Tenaga Surya Fotovoltaik

Daya Fotovoltaik Surya

Tenaga surya fotovoltaik (PV) adalah metode menghasilkan tenaga listrik dengan mengubah radiasi energi matahari menjadi tenaga listrik arus searah menggunakan semikonduktor yang menunjukkan efek fotovoltaik. Tenaga surya PV adalah sumber energi terbarukan dan berkelanjutan. Tenaga surya PV sekarang merupakan sumber energi terbarukan terpenting ketiga setelah tenaga air dan angin dalam hal kapasitas terpasang secara global. Sel surya, juga disebut sel fotovoltaik oleh para ilmuwan, mengubah energi matahari langsung menjadi listrik. PV mendapatkan namanya dari proses mengubah cahaya (foton) menjadi listrik (tegangan), yang disebut 'efek fotovoltaik (PV)'. Efek PV mengacu pada foton elektron yang menarik cahaya ke tingkat energi yang lebih tinggi, memungkinkan mereka untuk bertindak sebagai pembawa muatan untuk arus listrik. Efek PV pertama kali diamati oleh Alexandre-Edmond Bequerel pada tahun 1839. Istilah fotovoltaik menunjukkan mode operasi yang tidak bias dari fotodioda di mana arus yang melalui perangkat sepenuhnya disebabkan oleh energi cahaya yang ditransduksi. Hampir semua perangkat fotovoltaik adalah beberapa jenis fotodioda. Efek PV silikon (elemen yang ditemukan di pasir) ditemukan pada tahun 1954, ketika para ilmuwan di Bell Telephone menemukan bahwa silikon menciptakan muatan listrik saat terkena sinar matahari.

Energi matahari merupakan sumber energi yang paling melimpah di bumi. Konversi langsung energi matahari menjadi tenaga listrik dalam sel PV adalah salah satu dari tiga teknologi aktif surya. Dua teknologi lainnya adalah 'concentrating solar power (CSP)' dan 'solar thermal collectors for heating and cooling (HSC)'. Saat ini PV menyediakan lebih dari 0,1% dari total pembangkit energi global. Ia juga memiliki masa depan yang menjanjikan. Kapasitas PV global meningkat pada tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata lebih dari 40% sejak tahun 2000 dan memiliki potensi yang signifikan untuk pertumbuhan jangka panjang di tahun-tahun mendatang. Tenaga surya PV adalah teknologi andal yang tersedia secara komersial untuk pembangkit listrik. Tenaga surya PV tidak hanya memberikan kontribusi pengurangan emisi gas rumah kaca yang signifikan, tetapi juga memberikan manfaat dalam hal keamanan pasokan energi dan pembangunan sosial ekonomi. Karena meningkatnya permintaan akan sumber energi terbarukan, pembuatan sel surya dan fotovoltaik telah meningkat pesat dalam beberapa tahun terakhir.

Sel surya menghasilkan listrik arus searah dari sinar matahari yang dapat digunakan untuk menyalakan peralatan atau untuk mengisi ulang baterai. Aplikasi praktis pertama dari fotovoltaik adalah untuk memberi daya pada satelit yang mengorbit dan pesawat ruang angkasa lainnya, tetapi saat ini sebagian besar modul fotovoltaik digunakan untuk pembangkit listrik yang terhubung ke jaringan. Dalam hal ini inverter digunakan untuk mengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC).

Panel surya yang digunakan untuk pembangkit listrik biasanya terbuat dari sel surya yang digabungkan menjadi modul yang menampung sekitar 40 sel. Banyak panel surya digabungkan bersama untuk menciptakan sistem yang disebut susunan surya. Kabel surya tembaga menghubungkan modul (kabel modul), array (kabel array), dan sub-bidang. Sebuah bangunan biasa akan menggunakan sekitar 10 sampai 20 panel surya untuk memenuhi kebutuhan listriknya. Untuk utilitas listrik besar atau aplikasi industri, ratusan panel surya saling terhubung untuk membentuk sistem PV skala utilitas besar.

Untuk kinerja terbaik, panel surya PV bertujuan untuk memaksimalkan waktu menghadap matahari untuk pembangkit listrik yang lebih tinggi. Pelacak surya mencapai ini dengan menggerakkan panel PV untuk mengikuti matahari. Hal ini memungkinkan mereka untuk menangkap sebagian besar sinar matahari. Peningkatannya bisa sebanyak 20% di musim dingin dan sebanyak 50% di musim panas. Sistem terpasang statis dapat dioptimalkan dengan analisis jalur matahari. Panel sering diatur ke kemiringan garis lintang, sudut yang sama dengan garis lintang, tetapi kinerja dapat ditingkatkan dengan menyesuaikan sudut untuk musim panas dan musim dingin. Umumnya, seperti perangkat semikonduktor lainnya, suhu di atas suhu kamar mengurangi kinerja sel fotovoltaik.

Sel surya terdiri dari lapisan bahan semi konduktor. Ketika cahaya menyinari sel itu menciptakan medan listrik melintasi lapisan, menyebabkan listrik mengalir. Semakin besar intensitas cahaya semakin besar pula aliran listriknya. Namun sistem PV juga dapat menghasilkan listrik pada hari berawan. Tidak perlu sinar matahari yang cerah untuk beroperasi. Kinerja sel surya diukur dalam hal efisiensi mengubah sinar matahari menjadi listrik. Modul PV surya yang memiliki efisiensi 12,5% berarti mengubah seperdelapan sinar matahari yang mengenai modul menjadi listrik.

Kapasitas daya fotovoltaik diukur sebagai keluaran daya maksimum di bawah kondisi uji standar (STC) dalam 'Wp' (puncak Watt). Output daya aktual pada titik waktu tertentu mungkin kurang dari atau lebih besar dari nilai standar, atau 'dinilai' ini, tergantung pada lokasi geografis, waktu, kondisi cuaca, dan faktor lainnya. Faktor beban pembangkit (PLF) array fotovoltaik surya biasanya kurang dari 25%, yang lebih rendah daripada banyak sumber listrik industri lainnya.

Sel PV surya

Sel surya tradisional terbuat dari silikon. Mereka biasanya pelat datar dan umumnya yang paling efisien. Sel membutuhkan perlindungan dari lingkungan dan biasanya dikemas rapat di balik lembaran kaca. Teknologi fotovoltaik menggunakan jenis sel surya berikut.

• Sel surya silikon kristal – Ini adalah sel surya paling efisien dan terbuat dari 'silikon kelas surya'. Teknologi ini pertama kali dikembangkan dan hari ini mewakili sebagian besar aplikasi di panel surya. Sel dibuat dari irisan tipis (wafer) yang dipotong dari kristal tunggal silikon (silikon mono kristal c-Si) atau dari blok kristal silikon (poli atau silikon multikristalin poli-Si atau mc-Si). Sel wafer kristal tunggal cenderung mahal karena dipotong dari batangan silinder. Mereka tidak sepenuhnya menutupi modul sel surya persegi tanpa limbah silikon yang cukup besar. Biasanya ada celah terbuka di keempat sudut sel yang terbuat dari kristal tunggal. Sel silikon poli atau multi kristal dibuat dari ingot persegi tuang yang merupakan blok besar silikon cair yang didinginkan dan dipadatkan dengan hati-hati. Sel Poly-Si lebih murah untuk diproduksi daripada sel silikon kristal tunggal, tetapi kurang efisien.
• Sel surya film tipis – Ini adalah sel surya generasi kedua dan dibuat dengan mendepositkan lapisan yang sangat tipis dari bahan sensitif foto ke bahan pelapis berbiaya rendah seperti kaca, baja tahan karat, atau plastik. Bahan fotosensitif yang digunakan adalah bahan silikon amorf dan bahan non silikon seperti cadmium telluride (Cd-Te), copper indium gallium selenide/sulfida (CIGS). Sel surya film tipis menggunakan lapisan bahan semi konduktor yang tebalnya hanya beberapa mikrometer. Penghitungan biaya produksi yang lebih rendah menyeimbangkan efisiensi yang lebih rendah dari teknologi ini. Mereka telah menjadi populer dibandingkan dengan silikon wafer karena biaya dan keuntungan yang lebih rendah termasuk fleksibilitas, bobot yang lebih ringan, dan kemudahan integrasi. Proses pembuatan film tipis yang khas meliputi (i) pelapisan substrat dengan lapisan konduktor transparan, (ii) pengendapan lapisan aktif dengan berbagai teknik seperti pengendapan uap kimia/fisik, (iii) metalisasi sisi belakang (kontak) menggunakan laser scribing atau sablon tradisional, dan (iv) enkapsulasi dalam casing polimer kaca. Teknik roll to roll sering digunakan dengan substrat fleksibel untuk mengurangi waktu dan biaya produksi.

• Jenis sel lainnya – Beberapa jenis teknologi PV lainnya sedang dikembangkan saat ini atau mulai dikomersialkan. Ini adalah sel surya generasi ketiga yang dibuat dari berbagai bahan baru termasuk tinta surya menggunakan teknologi mesin cetak konvensional, pewarna surya dan plastik konduktif. Beberapa sel surya baru menggunakan lensa plastik atau cermin untuk memusatkan sinar matahari ke bagian yang sangat kecil dari bahan PV efisiensi tinggi. Bahan PV lebih mahal, tetapi karena sangat sedikit yang dibutuhkan, sistem ini menjadi hemat biaya untuk digunakan oleh utilitas dan industri. Namun, karena lensa harus diarahkan ke matahari, penggunaan pengumpul konsentrat dibatasi pada bagian yang paling cerah.

Efisiensi konversi teknologi yang berbeda diberikan pada Tab 1. Umur sel PV surya adalah 25 tahun. Namun efisiensinya dan karenanya pembangkit listrik memburuk seiring waktu. Penurunannya adalah 10% dalam sepuluh tahun pertama dan 10% lainnya dalam 15 tahun ke depan.

Aplikasi Tenaga Surya Fotovoltaik

Sistem PV surya dapat dipasang di atap atau dapat dipasang di tanah. Ini bisa berupa pembangkit listrik yang terhubung ke jaringan atau bisa juga sistem off-grid. Sambungan ke jaringan memungkinkan kelebihan daya yang dihasilkan untuk ditransfer ke jaringan dan daya impor saat daya tidak dihasilkan karena tidak ada matahari. Sistem off-grid membawa listrik ke daerah-daerah terpencil. Sistem off-grid juga dapat digunakan untuk elektrifikasi pedesaan. Solar PV juga dapat digunakan untuk barang konsumsi. Skema pembangkit listrik tenaga surya ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Skema pembangkit listrik tenaga surya

Keuntungan tenaga surya PV

• Sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi berlimpah dan berpotensi menjadi sumber energi utama dunia.
• Tenaga surya bebas polusi saat digunakan.
• Instalasi PV memiliki masa pakai yang lama dengan perawatan yang sangat sedikit.
• Biaya pengoperasian instalasi PV sangat rendah.
• Listrik tenaga surya yang terhubung ke jaringan dapat digunakan secara lokal sehingga mengurangi kerugian transmisi/distribusi.

Kerugian tenaga surya PV

• Investasi awal tinggi.
• Membutuhkan tempat yang luas
• Tidak ada pembangkit listrik saat sinar matahari tidak tersedia
• Ukuran pembangkit maksimum untuk pembangkit listrik yang terhubung ke jaringan dibatasi hingga 10 MW.






Tenaga angin Fitur Utama Bar Modern dan Pabrik Bagian Ringan