Günümüzde1970'lerden itibaren yaÅŸanan enerji krizi nedeniyle daha az enerji harcayan binalar inÅŸa etmek çok önemli bir konu haline gelmiÅŸtir. Åžu an enerji kaynağı olarak halen fosil yakıtlar kullanılmaktadır, ancak bunların rezervleri sınırlı miktardadır ve çevreye de zarar vermektedir. Önümüzdeki 100 (veya belki 50) yıl içerisinde bunların tükeneceÄŸi bilinmektedir. Bu sebeple, en kısa sürede yeni enerji kaynaklarının bulunması ve kullanılmaya baÅŸlanması zorunludur. Bu yeni enerji kaynakları hem sınırsız kullanıma olanak vermeli, hem de çevreye zarar vermemelidir. Çünkü dünya atmosferinde CO₂ gibi sera gazlarının emisyon deÄŸerlerinin yükselmesi, atmosferin daha çok ısınmasına sebep olmaktadır ki bu da Sera Etkisi dediÄŸimiz olaydır ve bu yüzden (küresel ısınmayla) buzullar erimekte, dünyadaki iklimler deÄŸiÅŸmektedir. Bu sebeple kullanılması gereken bu tür enerji kaynaklarına "Yenilenebilir Enerji Kaynakları" diyoruz. ⁽¹⁾

Yapılarda en kolay kullanılabilen yenilenebilir enerji kaynaklarından bir tanesi ve en önemlisi güneş enerjisidir. Güneş enerjisi yapılarda aktif ve pasif olarak kullanılabilir. Pasif kullanım yapının kendi bünyesinde alınan birtakım önlemler ve müdahalelerle yapının kendi eleman veya bileşenlerinde sağlanırken, aktif kullanımda ise kollektörler gibi bir takım mekanik aksamlı elemanlar yapıya eklemlenerek kullanılmaktadır.

Günümüz mimarisinde artan "büyük pencere açılımları ve giydirme cephe"ler sebebiyle gölgeleme araçlarına, yani güneş kontrolüne artan bir ihtiyaç vardır. Çoğu yapılar, pencerelerini bir miktar örterek güneşin fazla ışınlarından, dolayısıyla istenmeyen fazla enerjiden korunmak için gölgeleme elemanlarına sahiptirler. Bu gölgeleme elemanları, fotovoltaik (FV) bileşenlerle oluşturulduğu taktirde, zaten strüktürü hazır olduğu için yapıya ek bir maliyet ve yük getirmedikleri gibi, FV sisteminin toplam maliyetini de düşürürler. Bu amaçla, değişik şekillerdeki FV bileşenler, pencere üstlerinde veya yapının cephesinde veya giydirme cephe camları yerine istenmeyen güneş ışınlarını kesen gölgeleme elemanı olarak kullanılabilirler. Bu şekilde hem yapıda konfor koşulları sağlanırken hem de istenmeyen bu fazla güneş ışınımıyla elektrik üretilerek yapının enerji ihtiyacı karşılanabilir. Böylelikle binada kullanılacak gölgeleme elemanları iki fonksiyonlu hale geldikleri için bir katma değere sahip olurlar. Ayrıca bu kullanım hem pasif hem de aktif yöntemleri bir araya getirmektedir. Bu sebeple bu çalışmada yapıların cephelerinde, yapıda konfor şartlarını sağlamak üzere kullanılan PV bileşenler ve uygulamaları irdelenecektir.

Binalarda Kullanılan Fotovoltaik Yapı Bileşenleri

Bu fotovoltaik modüller, bir yapı bileÅŸeni olarak yapılarda farklı bölümlerde ve farklı ÅŸekillerde kullanılabilirler. Ä°lk etapta kullanımları "çatıda", "cephede" ve "farklı yapı bölümlerinde" (giriÅŸ saçağı, parapet, korkuluk, vb) olmak üzere üçe ayrılabilir. Ayrıca bu bileÅŸenlerin modüler, çerçeveli hazır panel eleman olarak; veya mimarın tasarımına göre hazırlanmış, 2 cam tabaka arasında lamine olarak; veya ince metal levha kaplama malzemesinin üzerine monte edilmiÅŸ halde; veya hazır shingle ÅŸeklinde kullanımları mümkündür.⁽³⁾

Binalarda Konfor Koşullarının Sağlanması

Günümüz mimarisinde, büyük pencere açılımları ve giydirme cephe kullanımları artmıştır. Bu sebeple, binalarda eskiden geleneksel mimaride çok iyi sağlanabilen iç mekan konfor şartları artık sağlanamaz olmuştur. Bunun tekrar sağlanabilmesi için birtakım önlemler almak gerekmektedir. Genellikle bu amaçla klima vb. gereçlerle, fosil yakıtlar kullanılarak yapılan iklimlendirme ile konfor koşulları sağlanmaya çalışılıyor. Ancak bu da binaya bir ek enerji yükü getiriyor. Bu enerji ihtiyacı, pasif yöntemlerle azaltılabilirken, FV bileşen kullanımı gibi aktif yöntemlerle de azaltılan enerji ihtiyacının bazen bir kısmı, bazen tamamı, bazen de daha fazlası güneş enerjisinden sağlanabilir.

Örnek Binaların İrdelenmesi

Bu bölümde, konfor koşullarını tasarımlarıyla sağlarken, aynı zamanda cephelerinde kullanılan FV bileşenler yardımıyla enerji ihtiyacını azaltan binalara iki örnek verilerek bu örnekler incelenecektir. Bunlardan bir tanesi Freiburg?daki (Almanya) bir FV malzeme üreticisinin fabrika ve yönetim binasıdır. Bu binanın cephesinde FV bileşenler, güneş kırıcı olarak kullanılmışlardır. Ayrıca çatısında da FV bileşenler kullanılmıştır. İkinci örnek ise yine bir FV malzeme üreticisinin Lyon (Fransa) yakınlarındaki fabrika ve yönetim binasıdır. Bu binada da FV bileşenler gölgeleme elemanı olarak kullanılmışlardır. Böylelikle her iki firmanın da teknolojisi, inşa edilirken ürettiği bileşenlerin kullanıldığı kendi binasının üzerinde sunulmuş olmaktadır.

Solar-Fabrik Fabrika ve Yönetim Binası / Freiburg, Almanya

Freiburg'daki Solar-Fabrik binası, 56,5 kWp'lik monte edilmiÅŸ FV kapasitesi ile (ve bir kolza-yağı CHP ile), FV modülleri üreten, sıfır emisyonlu bir binadır. Toplam 450 m²'lik FV alanı ile yılda 40 MWh elektrik üretebilecek kapasitededir. FV sistem, 50.000 kWh ile yıllık enerji ihtiyacının yaklaşık yüzde 25'ini karşılar (180 MWh/a). Bunun ötesinde, Solar-Fabrik için ihtiyaç duyulan termal ve elektrik enerji, kolza-yağı (CHP) ile üretilir; yılda 130.000 kWh elektrik ve 180 000 kWh termal güç saÄŸlar. Solar-Fabrik, FV modüller üreten ve üretim faaliyetlerinin tamamıyla yenilenebilir enerji ile karşılandığı bir endüstri yapısıdır. ⁽⁵⁾

Yapı, yönetim bölümü ve üretim holü olmak üzere iki bölümden oluşmakta olup, FV bileşenlerle yapılan gölgeleme elemanlarının uygulandığı bölüm yönetim binasıdır. Resim 1-5'teki fotoğraflar ve Şekil 1'de de görüldüğü gibi, bu binada fabrikanın kendi üretimi olan FV bileşenler, cephede hem cephe kaplama elemanı olarak hem de gölgeleme elemanı olarak kullanılmıştır. Böylelikle FV gölgeleme elemanlarıyla hem istenmeyen fazla güneş ışınımından kurtulup iç mekanın aşırı ısınması önlenirken, hem de bu istenmeyen ışınımdan binanın enerji ihtiyacının bir kısmı karşılanmaktadır. Ayrıca firmanın üretimi ve teknolojisi gösterilirken, estetik bir yapı da elde edilmiştir.

Total Energie Fabrika ve Yönetim Binası / Lyon, Fransa

Total Energie, FV bileşenler üreten ve hızla gelişmekte olan bir firmadır ve Lyon şehrinin kenarında yeni bir bina inşa etmek istediğinde bunun hem ekonomik bir bina olmasını, hem de kendi ürettiği FV bileşenlerin, firmanın teknolojisinin göstergesi olarak bu yeni yapıya entegre edilmesini istemiş. Böylelikle tasarlanan ve inşa edilen binanın yıllık enerji tüketimi, kışın 138.944 kWh iken, yazın 27.275 kWh olarak gerçekleşmiştir. 120 500 x 1000 mm FV modüller, 40º eğimle güney cephesine yerleştirilmiştir. Binanın üst kısmında ise bu gölgeleme elemanlarından ayrı olarak 36 m^2'lik FV modüller yerleştirilmiştir. Tüm bu FV bileşenler, binanın enerji ihtiyacının yüzde 20'sini karşılamaktadır. ^(7)(8)(9)

Yapı, iki ana bloktan oluşmakta, bu iki bina birbirine galvanize çelik bir köprü ile bağlanmaktadır. Resim 6-8'deki fotoğraflar ve Şekil 2'de de görüldüğü gibi bu binada da Solar-Fabrik örneğinde olduğu gibi fabrikanın kendi üretimi olan FV bileşenler, cephede gölgeleme elemanı olarak kullanılmıştır. Benzer şekilde bu örnekte de hem istenmeyen fazla güneş ışınımından kurtulup iç mekanın aşırı ısınması önlenirken, hem de bu istenmeyen ışınımdan binanın enerji ihtiyacının bir kısmı karşılanmaktadır. Ayrıca firmanın üretimi ve teknolojisi gösterilirken, estetik bir yapı da elde edilmiştir.

Sonuç

Bu çalışmada görüldüğü gibi, FV bileşenler mimaride gölgeleme elemanı olarak kullanıldığında, binanın istenmeyen enerji kazanımını azaltarak yapı içerisinde konfor koşullarını sağlarken, aynı zamanda da bu istenmeyen enerjiyi kullanıp binanın ihtiyacı olan elektrik enerjisine dönüştürerek binanın enerji ihtiyacını azaltmaktadır. Böylelikle hem ülke ekonomisine önemli bir katkıda bulunmakta, hem de fosil yakıt kullanımını önemli ölçüde azaltarak çevreye verilen zararı da yine önemli ölçüde azaltmaktadır.

Ülkemize baktığımızda, Türkiye'de bulunan en bol ve en ucuz temiz enerji kaynaklarından bir tanesi güneş enerjisidir. Güneş enerjisinin bir enerji kaynağı olarak kullanım şekillerinden bir tanesi olan fotovoltaik bileşenlerin kullanımı ile elde edilen elektrik enerjisi, dünya üzerindeki değişik uygulamalarda, binanın elektrik enerjisi ihtiyacının bazen bir kısmını, bazen tamamını, bazen de daha fazlasını karşılayabilmektedir. Türkiye'den daha az güneş gören ülkelerde bu sağlanabildiğine göre, bu malzemenin binalarda kullanımı, ülkemizin artan enerji ihtiyacının önemli bir kısmını karşılayabilecektir. Böylelikle, mimarimizde FV bileşenlerden oluşan gölgeleme elemanları kullanımı gerçekleştirilirse ve yaygınlaştırılırsa hem daha konforlu binalarda yaşamamız mümkün olacak, hem de enerji ihtiyacımız önemli ölçüde azalacağı için ülke ekonomimize de önemli ölçüde bir katkı sağlanmış olacaktır.

Kaynaklar

⁽¹⁾ Altın, M. 2005, Research on the Architectural Use of Photovoltaic (PV) Components in Turkey from the Viewpoint of Building Shape, Dokuz Eylül University, Doktora tezi

⁽²⁾ Altın, M. 2003, Tarih İçinde Teknolojiyi YaÅŸamak: Enerji Ãœretiminde Fotovoltaik Hücreler,         YAPI 256 /Mart 2003, s.88-91

⁽³⁾ Altın, M. 2004, Yeni Yapı Malzemesi Fotovoltaik Paneller, Özellikleri Ve Tarihçesi, 2. Ulusal Yapı Malzemesi Kongresi ve Sergisi Bildiriler Kitabı, s.438-444

⁽⁴⁾ Åžen, N. 1972/1973, Yapıda Bölge Åžartları, T.C. Devlet Mühendislik ve Mimarlık Akademisi Mimarlık Bölümü Yapı Billgisi Kürsüsü Yayını No:2, K.D.M.M. Akademisi Baskı Atölyesi 72, s.11

⁽⁵⁾ Detail Dergisi, 1999/3, Solar-Fabrik in Freiburg

⁽⁶⁾ http://www.rolf-hotz.de

⁽⁷⁾ Gauzin-Müller, D. 2002, Sustainable Architecture and Urbanism: Concepts, Technologies, Examples, Birkhäuser ? Publishers for Architecture, Italy, s. 234-239

⁽⁸⁾ www.total-energie.fr

⁽⁹⁾ www.jacques-ferrier.com