1 Torba Kömür Kaç Gün Gider

1 Geri Kazanılmış Temperli Polikristal Silikon Güneş Paneli Camının Çimento İçersinde Kum Yerine Agrega Olarak Tekrar Kullanılması Murat Hüseyin ÜNSAL Yüksek Lisans Tezi Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: DOÇ. DR. Zeki Ünal YÜMÜN

2 T.C. TEKİRDAĞ NAMIK KEMAL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ GERİ KAZANILMIŞ TEMPERLİ POLİKRİSTAL SİLİKON GÜNEŞ PANELİ CAMININ ÇİMENTO İÇERSİNDE KUM YERİNE AGREGA OLARAK TEKRAR KULLANILMASI Murat Hüseyin ÜNSAL ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI DANIŞMAN: DOÇ. DR. Zeki Ünal YÜMÜN TEKİRDAĞ Her hakkı saklıdır

3 Doç. Dr. Zeki Ünal YÜMÜN danışmanlığında, Murat Hüseyin ÜNSAL tarafından hazırlanan Geri Kazanılmış Temperli Polikristal Silikon Güneş Paneli Camının Çimento İçersinde Kum Yerine Agrega Olarak Tekrar Kullanılması isimli bu çalışma aşağıdaki jüri tarafından Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı nda Yüksek Lisans tezi olarak oy birliği/oy çokluğu ile kabul edilmiştir. Üye : Doç. Dr. Zeki Ünal Yümün İmza : Üye : Doç. Dr. Ali Rıza DİNÇER İmza : Üye : Prof. Dr. Mehmet ÇAKMAKÇI İmza : Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu adına Doç. Dr. Bahar UYMAZ Enstitü Müdürü

4 ÖZET Yüksek Lisans Tezi Geri Kazanılmış Temperli Polikristal Silikon Güneş Paneli Camının Çimento İçersinde Kum Yerine Agrega Olarak Tekrar Kullanılması Murat Hüseyin ÜNSAL Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Doç. Dr. Zeki Ünal YÜMÜN Fotovoltaik panellerin ülkemizde giderek kullanımı artmaktadır. Kullanım süresi dolan yıllık paneller veya hasarlı panellerin geri dönüştürülmeden doğaya bırakılması doğaya, insana zarar vermesinin yanı sıra materyallerin israfına da yol açmaktadır. Bu panellerden kaynaklı cam atıklarının çevreye verdiği kirlilik önemnli boyutlara ulaşmaktadır. Bu çalışmada, güncel hayatta en yaygın şekilde kullaılan panel modellerinden biri olan polikristal silikon fotovoltaik panellerin geri dönüşümünün çalışılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda kullanılan fotovoltaik panelin temperli camları küçük parçalar haline getirildikten sonra, farklı kum oranları ile karışım yapılarak, beton harcı malzemesi olarak kullanılmıştır. Oluşturulan harç numuneleri %0, %5, %10, %15, %20 ve %25 oranında oluşturulmuş ve çimento yapılarak özel kalıplara dökülmüştür. Çalışma ortamımdaki zaman probleminden dolayı yedi günlük piriz süresi beklendikten sonra betonun fiziksel testlerine geçilmiştir. Yeni karışımların yoğunlukları, kullanılan cam partiküllerden dolayı kademeli olarak artış gösterdiği gözlemlenmiştir. Yedi günlük kür süresinden sonra tüm numunelerin basınç testleri yapılarak kontrol numunesi ile kıyaslanmıştır. Bu kıyaslamada %15 oranında temperli fotovoltaik cam içeren numune %3,3 daha fazla bir dayanıma sahip olduğu tespit edilmiştir. Su emme kapasitesi ölçümlerinde ise dakikalık süre sonunda %5 lik numunenin en fazla, %20 lik numunenin ise en az su emme kapasitesine sahip olduğu tesbit edilmiştir. Açık porozite değerleri kontrol numunesinden daha düşük olduğu anlaşılmıştır. Burada %20 temperli cam içeriği bulunan numunenin en az kılcal poroziteye sahip olduğu anlaşılmıştır. Bu çalışmanın en önemli sonuçlarından biri güneş enerjisi panelerinin temperli camlarının çimento karışımı olarak kullanılmasını öneren çevreci bir proje olmasıdır. Ayrıca çimentoda kullanım oranları arttıkça kılcal su emme oranları azaldığı için temellerde yalıtım bakımından önemnli bir inşaat malzemesidir. Ayrıca %15 lik karışım normal konrol numunesinden daha yüksek dayanıma sahip olması da inşaat açısından önemli bir veri olarak değerlendirilmelidir. Anahtar kelimeler: Polikristal, fotovoltaik, temperli cam, harç, agrega, geri dönüşüm , 92 sayfa i

5 ABSTRACT MSc. Thesis Reusing of Recycled Polycrystalline Silicon Solar Module Glass as Replacement Aggregate in Cement Based System Murat Hüseyin ÜNSAL Tekirdag Namık Kemal University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Environmental Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Zeki Ünal YÜMÜN Photovoltaic panels are increasingly used in our country. The use of years panels or damaged panels, which have expired, are left to be recycled to the environment, causing harm to nature and human as well as wasting of materials. The pollution of the glass wastes caused by these panels to the environment reaches important dimensions. The aim of this study is to investigate the recycling of polycrystalline silicon photovoltaic panels, one of the most widely used panel models in current life. In this context, the tempered glass of the photovoltaic panel was turned into small pieces and mixed with different sand ratios and used as a concrete mortar. The formed mortar samples were formed in 0%, 5%, 10%, 15%, 20% and 25% and cement was poured into special molds. Due to the time problem in my working environment, after seven days of curing time, the physical tests of the concrete were started. It has been observed that the densities of the new mixtures gradually increase due to the glass particles used. After seven days of curing time, pressure tests of all samples were made and compared with the control sample. In this comparison, it was found that the sample containing 15% tempered photovoltaic glass had a strength of % more. In the water absorption capacity measurements, it was found that 5% of the sample had the highest water absorption capacity and the least 20% sample had the water absorption capacity after minutes. Open porosity values were found to be lower than the control sample. It was found that the sample with 20% tempered glass content had least capillary porosity. One of the most important results of this study is that it is an environmentally friendly project that recommends the use of tempered glass of solar panels as a cement mixture. In addition, as the usage rates of cement increases, capillary water absorption rates are decreasing and it is an important construction material in terms of insulation. In addition, the 15% mixture should have a higher resistance than the normal control sample and should be considered as important for construction. Keywords : Polycrystalline, photovoltaic, tempered glass, mortar, aggregate, recycling , 92 pages ii

6 ÖNSÖZ yılında başladığım ve bana bir çok değer katan Namık Kemal Üniversitesi ndeki öğrenimim süresince üzerimde emeği olan saygı değer öğretim görevlilerine ve tüm arkadaşlarıma; Ayrıca Vilnius Gediminas Teknik Üniversitesi nde deneysel çalışmalarım esnasında, bana olan büyük yardımlarından ve desteklerinden dolayı Prof. Saulius VASAREVİCİUS e ve Prof. Gintautas SKRİPKİUNAS a; Bu tezin hazırlanması sırasında bana yol gösteren, çalışmalarımda her türlü desteğini her zaman hissettiğim hocam Doç. Dr. Zeki Ünal YÜMÜN e; Tüm hayatım boyunca beni maddi ve manevi olarak her zaman destekleyen aileme sonsuz teşekkürlerimi sunmayı borç bilirim. Temmuz, Murat Hüseyin ÜNSAL iii

7 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZET i ABSTRACT ii ÖNSÖZ iii ŞEKİLLER vi TABLOLAR viii KISALTMALAR ix 1. GİRİŞ LİTERATÜR TARAMASI Yenilenebilir Enerji Güneş Enerjisi Yoğunlaştırılmış Güneş Enerji Sistemleri Fotovoltaik Güneş Panelleri Güneş Enerjisi Teknolojilerinin Potansiyel Çevre ve İnsan Sağlığına Zararları Güneş Paneli Atık Yönetimi Fotovoltaik Panellerde Azaltma Yolu ile Materyal Kazanımı Güneş Panellerinin Geri Dönüşümü Kristal Silikon Güneş Panelinin Geri Dönüşümü İnce-film Panellerin Geri Dönüşümü Beton İçersinde Atık ve Güneş Panel Atığı Geri Dönüşümü Camın Beton İçersinde Geri Dönüşümü MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Kırılmış Hale Getirilen Polikristal Silikon Panel Temperli Cam Atığının ve Kumun Partikül Boyutunun Belirlenmesi Gevşek Yığın Kütle Yoğunluğu iv

8 Solar Panel Cam Atıklarından Elde Edilecek Harç Karışımı Taze Harç Kıvamının Yayılma Tablasına Göre Belirlenmesi Harç Prizmatik Kalıplarının Hazırlanması Örneklerin Yoğunluğunun Hesaplanması Harç Örneklerin Eğilme ve Basınç Dayanımı Hesaplanması Harç Örneklerinde Suyun Emilimi, Toplam Boşluk, Kılcal Boşluğunun Hesaplanması ARAŞTIRMA BULGULARI Eleme sonrası partikül büyüklüğü dağılımının analizi Gevşek Yığın Kütle Yoğunluğu analizi Taze Harç Numunesi Kıvamının Yayılma Tablasına Göre Sonuçları Sertleşmiş Harç Örneklerinden Elde Edilen Sonuçlar Harç Örneklerinde Suyun Emilimi, Toplam Porozite, Açık Porozite Sonuçları SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKÇA v

9 ŞEKİLLER Şekil 1: Yenilenebilir enerji üretim kapasitesini gösterir pay 4 Şekil 2: Pironometre 5 Şekil 3: Pyrheliometre 5 Şekil 4: Solar termal enerji çevirici sisteminin diyagramı 6 Şekil 5: Fresnel ve Parabolik aynalar 7 Şekil 6:Merkez alıcı sistem 8 Şekil 7: Güneş Kulesi 9 Şekil 8: Parabolik çanak yoğunlaştırıcısına bir örnek

10

11 TABLOLAR Tablo 1: Yenilenebilir enerji çeşitleri 3 Tablo 2: Mono ve Poli kristal silikonun karlışatırılması Tablo 3: Bazı ince film hücrelerin Verimlilkleri Tablo 4: PV yapılarının karşılaştırılması Tablo 5: PV de Kullanılan nadir metaller Tablo 6: Solar ve klasik enerji sistemlerinin CO2 bakımından kıyaslanması Tablo 7: Si üretimi ve işlenmesinde kullanılan bazı zararlı maddeler Tablo 8: yılları arası öngürülmüş toplam PV kapasitesi Tablo 9: Güneş panellerinin teknolojilerine göre market payları ( ) Tablo yılı ile Panel üreten ilk 10 üretici Tablo Panellerin Avrupa da ki atık kodları Tablo Alternatif Agrega Tipleri Tablo Tipik Silikon tabanlı PV modülünün yapısı Tablo Kullanılan Çimentonun özellikleri Tablo Çimentonun fiziksel ve mekanik özellikleri Tablo Çimento Karışım oranları kg cinsinden Tablo L karışım için yapılan hesaplama kg cinsinden Tablo Kullanılan aparatlar Tablo Cam için Elek ile partikül dağılım analizi Tablo Kum için Elek ile partikül dağılım analizi Tablo Camın kütle yoğunluğunun hesaplanması Tablo Kumun kütle yoğunluğunun hesaplanması Tablo Yayılma tablasından elde edilen sonuçlar Tablo 1 haftalık Kür öncesi numuneleri ağırlıkları Tablo 1 haftalık Kür sonrası numuneleri ağırlıkları viii

12 KISALTMALAR GW : Gigawatt o K : Kelvin o C : Santigrat MWe : Megawatt elektrik c-si : Kristal Silikon EVA : Etilen Vinil Asetat PV : Fotovoltaik ev : Elektron Volt MWh : Megawatt Saat m 3 : Metre Küp kwh : Kilowatt Saat g : Gram CO2 : Karbondioksit Mg : Miligram Kg : Kilogram cm 3 : Santimetre Küp Mpa : Mega Pascal (N/mm 2 ) CSP : Concentrated Solar Power ix

13 1. GİRİŞ Fotovoltaik sistemlerin son zamanlarda hızlı bir şekilde verimliliklerinin yükselişi ve ilgi cekici bir hal alması bu sistemlerin üretiminde artışa ve kullanımında da doğru orantılı bir şekilde artmasına sebebiyet vermiştir. Bunun yanında ömürlerinin yılı bulması ve güneşden gelen enerjiyi elektrik enerjisine çeviren diğer sistemlere nazaran daha çevresel bir sistem olması avantaj sağlamaktadır. Bunun yanında üretimin ve kullanımının artması bazı çevresel sorunlarıda beraberinde getirebilmektedir. İnsan sağlığına, çevreye ve materyal kaybına sebebiyet olabilmektedir. Yaşam ömrünü tamamlamış ve ya bazı nedenlerden hasara uğramış panellerin direkt olarak çevreye bırakılması ve geri dönüşüm uygulanmaması zararlara yola açabilmektedir. Örnek olarak CdTe ün doğaya bırakılması Cd dan dolayı ağır metal kirliliğine sebebiyet verebilmektedir ve bunun üzerine çalışmalar yapılmıştır ve ya kristal silikon panellerde kullanılan kurşun buna örnek verilebilmektedir. Ayrıca, panellerden kaynaklı bir diğer sıkıntı ise kullanılan temperli camlardır. Bu camlar panelin neredeyse büyük çoğunluğunu kapsamaktadır. Bunun yıllar sonra açacağı çevresel kirlilik ise ayrıca düşünülmektedir. Dünya da panellerin geri döüşümü için çalışmalar yapılmakta ve gün geçtikce gelişmektedir. Dünyanın en eski inşaat malzemelerinden biri betondur. Düşük maliyet, bulunabilirlik, uzun dayanıklılık ve aşırı hava koşullarına karşı dayanımı nedeniyle, dünya çapında aşırı bir şekilde kullanılmaktadır. Çimento atık formları, radyoaktif, tehlikeli ve karışık atıkların bertarafı için dünya çapında kullanılmaktadır. (Fernandez ve ark , Tantawi ) Beton yapı, betonda farklı tipte atıkların kullanılmasına izin verir. Bu nedenlerden dolayı, daha sürdürülebilir materyaller ve işlemler, kısmi bir kum değişimi ve ya çimento değişimi gibi olarak formüle edilmeye çalışılmaktadır. Geri dönüşümlü agregalarla üretilen betona Geri Dönüşümlü Agrega (RAC) adı verilir. (Faella ve ark. , Isler ) Bir diğer geri dönüşüm metodu olan beton ve ya harç içersinde agrega olarak kullanılması panellerden kaynaklı materyallerin agrega olarak kullanılması materyal kaybını belirli bir ölçüde engellemek için iyi bir örnektedir. 1

14 Bu çalışmada polikristal silikon panelden elde edilen temperli cam partiküllerinin belirli oranlarda hazırlanan numuneler içersinde kum yerine agrega olarak harçda kullanılmıştır. Harç prizmatik bloklar hazırlanarak fiziksel özellikeri incelenmiştir. 2

15 2. LİTERATÜR TARAMASI Yenilenebilir Enerji Yenilenebilir enerji doğal kaynaklardan elde edilebilen ve kendini sürekli yenileyen bir enerji kaynağı olarak tanımlanmaktadır. Bu özelliği ile konvansiyonel enerji kaynaklarından farklıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları Tablo 1 de açıkca gösterilmektedir. Ayrıca, Güneş bu enerji kaynaklarının büyük bir bölümünün ana kaynağıdır. Tablo 1: Yenilenebilir enerji çeşitleri Yenilenebilir enerji çeşitleri Güneş Enerjisi Rüzgar Enerjisi Jeotermal Enerjisi Hidrolik enerjisi Biyokütle Enerjisi Dalga enerjisi Yenilenebilir enerji kaynakları Güneş Rüzgar Yer altı suları Akarsu ve nehirler Biyolojik atıklar Okyanus ve nehirler Enerji potansiyelinin yüksek olmasına rağmen şuanda bütün enerjiyi toplayacak ve kullanacak teknolojimiz bulunmamaktadır. Fakat, yavaş yavaş hızla gelişen teknoloji ile elde ettiğimiz enerji miktarıda artmaktadır Yılında Yenilenebilir enerji üretim kapasitesi 2, GW ulaşmıştır. Bunun payları Şekil 1 de verilmiştir (IRENA ). Dünya genelinde yenilenebilir enerjiye olan yatırımlar, yılı itibarıyla hız kazanmış ve Çin in bu yatırımlarda birinci sırada olduğu görülmektedir. Çin den sonra ABD, Japonya, Birleşik Krallık ve Hindistan takip etmektedir. Bu ülkelerde Yenilenebilir enerjiye verilen önem bu tablodan görülebilmektedir (Karagöl ve Kavaz ) Hidro enerji 1,GW ile ilk sırada yer alırken, Güneş enerjisi GW ve GW ıle Rüzgar enerjisitakip etmektedir. Diğerleri ise GW lık bir enerji üretmektedir. (IRENA ) 3

16 Yenilenebilir Enerji Payları 18% Hidro 6% Rüzgar 23% 53% Diğerler Türler Solar Şekil 1: Yenilenebilir enerji üretim kapasitesini gösterir pay (IRENA ) Güneş Enerjisi Solar sistemimizde güneş tam merkezde bulunmaktadır. Diğer gezegenker ve dünya güneşin etrafında yörüngede bulunur. Güneşden gelen solar radyasyon dünyadaki tüm hayatı destekler ve bunu fotosentez,iklim ve hava olayları ile gerçekletirir. (Kalogirou ) Güneşin %74 ünü hidrojen %25 ini helium ve geri kalanı ise diğer ağır metal elementlerinden oluşur. Güneşin yüzeyinde sıcaklık yaklaşık olarak o K ve ya O C dir. Güneşden gelen bu enerji nükleer füzyondan üretilir ve bu enerjiden farklı şekillerde yararlanmamızı sağlayan uygulamalar bulunmaktadır. (Kalogirou ) Ayrıca, Solar radyasyanu ölçebilen iki tür ekipman vardır. Bunların adları pironometre ve pyrheliometre dir. Şekil 2 ve 3 de bu cihazlar gözükmektedir. Pironometre direk ve dağılan solar radyasyonu ölçebilirken, pyrheliometre güneşden gelen direk radyason ışınlarını ölçebilmektedir. (Kalogirou ) 4

17 Şekil 2: Pironometre (Kalogirou ) Şekil 3: Pyrheliometre (Kalogirou, ) Güneş enerji tükenmeyen ve dünyamız için önemli bir enerji kaynağıdır. Güneş Enerjisini kullanabilmek için farklı yollar bulunmaktadır. Bu teknolojiler yoğunlaştırılmış güneş enerjisi kısaca CSP ve fotovoltaik panellerdir (PV). (Kabir ) 5

18 Yoğunlaştırılmış Güneş Enerji Sistemleri CSP ler genel olarak ayna kullanarak güneş ışığını ve güneşden yayılan ışınları (ultraviyole, kızılötesi, x bant radyasyonu) alıcı vey a tutucu üzerinde yoğunlaştırır. Bu tutucu gelen enerjiyi tutar ve sıvıya transfer eder. Bu sıvı en son uygulamalarda ve ya elektrik üretmede kullanılmaktadır. PV lerin aksine CSP ler ısı üreterek termodinamik döngü ile elektrik üretmektedirler. Dört çeşit CSP modeli vardır. Parabolik, Fresnel, Güneş kulesi ve Güneş Çanaklarıdır. Bu sistemlerden bazıları ısı tankı da bulundurmaktadırlar. Bu ısı tankının bulurmalarının sebebi ise,akşam ve ya bulutlu günlerde sistemin çalışmasını sağlamak adınadır. Bu sistemlerde ki en büyük zorluk sıcaklık değerini ayarlayabilmektir. Güneş enerjisini mekanik enerjiye çeviren temel diyagram şekil 4 de gösterilmiştir. (Kalogirou ). Şekil 4: Solar termal enerji çevirici sisteminin diyagramı (Kalogirou ). Güneş ışığı direk, direk olmayan ve yayılmış şekilde bulunmaktadır. CSP ler yalnızca direk güneş ışığını kullandıklarından güneşin yüksek derecede geldiği bölgelerde bulunmaktadırlar. Bu bölgeler sıralanacak olursa, Orta Doğu, Kuzey Afrika, Güney Afrika, Güneybatı Amerika Birleşik Devletleri, Meksika, Şili, Peru, Avustralya, Hindistan, Batı Çin, Güney Avrupa ve Türkiye dir. (IRENA ) 6

19 Parabolik toplayıcılar en gelişmiş CSP sistemleridir ve kurulmuş %90 CSP sistemi paraboliktir. dereceye kadar sistemi ısıtarak elektrik üretebilmektedir. En büyük parabolic sistem Kaliforniya da kurulmuştur ve toplam kurulu gücü MWe dir..(kalogirou ) Transfer sıvısı olarak, sistemde sentetik yağlar ve ya erimiş tuz, diğer sıvılar ve gaz kullanılmaktadır. Bu akıcı maddeler aşırı ısınır ve buhar türbinleri döndürür. Böylece elektrik elde edilmektedir. (Anonim ). CSP ler Kuzey-Güneye yaz aylarında kışa göre daha fazla enerji toplamaktadırlar. Doğu-Batı ise kış aylarında yaza göre daha fazla enerji toplayabilmektedir. (Kalogirou ) Frenel yansıtıcıları diğer adı ile FR, şekil 5 de gösterilmiştir. Bu reflektörler düz ve ya hafif eğimli seafoodplus.infoıtıcılar güneş ışığını aynaların üstünde bulunan sabit alıcıya yansıtır ve aynalarda bulunan takip sistemi tek bir eksende aynaların güneşi takip etmesini sağlamaktadır. FR ler parabolik camlı yansıtıcılara göre cok daha ucuzdur ve Fresnel yere daha yakın olduğundan dolayı yapısal ihtiyacı da buna nazaran az olmaktadır. (Kalogirou ). Şekil 5: Fresnel ve Parabolik aynalar (IRENA ) 7

20 Şekil 6:Merkez alıcı sistem Güneş kuleleri kısaca ST ler, merkez alıcılar olarakta bilinmektedir. Bu sistemler bir çok güneşi takip eden aynalar kullanırlar ve bunlara heliostat denmektedir. Yansıyan güneş ışınlarını tek bir merkezde toplama prensibine göre çalışırlar. Alıcı tüm güneş ışığını aldıktan sonra ısıyı sıvıya transfer eder bu sıvı daha önce bahsettiğimiz erimiş tuz, sentetik yağ ve ya gazlar olabilmektedir. Şekil 6 da ayrıca merkezi sistem açıkca gösterilmiştir. (Kalogirou ) Güneş kuleleri PT ve FR den çok daha yüklsek sıcaklıklara ulaşabilmektedir. ST ler daha fazlayoğunlaştırmaya sahip olduğundan buna olanak tanımaktadır. Ayrıca ST lerde su buharı sistemleri kullanılabilmtekdir. Su buharlı sistemlerin maksimum sıcaklıkları derece, sentetik yağlar derece ve derece erimiş tuzlar için görülmüştür. derece ise gazlar kullanılarak elde edilebilmektedir. En iyi performansı erimiş tuzdan sağlamaktadır. Bu yöntem verimli ve ucuz olarak ısıyı depolamak için kullanılabilmektedir. Gece ve bulutlu havalarda sistemin çalışmasını sağlamaktadır. ST lerin çalışma şeklini gösteren diyagram şekil 7 de verilmiştir. (IRENA ). 8

21 Şekil 7: Güneş Kulesi (Kalogirou ) Çanak sistemler çanak şekilli parabolic aynalar kullanmaktadır. Güneş ışunlarını odak noktası bulunan alıcıya yansıtma prensibine dayalı çalışmaktadır. Bu sistemler iki eksenli takip sistemine sahip olduğundan dolayı iyi yoğunlaştırmaya ve sıcaklığa sahiptirler. (Kalogirou ) Şekil 8: Parabolik çanak yoğunlaştırıcısına bir örnek. (Kalogirou ) Alıcının tepesinde stirling motoru bulunmaktadır. Bu motor elektrik üretilmesini sağlar. Alıcı özümsediği ısıyı, bir sıvı yardımı ile motora aktarır. Daha sonra ise bu ısı motorda mekanik enerjiye ve sonrasında ise elektrik enerjisi olarak çevirmektedir. (Kalogirou ) 9

22 Fotovoltaik Güneş Panelleri Fotovoltaikler ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmektedir. Bu fotovoltaik etkisi olarakta adlandırılmaktadır. Fotovoltaik enerji dönüşümünün iki tane önemli adımı vardır. İlk olarak, elektron-hol çifti ışığın emilmesi ile oluşturulur. Daha sonra ise elektron negatif bölüme giderken, hol ise pozitif alana doğru gider. Böylece, elektrik gücü üretilmiş olur. (McEvoy ) Kısaca, ne zaman bir foton atoma çarpsa bu valans bandında bulunan elektronun zıplamasına ve ya serbest kalması ile iletim bandına geçer ve geri de hol bırakır buna elektronhol çifti denir. Holların sayısı elektron serbest kalması ile alakalıdır. (Şekil 9 ve 10). (McEvoy ) Şekil 9: Elektron deşik çiftinin oluşumu (Radziemska ) 10

23 Şekil P/N birleşiminin nasıl çalıştığını gösterir şekil. (Lisensky ) Şekil Valans ve iletim bandı (Wolff C ) 11

24 Şekil Yaşam döngüsü (Huang ve ark. ) Yaşam döngüsünü gösteren şekil 12 silikonun üretimini ve külçe haline gelmesine kadar ki kısmı göstermektedir. (Huang ve ark ) Fotovoltaikler farklı tipte hücrelere ve farklı jenerasyonlara sahiptir. İlk jenerasyon monokristal, multikristal ve şerit silikondan oluşmaktadır. İkincil jenerasyon, amorf silikon (a- Si), kadminyum tellür (CdTe), Bakır indiyum galyum selenit (CIGS), bakır indiyum selenit (CIS). (McEvoy, ) Üçüncü jenerasyon ise, yoğunlaştırılmış fotovoltaikler (CPV), boyalı solar hücreler, organik hücreler, PERC ve PERL dir. (Paiano ) Şuan ki market payının % ı kristal silikon modülleri kapsamaktadır. (Klugmann- Radziemska ) İlk jenerasyon içersinde kristal silikon (c-si), monokristal ve multikristal silikon olarak ikiye ayrılmaktadır. Kristal silikon devre levhalarının kalınlıkları yaklaşık um ve 10x10 cm2,12,5x12,5cm2 dir. (Paiano , TuDelft ) Monokristal silikon en fazla saflığa sahip olan kristaldir ve büyük tek bir saf kristal silikondan meydana gelmektedir. Tek kristal hücre levhaları pahalı olarak bilinmektedir ve içerisine yarı iletkenlik özellikerini değiştirilmesi için diğer elementlerden az bir miktar 12

25 eklemektedir. Bir çok monokristal silikon Czochralski işleminden üretilmektedir. Sonrasında ise silindir olarak bir kaç yüz mikron kalınlığında doğranmaktadır. (Klugmann-Radziemska , Paiano , Bagher ve ark ) Şekil Monokristal Güneş panelinin yapısı (Bagher et al ) EVA nın açılımı Ethylene Vinyl Acetate dir ve Güneş panellerinin %80 nın da bulunmaktadır. Güneş pillerindeki yoğun kullanımları nedeniyle çok dikkat çekmiştir. EVA, Yapısal destek sunması, yıllık ömrünün olması, iyi ışık geçirgenliği ve esnekliği, düşük işlem sıcaklığı, mükemmel erime akışkanlığı ve yapışkanlık özelliği gibi birçok avantaja sahiptir. Ek olarak, fiyatı düşüktür ve bu da güneş pili kapsülleme malzemesi olarak çok uygun olmasını sağlamaktadır. Ancak, EVA ile ilgili bazı problemler de vardır. Nem, ısı ve ultraviyole ile eskime hızı artmaktadır. Ayrıca, sararmasından dolayı güneş pilinin enerji dönüşüm verimliliğini azaltmaktadır. (Wang ve ark. , Candida ve ark. ) Polikristal ve ya multikristal (multi-si) bir çok küçük kristal parçalarından toplanmaktadır ve monokristal gibi yüksek saflığa sahip değildir. Polikristal, kimyasal arıtma yani Siemens prosesi ile üretilmektedir. Küp şeklinde ki külçeler erimiş poli silikondan oluşmaktadır. Daha sonrasında ise monokristalde ki levhaların kesimine benzer şekilde kesilmektedir. (Şekil 13). Poli ve multi kristal silikonlar eş anlamlı olarak kullanılmaktadır. Fakat, multikristal 1mm boyutundan büyük kristalleri ima etmektedir. Multikristal güneş hücreleri markette bulanan en yaygın hücrelerdir. 1 megawatt güneş gücü elde edebilmek için 5 ton polisilikona ihtiyaç duyulmaktadır.. (Paiano , Bagher ve ark. ) 13

26 Şekil Levhaların üretimi (Anonim, ) Şekil Dikdörtgen güneş hücrelerinin şematik gösterimi (Gupta et al ) Saf silikon içersinde n ve p bölümlerini oluşturabilmek için fosfor ve boron dopantları kullanılmaktadır. Fosfor, n dopantı olarak anılır ve levhaya negatif karekteristik katar. Boron, p dopantı olarak bilinir ve levhaya pozitif karakteristik katar. Bu dopantlar silikonun yapısına benzemektedir. Fosfor dış yörüngesinde bir adet fazla elektronu bulunur ve boronun ise bir adet daha az vardır. Bu dopantlardan dolayı, ışık hücrede ki elektronlara çarptığında elektrik alanı oluşmasına sebebiyet vermektedir. (Sa atlu ) 14

27 Silikon şerit levhaların üretim prosesinde yüksek sıcaklığa dayanıklı kablolar erimiş silikonun içerine yerleştirilir. Erimiş silikon yatay olarak kablolar ile büyütülür. Böylece, şerit şeklinde multikristal silikon elde edilmektedir. Bu methot ile diğer methotlara göre daha az miktarda silikon harcanmaktadır. (Şekil 16) (Kaiser ) Şekil Şerit silikon levha üretimi (Kaiser, ) Ayrıca, silikonun ışık yansıtması daha fazladır. (AR) Anti-reflektif yani geri yansıtmaz tabaka ve ya pasivasyon bu tabakaya uygulanmaktadır. Farklı üreticilerden kaynaklı farklı türde AR ler bulunmaktadır. Bir sonra ki aşama ise, iki adet Al ve Ag elektrotun hem arka hem de ön kısmına uygulanmasıdır. Daha çok önde ki elektrotlar gümüş ve arkası için ise aliminyum kullanılmaktadır. (Klugmann-Radziemska ve ark ) Bu AR kaplamalar, polikristal levhalara mavi rengini vermektedir ve bazı kaplamalar titanyum dioksit (TiO2), Silikon dioksit (SiO2), Hidrojenleştirilmil silikon nitrid (SiNx:H), aliminyum oksit (Al2O3), ITO (indiyum kalay oksit) (In2O3), Silikon monoksit (SiO), Çinko oksit (ZnO). (Iyengar ) AR kaplamalar levhalar birincil ve ikincil tabaka olarak kullanılabilir. Tek bir ince film kalınlığı nm olmakla birlikte iki adet tabakanın yani silikon dioksit ve titantum dioksit hücrenin verimliliğini % arttırabilmektedir. Üçlü katman kaplaması ile % oranında bir 15

28 iyileştirme söz konusu olmaktadır. Hücrenin geri yansıtması %3,2 oranında AR kaplama ile azalmaktadır. Bu yüzden, birden fazla kaplama solar spektrumda yüksek verim sağlayabilmektedir. (Kumar ) SiNx:H kaplaması plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme tekniği kullanıldığından popüler ve en etkilisidir. Fakat pahalı ve en fazla materyal tüketen metotdur. Tablo 2: Mono ve Poli kristal silikonun karlışatırılması (Anonim, ) Monokristal Polikristal Tip Verimlilik En fazla %19 En fazla %16 Lab. Verimliliği %25 % Yaşam ömrü Yıl Yıl Renk Kristal ve ya koyu mavi Kristal mavş Form Kenarları yuvarlanmış kare ve ya dikdörtgen Dikdörtgen ve kare İnce film teknolojileri um aktif materyal ile güneş spektrumunu daha verimli absorblar. İnce film teknolojisinin bir diper anlamı, ilk jenerasyon silikon hücrelerinden daha az materyal kullanarak yapılmasıdır. Bu teknoloji daha ekonomiktir ve dört adet tipi bulunmaktadır. (Paiano ) Amorf silikon (a-si) kristal olmayan bir yapıya sahiptir. Prosesde aha az silikon kullanılır. (Paiano, ) a-si bu teknolojiler içersinde ki en gelişmiş türdür ve silikon materyal tabakasında buhar birikimi metoduyla (1 mikrometre kalınlığında) cam ve ya paslanmaz çelik parçası üzerine yapılır. (Bagher ) a-si:h, PV olarak iki tür tabaka bulunmaktadır. Tekli ve çoklu (n-i-p) tabakalardır. Bu tabakalar çok incedir ( 20nm). a-si düzensiz yapısından dolayı asılı kalan bağları bulunur ve bu atomlar problemere yola açabilmektedir. Bu materyal hidrojenleştirildikten sonra bu bağlar azalır. (şekil 17) Ancak, Bu materyalin bozulmasını 16

29 hızlandırır. Asıl tampon tabakası amorf hücrenin daha iyi performans göstermesine yardımcı olmaktadır. Çoklu tabaka sstemi ile verimlilikte gelişmeler gerçekleştirilebilmiştir. Ayrıca, a- Si toksik metal bulundurmadığından çevre dostu bir teknolojidir. (Ahmad, ) Şekil Atomik Yapı (a) kristal silikon (b) hidrojenleştirilmiş amorf silikon (TuDelft ) Şekil Amorf silikon (Ahmad ) 17

30 TCO nun anlamı şeffaf iletken oksittir. İnce film hücrelerde elektrot olarak kullanılan kontakt metaller yerine ve arka kısımda reflektör olarak kullanılmaktadır. Böylece metal elektrotlara gerek kalmadan elektronları transfer edebilmektedir. Bir kaç tane TCO vardır. İndiyum çinko oksit (IZO), Hidrojenleştirilmiş indiyum oksit (IO:H), zirkonyum takviyeli indiyum oksit (In2O3:Zr), Çinko kalay oksit (ZTO) bunlardan bazılarıdır. Amorf silikon hücrelerine gelen ışık tek seferde geçmez bu yüzden nano tekstür (yüzeyin pürüzlüğü) uygulanarak ışığın birden fazla yayılması sağlanır ve geçişi sağlanır. Bu arka yüzey içinde reflektör olarak optik özellikleri iyilşetirmek ve difüzyon oluşturmak için uygulanabilmektedir. (Müller ) Kadminyum Tellür (CdTe) başka bir ince film teknolojisidir. Performansı maksimum verimliliğine yakındır. Özellikle sıcak ve kuru havalarda verimliliği yükselir. Ucuz fakat ilk jeenrasyon gibi kullanışlı değildir. Görünür güneş spektrumunda yüksek optik absorpsiyonuna sahiptir. Band aralığı ev tur. Bu güneş hücreleri için neredeyse optimum değerdir ( ev). Dört adet tabaka ve TCO bulunmaktadır. (Şekil 19) TCO dan sonra kadminyum sulfit (CdS) ve sonrasında ise CdTe kapalı alan sübliminasyonu (CSS) tekniği ile yerleştirilir ve son tabaka ise arka kontaktdır ve altından yapılmaktadır. (Ahmad ) Şekil CdTe Solar hücresi ( Ahmad ) Bakır indiyum galyum selenit (CIGS) çok yüksek optik absorpsiyon katsayılarına sahiptir. CIGS in bad aralığı ev dur. Emilmenin gerçekleştiği tabakada band aralığı ile ev arasında değişmektedir. Verimliliği %20 dir. Birden fazla malzemenin üzerine yapılabilir ve esnek olarak kullanılabilmektedir. MO (molibden) arka kontakt olarak 18

31 kulanılmakta ve ışığı geri emici tabakaya yansıtmaktadır. Şekil 20 de görüldüğü gibi ZnO, TCO olarak kullanılabilmtekdir. (Ahmad ) Şekil CIGS solar Hücresi (Baghar ) İnce Film hücreler Global PV satışlarının % ini kapsamaktadır. (Klugmann- Radziemska ) Tablo 3: Bazı ince film hücrelerin Verimlilkleri (Chopra, ) Solar Hücre Tipi Verimlilik (%) GaAs a-si CdTe GaAs/CIS CIGS GaInP/GaAs/Ge 31 a-si/a-sige/a-sige

32 Tablo 4: PV yapılarının karşılaştırılması (Monier ve Hestin, ) Materyal Kristal silikon İnce-Film Modülü Modülü a-si CdTe CIS/CIGS cam %74 %86 %95 %84 Aliminyum %10 <1% <1% 12% Diğer parçalar %16 %14 %4 %4 Diğer öenmli EVA, Tedlar, Polyol, MDI EVA EVA materyaller Arka kaplama filmi, silikon, Yapıştırıcı Nadir materyal Gümüş Indium, Tellür Indium, Gallium Germanium Cd ve Pb nin varlığı Pb Cd Cd Yoğunlaştırılmış fotovoltaik sistemler (CPV) lens ve ya ayna kullanarak güneş ışığını güneş hücresinin üzerine yağunlaştırır. Bu hücreler diğer bahsettiğimiz günel hücrelerinden daha pahalıdır. CPV ler güneşden en iyi verimi alabilmek için takip sistemi ile donatılmışlardır. Şekil CPV güneş hücresi ve panelleri 20

33 Boyaya duyarlı güneş hücreleri 3. Jenerasyon güneş hücreleridir. Yapay fotosentez kullanarak yapay ve doğal ışığı enerjiye çevirebilemektedir. (Bahger, ) Organik hücreler organik polimerler veya organik moleküller gibi biyobozunur malzemeler kullanılarak üretilmektedir. Hibrit hücreler şimdiki teknoloji ve organik ve ya inorganik yarı iletkenlerin kullanılarak yapılmaktadır.(paiano, ) Pasifleştirilmiş emitör ve arka hücre (PERC) ve bölgesel olrak dağılmış pasifleştirilmiş emici ve arka hücre(perl) ileri düzey teknoloji gerektiren güneş hücreleridir. Bu hücreler çok yüksek verililik gösterir fakat yüksek maliyetlerinden dolayı ticari olarak kullanılamamaktadır. (Paiano, ) Multi-tabakalı ve ya tandem adı verilen sistemlerde her zaman üst kısımı belli spektrumu geçirmek zorundadır ve bu altta bulunan hücrelerin aktifleşmesini sağlamaktadır. Spektrum hassasiyeti ile verimlilik maksimuma çıkartılmış olur. c-si nun düşük maliyetinden dolayı yüksek verimlilikli tandem hücreler yapılabilmektedir. Periyodik tablonun III-V nde bulunan alaşımlar, kalkogenidler ve perovskitler in takip cihazı kullanılmadan bile çok iyi çalışması beklenmektedir. (Johnson ) Tablo 5: PV de Kullanılan nadir metaller Nadir Metaller Te In Ga Ge Ag PV lerin tipi CdTe modules a-si, CIS, CIGS modules CIGS, CPV modules a-si, CPV c-si modules Güneş Enerjisi Teknolojilerinin Potansiyel Çevre ve İnsan Sağlığına Zararları Yüksek miktarda enerji üreten güneş sistemlerinin (USSE) biyolojik çeşitliliğe, Su kullanımına ve tüketimine, toprağa, insan sağlığına, toprak kullanımına, toprak üstü değişmelere yeryüzü ve atmosfer etkileşiminin değişmesine, iklim değişiminde ki farklılaşmalar gibi çevreye etkileri bulunmaktadır. (Şekil 22)(Hernandez, ) 21

34 Şekil CSP ve PV lerin potansiyal etkileri ve çevrenin tepkisi (Hernandez, ) Yapılan çalışmalarda 40 hafta içersinde 70 adet kuşun ölümü belgelendirilmiştir. Bu ölümlerin sebebleri heliostatların dönmesinden kaynaklı çarpmalardır. Diğer sebeblerden biri ise kuşların PV lerin arka kısımlarına yuva kurması olarak belirlenmiştir. Bu şekil 23 de görülebilmektedir. (Hernandez, ) 22

35 Şekil Yuvalar ve yanmış-çarpmış kuşlar (Hernandez, ) Su kullanımı paneller için daha çok toz oluşumunda kullanılmaktadır. Panel ve ya aynaların yıkanması toz temizlenmesi için en basit yöntemdir. CSP sistemlerinde hangi sistemin kullanılmasına bağlı olarak su alımında değişmeler olabilmektedir. Çünkü, CSP ler kömür ve doğal gazdan daha çok fazla su (ortalama 3,07m3 / MWh) tüketebilmektedirler. (şekil 24) Kuru soğutma sistemi su tüketiminde % lik bir azalma sağlayabilmektedir. Fakat, bunun yanında ıslak soğutma daha avantajlı bir soğutmadır. (Hernandez, ) Şekil Farklı sistemlerdeki su tüketimi. (Anonim, ) 23

36 USSE lerin yapımında inşaat aşaması olduğundan dolayı toprak üzerinde değişmeler yapılması gereklidir. Bu değişimler bitki örtüsünü kaldırma, arazi düzleştirme ve yol yapımı gibidir. Bu değişimler toprakta nitojen veorganik karbonun kaybolmasına sebebiyet vermektedir. Kaynakların az olmasından dolayı toprak kaybı ile birlikte biyolojik çeşitlilikte azalmaya ve bitki örtüsünün iyileşmesinin zorlaşmasına yol açmaktadır. Ayrıca, bitki örtüsünde ki kaybın artması toz artış sebeblerindendir. Yakın yüzey atmosferindeki asılı tozlar panel yüzeyine ulaşan güneş radyasyonu toplamını azaltır. (Hernandez ) Bazı bölgelerde, paneller tarafından sunulan gölge, ekolojik olarak hassas değilse, mikro iklim üzerinde faydalı etki oluşturabilmektedir. (Tsoutsos ) Tablo 6: Solar ve klasik enerji sistemlerinin CO2 bakımından kıyaslanması (Hernandez, ) Klasik sistemler g-co2/kwh Yenilenebilir sistemler g-co2/kwh Kömür Parabolik Toplayıcı 26 Gaz Güç Kulesi 38 Petrol c-si 45 Nükleer 24 TF a-si 21 TF CdTe 14 CIGS 27 Multi ve mono kristal panellerin yıllarında üretiminde kaynaklı sera gazı emisyonları 37 ve 45 g CO2- eq./kwh olarak hesaplanmıştır yılında ise bunun 30 g a kadar düştüğü bulunmuştur. (Fthenakis ve Alsema , de Wild-Scholten ) Kömür, gaz ve ya petrolden kaynaklı CO2 in yenilebilir enerjiden kaynaklı CO2 den daha fazla olduğu açıkca sera gazı emisyonlarının tablosunda görülmektedir. Atık PV ler gerektiği gibi uzaklaştırılmaz ise insan ve çevre üzerinde bir çok negatif etkiye sebebiyet verebilmektedir. Ayrıca kaynak ve materyal kaybınada yol açmaktadır. Bunlar şöyle sıralanabilir: a) Kurşun Sızması b) Kadminyum Sızması 24

37 c) Kaynak ve nadir metallerin kaybı (cam, aliminyum, gümüş vb.) Kristal silikon solar hücrelerde kurşun bulunmaktadır. Kurşun ağır metal olduğundan dolayı insan ve doğaya zararları büyüktür. Ayrıca, tehlikeli maddeler proses ve üretimden kaynaklı bulunabilmektedir. (Sundaram, ). Vücuda girdiğinde kemiklerde birikmeye, sinir sisteminde hasara, böbrek bozukluklarına, immün sistemine, kardiyovasküler sistemde etikleri bulunmaktadır. Çevrede bitki örtüsünün kaybına, hayvanlarda ve bitkilerde büyüme ve üremede düşüşlere sebebiyet vermektedir. (Monier, ) Kristal silikon modüllerde lehim maddesi bakır parçaları birbirine bağlamak için kullanılmaktadır. Bu da kurşunun %36 oranında buradan gelmesini sağlamaktadır. Dahası, ön ve arkada kullanılan yapıştırıcılarda kurşun ve kadminyum izlerine rastlanabilmektedir. (Werner, ) Panellerin düşük ph maruz kalmaları ile %13 den %90 a kadar sızma gerçekleşebilmektedir. Yaklaşık olarak g kurşun ortalama bir c-si panelde bulunmaktadır. Potansiyal sızma aralığı ise g ile g arasındadır. Her 1 ton panelden ise 75 g ile gr kurşun sızma gerçekleştirebilir. Ph aralığında %13 sızma yaparken ph aralığında %90 sızma gerçekleşmektedir. (Monier ve Hestin, ) c-si dan kaynaklı kurşun sızması normal şartlarda Cd dan daha toksittir ve bu yüzden kristal silikonun geri dönüşümüne ayrıca önem veirlmektedir. Kadminyum element olarak stabil CdTe den daha toksiktir. CdTe elektrik üretimi sırasında herhangi bir gaz üretmez. Çünkü, güneşden gelen enerji CdTe ve ya CIS de ki kimsayal bağları koparmaya yetmez. (Rix, ) CdS bir diğer toksik kimyasal maddedir. Termodinamik olarak oksijenli koşullarda dengesizdir ve bu koşullar oksit formuna dönştürmektedir. Dönüşen ürünler suda daha kolay çözülebilmektedir. (ECHA, ) Kadminyum insan sağlığına Organizmalarda birikerek problemlere yol açabilmektedir. Biyolojik yarılanma ömürleri 30 yıldır. İşciler iş ortamında buna maruz kalabilmektedirler. Cd akciğer hastalikıları, osteoporoz, böbrek problemleri, hipertansiyon, ve sinirsel etkileri dozuna bağlı olarak görülebilmektedir. Her bir 12 kg varsayıldığında panelden kg başına 0, mg Cd konsantrasyonu olduğu varsayılmaktadır. Bunun içinde Cd içeriği 4,6g dır. (Crys ve ark, ) Cd sızma riski daha çok CIGS ve CdTe panellerinden gelmektedir. CdTe den sızma hacmi panelin kendi ph ında kalırsa %7 fakat asitlik seviyesinin artması ile bu %29 dan %40 a 25

38 kadar olabilmektedir. (Monier ve Hestin ) Cd yer altı suları ile ve ya hava yolu ile yayılabilmektedir. (Şekil 25) (Crys ve ark. ) Şekil Cd yayılma yolları (Crys ve ark. ) yılında, Avrupa Kimya ajansı CdTe ü sulak ortamlar iiçin çok uzun süreli etkilere sebeb veren ve solunduğunda zararlı olarak sınıflandırmıştır. (Rix ) Ortamın ph düştükce sızma miktarıda artmaktadır. Bu Cd için ph aralığında %29, aralığında ise %40 dır. (Monier ve Hestin ) Şekil 26 göstermektedir ki, petrol ve kömür kullanımı sonucu oluşan Cd, panellere kıyasla çok daha fazladır. 26

39 g Cd / GWh , ,2 3,1 0,8 0,9 0,9 0,3 0,2 0,5 0 ribbon-si mc-si mono-si CdTe Hard Coal Lignite Natural Gas Oil Nuclear Hydro Şekil Diğer PV ve elektrik üreten sistemlerin Cd emisyonu (Rix ) Galyum Arsenit (GaAs) bir diğer toksik ve kanserojen birleşimdir. Birden fazla organa zarar vermektedir. Bunlar, akciğer, testisler, beyin, immün sistemi gibi. Yarı iletken sanayisinde çalışan işciler buna maruz kalabilmektedir. (Flora and Dwivedi, ) Tablo 7: Si üretimi ve işlenmesinde kullanılan bazı zararlı maddeler (Sundaram, ) Zararlı maddeler Kullanıldığı yer Sağlık problemleri Metallurgical grade silica/ silica dust Maden Silikosis, Önemli çiğer problemleri Kurşun Lehimleme CNS, GI, Kan, Böbrek Nitrik Asit Wafer temizleme Tahriş Sodium hydroxide Wafer temizleme Tahriş Sodium hydroxide/ potassium hydroxide Kesmeden oluşan zararın düzeltilmesi Gözler, ciğerler ve deri zararı Silicon tetrafluoride a-si Yerleştirme Yakıcı, tahriş edici gözler için, ciğer, ve deri Sulfur hexafluoride Reaktör temizlenmesi Sera gazı 27

40 Güneş Paneli Atık Yönetimi li yılların başından beri PV endüstrisi büyükmektedir yılı sonunda GW PV kapistesine ulaşılmıştır yılında ise bu değerin 4, GW olacağı öngürülmektedir yılı beraber PV atıkları 43, ila , metrik tona ulaşmıştır yılı itibari ile milyon ton atığın oluşacağı ayrıca öngürülmektedir. (Şekil ve Tablo ) (Weckend ve ark, ) PV atıklarının yönetimi arasında materyal kullanımında azaltma, tekrar kullanma ve geri kazanım gibi seçenekler ön plana çıkmaktakdır. (Şekil 27) Azaltma En çok tercih edilen Tekrar kullanım Geri dönüşüm En az tercih edilen Şekil PV atık yönetimi (Weckend ve ark, ) Şekil Öngörülmüş toplam PV kapasitesi 28

41 Tablo 8: yılları arası öngürülmüş toplam PV kapasitesi Yıl Toplam Kurulu PV kapasitesi (GW) Güneş panellerinin atık olması bilinmeyen sebeblere, optik bozulmalara, taşıma sırasında oluşan problemlere, çerceveden kaynaklı prblemere, cam kırılmalarına, güç kayıpları sebebleri ile ortaya çıkabilmektedir. (Şekil 29) (Weckend ve ark. ) 10% 6% 5% 5% 19% 6% 10% 19% Bilinmeyen sebebler Taşıma Hücresel problem güç kaybı cam kırılması 20% Delaminasyon Çerceve problemi Optik problem kutu ve kablo Şekil Güneş paneli problemlerinin yüzdesel oranları(weckend ve ark. ) Türkiye nin yılına kadar toplamda ton PV atığı oluşacağı ve Almanya nın ise ton olacağı yapılan modellemede öngürülmüştür. (Weckend ve ark, ) Sınıflarına ve tiplerine göre bakıldığında güneş panellerinin market payları aşağıda ki tablo 9 da açıkca gösterilmektedir. 29

42 Tablo 9: Güneş panellerinin teknolojilerine göre market payları ( ) (Weckend ve ark. ) Teknoloji Silikon tabanlı c-si Monokristal Poli ve ya multikristal Ribbon a-si (amorf) 92% % % İnce Film CIGS 2% % % Diğerleri (seafoodplus.info) CdTe 5% % % CPV 1% % % Organik/boyalı % % Kristal (gelişmiş) CIGS alternatifleri, Ağır Si metal, Multijunction(tandem) % % % % Tablo yılı ile Panel üreten ilk 10 üretici (Weckend ve ark. ) İnce-Film Silikon Tabanlı Yıllık Üretim kapasitesi (MW) Trina Solar x Canadian Solar x Jinko Solar x JA Solar x Hanwha Q CELLs x First Solar x Yingli x GCL System x Suntech Power x

43 Renesolar x adet PV üreticisinin toplamı Şekil yılına kadar panel materyallerinin yüzdesel değişimi (Weckend ve ark. ) Panel üzerine araştırmalar sonucunda materyal kullanımının azalması ve panel verimliliklerinde artış potansiyal zararlı maddelerin kullanımıda paralel olarak azaltabilecektir. Buna bağlı olarak şekil 30 yüzdesel değişimleri göstermektedir. Bugün kullanılan c-si paneller %76 cam, %10 polimer, %8 aliminyum, 5% silikon, %1 bakır ve % den az gümüş ve diğer materyalleri bulundurmaktadır. (Wambach ve Schlenker , Weckend ve ark. ) Amorf silikon market payının çoğunu kaybetmiş ve önemli miktarda değerli ve ya zararlı maddeler bulundurmadığından özel bir işlem uygukanmasına gelecekte gerek duyulmaktadır. (Weckend ve ark. ) CIGS paneller %89 cam, %7 aliminyum, %4 polimer, metal olarak %10 bakır, %28 indiyum, %10 galyum ve %52 selenymdan oluşmaktadır. (NREL , Bekkelund , Pearce ) yılı itibari ile dünya genelinde kullanılan panellerin üçte ikisi kristal silikondur. %90 dan fazlası cam, polimer ve aliminyum olan kristal silikon paneller zararsız olarak 31

44 sınıflandırılmıştır. Ancak, kristal silikon panelin bir parçası olan ve geri dönüşümünde bazı zorluklar sebep olan gümüş, kurşun ve kalay toplam ağırlığın %4 ünü oluşturmaktadır. Ince film teknolojisi ise %98 cam, polimer ve aliminyumdan oluşmaktadır ama ayrıca belirli oranda içersinde bakır ve çinko barındırmaktadır ve bunlar çevresel olarak tehlikeli atıklardır. İçersinde yarı iletken ve ya tehlikeli materyal olarak indiyum, galyum, selenyum, kadminyum tellür ve kurşun bulunmaktadır. Zararlı materyaller daha farklı geri dönüşüm metotları gerektirmektedir. (Weckend ve ark ) Panellerin Avrupa da düştüğü atık kodları aşağıdaki tablo 11 de gösterilmektedir. Tablo Panellerin Avrupa da ki atık kodları Tip Atık Kodu Anlamı Tüm Tipler Endüstriyel atıkların elektrik ve elektronik parçaları * Tehlikeli atık barındıran parça Evsel atık, kullanılmış elektrik ve elektronik atık * Tehlikeli madde barındıran Hurda elektrik ve elektronik parçalar Özel durumlarda: Amorf inşaat ve yıkım atıkları - silikon paneller camlar * zararlı atıkları göstermektedir. 32

45 Şekil Dünya da ki PV panel üreticileri ve toplam kurulu PV kapasitesi(weckend ve ark ) Farklı tiplerde atık yönetimini kontrol etmek için yaklaşımlar bulunmaktadır. Bunlar gönüllülük, kamusal ve özel yaklaşım, Düzenleyici yaklaşım olmak üzere üçe ayrılmıştır. Gönüllü yaklaşımda, üreticiler gönüllü olarak panelleri geri alarak gerekli geri dönüşümü istek üzerine yapabilmektedirler. Burada direk ve direk olmayan şekilde kendi içersinde ayrılmaktadır. Direk yönetimde üretici kendi panelleri için kendi geri dönüşüm sistemini kullanmaktadır. Direk olmayanda ise anlaşmaya dayalı şekilde farklı geri dönüşüm yöntemleri kullanılabilmektedir. Bu sisteme diğer üreticiler de dahil olabilmektedir. Kamusal ve özel yaklaşım, PV CYCYLE gibi getir ve ya yerinden alma gibi secenekleri sunarak panellerin üreticilere ve geri dönüşüme katkı sağlanması amaçlanmıştır. PV CYCLE Avrupa da hizmet vermektedir. Düzenleyici yaklaşımda ise Avrupa da daha çok devletin geliştirdiği düzenleyici politikalarına göre pv panellerinin yaşam döngüsü yönetimi kontrol edilmektedir. 33

46 WEEE(Waste Electrical & Electronic Equipment) denilen Atık Elektrikli ve Elektronik Aletler yönetmelikleri buna bir örnektir Fotovoltaik Panellerde Azaltma Yolu ile Materyal Kazanımı CdTe, c-si, ve ya CIGS panellerin kullanığı materyaller daha önce de belirtiliği gibi değişiklik gösterebilmektedir. İndiyum, Yeni şeffaf iletken oksit tabakası, daha bol ve dolayısıyla flor katkılı kalay oksit gibi daha ucuz bileşikler önde ki indiyum kalay oksit yerine kullanılabilir. Bu ince film teknolojisinde kullanılan indiyum kalay oksitin kullanılmasını azaltabilecektir. (Calnan ) Cam, cam bileşimi, kalınlığı, yansıma önleyici tabaka, ve yüzeysel yapısı ön camın geçirgenliğini yılı itibari ile %2 artacağı öngürülmektedir. İnce-film teknolojilerinde 2 mm camların kullanılması ayrıca cam kullanılmasında azaltma sağlayabilecektir. (Weckend ve ark ) Polimerler, enkapsülent ve arka tabaka koruyucu geri dönüşmemektedir. Markette ki baskın bu materyaller duroplastikten üretilmekte ve ayrışmadan çözülmemekte ve ya erimemektedir. Araştırmalar özellikle arka tabaka koruyucuları kullanımının azaltılması için yapılmaktadır. (Weckend ve ark ) Silikon, ince hücreler silikon kullanımını azaltmaktadır. Tüm hücrelerin teması panelin arkasına taşınması silikon kullanımını yarı yarıya azaltılabileceğini ve enerji tüketimini %30 düşerebilmektedir. (Weckend ve ark ) Gümüş, üretilen c-si güneş hücrelerinin %95 i hücrelerin ön kısmında %8 i gibi bir değere denk gelen temas noktaları film baskısı ile üretilmektedir. Film baskısı ve ya püskürtme teknoloji ile azalma olacağı öngülmüştür. (Weckend ve ark ) Gümüş panel üretiminde en pahalı malzemeler biridir sonrasında ise bakır, silikon, aliminyum ve cam gelmektedir ve PV endüstürisi % ile %15 oranında dünya da ki gümüş üretimini kapsamaktadır. (Berry , Marini ve ark. ) 34

47 Güneş Panellerinin Geri Dönüşümü Kristal Silikon Güneş Panelinin Geri Dönüşümü Deneysel olarak konveyör bantlı fırında piroliz ve akışkan yataklı bir reaktörde piroliz proses teknolojisi ile camda % ve silikonda %80 lik bir geri kazanma elde edilmiştir. (Frisson ve ark. ) Trikloroethilen kullanarak 80 O C 10 gün beklettikten sonra EVA nın hücreye basınçını engellemek için mekanik basınç uygulanmış ve % silikonun geri kazanımı sağlanmıştır. (Doi ve ark. ) Panellerde kullanılan PET tabanlı arka tabaka 1 den 2 saate kadar 80 O C de ve PVF tabanlı arka tabakalar ise 5 saatten 8 saate kadar 80 O C de ayrıştırılabilmektedir. Bazı durumlarda birden fazla tabakanın kullanılması ile EVA katmanından, PET veya PVF katmanlarının arka tabakasından ayırabilmektedir. (Glatthaar ve ark ) Wang ve ark yılında yaptıkları çalışmada, kimyasal ve termal proses kullaranak geri dönüşümü araştırmış ve Camın tekrar direk olarak kullanılabileceğini, silikonun %62, bakırın ise %85 oranında geri kazanılabileceği bulunmuştur. Bu çalışmada iki farklı sıcaklıkta yakma kullnanılmıştır. o C de 30 dakika ve o C de dakika olmak üzere. Kimyasal olarak HCI/H2O2/H2O, hidroflorik asit ve NaOH kullanılmıştır. H2SO4, HCI, HNO3 ve NaOH genel olarak Si, Ag ve Al asidik ortamda geri kazanılmasını sağlayan kimyasal birleşimlerdir. H2SO4 Al için kullanılmakta ve 4 saat 90 oc gerekmektedir. HNO3 Ag için kullanılmakta ve 2 saat süre ile piroliz uygulanarak Ag ve Al ger kazanılabilmektedir. NaOH Ag için iyi bir çzücü olamsada Al tamamen çözebilmektedir. HCI ise Ag için çok verimli bir çözücüdür. Fakat sonrası AgCl birleşiği oluştuğundan kullanılmaması önerilmektedir. (Danila ) Granata ve ark yılında yaptıkları çalışmada, polikristal ve amorf silikon panelleri parçalanarak kütlesel olarak geri kazanımını araştırmış ve %85 civarında bir kazanım olduğu görülmüştür. Ayrıca bunu CdTe içinde kullanılmıştır. Ticari olarak kullanılan bir diğer geri dönüşüm metodu da Deustche Solar ait olan prosesdir. Bu prosesde plastik parçalar o C yakılarak silikon açığa çıkartılır ve asit yardımı 35

48 ile silikon levhası geri kazanılmaktadır. Silikon %98 ve Cam % olarak bu proses ile geri kazanılabilmektedir. (Larsen ) Şekil Japon firmasının kullanmış olduğu Proses. (Weckend ve ark. ) Şekil 32 de ki proses FAIS tarafından japonların geliştirmiş olduğu bir pilot tesis prosesdir. Pilot tesis ayrıca polimerlerin konveyör fırınında pirolizine dayanır. Bir ana fark, yarı iletken malzeme geri kazanımından önce gelen termal adım ile çerçevelerin ve arka tabaka folyonun çıkarılmasıdır. (Weckend ve ark. ) İnce-film Panellerin Geri Dönüşümü CdTe ve CIS paneller için pilot ölçekli yapılmış olan bir diğer çalışma ise, O C de termal sökülmeden sonra parçalyarak boyutu küçültülür ve tosuz vakumlama ile birlikte yüzdürme işlemi uygulanmaktadır. Bu metot ile %98 Cd, %98 Te geri dönüştürülmüştür. (Dominguez ve Geyer ) Şekil 33 de CdTe hücreleri için liksivant bazlı nitrik asit kullanılmıştır ve parçalanma gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında liksivant Te yi çökletmek için elektrolize edilir ve Cd elde etmek için ayrıştırılır. CIS den Cu, Se, In ve Zn elde etmek için ayrışma ve oksidasyon 36

49 gerçekleştirmektedir. % Te ve %4 Cd geri dönüşümü ve CIS panelleri için ise % Cd, % Cu ve % Se geri kazanımı gerçekleşmektedir. (Goozner ve ark. ) Şekil Solda ki CdTe ve Sağda ki CIS için gerçekleşen proses. (Goozner ve ark. ) ANTEC solar a ait patentli geri döünüşüm metodunda mekanik parçalama, O C de piroliz işlemi ve O C de iyonların bombardımanı sonucu materyalin kaldırılması ve çökeltme işlemleri gerçekleştirilmektedir. (Dominguez ve Geyer ) CIGS panel için, parçalama, asit ile materyal kaldırılması, yüzeyin kaldırılması ve filtrasyon, çökeltme ve iki fazlı sıyırma ile birlikte elektrodepozisyon kullanılmaktadır. Bunun sonucunda ise cam, EVA, Se, In ve Ga geri kazanılmaktadır. (Dominguez ve Geyer ) CdTe panellerde, parçalama, asit ile materyal kaldırımı, ayırma, çökeltme, durultma, filtrasyon ve elektrokazanım kullanılarak cam, EVA ve Te geri kazanılabilmektedir. (Dominguez ve Geyer ) 37

50 yılında yine Loser Chemie GmbH ye ait olan patentli CdTe paneller için yapılmış prosesde Hidrojen peroksit çökeltisi altında seyreltik hidroklorik asit işleme kullanılmış ve %92 Te ve %6 Mo geri kazanılmıştır. (Palitzsch ve Loser ) First Solar solar panel üretici CdTe paneller üretmektedir ve ayrıca kendisine ait geri dönüşüm prosesleride bulunmaktadır. Bu sistemde parçalayıcı, kırıcı, tutucu dışında liksivant tabanlı nitrik asit ve hidrojen peroksit oksidant olarak kullanılır. Yarı iletkenler sıvı hale geçer, cam ve kaplama materyalleri katı halde kalır. Sıvı-katı ayırıcı burada kullanılmaktadır. Sıvı materyal çökeltme unitesine gönderilir ph arttılır ve sodyum hidroksit kullanılır. Sıvısızlaştırma yapılarak yeni panellerde kullanılılacak hale getirilmektedir. Birincil materyaller Te ve Cd dur. %90 cam, %95 yarıiletken materyaller geri kazanılmaktadır. Panelin tamamı ele alındığında ise %90 ı geri kazanılmaktadır. Şekil 34 bu aşamaları göstermektedir. (Monier ve Hestin , Rix ve ark ) Şekil First Solar geri dönüşüm şeması (Weckend ve ark. ) Şekil 35 de gösterilen şema Palitzsch ve Loser taranfında yılında ki Loser Chemie GmbH ye ait patentli bir prosesdir. Bu prosesde parçalama işleminden sonra yarı iletken 38

51 metalleri ve ya güneş hücrelerinde kullanılan gümüşü, kimyasal işlem kullanarak proses yapılmaktadır. (Weckend ve ark. ) Şekil Loser Chemie Geri dönünüşüm prosesi (Weckend ve ark. ) Beton İçersinde Atık ve Güneş Panel Atığı Geri Dönüşümü Dünyanın en eski inşaat malzemelerinden biri betondur. Düşük maliyet, bulunabilirlik, uzun dayanıklılık ve aşırı hava koşullarına karşı durma nedeniyle, dünya genelinde istisnai bir şekilde kullanılmaktadır. (Tantawi ) Böylece hızla büyüyen beton kullanımı, doğal kaynaklara olan talebin artmasını sağlarken aynı zamanda kaynakların tükenmesine de yol açmaktadır. Bu nedenle, inşaat endüstrisinin sürdürülebilirliği için, farklı yükleme koşulları altında beton yapıların davranışlarının arttırılması ile birlikte bu tür kaynakların eksikliğini telafi edebilecek, yeni, geleneksel olmayan, uygun maliyetli malzemelerin kullanılması gerekmektedir. (Siddique ve ark. ) Çimento matrislerinde atık immobilizasyonu tehlikeli atık arıtma için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. İmmobilizasyon, atığın katı bir beton matrisi içinde kapsüllenmesinden ibarettir. Beton yüksek yapısal bütünlüğe sahip olduğundan, atık bileşenlerin sızıntı riskini en aza indirmektedir. Farklı endüstriyel kaynaklardan gelen atıklar betonda immobilize edilebilir: kimyasallar, metaller, tekstil, ahşap parçacıkları ve ya petrol rafine endüstrisindeki atıklar. Sıvılar, atık çamur, bulamaç veya kirli toprak atıkları da betonda immobilize edilebilmektedir. (Danila ) Çimento atık formları, radyoaktif, tehlikeli ve karışık atıkların bertarafı için dünya çapında kullanılmaktadır. (Fernandez ve ark ) 39

52 Beton yapısı, betonda farklı tipte atıkların kullanılmasına izin verir. (İsler ) Bu nedenlerden dolayı, daha sürdürülebilir materyaller ve işlemler, kısmi bir kum için cam, silikon ve ya diğer panel tür hücrelerinin değişimi olarak formüle edilmeye çalışılmaktadır. Geri dönüşümlü agregalarla üretilen beton, Geri Dönüşümlü Agrega Beton (RAC) olarak adlandırılmaktadır. (Faella ve ark. ) İnşaat ürünlerinde ikincil ve alternatif agrega kullanımının sürdürülebilir inşaatlara katkıda bulunduğu yaygın olarak kabul edilmektedir. Doğal agregaların bir kısmını değiştirerek, hem taş ocağı hem de atık bertaraf sistemlerine duyulan ihtiyaç, çevresel ve sosyal etkilerin azaltılmış faydaları ile azaltılmaktadır. (Kuruppu ve Chandratilake ) Tablo Alternatif Agrega Tipleri (Kuruppu ve Chandratilake ) Üretilmiş Agregalar Köpüklü Yüksek Fırın Cürufu (BFS), uçucu kül, üretilen kum, polistiren, genişletilmiş kil, şeyl ve vokanik kül Geri dönüştürülebilir agregalar Geri dönüşümlü beton agrega, geri kazanılmış beton ve duvar, geri kazanılmış agrega, geri kazanılmış asfalt kaplama, geri kazanılmış asfalt agrega, cam kırıntıları, hurda lastikleri. Ürününe göre tekrar kullanılabilir agrega Hava soğutmalı (BFS), granül BFS, elektrik ark ocağı cürufu, çelik ocağı cürufu, uçucu küller, ocağın alt külü, yakma kabının alt külü, organik maddeler. Portland çimentosu beton yapımında yaygın olarak kullanılmakta ve atık stabilizasyonu için çok iyi bir bağlayıcı olmaktadır. Beton üretiminde bir çok farklı atık türü kullanılmış ve spesifik atık arıtma için etkin yöntem olarak patenti alınmıştır. İkinci nesil ince film güneş modülleri, çimento matrisleri kullanılarak betona sabitlenebilir. Metaller, çimento yüksek ph&#;a sahip olduklarından ve çözünmez formlarında tutabildiklerinden etkili bir şekilde immobilize edilebilirler. Betona sızan metaller ile güneş modüllerinin atıkları en aza indirgenebilmektedir. İmmobilizasyon teknolojisi inorganik atıklara daha fazla uygulanır ve organiklerle daha az 40

53 faydalı olmaktadır. Organik atıklar, sertleşme ve sertleşme işlemlerini olumsuz yönde etkileyebilmektedirler. (Danila ) Kadmiyum ve ya bileşiklerini içeren tehlikeli atıklarda, çimento bu ağır metali emebileceğinden beton matrislerinde etkin bir şekilde hareketsiz hale getirilebilmektedir. Cd ve bileşiklerinin mekanik beton özellikleri üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur. Bununla birlikte, çimento içersinde bozulma oluşabilir, ancak betonda Cd&#;un iyi bir şekilde immobilizasyonunu engellemez. (Diez ve ark. ) Silikon panellerin beton içersinde geri dönüşümü hala araştırılmakta olan bir konudur. Fernandez ve arkadaşlarının de yaptığı çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada, Silikon hücreler kullanılmıştır. Beton üretiminde kullanılan atıklar, yapısını oluşturmada sorunlara neden olabileceğini, ve bunu önlemek için ise çinko kalsiyum silikatların hidrasyonu üzerindeki etkisiyle önemli ölçüde geciktirileceğinden bahsetmiştir. Küçük parçalar haline gelen güneş hücre atıkları güneş modüllerinden beton konstrüksiyona kullanılabilmesi, PV modüllerinden atıkların bertaraf edilmesinin azaltılmasına yardımcı olabileceğini söylemiştir. Küçük parçalar halinde ki silikon güneş hücrelerinin beton karışımına ek olarak kullanılması, betondaki negatif dönüşüm sürecini ortadan kaldırabilmektedir. Bu atıkları beton içinde geri dönüştürmek ve özelliklerini geliştirmek amacıyla kristalimsi güneş hücreleri beton karışımında katkı maddesi olarak kullanarak deneysel bir çalışma yürütmüştür. Oluşan beton örneklerinin %24 normal örnekten daha düşük kuvvette olduğu ve hafif ses geçirmezlik malzemeleri olarak kullanılabileceğini vurgulamıştır. (Fernandez ve ark. ) Fernandez-Carrasco ve arkadaşlarının yılında yaptğı bir diğer çalışmada ise silikon güneş hücreleri beton içersinde kullanılmıştır ve güneş hücresi kullanılmayan örneğe göre basınç dayanımda %31 lik bir azalma olduğu görülmüştür. (Fernandez-Carrasco ve ark. ) Camın Beton İçersinde Geri Dönüşümü Ana kimyasal bileşimlere dayanarak, camlar sodalı kireç camı, alkali silikatlar, vitröz silika, borosilikat cam, kurşun cam, baryum cam ve alüminosilikat cam olarak sınıflandırılabilir. Yaygın olarak kullanılan şişeler, Cam tabakası ve pencere camı üretiminde kullanılan soda kireç camı, toplam atık camın ağırlıkça % 80&#;ini oluşturmaktadır. (Gerges ve ark. ) 41

54 Her yıl milyonlarca ton atık cam üretilmektedir. Katı atık yönetimi en büyük çevresel sorunlardan biridir. Ayrıca, doğal kaynakların tükenmesini telafi edebilecek alternatif malzemeler keşfetmeye ihtiyaç vardır.(siddique ve ark. ) Günümüzde, atılan atık cam, tüm dünyadaki kara topraklarında önemli bir sorun haline gelmiştir. Solar modül cam geri dönüşümü için prosesler vardır. Maalesef, toplanan camın önemli bir kısmı, esas olarak toplama noktalarından yeniden yapılanma tesislerine kadar aşırı nakliye maliyetleri nedeniyle, yeni camlara geri dönüştürülmemektedir. (Corinaldesi ve ark ) Atık cam dünya çapında büyüyen bir sorun olmaktadır. Geri dönüşüm için ideal özelliklerine rağmen, depolama için uygun değildir. Atık camların geri dönüşümü, yalnızca dünyanın doğal kaynaklarını korumaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda depolama alanlarına olan talebi azaltırken, aynı zamanda enerji ve para tasarrufu sağlar. Cam, puzolanik / çimento esaslı bir malzeme olarak kullanılabilmektedir.(siddique ve ark. ) Kısmen cam parçacıkları ile değiştirilmiş kumlu beton, sıkıştırma ve eğilme dayanımları ve elastik modül gibi yeterli mühendislik özelliklerini göstermiştir. Betonda cam kumu kullanmanın bir diğer faydası ise puzolanik aktivitesidir. İnce cam parçacıkları puzolanik aktivite gösterir, çünkü cam amorf silikadan yapılır. Alkali saldırı altında, silika ağlarının imhası, Portlandite&#;den kalsiyum ile birleşen ve beton özelliklerini artırabilen ikincil C-S-H oluşturan silika salmaktadır. Cam parçacıklar yeterince iyi olursa puzolanik aktif olabilmektedirler. Ayrıca, yeşil camın en çok puzolanik malzeme iken, ardından berrak ve kahverengi cam gelmektedir. (Gerges ve ark. ) Atık camın beton için agrega olarak kullanılması, on yıllar önce denenmiştir. Bu erken çabalar, döneminde iyi anlaşılmayan alkali-silika reaksiyonu (ASR) problemi ile engellenmiştir. ASR betonun çatlamasından anlaşılabilmektedir. Ayrıca cam agreganın betonun mekanik özelliklerini etkilemesi de beklenmiştir. Örneğin, beton dayanımının tipik olarak çimento matrisi ile agrega arasındaki bağ dayanımı tarafından kontrol edildiği bilinmektedir. Nispeten pürüzlü yüzeyleri olan doğal agrega, nispeten pürüzsüz yüzeyleri olan kırılmış cam parçacıkları ile değiştirilirse, mukavemette bir düşüş ve yumuşaklığını kaybetme beklenmektedir. (Meyer ve ark. ) 42

55 3. MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Hücresel zarar görmüş 4 adet polikristal silikon panel bir türk firması olan Teknik Solar üreticisinden ücretli bir şekilde temin edilmiş ve tez içersinde kullanılmıştır. Şekil Hücresel zarara uğramış Polikristal silikon güneş panelleri Kullanılan Polikristal silikon güneş panelinin tezde de bahsedildiği gibi temperli cam, EVA, hücre, EVA ve arka koruyucu olmak üzere tabakalardan oluşmaktadır. Ayrıca kablo ve plastik elektrik kutusda bulunmaktadır. EVA lar ve arka koruyucular O C de 12 dakika ısıtılıarak hücrelere koruma sağlanmaktadır. Polikristal silikon güneş paneli birleşimi yüzdesel olarak aşağıda ki tablo 13 de verilmiştir. Tablo Tipik Silikon tabanlı PV modülünün yapısı (Dias ve ark. ) Materyal İçerik % Amacı Silikon Fotovoltaik efekt Cam Modül Koruma Polimerler(EVA, Tedlar) 7 Modül Koruma Bakır Akım iletkeni Gümüş Akım iletkeni 43

56 Aliminyum Modül çerceve Boron < P-doping Fosfor < n-doping Kalaydioksit < Yansıtmaz kaplama Kurşun < Bakır kaplama Kalay < Bakır kaplama Panel üzerinde ki Temperli cam elde edebilmek için bir kaç yol bulunmaktadır. Bunlardan bazıları parçalama ve kırma, yüksek derece yakma ve ya Asitle çözmedir. Ancak, bu çalışmada parçalama yöntemi kullanılmıştır. Parçalama ve kırma işlemine geçilmeden önce panel üzerinde ki Aliminyum çerceve, elektrik kutusu ve kablosu kaldırılmış ve gerektiği gibi geri dönüşüme gönderilmiştir. Parçalama ve kırma ile cam fiziksel olarak panelden ayrılmış ve gerektiği gibi atık haline getirilmiştir. Bu çalışma yurt dışında gerçekleştirildiğinden türk standartları kullanılmamıştır. Temperli camın Yoğunluğu kg/m3 olarak bilinmektedir(anonim) ve hesaplamalarda bu şekilde kullanılmıştır. 0/4 mm&#;lik kum partikülleri EN Avrupa Standardı şartlarına uygun ince bir agrega olarak uygulanmıştır. Tablo Kullanılan Çimentonun özellikleri İçerik Değer [%] Tricalcium silicate (C3S) Dicalcium silicate (C2S) Tricalcium aluminate (C3A) Tetracalciumaluminoferrite (C4AF) Al2O Fe2O SiO CaO MgO SO K2O Na2O Cl CaOfree

57 Mineral katkı maddesi içermeyen Portland çimentosu, EN &#;e uygun CEM I R kalite kontrolüne göre yapılmıştır. Çimentonun mineral ve kimyasal bileşimi Tablo 15&#;de sunulmaktadır. Tablo Çimentonun fiziksel ve mekanik özellikleri Özellik Değer 2 günlük basınç kuvveti,[mpa] 28±2 28 günlük basınç kuvveti, [MPa] 55±3 Başlangıç ayar süresi, [min] Bitiş ayar süresi, [min] Hacim sabitliği, [mm] Su tüketimi, [%] µm elek üzerinde kalıntı, [%] Özel yüzey, [cm 2 /g] Kırılmış Hale Getirilen Polikristal Silikon Panel Temperli Cam Atığının ve Kumun Partikül Boyutunun Belirlenmesi Polikristal silikon panel cam atığı ve tortusu kum yerine kullanılacağından bu test önem arz etmektedir. Partiküller 4 mm den daha düşük olması ince taneli kum yerine kullanılaca bileceği anlamına gelmektedir. EN standart testi kullanılmıştır. Ayrıca, güneş modülü parçacıklarının boyutunun belirlenmesi için sarsma ile eleme yöntemi uygulanmıştır. Tartılan örnekler en üstteki en büyük gözeneğe sahip olan eleğe dökülür, her bir elek diğerinden daha düşük gözeneklere sahiptir. En dipte ise en küçük taneleri tutan kap 45

58 bulunmaktadır. Eleme kapları olarak 8 mm, 5,6 mm, 4 mm, 2mm, mm, mm dir. Dikey olarak bulunan elekler mekanik olarak sarsılır. Her bir elekte kalan cam parçaları tartılılır ve kaydedilir. Her bir elekte ki ağırlık toplam ağırlığa bölünür ve yüzdesi alınır. Denklem aşağıda görülmektedir. % R = Wsieve W Total % 1 Bu denklemde R kalan, Wsieve elekte kalan ağırlığı ölçülmüş agrega ve Wtotal ise toplam agrega ağırlığıdır. Diğer adımda ise her elekte kalan agrega toplamının yüzdesi bulunmuştur. % Cumulative Passing = % %Cumulative Retained 2 Kümülatif geçen, Cumulative retained ise yüzedesel kümülatif kalandır. Her elekte toplam kalanı bilmek R yi hem kum hem de cam için hesaplamamıza yardımcı olacaktır. Ms = (Rpan + R R R1 + R2 + R4 + R R8) / Ms incelik modülü yani tane boyutudur. Hangi Elek aralığında parça büyüklüğünün kaldığını gösterecektir. Rpan + R R + R1 + R2 + R4 + R + R8 ise elekte toplam kalan agregadır. Gevşek Yığın Kütle Yoğunluğu Cam ve kumun kütle yoğunluğunu belirleyebilmek için 1 litre hacimli temiz bir kaba 5 cm yüksekliten kabın içersine boşaltılmıştır. Tepede kalan fazla kısım ise cetvel yardımıyla düz hale getirilmiş ve tartılmıştır. Ps. avg. = m 1 m, g/cm 3 4 v M konteynır ağırlığı ve g cinsindedir. M1 ise kabın cam ve ya kum ile birlikte ki ağırlığıdır. V kabın hacmi, cm3 cinsinden ve Ps. avg. ise kütle yoğunluğunu göstermektedir. 46

59 Solar Panel Cam Atıklarından Elde Edilecek Harç Karışımı EN standart testine göre örnekler 40 mm x 40 mm x mm boyutlarında olmak zorundadır. Harç yapabilmek için belirli elemenlara ihtiyaç vardır. Bunlar, kum, su, portland çimentosu ve elimizde ki güneş paneli temperli cam atıklarıdır. Bu çalışmada çakıl kullanılmamıştır. Tablo Çimento Karışım oranları kg cinsinden Cam Harç Bileşimi S/Ç Oranı Çimento İçeriği Kum İçeriği Atık Modül Su içeriği Akışkanlaştırıcı İçeriği kg/m3 kg/m3 kg/m3 İçeriği kg/m3 kg/m3 % % % % % % Tablo L karışım için yapılan hesaplama kg cinsinden Cam Harç Bileşimi S/Ç Oranı Çimento İçeriği Kum İçeriği Atık Modül Su içeriği Akışkanlaştırıcı İçeriği kg/m3 kg/m3 kg/m3 İçeriği kg/m3 kg/m3 % % % % % %

60 Tablo 16 ve 17 ya göre 6 adet belirli yüzdeler için prizmalar üretilmiştir. Bunların bir tanesinin toplam hacmi cm 3 dür ve 6 adet bulunduğundan dolayı yaklaşık l denk gelmektedir. Bu yüzden l hesaplanarak kullanılmıştır. Numuneler %0, %5, %10, %15, %20 ve %25 kum yerine cam kullanılarak hazırlanmıştır. %0 ise kontrol amaçlıdır. Harç hazırlanmadan önce, ilk olarak mikser harç karışımı olan su, çimento ve kum ile karıştırılır daha sonrasında cam eklenir. 1 dakika su eklmeden önce ve 2 dakika su eklendikten sonra karıştırılır yani karışım 3 dakika boyunca karştırılır. (Özer ) Şekil Tipik bir Mikser ve kabı 48

61 Şekil Kullanılan mikser Taze Harç Kıvamının Yayılma Tablasına Göre Belirlenmesi EN standart metoduna uygun şekilde yapılmıştır. Taze harçın tutarlılığı, taze harcın akışkanlığı ve / veya ıslaklığının ve belirli bir stres altındayken taze harcın deforme olabilirliğinin bir ölçüsüdür. Minimum l harçlar için kullanılmaktadır. Tablo Kullanılan aparatlar Yayılma Tablası Kesik konik kalıp Demir cubuk Kumpas- cetvel Mala Palet bıçağı Hazırlanan harç karışımı konik kalıbın içersine 2 tabaka olarak konur ve her bir tabaka 15 defa demir çucuk ile kısa vuruşlar yapılır. Bu Tabakaların uniform olarak yayılmasını sağlar. 49

62 Palet bıcağı ile üstte ki fazla olan harç karışımı alınır ve yavaşca alttaki kesik konik kaldırılır. Daha sonrasında ise yayılma tablasının altına oluşturulan darbelerle yayılması gözlemlenir. Bu darbeler 15 defa arka arkaya tekrarlanmak zorundadır. Burada yayılma değeri cetvel yardımı yan ve üstten 2 defa ölçülerek bulunur ve ortalama çap alınır ardından ise kaydedilir. Ayrıca Sapma değeri %10 dan büyük olmamalıdır. Şekil Kullanılan yayılma tablası 50

63 Harç Prizmatik Kalıplarının Hazırlanması EN standart testi kullanılmıştır. Kalıplar 3 adet yatay bölmeye sahiptir. 3 adet prizmatik 40 mm x 40 mm x mm boyutlarında bulunmaktadır ve hacmi cm 3 dür. İlk olarak, kalıpların içi iyice temizlenir ve özel yağı sürülür. Böylece harç karışımını koymaya hazır hale gelmiş olmaktadır. Daha sonra harç karışımı koyularak, sıkıştırma işlemi için kalıplar titreşim tablasına yerleştirilir ve harçtan hava kabarcıkları çıkana kadar çalkalanır. Şekil Kullanılan Kalıplar 51

64 Şekil Kalıbın boyutlarını gösterir şekil İşlemi bitmiş harç prizmatik kalıplar EN &#;e göre polietilen torbalarla kapatılır ve 1 gün bekletilir ve kalıplarından sonrasında çıkartılmaktadır. Şekil Sıkıştırma sonrası kalıplar ve polietilen torba 52

65 Örneklerin Yoğunluğunun Hesaplanması Kalıplardan çıkarıldıktan sonra 7 gün boyunca su da şertleşen örnekler EN standart testine göre yapılmıştır. Her bir örneğin hacminin hesaplanması için boyutları hesaplanmış ve hacmi bulunmuştur. Daha sonrasında ağırlığı tartılarak kaydedilmiştir. D = m V, kg m3 5 Burada m harcın ağırlığı (kg) ve V ise harcın hacmidir (m3). Şekil Deneyde Kullanılan tartı Harç Örneklerin Eğilme ve Basınç Dayanımı Hesaplanması EN standart testi kullanılmıştır. Eğilme direnci aşağıda ki formülde verilmiştir. 53

66 f = 1. 5 Fl bd 2 6 Burada F Maksimum yük Newton cinsinden, l basınçı uygulayan cismin uzunluğu (mm), b örneğin genişliği (mm) ve d ise örneğin derinliğini (mm) göstermektedir. Şekil Eğilme basınçını gösterir şekil Şekil Eğilme basınçı ile kırılan örnekler Basınç dayanım mukavemetinin hesaplanması, numunenin maksimum yükünün kesit alanı ile bölünmesi ile bulunmaktadır. 54

67 Şekil VGTU da bulunan basınç ve eğilme testinin yapıldığı makine 55

68 Şekil Basınç dayanımını gösteren şekil Bu testler için numunlerin yarısı kullanılmıştır. Harç Örneklerinde Suyun Emilimi, Toplam Boşluk, Kılcal Boşluğunun Hesaplanması Harcın su emilimi GOST Rus standart metodu ile belirlenmiştir. Beton parçalar iki parçaya bölünür ve 24 saat boyunca fırında kurutulur. Sonra tartılır. Betonun ilk su emme özelliği, beton kütlesindeki artışın ölçülmesine göre test edilir. Harç suya maruz kaldığında zamanın bir fonksiyonu olarak suyun emilimi ile sonuçlanmaktadır. Daha sonra ise, örnekler suya yerleştirilmiş ve 15, 30, 60, , ve dakikalarında tartılarak veriler kaydedilmiştir. 56

69 W = w 2 w 1 w , % 7 W1, kuru harç numunenin kütlesidir (kg), W2, belirli bir süre suda bekletildikten sonra ıslak harç numunesinin kütlesidir (kg). Şekil Su da bekletilen örnekler Daha sonrasında ise ağırlıkları suyun içersinde tek tek ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Bu bizim toplam açıklığı bulmamıza yardımcı olacaktır. Ayrıca GOST Rus standart testi kullanılmıştır. Pt = ρ m ρ 0 ρ % 8 57

70 Burada, ρ m bir örnek bloğunun ortalama yoğunluğudur. ρ 0 ise kuru cimentonun yoğunluğudur. Pt ise toplam boşluğu temseil eder. P 0 = W m ρ m ρ w 9 Wm, Harç bloğun kütlesel olarak emdiği sudur. Pm, bir örnek bloğunun ortalama yoğunluğudur. Pw ise suyun yoğunluğudur. Po ise kılcal gözeneği temsil etmektedir. 58

71 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Eleme sonrası partikül büyüklüğü dağılımının analizi En önemli deney parametrelerinden biri elekte ki partikül büyüklüğü daılımının analizidir. Deneyde cam parçaları kum yerine kullanılacağından dolayı parça boyutları 4 mm den küçük olması beklenmiştir. Tablo 19 da verilen verilerde elek boyutu, kalan ağırlık, her elekte kalan kütlenin yüzdesi ve Her elekten geçen Örneklerin Kümülatif Yüzdesi görülebilmektedir. Bu methotda kullanılan elek boyutları 8, , 4, 2, 1, ve mm dir. Tablo Cam için Elek ile partikül dağılım analizi Elek Kalan ağırlık, g Her elekte kalan Her elekten geçen Boyutu, kütlenin yüzdesel Örneklerin Kümülatif mm oranı, % Yüzdesi, % ,98 99, ,64 89, ,18 58, ,63 19, ,29 10, ,42 4, ,8 1, Tepsi 30 1,06 0, Bu sonuçlar ile tane boyutları hakkında genel bir bilgi edinmemize yardımcı olmuştur. İncelik modülü, elek üstünde kalan her bir elek yüzdesinin toplamının e bölünmesi ile bulunmaktadır. Burada camın incelik modülü 4,17 ve kumun ise 1,85 olarak bulunmuştur. 59

72 Her elekten geçen cam numune yüzdesi, % , 99, 58, 19, 10, 4, 1, 0, 0, ,6 8 Elek aparat boyutu, mm Şekil Cam Partükül dağılımı Şekil 49, 5,6 mm ile 4 mm ve 4 mm ile 2 mm arasında en büyük parçacık yüzdesini göstermektedir. Kum partikülleri için yapılmış tablo 20 aşağıda görülebilmektedir. Tablo Kum için Elek ile partikül dağılım analizi Elek Kalan ağırlık, g Her elekte kalan Her elekten geçen Boyutu, kütlenin yüzdesel Örneklerin Kümülatif mm oranı, % Yüzdesi, % 8 4 0, 99, , 99, , 97, , 89, , 75, , 50, , 3, Tepsi 34 3,38 0, 60

73 Kum ve Cam Karışımı Granülometri Yüzdesi, % Her elekten geçen Kum numune yüzdesi, % Şekil 50 de verilen grafikte gösterilen kum tane dağılımına göre mm ve mm arasında olduğu görülmektedir , 75, 97, 99, 99, 50, 3, 0, 0, ,6 8 Elek boyutları, mm Şekil Kum partikül dağılımı ,6 50,8 75,5 89, ,6 5 3,50 48,5 72,2 85,9 95,1 99,6 10 3,3 46, ,5 93,1 99,5 15 3,2 43,9 65, ,2 99,5 20 3,1 41,6 62,5 75,5 89,2 99, ,3 59, ,3 99,5 Güneş paneli cam içeriği, % Şekil Kum ve Camın ortak karıştırıldığında boyut karışımlarının yüzdesi 61

74 Verilen Şekil 51 den de anlaşılacağı üzere kum ve cam partiküllerinin belli yüzdelerde değiştirildikten sonra ki ortalama partikül miktarları verilmiştir. Gevşek Yığın Kütle Yoğunluğu analizi Kütle yoğunluğunun belirlenmesi, kuru kumun standart hacimde üç kez tartılmasıyla başlar. Bu yöntemle, Cam ve kum kütle yoğunluğu hesaplanmıştır. Tablo Camın kütle yoğunluğunun hesaplanması Camın Kütle yoğunluğu için adımlar Notlar Örnekler Konteynırın kütlesi m, g 0,20 0,20 0,20 Konteynırın cam ile kütlesi m 1, g Konteynırın hacmi V, cm 3 1l 1l 1l Camın kütle yoğunluğu ρg. bulk = m 1 m, g/cm 3 1, 1, 1, v Ortalama ρ glass average, g/cm 3 1, Tablo Kumun kütle yoğunluğunun hesaplanması Camın Kütle yoğunluğu için adımlar Notlar Samples Konteynırın kütlesi m, g 0,20 0,20 0,20 Konteynırın kum ile kütlesi m 1, g Konteynırın hacmi V, cm 3 1l 1l 1l Kumun kütle yoğunluğu ρg. bulk = m 1 m, g/cm 3 1, 1, 1, v Ortalama ρ sand average, g/cm 3 1, 62

75 Tablo 21 ve 22 de verilen sonuçlara göre, ortalama kütle yoğunluğu camın g / cm3 ve kum kütle yoğunluğunun g / cm3 olduğu görülmektedir. Taze Harç Numunesi Kıvamının Yayılma Tablasına Göre Sonuçları Bu testin sonuçları EN standart testine uygun olarak hesaplanmıştır. Burada her iki taraftan ölçülen numunelerin değerleri alınarak standart sapmaları hesaplanmıştır. Standart sapmalar %10 dan az olmak zorunda iken fazla çıktığında ise testin tekrarlanması gerekmektedir. Böylece harçın kıvamı hakkında bilgi sahibi olunmaktadır. Şekil Numunenin yayılması ve kanama 63

Daha göster