5: Solar Energy Research Institute, 2nd Edition, November 2001).



Şekil 5: Fraunhofer Enstitüsü’nde FV bileşen içeren merdiven kovası (Müjde Altın Arşivi, 12.08.2006)


3. Sürdürülebilir Mimarlık ve Fotovoltaik Bileşenler
Sürdürülebilirlik tanımı ilk defa 1983 yılında yapılan Birleşmiş Milletler Genel Kurul Toplantısı’nın sonucunda, Dünya Çevre ve Kalkınma Komisyonu Başkanı Gro Harlem Brundlandt tarafından açıklanan ve 1987’de yayınlanan “Ortak Geleceğimiz (Our Common Future)” raporunda geçmiştir. 


Brundlandt Raporu olarak da anılan bu raporda sürdürülebilir kalkınma “bugünün gereksinmelerini, gelecek nesilleri, kendi gereksinmelerini karşılama yetisinden yoksun bırakmadan karşılayarak kalkınma” olarak tanımlanmıştır (WCED, 1987). 


“Sürdürülebilir Mimarlık” tanımı tartışmalı bir konu olup, farklı şekillerde yorumlansa da tüm tanımların ortak birtakım noktaları vardır. Bunlar genellikle çevreye saygılı ve mümkün olan en az zararın verildiği tasarımları kapsamaktadır. Sürdürülebilir mimarlık kavramının tanımı kapsamında en çok bahsedilen konular yapı alanının etkin kullanımı, enerji korunumu, yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı, su korunumu, yerel malzeme ve iş gücü kullanımı, atık yönetimi ve geri dönüşümdür (Altın, 2013).


Mimaride binalara entegre FV kullanımının, enerji korunumu, yeni ve yenilenebilir enerji kaynağı kullanımı açılarından sürdürülebilir mimarlığa katkısı olduğu görülüyor. Ayrıca binanın karbon ve benzeri çevreye zararlı gazların salımı da FV bileşen kullanımı nedeniyle önemli ölçüde azaltılmış durumda. Bunların yanı sıra ileride FV malzeme faydalı ömrünü tamamladığında, geri dönüşümü ve atık yönetimi konularına dikkat edildiği taktirde daha sürdürülebilir bir uygulama haline gelecektir. Çünkü FV malzeme, dünyada en çok bulunan elementlerden olan silisyumdan üretilmektedir. Silisyum camda ve kumda çok miktarda bulunmakta olup, iki cam arasında kullanılan güneş hücrelerinde de bu camlar da silisyum içerdiği için geri dönüşümü kolay olmakta ve çevreye zarar vermemektedir (Silisyum, 2014). 


4. Sonuç
Mimariye kolay entegre edilebilir bir yenilenebilir enerji kaynağı teknolojisi olan FV paneller, hem mevcut hem de yeni yapılacak yapılarda kullanımı mümkün olan malzemelerdir. 
Mimaride kullanımları sürdürülebilir mimarlığa katkı sağlamaktadır. Bu katkı özellikle yenilenebilir enerji kullanımı, yerel enerji kullanımı, enerji korunumu ve çevreye daha az zarar verme, atık yönetiminin kolaylığı ve geri dönüşüm açılarından olmaktadır. Dolayısıyla FV bileşenler, hem enerji etkin binaların hem de sürdürülebilir binaların üretiminde kullanılabilecek bir yapı malzemesi durumunda olup, ülkemizde kullanımının artmasıyla hem enerji açısından bağımsız, hem de sürdürülebilir kalkınmasını gerçekleştiren bir ülke olmamıza katkıları oldukça fazla olacaktır.

 

İlginizi çekebilir...

Avrupa Birliği Yeşil Mutabakatı

Avrupa Yeşil Mutabakatı çok kısa bir özetle net sera gazı emisyonlarının 2050 yılına kadar sıfırlanması hedefini içermektedir....
29 Kasım 2021

Yeşil Mutabakat ve ESG'ler Yeşil Binaların Zamanı İşte Tam Şimdi Geldi!

Avrupa Komisyonu, Aralık 2019'da hem Birleşmiş Milletler'in 2030 Gündemi hem de Sürdürülebilir Kalkınma Amaçlarını (SKA) uygulamak için gereke...
16 Temmuz 2021

Pozitif Enerjili Bir Evde Bina Yönetim Sistemi(*)

Bu makale, 2014 Solar Dekatlon'unda Romanya'yı temsil eden bir ev olan, EFdeN projesinde uygulanan aktif ve pasif stratejileri göstermektedir....
25 Mart 2021

 
Anladım
Web sitemizde kullanıcı deneyiminizi artırmak için çerez (cookie) kullanılır. Daha fazla bilgi için lütfen tıklayınız...

  • BAU Teknolojileri Dergisi
  • Boat Builder Türkiye
  • Çatı ve Cephe Sistemleri Dergisi
  • Doğalgaz Dergisi
  • Enerji ve Çevre Dünyası
  • Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi
  • Tersane Dergisi
  • Tesisat Dergisi
  • Yalıtım Dergisi
  • Yangın ve Güvenlik
  • İklimlendirme Sektörü Kataloğu
  • Yangın ve Güvenlik Sektörü Kataloğu
  • Yalıtım Sektörü Kataloğu
  • Su ve Çevre Sektörü Kataloğu

©2022 B2B Medya - Teknik Sektör Yayıncılığı A.Ş. | Sektörel Yayıncılar Derneği üyesidir. | Çerez Bilgisi ve Gizlilik Politikamız için lütfen tıklayınız.