İngiltere'de, güneş enerjisiyle çalışan bir ev. Güneş enerjisi, ev için elektrik ve sıcak su üretebilir.
Güneş enerjisi ısıtma ve soğutma sistemlerinin ihtiyacı olan elektrik enerjisini doğrudan üretmekte kullanılabilir. Güneş enerjisinden yararlanma potansiyelimiz sadece bu imkandan yararlanma isteğimizle sınırlıdır.
Güneş enerjisinden yararlanmanın değişik yolları mevcuttur. Bitkiler güneş enerjisini fotosentez yolu ile kimyasal enerjiye dönüştürürler. Bu enerjiden yararlanmanın bazı yoları bu bitkileri yiyecek olarak tüketmek veya odunlardan yakacak olarak istifade etmek şeklinde olur. Bununla beraber “güneş enerjisi” terimi daha ziyade gün ışığını doğrudan kullandığımız ısı enerjisine veya elektrik enerjisine çevirmek demektir. Güneş enerjisinin iki temel tipi “solar termal” ve "fotovoltaik"tir.
Solar fotovoltaik
Bu ışıktan elektrik üretmek demektir. Bu işin sırrı, elektron açığa çıkarmak için yarı iletken materyalleri kullanmaktadır. Bu elektrolar elektriğin temelini oluşturan negatif yüklü parçacıklardır. Fotovoltaik hücrelerde kullanılan yarı iletken maddelerin en yaygını, kumda çok miktarda bulunan silikondur. Bütün fotovoltaik hücreler bu tip yarı iletken maddelerden yapılmış, bir pozitif diğeri negatif yüklü en az iki tabakadan oluşur. Yarı iletkenlerin üzerine gün ışığı geldiğinde, bu iki tabakanın birleştiği yerde doğru akım üreten bir elektrik akımı oluşmasına yol açar. Güneş ışığı ne kadar güçlü olursa ürettiği elektrik akımı da o kadar büyük olur.
Bu nedenle bir fotovoltaik sistem çalışmak için parlak gün ışığına gerek duymaz. Bulutlu havalarda da bulutların yoğunluğuna göre ürettiği enerji miktar değişecek şekilde elektrik üretir. Az bulutlu bir havada bulutlardan yansıyan güneş ışıkları gün ışığının yoğunluğunu artıracağından masmavi bir gökyüzü olan parlak güneşli zamanlardakinden daha fazla güneş enerjisi elde edilir.
Bugünlerdeki yaygın uygulama şekli hesap makineleri gibi küçük aletleri çalıştırmak için çok küçük güneş enerjisi hücreleri kullanmaktır. Fotovoltaik, elektrik şebekesinin bulunmadığı yerlerde elektrik enerjisi üretmek için de kullanılabilir. Güneş enerjisi ile çalışan ve güneş dondurucusu dediğimiz bir buzdolabını da geliştirdik. Bu buzdolabı, denemelerden sonra, elektrik olmayan yerlerde insani yardım kuruluşları tarafından aşıları muhafaza etmek ve elektrik şebekesine bağımlı olmak istemeyen herkes tarafından yiyeceklerini soğuk tutmak için kullanılabilecektir.
Mimarlar da tasarımlarında güneş enerjisi panellerini artan bir şekilde kullanmaktadırlar. Mesela, güneş enerjisi panelleri çatı kaplaması olarak geleneksel çatı kaplama malzemeleri yerine kullanılabilir. Esnek ince film modülleri kubbeli çatılara bile kolayca entegre edilebilir. Yarı şeffaf modüller gölgelendirmenin ve gün ışığının ilginç bir karışımını kullanmaya imkan verir. Fotovoltaik hücreler, yaz aylarında klima cihazlarının çok elektrik tükettiği zamanlarda binaların ihtiyaç duyduğu fazla miktardaki enerji ihtiyacını karşılayabilir ve böylece maksimum derecedeki elektrik ihtiyacı yükünü azaltabilir.
Hem büyük hem de küçük ölçekte bir fotovoltaik ulusal elektrik şebekesine enerji verebilir veya müstakil olarak kullanılabilir.
Solar ısı enerjisi santralleri
Büyük aynalar güneş ışığını tek bir hat üzerine veya tek bir noktaya yoğunlaştırabilir. Orada oluşturulan ısı buhar oluşturmada kullanılabilir. Sıcak ve hayli yüksek basınçı buhar elektrik üreten türbinleri çalıştırmada kullanılır. Yoğun güneşli bölgelerde güneş enerjisi ısı santralleri elektrik üretiminin büyük bir kısmını garantilemekte kullanılabilir.
Hesaplamalara göre, 2015 yılına kadar, solar termal santrallerinin bugün sadece 354 MW olan kurulu kapasitesi 5000 MW düzeyini geçecektir. 2020 yılına kadar ilave olarak her yıl 4500 MW daha artacaktır. Dünya çapında güneş enerjisi ısı santrallerinin kapasitesi, 30 milyon konuta yetecek kadar bir miktar olan 30.000 MW’a erişecektir.
Güneş enerjisi ile ısıtma ve soğutma
Güneş enerjisi ile ısıtma doğrudan güneşten aldığı enerjiyi kullanmaktadır. Çatınızda bulunan bir güneş enerji ısı toplama aygıtı evinizi ısıtmaya yardım edebilir ve evinizin ihtiyacı olan sıcak suyu sağlar. Bu sistem yüzyıllardır bilinen bir prensibe göre çalışır: güneş koyu renkli bir kap içindeki suyu ısıtır. Piyasada şimdiki güneş enerjisi teknolojileri oldukça güvenilir ve etkilidir. Bu sistemler evlerdeki suların ısıtılmasından, evlerin ve işyerlerinin ısıtılması, yüzme havuzlarının ısıtılması, soğutma, sanayi ısıtma sistemleri ve içme sularının tuzdan arındırılması gibi çok geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Evlerde sıcak su edilmesi güneş enerjisi uygulamasının bugün en yaygın şeklidir. Bazı ülkelerde konutlarda yaygın bir özellik haline gelmiştir. Şartlara ve sistemin özelliklerine bağlı olarak sıcak su ihtiyacının neredeyse yüzde yüzünü güneş enerjisinden elde etmek mümkündür. Daha büyük sistemler kapalı alanların ısıtılması için gerekli olan enerjinin önemli bir kısmını karşılayabilir. İki tip teknoloji vardır:
Boşluk tüpleri
Vakum tüpünün içindeki ısı emiciler güneşin yaydığı ısıyı emer ve içindeki sıvıyı tıpkı düz güneş enerjisi panellerinde olduğu gibi ısıtır. Tüpün arkasındaki yansıtıcıdan tüpe doğru yansıtılan ilave ısı dan da yararlanılır. Güneşin açısı ne olursa olsun, tüpün yuvarlak şekli güneşin ısı emicilere doğrudan ulaşmasını sağlar. Bulutlu bir günde bile, ışık birçok değişik istikametten gelirken dahi boşluklu tüp kollektörleri oldukça etkilidir.
Düz panel güneş enerjisi kollektörleri
Esas olarak üst kapağı camdan bir kutudur. Bu kutunun içinde bakırdan yaprakları olan bir seri bakır borular vardır. Bütün yapı güneş ışıklarını tutacak şekilde tasarlanan koyu renk bir madde ile kaplanmıştır. Güneş ışıkları kollektörden aşağı doğru temeldeki bir su ısıtıcısına doğru devridaim yapan su ve antifriz karışımı bir sıvıyı ısıtır.
Güneş enerjisi ile soğutma
Güneş enerjili dondurucular soğuk üretmek için ve/veya tıpkı buzdolaplarındakine benzer bir şekilde havadaki nemi almak için ısı enerjisini kullanırlar. Çok sıcak havalarda soğutmaya talebin çok olduğu zamanlarda, bu uygulama güneşin ısı enerjisinden yararlanma için çok uygundur. Güneş enerjisi ile soğutma başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Gelecekte, özellikle küçük sistemler için teknolojinin maliyeti düştükçe, güneş enerjisi ile soğutmanın büyük ölçekli olarak kullanılması beklenmektedir.