Ürdün ve Katar’da bulunan üniversitelerdeki araştırmacılar tarafından geliştirilen ikiz teknolojili güneş kulesinin günün her saati enerji sağlayabildiği gösterildi. Yeni araştırmaya göre bu yeni tasarım sıcak ve kuru kuru alanlarda etkili bir şekilde çalışıyor. Bu arada “güneş kulesi” isimlendirmesine rağmen bu sistem fotovoltaik panellere ihtiyaç duymuyor.
Güneş enerjisi kulesi uzun yıllardır geliştirilmekte olan ancak ticari olarak fazla ilerleme kaydedilemeyen bir teknoloji. Tıpkı güneş panelleri gibi bu teknoloji de sadece gündüzleri çalışabiliyordu ancak ekonomik bir enerji kaynağı olabilmesi için çok uygun şartlar ve büyük ölçekler gerektiriyor. Bu etmenler de bu sistemin ticari bir enerji şekli olamamasının temel nedenlerinden.
Ürdün ve Katar'daki araştırmacılar arasında yapılan ortak çalışma ise tam olarak bu sorunlara ağırlık vererek güneş enerjisi kulelerinde tasarımsal eksiklikler ve sorunlar tespit ettiler. Güneş kulelerinin standart kurulumunda, güneş ışınlarını kullanarak üzerindeki havayı ısıtmak için büyük, dairesel cam kolektörler kullanılıyor. Sonrasında ısınan sıcak hava yükseliyor, bu ısıtılmış hava uzun bir updraft kulesinden geçiriliyor ve kulede bulunan bir türbini hareket ettiriyor.
Yeni güneş kulesi tasarımı
Araştırmacılar yaptıkları incelemede, bu tarz geleneksel bir güneş kulesi tasarımının daha düşük bir termal verimliliğe sahip olduğunu buldular. Sistemin çıktısını iyileştirmek için daha büyük cam kolektörlerin kullanılması gerekiyor ki bu da kurulumun girdi maliyetini daha da artırıyor ve konsepti ticarileşmekten uzaklaştırıyor.
Bu verimliliği artırmaya yönelik önceki girişimler baca yüksekliğini artırmaya veya havalandırmayı iyileştirmeye odaklanmış ancak yüksek getiri elde edilememişti. Araştırmacıların yenilikçi yaklaşımı ise yukarı çekiş (updraft) kulesinin dışına ikincil bir kule yerleştirilmesini ve türbinden bir kez geçen kuru, sıcak havanın üzerine bir miktar su serpilmesini içeriyor.
Su ilavesi havayı daha ağır ve daha soğuk hale getiriyor ve bu da yerçekiminin bir sonucu olarak molekülleri aşağıya doğru çekiyor. Bu aşağı akış daha sonra baca kulesine harici olarak yerleştirilen ve daha fazla elektrik üreten türbinlere sahip olan dar kanallara yönlendiriliyor.
Enerji çıktısı ve sınırlamalar
Araştırmacılar, Twin-Technology Solar System (TTSS) adını verdikleri yenilikçi güneş kulesi tasarımlarının geleneksel bir güneş kulesinden 2,14 kat daha fazla güç üretebileceğini tahmin ediyor. TTSS tasarımı havanın hem yukarı hem de aşağı akışı sırasında enerji ürettiği için bu şaşırtıcı değil. Dış kule, sıcaklığın en yüksek ve nemin en düşük olduğu öğleden sonra saatlerinde en iyi performansı gösterirken, iç kuleler güneş ışınımından bağımsız olarak çalışır ve geceleri bile enerji üretmeye devam edebilir. Bu da yeni tasarımı 24 saat çalışan yenilenebilir enerji kaynağı haline getiriyor.
Önceki geleneksel sistemlere rağmen TTSS’nin uygulanabilirliği daha yüksek olsa da araştırmacılar, cihazın performansının yüksek nemden büyük ölçüde etkilendiğini ve bu nedenle sıcak ve kuru havalar için ideal olduğunu kabul ediyor. Suudi Arabistan'ın başkenti Riyad’tan alınan yerel hava durumu verileri kullanılarak yapılan bir simülasyon testi, tek bir TTSS'nin yıllık 753 MWh enerji üretebileceğini, 350 MWh enerjinin yukarı doğru çekişli kule tarafından üretilirken aşağı doğru çekişli kulenin 400 MWh enerji ürettiğini gösteriyor.
Ek olarak sıcak çöl koşullarında kullanıldığında sistemde sürekli suya ihtiyaç duyulması da bir sınırlama olarak ortaya çıkıyor. Araştırmacılar şimdi bu çözümün nasıl ölçeklendirilebileceği ve diğer yenilenebilir enerji türleriyle nasıl entegre edilebileceği üzerinde çalışıyorlar.