Beranda » Sumber Energi » Memahami Panel Surya

Memahami Panel Surya


Artikel ini akan mempelajari tentang panel surya dan bagaimana cara penggunaannya.

Proses dasar yang terjadi pada panel surya adalah diubahnya radiasi matahari menjadi listrik arus searah, proses perubahan itu dilakukan oleh sel fotovoltaik, yang merupakan perangkat semikonduktor. Karena matahari merupakan sumber radiasi, maka sering disebut sebagai panel surya.

Panel Surya sel fotovoltaik

Istilah “fotovoltaik” adalah kombinasi dari kata Yunani “phos,” yang berarti “cahaya,” dan “tegangan,” yang dinamai fisikawan Italia Alessandro Volta.

Bahan Semikonduktor

Bahan semikonduktor digunakan untuk membuat sel PV. Semikonduktor adalah zat yang memiliki sifat isolator dan juga konduktor. Pada suhu yang sangat rendah, semikonduktor berperilaku sebagai isolator, dan konduktivitasnya meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Pada suhu normal, konduktivitas listrik semikonduktor berada di antara isolator dan konduktor. Beberapa semikonduktor juga menghasilkan tegangan atau menunjukkan perubahan konduktivitas listrik ketika terkena cahaya.

Sebagian besar sel PV menggunakan variasi silikon yang diubah melalui proses doping untuk menjadikannya semikonduktor yang sesuai. Doping adalah proses mengubah sifat listrik semikonduktor dengan menambahkan sejumlah kecil elemen pengotor. Empat elektron valensi (luar) dalam ikatan silikon kristal murni dengan elektron terluar atom silikon lain untuk membuat struktur kristal.

Ketika atom boron dengan tiga elektron valensi ditambahkan ke kristal silikon, atom boron menggantikan beberapa atom silikon. Ada kekosongan elektron dalam struktur kristal di mana boron berikatan dengan silikon karena elektron keempat hilang. Kekosongan ini juga dikenal sebagai lubang karena dapat diisi oleh elektron lain. Tidak adanya muatan negatif ini disebut sebagai pembawa muatan positif.

Panel Surya atom boron dengan tiga elektron valensi

Ketika fosfor, yang memiliki lima elektron valensi, ditambahkan ke silikon, elektron tambahan diperoleh di lokasi ikatan fosfor ke silikon. Karena elektron ini hanya terikat secara longgar pada atom fosfor, elektron ini dapat dengan mudah diinduksi untuk melewati materi. Ini dianggap sebagai pembawa muatan negatif. Semikonduktor tipe-n adalah semikonduktor yang memiliki elektron bebas.

Baca Juga :  Proses pembangkit listrik gelombang laut

Efek Fotovoltaik

Efek fotovoltaik adalah mekanisme fisik dasar di mana sebuah sel PV merubah cahaya menjadi listrik. Ketika suatu bahan menyerap foton dengan energi di atas ambang batas tertentu, efek fotovoltaik menyebabkan elektron bergerak di dalam bahan. Foton adalah satuan radiasi elektromagnetik. Foton memiliki jumlah energi yang bervariasi berdasarkan panjang gelombangnya, dengan panjang gelombang yang lebih pendek memiliki energi yang lebih tinggi. Foton cahaya mentransfer energinya ke elektron pada permukaan material. Elektron ekstra dengan energi yang cukup untuk melepaskan diri dari atom mereka dilakukan sebagai arus listrik.

Panel surya fotovoltaik adalah sambungan pn padan lapisan datar yang tipis. Persimpangan pn adalah persimpangan antara lapisan yang berdekatan dari bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Pada saat sambungan pn terpapar cahaya, foton berenergi tinggi yang terserap pada sambungan mengalirkan energinya ke elektron di dalam material, hal ini menyebabkan elektron berpindah ke bagian yang memiliki energi lebih tinggi. Elektron memperoleh energi potensial sampai kembali ke keadaan energi yang lebih rendah.

Banyak foton yang mencapai sel PV memiliki energi lebih besar dari jumlah yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron ke keadaan konduktif. Energi ekstra memberikan panas ke dalam struktur kristal panel surya.

Ketika elektron ini tereksitasi, kemudian dapat berpindah ke atom lain, sehingga meninggalkan rongga atau lubang. Lubang dapat bertindak dengan cara yang mirip dengan elektron, tampak bergerak ketika elektron sekitar bergerak untuk mengisi lubang, tetapi tetap terikat dengan muatan positif. Medan listrik yang dihasilkan oleh sambungan pn mencegah elektron dan hole untuk segera bergabung kembali, yang tidak akan menghasilkan tenaga.

Baca Juga :  Inovasi Baru : Bahan Bakar Alternatif Dari Air Seni

Elektron ditolak dari lapisan tipe-p menuju permukaan atas sel, dan hole ditolak dari lapisan tipe-n menuju permukaan bawah. Ini menciptakan perbedaan potensial listrik (tegangan) antara permukaan atas dan bawah.

Kontak logam pada permukaan atas sel menangkap elektron bebas, sedangkan hole berpindah ke permukaan bawah. Elektron mengalir dari permukaan atas ke permukaan bawah untuk bergabung kembali dengan hole. Ini dicapai dengan menghubungkan permukaan dengan beban dan konduktor. Elektron mengalir melalui beban, dengan pemakaian beban, kemudian kembali di permukaan belakang panel surya dan bergabung kembali dengan hole.

Proses pemisahan elektron dan hole dilakukan oleh energi foton, dan melakukan kerja sebelum bergabung kembali, terjadi terus menerus saat sel PV terkena cahaya. Tidak ada cara untuk mematikan perangkat PV selain sepenuhnya menutupi permukaan dengan bahan buram sehingga tidak ada cahaya yang terpapar ke panel surya.

Bahan Panel Surya

Sel PV dapat diproduksi dari berbagai bahan semikonduktor, meskipun silikon kristalin adalah yang paling umum. Bahan baku dasar untuk produksi panel surya silikon setidaknya 99,99% polisilikon murni, produk yang dimurnikan dari pasir kuarsa dan silika. Berbagai tingkat polisilikon, mulai dari semikonduktor hingga tingkat metalurgi, dapat digunakan dalam produksi sel PV dan mempengaruhi kualitas dan efisiensi sel yang dihasilkan.

Dibandingkan dengan bahan lain, sel silikon kristal (c-Si) memiliki rasio kinerja-terhadap-biaya terbaik, dan menggunakan banyak bahan mentah dan proses yang sama dengan industri semikonduktor. Namun, penelitian yang signifikan akan mengembangkan teknologi bahan sel PV baru dan juga meningkatkan kinerja, dan mengurangi biaya produksi yang ada.

Berbagai bahan dan teknologi PV menghasilkan efisiensi yang berbeda.

Baca Juga :  Tentang Generator Listrik dan Fungsinya
BAHAN  EFISIENSI SAMPEL KOMERSIAL KHUSUS  EFISIENSI LABORATORIUM TERBAIK
Multijunction Gallium Arsenide (GaAs), concentrator38 to 4043.5
Multijunction Gallium Arsenide (GaAs), non-concentrator28 to 3234.1
Monocrystalline silicon15 to 1827.6
Polycrystalline silicon11.5 to 1420.4
Copper indium gallium selenide (CIGS)12 to 1420.3
Cadium telluride (CdTe)9 to 1117.3
Amorphous silicon (a-Si)8 to 912.5
Dye-sensitized (Gratzel)8 to 1011.8
Polymer Organic2 to 410.0

Sel Gallium arsenide (GaAs) lebih efisien daripada sel c-Si, tetapi biaya tinggi dan toksisitas bahan GaAs telah membatasi penggunaannya untuk aplikasi luar angkasa. Gallium juga dapat dicampur dengan indium, fosfor, dan aluminium untuk membuat semikonduktor yang merespons panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang berbeda. Properti ini digunakan untuk membuat sel multijunction, menghasilkan sel yang sangat efisien yang menarik untuk aplikasi PV yang terkonsentrasi.

Sel multijungsi adalah sel yang memaksimalkan efisiensi dengan menggunakan lapisan sel individu yang masing-masing merespons panjang gelombang energi matahari yang berbeda. Lapisan atas menangkap radiasi panjang gelombang terpendek, sedangkan komponen panjang gelombang yang lebih panjang melewati dan diserap oleh lapisan bawah.

Perangkat PV film tipis adalah pendekatan berbasis modul untuk desain sel. Modul film tipis adalah perangkat PV tingkat modul dengan seluruh substratnya dilapisi lapisan tipis bahan semikonduktor menggunakan teknik deposisi uap kimia dan kemudian digoreskan dengan laser untuk menggambarkan sel individu dan membuat sambungan listrik antar sel.

Silikon amorf (a-Si), copper indium gallium selenide (CIGS), dan cadmium telluride (CdTe) adalah beberapa teknologi film tipis yang bersaing saat ini. Modul film tipis lebih murah untuk diproduksi dan menggunakan bahan baku yang jauh lebih sedikit daripada modul silikon kristal, tetapi sebagian besar kurang efisien daripada silikon kristal dan mungkin tidak tahan lama di lapangan.

Panel surya fotoelektrokimia adalah sel yang mengandalkan proses kimia untuk menghasilkan listrik dari cahaya daripada menggunakan semikonduktor. Sel fotoelektrokimia termasuk sel peka-pewarna (Grätzel) dan sel polimer (plastik) dan kadang-kadang disebut sel organik. Efisiensi untuk sel-sel ini masih rendah, dan korosi dari paparan air merupakan masalah utama, tetapi teknologi ini terus menjanjikan.

Bagikan
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Situs ini menggunakan Akismet untuk mengurangi spam. Pelajari bagaimana data komentar anda diproses.