Solar Yolları Hatırlıyor Musunuz?

06 Mart 2021 Dergi:

Güneş enerjili yollar, küresel enerji krizine nihai çözüm olduğunu iddia ettikten sonra 2014 yılında büyük ölçüde viral hale geldi. Fikir basitti: Elektrik üretmek için yollara güneş panelleri yerleştirmek. Panellerin, boyalı çizgilerin yerine farklı LED desenleriyle yolları da aydınlatacağı iddia ediliyordu. Kış için, ısıtma serpantinleri karı ve buzu eritebilir ve bunların tümü elektrik üretir ve daha az bakım gerektirir.

Yıllar süren geliştirme ve milyonlarca dolarlık yatırım (hükümet finansmanı dahil) sonrasında, bugün kurulan güneş yollarının hiçbiri uygun maliyetli veya verimli enerji üreticileri değildir. Bu yollar çok pahalıya geldi ve paranın bir güneş enerjisi çiftliğinde kullanılması halinde üretilebilecek olandan çok daha az elektrik üretti. 
Yolları devasa güneş panellerine dönüştürmek söz konusu olduğunda pek çok engel vardı.

Bir mühendislik hatası
21 ila 32 milyon kilometre (13 ila 19,8 milyon mil) arasında uzanan küresel karayolu ağıyla, bunların sadece bir kısmını güneş panelleriyle kaplamanın önemli miktarda elektrik üretebileceği makul bir düşünce olarak göründü. Teoride, güneş panellerini karayollarının sadece bir kısmına yerleştirmek, tüm dünyaya güç sağlayacak kadar enerji üretmelidir. Bununla birlikte, bu yalnızca en iyi koşullarda - güneş panelleri doğrudan güneş ışığı altında olduğunda elde edilebilir.

Projenin en büyük teşviki, kendi kendini ödeyebilmesi ve iyi bir yatırım getirisi (ROI) sağlamasıydı. Şimdiye kadar, hiçbir güneş yolu, pozitif bir nakit akışını sürdürmedi. Bunun yerine, projeler bir dizi soruna neden oldu ve kapsamlı bakım gerektirdi. Teknoloji yıllardır geliştiriliyor olsa da, fikir hâlâ uygulanabilir değil.

Yetersiz ışık
Geleneksel bir güneş enerjisi çiftliğinde, verimliliği en üst düzeye çıkarmak için güneş panelleri güneşe doğru dönebilir. Daha gelişmiş çiftliklerde, paneller güneşi izleyecek şekilde yapılır ve toplayabilecekleri enerji miktarını daha da artırır. Tipik bir güneş paneli, güneşin ürettiği enerjinin yaklaşık yüzde 20'sini kullanabilir. Düşük maliyetli bir sistem çalıştırmak için panellerin maruz kaldığı ışık miktarını optimize etmek zorunludur.

Öte yandan, dümdüz uzanan güneş yolları, panellerin en verimli olduğu zamanlarda panellerin doğrudan güneş ışığına maruz kalma süresini en aza indirir. Bir güneş panelinin sabit, düz bir hat olarak döşenmesi, yüzde 60 daha az güç sağlar. Halihazırda elde edilen az miktardaki enerji, etrafındaki çevre tarafından daha da kısıtlanır.

Düz paneller, gölgede kalmaya daha yatkın olacaktır. Panel yüzeyinin sadece yüzde 5'ini aşan gölge, güç üretimini yüzde 50 azaltabilir. Panellerin ayrıca kir ve tozla kaplı olması muhtemeldir ve trafiğin ağırlığına dayanması için geleneksel panellerden çok daha kalın cama ihtiyaç duyacaktır, bu da emdikleri ışığı daha da sınırlandıracaktır.

Bunun da ötesinde, yere sabitlenen paneller hava sirkülasyonundan yararlanamaz ve muhtemelen çatıdaki güneş panellerinden daha fazla ısınır ve bu da onları daha az verimli hale getirir. Optimum sıcaklık üzerindeki her 1 santigrat derece (33 fahrenhayt) için, güneş paneli enerji verimliliğinin yaklaşık yüzde 0,5'ini kaybeder.
En iyi koşullarda, tüm ömürleri boyunca maruz kalacakları sürekli aşınma ve yıpranma dikkate alınmadan bu paneller dezavantajlı görülmektedir.

LED'leri gün içinde görmek zor
Solar Güneş Yollarının vaat ettiği özelliklerden biri, yollarda çizgi boyama ihtiyacının yerini alacak LED'lerin dahil edilmesiydi. Işıkların görünür hale getirilmesi, ancak çok fazla güç çekilmemesi için kritik bir denge sağlanmalıdır.
Mevcut LED'lerle, güç tüketimi hala çok yüksektir ve ışıklar, aydınlatmayı ekonomik olarak uygun hale getirmek için çok hızlı yanar. Trafik ışıklarında kullanılan LED'ler, doğrudan güneş ışığını engellemek ve ışıkların daha parlak görünmesini sağlamak için koruma kullanır. Güneş yollarında, ışıkların gece görünmeleri kolay, gündüz görünebilmeleri ise zordur. Ancak bu aynı zamanda bir soruna da neden olur: Geceleri elektrik üretilmediği için ışıklar, elektriği doğrudan şebekeden çekiyor olacaktı.

Solar Roadways ekibi, 2017 yılında Idaho, Sandpoint'te 13,9 m² büyüklüğünde küçük bir güneş yolu bölümü kurdu, ancak sonuçlar oldukça etkileyici değildi. Ne yazık ki, güneş panellerinin küçük bölümü neredeyse anında kırıldı ve bir süre sonra alev aldı. Ayrıca, ışıklar yola doğrudan açılarda bile güçlükle görülebiliyordu. Paneller biraz yükseltildi, ancak ışıkları yüksek bir açı olmadan görmek hâlâ inanılmaz derecede zordu, sürücülerin onları görebileceği açıların tersinde kalıyordu.

Camın kendi özellikleri, yolun elektrik üretme kabiliyetini daha da kısıtladı. Kir ve yapraklar yüzeyde birikip ve güneş yolunu hızla çizecek ve aşındıracak, aşındırıcı bir malzeme görevi görecek ve cam parçaları yolu kullanan arabalarda ek aşınma ve yıpranmaya neden olabilecekti.

Panelleri korumak için yolların yapımında kullanılmak üzere gelişmiş polimerler düşünüldü. Bununla birlikte, çoğu polimerin, sürekli trafik kuvvetine dayanabilecek bir yol inşa etmek için yeterli miktarlarda üretilmesi çok yüksek maliyetlidir. Malzeme ayrıca tipik olarak fosil yakıtlardan yapılır ve karbon ayak izini azaltmak için güneş panelleri kullanma amacını da ortadan kaldırır.

Paneller aşındıkça cam malzeme opak hale gelecektir. Bu ise, panellerin ışığı toplama yeteneğini önemli ölçüde bozacaktır. Sistemin uygulanmasının maliyeti, güneş panellerini çok daha verimli düzenlemelerle kolaylıkla kurabilmenin verimliliğini ve pratikliğini karşılayamıyor.

Asfaltı bir cam panel ile değiştirme fikri, maliyet düşünüldüğünde daha da akla aykırı geliyor. Şu anda, hareket eden araçların kuvvetine dayanabilen ancak aynı zamanda elektrik üreten bir kaplama mevcut değil.

Mantıksız derecede pahalı
Solar Roadways, ABD'nin güneyindeki 48 eyalet yolunun güneş yollarıyla (yaklaşık 6 milyar metrekare) kaplanmasının, ABD'nin yıllık enerji tüketiminden üç kat daha fazla elektrik üreteceğini iddia ediyor. Bu iddiada, yolların teorisinde belirtildiği gibi çalışacağı varsayımı var, aynı zamanda böyle bir astronomik projenin maliyetinin hesaba katıldığı ise söylenemez.

Idaho'daki bir demo projede paneller, 48.734 $'lık kurulumla 1.529 KW'lık kurulu kapasiteye sahipti, bu da kurulu kW başına yaklaşık 33.000 $, yani bir güneş enerjisi santralinden yaklaşık 20 kat daha yüksek bir maliyet anlamına geliyor. Solar Roadway, LED ışıklarının şerit mili başına 106 MWh tüketeceğini ve panellerin 415 MWh üreteceğini tahmin ediyor - yani yararlı gücün yüzde 25'inden fazlası LED'ler tarafından tüketilecek. 
Hayal etmek eğlencelidir. Bununla birlikte, bu sistem, bugün mevcut olan malzemelerle, pek uygulanabilir değildir. Uygulanabilir bir çözüm geliştirmek için önemli ölçüde daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, panellerin yerleşimini uyarlamak ve doğrudan güneş ışığı alabilecekleri yerlere yerleştirmek daha iyi bir fikir olabilir. Aslında binalar yollardan çok daha fazla alanı kaplar. Dolayısıyla, mevcut çatıların sadece bir kısmını güneş panelleriyle kaplamak, onları yollara koymaktan daha fazla güç sağlar.

Güneş panellerini zorlu koşullara maruz kalmadıkları, bakımlarının daha kolay ve çok daha ekonomik olduğu yollar boyunca çalıştırmak da önemli ölçüde daha yüksek verim sağlayacaktır. Dahası, paneller güneşi izlemek için açılı olabilir veya mevcut gücü en üst düzeye çıkaracak şekilde yapılabilir.

Nasıl bir ilerleme sağlandı?
Şimdiye kadar dünya çapında birkaç güneş enerjili yol projesi yapıldı. Bazıları diğerlerinden daha iyi çalışıyor, ancak bir bütün olarak, böyle bir proje için harcanan paranın geleneksel güneş enerjisi çiftliklerinde kullanılması durumunda beklenenden çok daha az elektrik üretilmesi riski neredeyse yok.

Aralık 2016'da Fransa, yaklaşık 2.880 m² (31.000 ft²) fotovoltaik panelden yapılmış 1 kilometrelik (0,5 mil) bir güneş yolunu lanse etti. Bu, Colas'ın Wattway teknolojisi kullanılarak inşa edilmiş, dünyanın en uzun güneş enerjisi yoluydu. Yaklaşık 5,2 milyon dolara mal olan yol, yakındaki bir kasabadaki sokak lambalarına güç sağlamak için yeterli elektrik üretmeyi amaçlıyordu. Ancak bu asla olmadı.

2018 yılına gelindiğinde, yol zaten kötüleşiyordu ve 90 metrelik (295 fit) bir kısmının yıkılması gerekiyordu. Yolda duran çürüyen yapraklar, panellerdeki çatlaklar ve bölgedeki güneş eksikliği, onu beklenenden çok daha az verimli hale getirdi – en iyi olduğu yılda sadece 80.000 kWh üretti (beklenen 150.000 kWh'den çok daha az). Dahası, yolun üzerinde sürme, çok gürültülüydü ve ancak kamyonların tercih ettiği bir yol oldu, bu da yoldaki aşınmayı ve yıpranmayı artırdı. Bu o kadar kötüydü ki yetkililer maksimum hız sınırını 70 km/sa olarak değiştirmek zorunda kaldı. 2019'da WattWay, bunun yollarının sonu olduğunu ve projenin ilerlemeyeceğini itiraf etti.

Fransa'daki kurulumdan sonra, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Alabama / Georgia sınırına yakın bir test yolu kuruldu. Aralık 2020'de Peachtree, Georgia, Amerika Birleşik Devletleri'nin ilk güneş yolunu resmen açıkladı. Kurulum, yerel elektrikli araçları şarj etmek için kullanılacak yıllık 1.300 kWh'den fazla enerji üretmeyi amaçlıyordu. Karayolu oldukça yeni olduğu için, dayanıklılığı ile ilgili çok fazla bilgi bulunmamaktadır.

Ancak, Fransız karayolu ile aynı teknoloji kullanılarak yapıldığından, birkaç yıl içinde bozulmaya başlayacağı varsayılabilir.

Diğer bir gelecek vaat eden kurulum da Çin'deki Jinan solar otoyoluydu. Mühendisler, 1 km'lik (0,6 mil) test yolunun yılda etkileyici bir gigawatt enerji ve 800 eve kadar güç üretebileceğini iddia ettiler. Yol, Qilu Ulaşım Geliştirme Grubu tarafından geliştirilen üç farklı katmandan oluşuyordu. İlk katman yalıtım, ardından güneş paneli ve son olarak şeffaf beton bir üst katmandı.

Yine de, 2017'de yolun açılmasından sadece beş gün sonra, 1,8 metrelik bir panel kayboldu ve iddiaya göre bir profesyonel hırsızlar ekibi tarafından çevredeki paneller hasar gördü.

Bilimi geliştirmek
Her zaman teknolojik ilerlemeler kaydediliyor. Modern insanlık inovasyonla büyür. Pek çok harika fikir olsa da, otomobiller için tasarlanmış güneş yolları muhtemelen bunlardan biri değil.

Tasarım çok pahalı, güvenilmez ve çalışmıyor. Günümüzde mevcut olan teknoloji ile böyle bir proje tasarlamak mümkün değil. Pratik olmayan bilim projeleri geliştirmek için zaman ve para kullanmak yerine, işe yaradığı kanıtlanmış işlevsel güneş enerjisi çiftliklerini finanse etmek gibi gerçek gelişmeler sağlanabilir.

Belki gelecekte trafiğin stresine dayanabilecek ve elektrik üretebilecek bir malzeme olacaktır. Ancak o zaman, şimdi değil. Fikir inanılmaz derecede havalı ama maalesef tamamen pratik değil.

Kaynak: Interesting Engineering