Sıcak cisim ışınımı (kara cisim radyasyonu)

Sıcak cisim ışınımı (kara cisim radyasyonu)

Sıcak cisim demekle  ısı yayan mat obje kastedilir. Buna bazan kara cisim de denir.  Bütün maddeler -273 C  den  yani 0 K dan  daha yukarı sıcaklıklarda  ışınım yapar. Buna termal radyasyon (ışınım)denir.İdelde karacisim ;üzerine gelen tüm ışığı soğurup hiçbir kısmını yansıtmayandır.Böyle cisim oda sıcaklığında mükemmel siyah renkde görünür(kara cisim ismi de oradan gelmektedir). Yani hiçbir ışığı yansıtmaz(maddenin rengi yansıttığı ışıktan gelir) Ancak ısıtılan maddeler kendileri yansıtmazsa bile termal radyasyona başlarlar ve ışık yayarlar.(ateşte kor olmuş demirin ışık yaydığı gibi)

Gerçek hayatta  bütün objeler sıcaklıklarına göre az yada çok termal radyasyon yaparlar ve az yada çok üzerlerine gelen ışınımları yansıtırlar. Bu yüzden mükemmel siyah cisim bulmak ve normal objelerle deney yapmak zordur.Ancak düşünülerek mükemmele yakın bir kara cisim yapılabilinir:

Bunun  için ısı iletken malzemeden mesela metalden bir kutu yapılır. Ancak bu kutu içine hiçbir şekilde ışık girmeyecek gibi sızdırmaz ve her tarafından kapalı olmalıdır olmalıdır.Bundan sonra kutunun içindeki kutu sıcaklığından oluşan termal radyasyonun dışarı çıkabilmesi için küçük bir delik açılır.İşte size mükemmele yakın kara cisim.

20. yüzyılın başında Lord Rayleigh, ve  Max Planck  aynı buna benzer bir cisimle kara cisim radyasyonunu incelemiştir. Uzun çalışmalar sonucunda Planck buradaki ışınımı ve dalgaboylarını hesaplamak için deneysel formüller geliştirebilmiştir. Hatta sıcaklık değişmesiyle ışınım spektrumundaki değişmeleri göstermiştir. Planc ın bu  çalışmaları  Kuantum Fiziğinin kurulmasına zemin hazırlamıştır.

Max Planck

Planc ve bu konuda çalışan fizikçilerin bulduğu şu olmuştur.;

'Kara cismin sıcaklığı yükseldikçe saniyedeki  salınan ışınım miktarı artar ve   salınan ışık spektrumunda yoğun olan bant  dalga boyu mavi rengine doğru kayar.

Mesela demir bir çubuk ısıtılmaya başlayınca önce   turuncu-kırmızı daha sonra ısıtma devam edildiğinde mazi ve akabinde beyaz olur.

Bizim bilim adamlarımız tekkelerde  uzun eşşek  oynarlarken Alman fizikçi Wılhelm Wıen 1893 yılında   karacisim sıcaklığıyla   ,ışınım dalga boyu arasındaki 

 formülünü geliştirdi.  Burada T kelvin cinsinden sıcaklıktır..Wıen in yerdeğiştirme kanunu olarak da adlandırılan bu formule göre:Sıcaklıkla  ışınım dalgaboyları ters orantılıdır. Bu da  sıcaklıkla  enerji fazlalaştığı zaman  yğksek enerjili kısa dalgaboylarındaki ışımalara işaret ettiğinden mantıklıdır.Mesela Güneş in sıcaklığı 5800 K  olduğunda ışınımın dalgaboyu  

  dur ve gerçeğe yakındır. Hernekadar dalga boyu olarak yeşil ışık aralığı çıksa da bu  en öok salınan ışık dalgaboyunu göstermektedir.Zira salınan diğer dalga boylarındaki ışıklarla karışarak Güneş ışığı   gözümüzce sarı-beyaz arası algılanmaktadır.

Bizim fizikçiler  5 taş oynarlarken Avusturyalı fizikçi  Stephan Josef  1879 yılında Işıma miktarının (L) kara cismin sıcaklığının 4. kuvvetiyle orantılı olduğunu gösteren  formulunu bulur.

Bu formulde A yüzey  alfa bir   sabittir.K  ise sıcaklıktır. Yani eğer biz sıcaklığı 2 kat arttırırsak ışınım  2 üzeri4 =16 kat artar

Sadece 5 yıl sonra yani 1884 yılında gene Avusturyalı fizikçi Ludwıg Boltzman  bu formukü daha da geliştirip şimdilerde Stefan Boltzman kanunu diye bilinen

  formulüne ulaştı.Burada R yıldızın yarı çapı L yıldızın ışıma miktarı alfa ise Stefan-Boltzman sabitidir

Artık bu formüllerle güneş dahil tüm yıldızların ışıma miktarı hesaplanabilmektedir.

Sıcaklık ve  tepe  ışınım dalgaboyu grafiği 

Düşük sıcaklıklardaki ışınım

Güneşten gelen ısı

Güneşten gelen ısı

Isının transfer olması için 3 yol vardır  

1-İletim

2-Taşınım

3-Radyasyon(Işınım)

Güneşten gelen  ısı ancak radyasyon yoluyla olabilir  çünkü iletim ve taşınım maddeye ihtiyaç duyarlar.Halbu ki Güneş ile Dünya arası vakumdur  yani boştur.

Burada önce bir noktayı hatırlayalım

1-Değişik renkli maddelerin   ışığı yayması ve absorbe etmesi farklıdır.

Siyah  hem en iyi absorbe eder hem de en iyi yayarken beyaz renkli maddeler hem kötü absorbe ederler hem de düşük oranlarda  yayarlar.

2-Bütün maddeler az yada çok ısı yayarlar(sıcaklıklarıyla ve yayma özellikleriyle orantılı olarak tabii)

Güneş'ten gelen ışık elektromanyetik dalgalardır ve bu dalgalar   foton taşırlar. Ancak dalgaboyları ve enerjileri çok değişir.Kabaca 3 gruba ayırabiliriz  

1-Ultraviyole

 dalgaboyu 0 -390 nanometre olan ışıklar

• Gama ışınımı
• XIşınımı
• UV a,b,c ışınımları

2-Görünür ışık

 dalgaboyu 390 -700 nanometre olan ışıklar

3-İnfrared

 dalgaboyu 700 nanometreden buyuk  olan ışıklar

• ınfrared
• mıkrodalgalar
• radyodalgaları

Güneşten gelen bu ışınımlardan gama ışınımlarının boyu atomdan küçük boylarda iken radyo dalgalarının boyu 100000 km yi bulabilmektedir. Ama gelen ışınımda hepsi karışıktır ve fizikselolarak da hepsi elektromanyetik dalgadır ve hepsi de fotondurlar.

Ama hepsinin oranı başkadır ve aşşağıdaki tablo güneş ışınımındaki bu dağılımın diyagramını vermektedir.

UV ;ultraviole

visible;görünen

infrared;infrared

wavelength;dalgaboyu

nm;nanometre

irradiance: metrekareye düşem ışınım enerjisi

Sarı kısım atmosferde süzülen ışınımKırmızı kısım ise Dünya'ya  düşen kısım

Şimdi artık diyagramı okuyabiliriz.

Görüldüğü gibi Dünyaya düşen enerjinin büyük kısmı  görünür ışık bantlarındadır.Sonra infrared  bant gelmektedir Sarı alanlardaki keskin girintilerin gösterdiği gibi  .H2O  Co2 O2 O3    gibi atmasferde yoğun bulunan  bazı maddeler  bazı dalgaboylarını neredeyse tamamen soğurmaktadırlar.

Fotovoltaik güneş panelleri  yani solar hücreler     bu enerjiyi yakalayıp elektrik enerjisine çevirmeye çalışmaktadırlar.Silusyum bazlı tek katmanlı hücreler görünür ışığa odaklanmışken(verimleri %10-25 bandında) çok katmanlı solar hücreler hem görünür ışığı hem infrared ışığı yakalayıp %40 ın üstünde verime çıkabilmişlerdir.

fresnel kollektör

Fresnel Aynalı Kollektör  Sistemi

Güneş  ışıklarını toplamak için düz  veya hafif parabolik aynalardan istifade edilen bir dizayndır.Bu ucuz aynalarla yüksek enerji konsantrasyonu sağlanır ama:

Kompleks bir izleme mekanizması gereklidir. Her ayna dizisi bilgisayar destekli kumandalarla konsantrasyonu sağlayacak şekilde sürekli, konumlandırılırlar. Isı toplayıcıları  yukarıdaki çukur  aynanın odak noktasında izole borular halinde  bulunurlar. Verimi arttırmak için bazı sistemlerde birden çok boru kullanılmıştır.

Güneş ışığının dalgaboyu ve enerji spektrumu

Güneş ışığının  dalgaboyu ve enerji  spektrumu     

Işık ve Kuantum Teorisi

Kuantum Teorisi ve Işık

O yıllara kadar ışığın madde mi yoksa sadece dalga mı olduğu  konusunda büyük tartışmalar oluyordu. Tartışmaya katılan Max Planck1900  yilinda  ,kara madde radyasyonunu açıklamak isterken  şöyle tasarladı;Hernekadar ışık dalga olsa  da bu dalgalar   enerjiyı ancak -frekanslarına bağlı ve sonsuz küçük -bir maddeye sahip olmaları halinde  kazanabilir veya kaybedebilirlerdi. Planck sonsuz küçük bu yumrulara  latince  'ne kadar' anlamına gelen 'quanta' adını verdi.Albert Einstein  1905 senesinde bu teoriyi kullanarak Fotoelektirik olayını açıkladı ve bu quantaların gerçekten var olduğunu kabul etti.Derken 1923 yılında Arthur Holly Compton elektronlardan yayılan düşük yoğunluklu x ışınlarının dalga boylarındaki seğişmeyi ışığın paröacık olduğu teziyle ispatedebildi.Neticede birçok olay bu tezi destekledi ve 1926 yılına gelindiğinde Fizikçi Gilbert N. Lewis ilkkez ışık quantalarına foton adını verdi
Netice olarak günümüzde modern Kuvantum Mekaniği bazı  hesaplamalarında Işığı hem madde hem dalga olarak bazı hesaplamalarında ise ne dalga ne de madde olarak kabul etmektedir. Eh işte size fırsat ...Bu konuyu düzgün bir şekilde açıklarsanız Nobel kazanabilirsiniz.
Fizikçilerin dikkat ettiğine göre  ;elektromanyetik salınımların düşük frekanslarda  klasik dalga özelliklerinde ,yüksek frekanslarda ise klasik parçacık özelliklerinde ve görünümündedirler(Fakat hiç bir zaman özelliklerinden birini tamamen yitirmezler) Görünen ışık frekansları ortalarda bir yerlerde olduklarından   madde özellikli olduğunu yada dalga özellikli olduğunu gösteren  deneyler kolayca yapılabilmektedir.

Thermal radyasyon

Thermal radyasyon  Isı  etkisiyle olan radyasyon

Isınmış cisimler  termal radyasyon yayar

Termal radyasyon  ısı tahrikli yüklü parçacıklar tarafından üretilen  elektomanyetik  salınımdır. Mutlak sıfırdan daha sıcak olan tüm maddeler  termal radyasyon yayarlar.Cismin sıcaklığı mutlak sıfırdan daha yukarıda olduğunda; atom içi parçacıkların çarpışmaları atomların yada moleküllerin kinetik enerjilerini değiştirmeye başlar.Bu esnada oluşan ivmelenmeler veya iki kutuplu salınımlar  elektromanyetik salınımlara neden olur.Geniş bir spektrumda radyasyon salınımı  geniş bir spektrumda çarpışmalara işaret eder.

Görünen ışık ,infrared ışıklar, tungustenli  ampulden çıkan 

ışık,hayvanlarda yayılan infrared radyasyon (gece görüşlü kameralar tarafından tespit edilirler),kozmik arkaplan radyasyonlarvs hep termal radyasyona örnek olarak söylenebilirler. Güneş ışığı termal radyasyondur. Uzay çok soğuk olmasına rağmen soğuk uzayda 150 milyon km yol kateden radyasyon bizi ısıtmaktadır.Dğnya da termal radyasyon üretir fakat (sıcaklığı fazla olmadığından)bu radyasyon görünür ışık dalga boylarından daha ziyade infrared boyutlarındadır.

Eğer radyasyon yayan obje ;ternodinamikteki karacisim özelliklerine sahipse bu cismin radyasyonuna karamadde radyasyonu denir.Cismin sıcaklığına bağlı bu radyasyonun spektrumunu Plank Kanunu izah eder.Wıen yerdeğiştirme  kanunu  bu radyasyonun muhtemel ferkansını verir.Stefan Boltzman kanunuda bu radyasyonun yoğunluğunu hesapetmeye yarar.

Termal radyasyon ısı transferinin temel konularından birisidir.

Resimde 6000 derecedeki güneşin termal radyasyonunu  dalga boylarının görünür ışık dalga boylarında olduğu anlaşılıyor.(en büyük yoğunluk yeşil ve sarı, kırmızı ışıklarda). 20 C derecedeki dünyanın radyasyonu ise hem zayıf hemde 5000 ile 15000  nm  lerde  yani dalga boyları çok uzun ve görünür bantda değiller.Radyo dalgaları boylarındalar.

https://socratic.org/questions/what-color-of-light-has-the-most-energy

Foton boyu ne kadardır

Foton boyu

Işığın dalga boyuyla karşılaştırmak için bazı boyut bilgileri:

Atom or İyon		Yarıçap (nm)
C4-		0.260
N3-		0.171
O2-		0.140
F-		0.136
Ne		0.112
Na+		0.095
Mg2+		0.065
Al3+		0.050

Yani  gama ışınlarının maddelerden rahatça geçmesi sebepsiz değilmiş;O tamam da peki cam gibi saydam maddelerin  700 nm dalgaboyundaki ışığı geçirmesi nasıl olmakta?Yani saydamlık nedir?

Foton

Bir bilmecem var çocuklar?

Işığın yapı taşları fotonlar daha tam olarak anlaşılamamışlardır

Foton ışığın parçasıdır .  Hem  dalga ham parçacık (madde ) özellikleri gösteren daha tam olarak izah edilememesine karşı bazı özellikleri gözlemlenerek çeşitli hipotezler geliştirilmiştir.Fotonlarla Kuvantum Fiziği ilgilenir.

Fotonlar sürekli hareket halindedirler  boşluktaki hızları sabittir ve buna ışık hızı denir  C=2998 x10⁸ m/s.  olarak tespit edilmiştir.Cam hava su gibi saydam maddelerde hız düşer.

Fotonların Temel Özellikleri

• Hem dalga hem parçacık özelliği gösterirler
• Boşlukta sabit hızda hareket ederler  c = 2.9979 x 10⁸ m/s
• Kütleleri  ve kinetik enerjileri sıfırdır
• Momentum ve enerjileri vardır .Frekansları ve dalga boylarıyla orantılıdır 
• Maddeler tarafından emilirler yada salınırlar
• Maddeler gibi elektronlarla vs çarpışırlar. Mesela Compton(gözlemi)olayı vardır Işık atomlara çarptığı zaman elektron salınımına yol açar.
• Fotonlar elektriksel olarak nötrdürler
• Fotonlar ve antifotonlar birbirlerinin  aynıdırlar.(daha fazlası içim bkz kuantum fiziği)
• Fotonlar kendiliğinden  çürümezler. Mesela  yıldızlardan milyonlarca yılda  yol kat ederek  ederek gelen   ışık özelliklerini kaybetmez azaltmaz.
• Sadece görünen ışık değil radyo dalgaları,Xray ışıkları ,mikrodalgalar hep fotonlardan oluşmaktadırlar.

Fotonların maddeyle etkileşimi:
Fotonlar maddelerle etkileşirken madde gibi davranırlar.  Fotonları maddeye çarptıklarında bazen  absorbe edilirler ve  enerjileri maddeyi ısıtır.
Bazende maddelere fotonlar çarptıkları zaman elektron salgılatırlar bu etkiye de fotoelektrik etkisi denir.Fotoelektrik etkisi  fotonları dalga olarak düşünülmesiyle  açıklanamaz.

Işık madde mi dalga mı?

stirling motorları

Stirling motorları

Bizim bilim adamlarımızın  eşşekten başka motor tanımadıkları zamanlardan 1816 yılında  Robert Stirling  denen elin oğlu    buharlı motorların rakibi olacak kendi adıyla anılan Stirling motorlarının patentini  alır.

Bu motor stirling çevrimini kullanır

Stirling çevriminin  basınç hacim diyagramı

Bu çevrimin anlamı şudur: Eğer siz bir gazı  sabit sıcaklıkta sıkıştırırsanız(3) sonra sabit hacimde basıncını arttırırsanız   (4 ısı vermek gerekir)   sonra sabit sıcaklıkta genişletirseniz(1 Bu genişleme esnasında  motor yüksek basınmçtan güç alır)  ve son olarak sabit hacim de basıncını düşürürseniz (soğutmak gerekir )başlangıç haline gelerek bir çevrim yapmış olursunuz. Bu esnada motorunuzu 4 aşamasında verdiğiniz ısıyla 1 aşamasındaki basınçlı gazın genişlemesi ile çalıştırmış olursunuz.

Herkesin anlayabileceği basitçe izahı bu termodinamik bilenler  grafikten zaten anlamışlardır leblebiyi)

Basit bir stirling motoru güneş enerjisiyle çalışırken

Robert Stirling"in 1816 yılında  kendi patent başvurusundaki çizim  . Fakat bu yıldan günümüze kadar bu motorlar  geliştirilmişler ve yüzlerce değişik modelleri yapılmışlardır.




Stirling motoru  ısıyla çalışan motordur. Carnot ve otto çevrimlerini kullanan içten yanmalı motorlardan önemli farklılıkları vardır. Stirling çevriminin teoride  benzinli ve dizel motorlardan daha üstün potansiyele sahip olduğu düşünülse de pratikte günümüze kadar henüz yaygınlık kazanmamış ve sadece  (sessizliğin önemli olduğu )   denizaltılar bazı yatlar vs de özel  uygulamalarda kullanılmışlardır. Ama hala büyük araştırmalar yapılmaktadır.(Bizimkiler tarafından değil tabi ki)

Bu motorların en ayırt edici özellikleri

• Motor içindeki gaz motoru terk etmez .İçten yanma vs  yoktur. Egzos yoktur.Subaplar ateşleme sistemleri vs yoktur.
• Stirling motorları dışarıdaki ısı kaynağını kullanır.Bu kömür ,benzin vs olabildiği gibi güneş enerjisi de olabilir.

Stirling motorunun içinde sabit miktarda ve değişmeyen gaz vardır. Bu gaz hava olabileceği gibi daha verimli çalıştırılması istendiğinde  ısı kapasitesi düşük olan helyum ve hidrojen  vs kullanılır.

Alfa Beta ve Gama tipleri vardır. Hepsi aynı prensipte çalışırlar.Alfa tipleri çift pistonludur ve çalışma aşamalarını burada kısca izah etmeye çalışayım.

Yukarda verdiğim  Stirling çevrimidir ve motor  bu  çevrime göre çalıştığında  pistonların konumu ve hareketleri aşağıdaki şekilde olmaktadır.Burada a,b,c,d   konumları vardır ve bu konumları da aşşağıda açıkladım. Anlaşılmayan noktalar varsa bana yazabilirsiniz.

a-Motordaki gaz sabit sıcaklıkta genişler.Soldaki piston aşağı inerken sağdaki piston sabit kalır..Bu aşamada çevrime ısı verilir  (Qh).Çevrimi anlatmaya buradan başladık ama aslında motora güç veren  faz bu aşamadır.

b-Bu aşamada motordaki gaz sabit hacimde basıncı düşürülür.Bunun için ısı çekilmelidir.Bu noktada soldaki piston yukarı çıkarken sağdaki piston aşağı iner.Ne olur yani gaz birinci silindirden ikinci silindire geçer ama hacmi değişmez. Hacim sabit tutuldu ama ısı çekmekte lazım bu nasıl olacak?
Isı çekme işlemi gaz bir silindirden diğerine geçerken  gözenekli metal bir yapıdan  (wire mesh) geçerken yapılır.Gaz ısısını bu noktada bırakır.

c-  3-4 zamanında  gazın  sabit sıcaklıkta  sıkıştırılması   gerekir..Şimdi üst noktada bulunan soldaki piston sabittir ve sağdaki piston yukarı çıkarak  gazı geri birinci pistona sıkıştırır. Ama sıkıştırma işleminin sabit sıcaklıkta olması gerekir .Normalde sıkıştırırken gazların sıcaklığı artar. Sıcaklığın sabit kalması için sıkıştırma esnasında ısı çekilmelidir.Gaz sıkışırken  ısısını ısı rezervuarına bırakır.


d- Son faz 4-1 aşamasıdır.Bu aşamada gaz sabit hacimde ısıtılıp sıcaklığı arttırılmalıdır.Gene sıcaklığın sabit kalması için soldaki piston aşağı inerken sağdaki piston çıkmaya devam eder.Bu esnada ısı kaynağından ısı alan ince borulardan geçerken gerekli ısıyı alırve haliyle  basıncı ve sıcaklığı yükselir.

Neticede çevrim tamamlanmış olur.

Solar Panellerin karşılaştırılması

Solar panel çeşitleri:

*Bu yazıda sözü edilen 'solar panel'  fotovoltaik solar panellerdir   termal paneller değildir.


Başlıca solar panel çeşitleri:

• Silikon kristalli paneller

1. Monokristal slikon paneller
2. Çok kristalli slıkon  paneller

• İnce filmli solar paneller

Piyasada evlere  en çok satılan bu panellerdir. Ama bunların en  size en uygunu hangisidir?Artıları eksileri nelerdir? Şimdi size  bu konudan bahsedeceğim.

Slikon kristalli paneller:
Piyasada satılan panellerin %90 nı   silikon kristalli panellerin varyasyonlarıdır.Evlere satılanlarda ise bu oran %95 lere çıkmaktadır. Silikon esaslı panellerin birçok varyasyonları vardır.Bunlar arasında esas fark silikonun saflığından ileri gelmektedir.Ama bu nokta çok önemlidir zira  silikon ne kadar safsa ışığın elektriğe dönüşme verimi o kadar artmaktadır.Bu  verim artışı silikon saflaştıkça silikon moleküllerinin daha düzenli bir hale girmelerindendir.
Solar panellerin verimi silikon saflaştıkça artmaktadır bu iyi hoş da silikon saflaştırma işlemi pahalı bir işlem olduğundan ;daha saf silikon kullanılmış paneller daha pahalı olmaktadır.Bu yüzden panel seçerken sırf verimliliğe bakılmamalıdır .Bu panellerin kristal yapılarına göre değişik tipleri mevcuttur.

Monokristal silikon paneller:

Tekkristalli silikon hücrelerden oluşmuşturlar.Monokristal solar hücreler  ,silindirik silikon dökümden yapılmışlardır.Performans optimizasyonu ve maliyet ucuzlatmak için ,silikon tabakaları yaparken silindirik külçeler 4 taraflarından kesilmişlerdir.Bu  yüzden bu paneller kolayca dışardan ayırtedilebilirler.

Oysa çok kristalli solar hücreler tam karedirler.

Avantajları:

• Monokristal solar paneller daya yüksak kalite silikonlardan yapıldıkları için daha verimlidirler.Genelde verimleri %15-%20 arasındadırlar
• Bu paneller daha yüksek çıkışlı olduklarından aynı alandan daha fazla elektrik üretirler  yani  alan verimleri yüksektirler.
• Monokristal solar paneller daha uzun ömürlüdürler.Birçok üretici 25 yıl garanti vermektedir.
• Muadili çok kristalli panellere göre düşük ışık şartlarında daha iyi performans gösterirler.

 Dezavantajları:

• Monokristalli paneller en pahalı panellerdendirler.
• Eğer panel biraz kirlense veya bir kısmı kardan vs kapansa  tamamen devre dışı kalabilirler.Bu sorunu gidermek için mikroinverter gerekebilir.
• Monokristalli solarpaneller çevre sıcaklığı arttıkça verimlerini monokristalli panellerde daha büyük oranda kaybederler

Çok kristalli slikon  paneller

İlk çok kristalli silikon panel piyasaya 1981 de girdi. (P-Si veya mc-Si olarak da kodlandırılır bazan)
Bu panellerin imalatında Czochralski işlemi gerekmediğinden Bu  .Ham silikon direk olarak kare kalıplara dökülürler ve daha sonra düzgün kare şeklinde kesilerek  silikon katmanlarını oluştururlar.

Avantajları:

• Silikon kaybı az oldupundan imalatı daha ucuzdur.
• Isı altında verim kaybı yani ısı toleransı daha iyidir.

 Dezavantajları:

• Daha düşük saflıktaki silikon kullanıldığından Verimleri %13-%16 arasında kalır.
• Verimi düşük olduğundan   aynı miktar elektrik üretimi imin daha çok alana ihtiyaç duyar.
• Üniform renkte olmadıklarından daha az estetik görünürler denilebilir.

Sitring Ribbon Solar Paneller:

Bu paneller çok kristalli solar panellerin bir türüdürler. Aynı avantaj ve dezavantajları taşırlar. Yalnız üretimlerinde daha ince silikon tabaka kullanılması başarılmıştır. Neticede   yarı yarıya az silikon kullanılmıştır. Bu haliyle fiyat düşmüştür 

Avantajları:

• Fiyatları silikon kristal tipler içinde en  ucuzdur.

Dezavantajları:

• Verimleri %13-%14 arasında kalır.Yani silikon kristal panellerin en düşük verimlisidir .
• Verimi en düşük olduğundan   aynı miktar elektrik üretimi imin en çok alana ihtiyaç duyar.

İnce filim Solar Hücreler  (İFSH):

Alt tabakanın üzerine bir vaya birkaç değişik fotovoltaik  malzeme konularak imal edilirler.İnce tabaka fotovoltaik paneller olarak da bilinirler (TFFV). Bu tür paneller de üzerler,nde kullanılan fotovoltaik malzemelere göre değişiklik gösterirler.Kullanılan Bu malzemelere göre  oluşan tipleri şunlardır:

                        

• Amorphous silicon (a-Si)
• Cadmium telluride (CdTe)
• Copper indium gallium selenide (CIS/CIGS)
• Organik fotovoltaic cells (OPC)

Avantajları:

• Hızlı üretim yapılabildiğinden fiyatları çok ucuzdur
• Homojen görünüşleri kibar görünüm sağlar
• Esnek olarak imal edilebilirler.Bu bir çok projede avantaj sağlayabilir.
• Çevre sıcaklığının yükselmesi verimlerini az etkiler
• Yer sorunu yoksa bu modeller avantajlı olabilir

Dezavantajları:

• Çok yer kapladıklarından Genelde evlerde kullanılmazlar
• Garanti süreleri daha azdır.
• Çok yer kapladıklarından  gerekli kablo ,konstrüksiyon kurulum  işçiliği vs fazladır

Türkiyede 1 metrekareye ne kadar güneş enerjisi düşer

Dünyada değişik noktalara değişik miktarlarda güneş enerjisi düşer.Eğer ortalam değerlerden bahsedersek ve yıllık ortalama    1m2 lik yüzey ve kilowatsaat olarak düşünürsek

Kuzey Almanya :1220 kWh/m2 (eğim 36 derece)
Kuzey Italya:1720 kWh/m2 (eğim 35 derece)
Güney İspanya :2100 kWh/m2 (eğim 32 derece)
Kuzey Afrika :2700 kWh/m2 (eğim 18 derece)
Güney Türkiye: 2000kWh/m2 (eğim 32 derece)

Isı Enerjisi

Isı Enerjisi

Isı enerjisi(termal enerji veya sadece ısı)) maddeler arasında transfer olan ve madde partiküllerinin mikro düzeydeki kinetik enerjilerinden kaynaklanan enerji türüdür. Isı madde atom yada moleküllerinin birbirlerine çarpması sonucu iletilir.Sıcaklık ve basınç  arttıkça elektron çarpışmaları arttığından iletkenlik artar. Isı miktarı genellikle Q ile gösterilir.

Isı  Sıcaklık farkı

Isı ile sıcaklık farklı kavramlardır. Isı enerjidir sıcaklık ise enerjinin maddelerde değiştirdiği   bir özelliktir. Maddeyi varil ısıyı su diye düşünürsek   nasıl ki varil içine su konduğunda su yüksekliği değişirse  maddeye ısı enerjisi geçtiğinde sıcaklık değişir.

Isı   birimleri

Isı da enerji olduğundan   SI   ısı için joule kullanılır.Isı için sık sık calori de kullanılır.  Calorinin tanımı şöyledir:Normal şartlarda 1 gram suyun  sıcaklığını 13.5 C dereceden 14.5 C dereceye çıkartmak için gerekli enerjidir.Isı için ayrıca   İngiliz standardında Btu da kullanılmaktadır.
Yani 1kwatlık bir ısıtıcınız 1 saat çalışırsa  3600*1000 joule= 3.6 Mjoule ısı verir  bu enerjide  36  kilo suyun sıcaklığını 0 dereceden 100 dereceye çıkartabilir.    36*100*1000=(3.6M). Güneş enerjisinin 1m2 ye ortalama 1.5 kw  düştüğünü düşünürsek  güneş enerjisinin  ne boyutlarda olduğunu daha iyi anlayabiliriz. Yani biraz hesaplarsak görürüz ki 2 m2 ye 8 saat düşen güneş enerjisiyle 1 ton suyu kaynatabiliriz.

 1 Kjoule=0.24 Kcalori=0.95 Btu

  Termodinamiğin 1. kanuna göre ısı daima yüksek sıcaklıktan  düşük sıcaklıktaki objelere akar.

Q  : transfer edilen enerji (J)
m: madde miktarı  (kg)

c: özgül ısı kapasitesi
DT: sıcaklık farkı

absorbe soğutma tekniği

Gğneş Enerjisi ile Absorbe Soğutma Tekniği Nasıl İşler;

Absorbeli soğutma çevrimi üç temel prensibe göre çalışır.

1. Sıvılar ısıtıldığında kaynar ve gazlar soğutulduğunda sıvılaşır.
2. Sıvının  basıncını düşürürseniz  kaynama sıcaklığı da düşer.
3. Isı sıcaktan soğuğa doğru akar.

Absorbsiyonlu soğutma sistemlerindeki soğutma termokimyasal kompresör diyebileceğimiz bir sistemle çalışır. Soğutma olması için gerekli olan gazın kompresörlerle  sıkıştırılması işi bu sistemlerde  termokimyasal yöntemle gerçekleştirilir.Bunun için iki farklı akışkan kullanılır. Birisi soğutucu olarak diğeri ise absorbe edici  olarak kullanılırlar. Absorbe edildiğinde bir çeşit sıkıştırma işlemi gerçekleştirilmiş olur.Bu akışkanların diğer özelliği de  birbirlerinin içinde kolayca  çözünebilmeleridir.
Soğutucu akışkan genellikle sudur. Su kolayca faz değiştirebilir ve  donma sıcaklığı 0 olduğundan 5 dereceye kadar soğutma yapabilir.Buhar ve sıvı olarak kolayca  sirküle ederken  çevre kirliliği de yaratmaz.Gerekli olan ısı  güneş kolektörlerinden sağlanır (bu sistem çok eskiye dayanır ve ısı kaynağı olarak    katı yakıt ,termal enerji vs kullanılan dizaynları  mevcuttur.Absorbent olarak da
genelde Lityum bromit yada amonyak kullanılır. Absorbent içinde su çok düşük sıcaklıklarda ve basınçlarda  kaynar. ve enerjiyi bir yerden diğer yere nakleder.

Tipik bir absorbsiyonlu soğutma sistemi şeması

1-Evoporasayon(buharlaşma)
Soğutucu akışkan etrafı ısı alarak  soğuturken  ,kendisi buharlaşır.
2-Absorbsiyon;
Birinci aşamada oluşan buhar absorbent akışkan tarafından absorbe edilir.Bu  soğutucunun tekrar yoğuşmasını (ısıyı geri vernesini ) önleyerek , evoparasyonun verimini ve etkisini arttırır.
3-Ayrışma;
Soğutucu ve absorber karışımı  ısıtılarak  soputucunun absorberden buharlaşarak ayrılması sağlanır.Bu işlem için büyük miktarda ısı enerjisi gereklidir.Bu sisyemlere ısıtarak soğutma da denir.
4-Yoğuşma:
Bir yoğuşturucuda tekrar sıvı hale geçtikten sonra pompalanan soğutucu (doğal akışlı sistemler de mevcuttur) tekrar 1nolu aşamaya döner.

Çukur Aynalarda yansıma

Çukur Aynalar  (Konkav aynalar)

Işık eğilmez bükülmez.Bir nesneyle karşılaşıncaya kadar ,düz bir doğrultuda hareket eder.Bu ışığın önemli bir özelliğidir.Hem sanki bir  maddeymiş gibi davranır hemde dalga özellikleri gösterir.Işık ışınları  kısa veya uzun olabilirler fakat her zaman için doğrusaldırlar.
Çukur ayna  içi yansıtıcı olan bir küre parçasıdır.

Paralel rays: Paralel ışınlar
Principal axis: ana eksen
Focus: Odak noktası
Focal Length: Odak uzaklığı

Gelin şimdi saniyede 300000 km hızla giden ışığın çukur aynaya çarptığında neler olduğuna bakalım.


Temel fizik;
Uzayda hareket eden ışık ki doğrusal hareket eder, eninde sonunda bir yüzeyle karşılaşır.Eğer yüzey yarı saydamsa   ışık maddeden geçerken bir kısmı da yansır. ancak geçişten sonra görüntüde bozulmalar dalgalanmalar olur.Eğer yüzey  saydamsa(cam,su ,vs) ışığın büyük çoğunluğu  maddeden geçecek ve ışık yoluna devam edecektir.

 Eğer yüzey  ışığın büyük çoğunluğunu yansıtırsa böyle yüzeylere ayna denir .Aynalar konusunda 2 kanun olayları  anlamamızı kolaylaştırır.
1-Aynaya gelen ışının  yüzey normaline göre geliş açısıyla gidiş açısı aynıdır.Bu kanun tüm aynalar ve tüm ışınlar için geçerlidir.

2-Görüntü oluşumu ancak  ışın perdeye düşerse olur fakat aynalar  perdeleme yapmazlar.



Bir de ışığı ne geçirip ne yansıtan yüzeyler vardır onlara da mat yüzeyler denir bu mat yüzeyler de güneş enerjisi bakımından kullanıldığı yerler olduğundan önemlidir. Neyse biz gene gelelim çukur aynalara:

Zahiri görüntü  Gerçek gmrüntü:
Düz aynalar zahiri görüntü oluştururlar  çukur aynalar ise gerçek görüntü. Gerçek görüntü zahiri görüntü farkı şudur;

• Gerçek görüntü aynanın önünde zahiri görüntü arkasında oluşur
• Gerçek görüntü bir perdeye düşürülebilir zahiri görüntü düşürülemez

Perdeye düşürülmüş gerçek görüntü

Çukur aynada cismin  odaktan  daha uzakta olma durumu  :Gerçek ama ters görüntü oluşur

Bir noktadan aynaya giden ışınlar  yansıdıktan sonra    gerçek ortamda gene  birleşirlerse gerçek 

görüntü oluşur da diyebiliriz.

Yukardaki animasyonda çukur aynadaki tüm varyantlara göre görüntü oluşması durumu .Görüldüğü gibi sanal görüntü sadece cisim odakla ayna arasındayken oluşur.Cisim odak noktasındaysa görüntü oluşmaz ...

Eğer cisim odakla ayna arasındaysa görüntü düz  sanal ve büyüktür. Çukur aynalarda odağı geçtiğimiz görüntünün düzelmesinden de anlaşılabilir pratikte.

Diğer aynaları hatırlayalım :

Tümsek aynalar

Konveks aynalar-Tümsek aynalar

Işığın tümsek aynadaki yansıma kanunları

Tümsek ayna   dış kısmına ışıkların düştüğü  küresel  bir yansıtıcı yüzeydir.(yada küre parçası yüzeyli). Bu aynalara dağıtıcı aynalar da diyebiliriz çünkü üzerilerine düşen ışıklar bir odak noktasında toplanmadığı gibi etrafa dağılır ve yoğunluklarını kaybederler.
Biraz şaşırtıcıdır ancak bu özelliği olan aynalar ışığı çok geniş alana yaydıklarından  geniş görüş mesafesine sahiptirler.Bu yüzden mesela araba dikiz aynalarında tümsek aynalar kullanılırlar.Mağazalarda   vs koridorları kontrol etmek için de bu tğr aynaların kullanıldığını görmüşsünüzdür.

Bu aynalarda oluşan görüntüler  zahiridir ve bir perde üzerine düşürülemezler (düz yada çukur  aynalarda olduğu gibi).Görüntü daima yüzeyin arkasında oluşur.Bütün oluşan görüntüler  düz,zahiri ve objenin gerçek ölçüsüne göre küçüktürler.
Tümsek ve çukur aynaları elinize bir kaşık alıp  tümsek ve çukur yüzeylerine bakarak inceleyebilirsiniz.

Tümsek Aynada Özel Işınlar ve görüntü oluşumu:
1. Konveks  aynaya paralel doğrultuda gelen ışınlar uzantısı odaktan geçecek şekilde yansırlar. Aynı zamanda zahiri odaktan geçecekmiş gibi gelen ışınlar da paralel olarak yansır.

 2. Konveks aynanın merkezinden geçecekmiş gibi  gelen ışınlar kendi üzerinden geri yansır.

3. Konveks yani tümsek  aynanın tepe noktasına doğru gelen ışınlar asal eksenle eşit açı yapacak şekilde yansır.Yani asal eksene geliş açısıyla gidiş açısı aynıdır. 

4. Tümsek aynaya  odak noktasından geçerek  gelen ısın uzantısı F /2’ den geçecek şekilde yansır.

5. Tümsek aynaya rastgele bir ısın geldiğinde ise ; normali olan merkezden gelen çizgi ile eşit açı yapacak şekilde yansır.(Aynı tepe noktasına düştüğünde   olduğu gibi)

Yardımcı odak  ve odak düzlemi yardımıyla yansıyan ısının çizilmesi;

Aynadan yansıyan ısınları çizmek için;
1. Aynanın merkezinden geçen ve gelen ısına paralel olan ikincil bir eksen çizilir.
2. Asal eksene dik olan ve odaktan geçen odak düzlemi çizilir.
3. Yukarıda elde ettiğimiz İki eksenin kesiştiği nokta, ikincil odaktır ve yansıyan ısın bu noktadan geçer.