Jenis Sel Surya: Fungsi, Desain, dan Aplikasi Praktis

Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari tentang sel surya dan prinsip kerjanya, berbagai jenis sel surya, konstruksi serta aplikasi sel surya. Anda juga dapat mengunduh file PDF gratis dari artikel ini.

Sel Surya dan Jenisnya

Apa itu Sel Surya?

Dalam konversi fotovoltaik (PV), radiasi matahari jatuh pada perangkat semikonduktor yang disebut sel surya, yang mengubah sinar matahari secara langsung menjadi listrik.

Sebuah skema sel fotovoltaik (sel PV) atau sel surya ditampilkan dalam gambar.

Sel surya bekerja berdasarkan efek cahaya pada junc di antara dua jenis semikonduktor yang disebut tipe p dan tipe n. Tipe n memiliki kelebihan elektron, sedangkan tipe p memiliki kekurangan elektron.

Ketika cahaya terang menyinari sel, energi dari cahaya yaitu foton memungkinkan elektron untuk terlepas dari junc di antara keduanya.

Hal ini disebut efek fotoelektrik. Untuk silikon kristal tunggal (4 elektron valensi), 'p' diperoleh dengan mendop silikon dengan bor (3 elektron valensi) dan biasanya tebal 1 um; 'n' diperoleh dengan mendop dengan arsena atau fosfor (5 elektron valensi) dan biasanya tebal 800 um.

Baca juga: Apa itu Panel Surya? Jenisnya, Cara Kerja, Keuntungan, dan Lainnya

Jenis Sel Surya

Berikut adalah berbagai jenis sel surya yang digunakan dalam panel surya:

1. Sel surya silikon amorf (a-Si).
2. Sel surya biohibrid.
3. Sel surya kontak terpendam.
4. Sel surya telurida kadmium (Cd Te).
5. Sel PV terkonsentrasi (CVP dan HCVP).
6. Sel surya tembaga indium galium selenida (CI(G)S).
7. Sel surya silikon kristal (C-Si).
8. Sel surya terurai warna.
9. Sel surya hibrid.
10. Sel surya multi-junction.
11. Sel surya monokristal.
12. Sel surya nano-kristal.
13. Sel fotoelektrokimia.
14. Sel surya padat.
15. Sel surya tipis (Thin-Film).
16. Sel surya berbasis wafer.

#1 Sel Surya Silikon Amorf (a-Si)

Ini adalah versi modifikasi dari sel surya tipis. Jenis sel surya ini menggunakan tiga lapis silikon amorf sehingga masing-masing memiliki energi beda cahaya yang berbeda. Beda cahaya yang berbeda memungkinkan setiap lapis merespons bagian berbeda dari spektrum energi Matahari sebagai cara untuk meningkatkan efisiensi konversi.

Sel amorf menawarkan efisiensi yang lebih tinggi daripada jenis lainnya dan mudah ditemukan. Namun, mereka memerlukan luas permukaan dua kali lipat untuk menghasilkan daya yang sama dengan sel surya monokristal.

#2 Sel Surya Biohibrid

Sel surya biohibrid terdiri dari bahan organik (yang mengandung karbon) yang merupakan fotosistem dan bahan anorganik (bukan karbon). Beberapa lapis fotosistem mengumpulkan energi fotonik, mengubahnya menjadi energi kimia, dan menciptakan arus yang melewati sel.

Keuntungan utama sel surya biohibrid adalah mengubah energi matahari menjadi listrik dengan efisiensi 100%. Ini berarti sedikit atau tidak ada daya yang hilang melalui perubahan dari energi kimia menjadi energi listrik.

#3 Sel Surya Kontak Terpendam

Sel surya kontak terpendam adalah teknologi sel surya berkinerja tinggi. Jenis ini bekerja berdasarkan kontak logam yang ditempa di dalam lorong yang dibentuk laser.

Mereka dapat memberikan kinerja yang lebih baik sekitar 25% dibandingkan sel surya layar cetak komersial. Peningkatan efisiensi dalam teknologi kontak terpendam memberikan manfaat biaya dan kinerja yang signifikan.

#4 Sel Surya Telurida Kadmium (Cd Te)

Jenis sel surya ini menggunakan telurida kadmium dalam lapis semikonduktor tipis yang dirancang untuk menyerap dan mengubah sinar matahari menjadi listrik. Lapisan ini bertindak sebagai lapis konversi foto primer dan menyerap sebagian besar cahaya terlihat dalam mikron pertama bahan.

Di mana lapis TCO menciptakan medan listrik yang mengubah cahaya yang diserap dalam lapis CdTe menjadi arus dan tegangan. Sistem ini jauh lebih efisien dibandingkan silikon kristal yang setara.

#5 Sel PV Terkonsentrasi (CVP dan HCVP)

Sel PV terkonsentrasi menghasilkan energi listrik dengan cara yang sama seperti sistem fotovoltaik konvensional. CVP biasanya menggunakan cermin lengkung untuk memfokuskan sinar matahari pada sel surya multi-junction yang kecil dan sangat efisien. Ini dapat memberikan efisiensi sekitar 40% dan juga lebih murah.

#6 Sel Surya Tembaga Indium Galium Selenida (CI(G)S)

Sel surya tembaga indium galium selenida digunakan untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Biasanya dibuat dengan menambahkan lapis tipis tembaga, indium, galium, dan selenida pada pembalut kaca atau plastik, bersama dengan elektroda untuk menyimpan arus.

Karena bahan memiliki koefisien serap yang tinggi dan menyerap sinar matahari dengan kuat, diperlukan film yang jauh lebih tipis. Bahan-bahan ini dapat menyerap sebagian besar spektrum matahari, memungkinkan mereka mencapai efisiensi tertinggi.

#7 Sel Surya Silikon Kristal (C-Si)

Silikon kristal adalah bahan semikonduktor utama yang digunakan dalam teknologi fotovoltaik untuk menghasilkan sel surya. Sel surya ini terdiri dari partikel silikon yang saling terhubung untuk membentuk jaring kristal.

Jaring kristal ini menyediakan sistem terorganisir yang membuat konversi cahaya menjadi listrik lebih efisien. Karena memiliki efisiensi tinggi, ini mengurangi biaya instalasi akhir.

#8 Sel Surya Terurai Warna

Ini adalah sel surya tipis berbiaya rendah berdasarkan semikonduktor yang terbentuk di antara anoda sensitif cahaya dan elektrolit, sistem fotoelektrokimia. Perangkat ini digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik dengan menggunakan warna organik dan semikonduktor.

Dibandingkan jenis sel surya lainnya, mereka bekerja lebih baik dalam kondisi suhu tinggi dan cahaya berserakan. Selain itu, hemat biaya, mudah diproduksi, dan mudah dimanipulasi.

#9 Sel Surya Hibrid

Jenis sel surya ini terdiri dari dua bahan, semikonduktor organik dan anorganik. Bahan organik terdiri dari polimer terkonjugasi yang menyerap cahaya sebagai pemberi dan mengangkut pori.

Di sisi lain, bahan anorganik digunakan sebagai penerima dan pengangkut elektron dalam struktur. Keuntungan sistem surya hibrid adalah menyimpan energi surya dan listrik berbiaya rendah. Penggunaan energi surya telah menjadi可能 selama waktu penggunaan maksimal.

#10 Sel Surya Multi-junction

Ini adalah sel surya dengan beberapa junc p-n yang terbuat dari berbagai bahan semikonduktor. Dalam hal ini, junc p-n dari setiap bahan akan menghasilkan arus listrik sebagai respons terhadap panjang gelombang cahaya yang berbeda.

Sel-sel ini dapat menyerap panjang gelombang cahaya matahari yang masuk menggunakan lapisan terpisah. Ini membuat mereka lebih efisien dalam mengubah cahaya matahari menjadi listrik dibandingkan sel single-junction.

#11 Sel Surya Monokristal

Jenis sel surya ini terdiri dari batang silikon silinder yang terbuat dari satu kristal silikon dengan kelembaban tinggi yang mirip dengan semikonduktor. Ini bekerja seperti sel surya policristal.

Ketika sinar matahari jatuh pada sel surya monokristal, mereka menyerap energi, dan melalui proses kompleks menciptakan medan listrik. Medan listrik ini mencakup tegangan dan arus yang menghasilkan listrik. Sel surya monokristal memiliki efisiensi yang relatif tinggi.

#12 Sel Surya Nano-kristal

Sel surya nano-kristal terbuat dari bahan yang dilapisi dengan nano-kristal. Nano-kristal terbuat dari silikon, CdTe, atau SiGs dan substrat biasanya silikon atau berbagai semikonduktor organik.

Nano-kristal ini terbentuk melalui proses spin coating yang melibatkan penarikan volume solusi titik kuantum pada permukaan datar. Solusi ditaburkan merata, dan permukaan diputar sampai ketebalan yang diperlukan tercapai.

#13 Sel Fotoelektrokimia

Sel surya ini menyerap sumber sinar matahari pada semikonduktor atau fotosensitiser untuk menghasilkan energi listrik, mirip dengan sel surya terurai warna.

Dalam hal ini, setiap sel terdiri dari satu atau dua fotoelektroda semikonduktor dan juga elektroda logam dan referensi tambahan yang direndam dalam elektrolit. Ini berbiaya rendah dan proses cukup mudah yang merupakan salah satu keuntungannya.

#14 Sel Surya Padat

Sel surya padat biasanya digunakan untuk peralatan semikonduktor yang mirip dengan dioda semikonduktor dan rangkaian terpadu. Mereka juga digunakan dalam elektronika semikonduktor tanpa bagian bergerak yang mengganti perangkat dengan bagian bergerak.

Ini terdiri dari dua kristal, satu dengan dop semikonduktor tipe n yang memperkuat elektron bebas konduksi tambahan. Dan yang lain dengan dop semikonduktor tipe p yang menambahkan lebih banyak lubang elektron.

#15 Sel Surya Tipis (Thin-Film)

Jenis ini dirancang untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel surya tipis dibuat dengan menambahkan satu atau lebih lapis tipis pada substrat fleksibel, seperti kaca, plastik, atau logam.

Saat ini, berbagai jenis sel surya tipis digunakan karena biaya relatif rendah dan efisiensi dalam generasi daya. Selain itu, digunakan dalam berbagai teknologi termasuk telurida kadmium, selenida diselenida tembaga indium galium, dan silikon tipis amorf.

#16 Sel Surya Berbasis Wafer

Seperti yang namanya suggest, sel silikon berbasis wafer terbuat dari irisan silikon kristal tunggal atau multi-kristal. Mereka dapat mencapai efisiensi tertinggi dari setiap jenis teknologi fotovoltaik. Dalam sel surya ini, semua lapis fungsional ditambahkan pada substrat dan ditranskripsikan untuk memisahkan sub-sel yang terhubung secara listrik.

Cara Kerja Sel Surya

Foton matahari mengenai sisi p mikro tipis dari sel dan menembus ke junc untuk menghasilkan pasangan elektron-lubang. Ketika sel terhubung ke beban, seperti yang ditunjukkan, elektron akan menyebar dari n atas. Arah arus (I) berlawanan dengan arah elektron.

Biasanya karakteristik tegangan-arus ditampilkan dalam gambar pada dua tingkat radiasi matahari yang berbeda, untuk masing-masing Voc = tegangan sirkuit terbuka, Isc = arus pendek. Daya ideal sel adalah Vo.Isc. Daya berguna maksimum adalah luas persegi panjang terbesar yang dapat dibentuk di bawah kurva I-V.

Jika tegangan dan arus yang sesuai dengan situasi ini ditunjukkan oleh Vm dan I’m dan kemudian daya berguna maksimum adalah VmIm. Rasio daya berguna maksimum terhadap daya ideal disebut faktor penuh (k). Nilai typikal faktor-faktor ini untuk sel silikon adalah:

Voc = 450 hingga 400 mV; Ioc = 30 hingga 50 mA/cm², K = 0.65 hingga 0.80.

Sel surya dalam bentuk film tipis atau wafer mengubah dari 3% hingga kurang dari 30% energi matahari yang jatuh menjadi listrik arus searah. Penyambungan sel seperti ini dalam konfigurasi seri-paralel memungkinkan desain panel surya dengan tegangan tinggi hingga beberapa kilovolt.

Digabungkan dengan peralatan penyimpanan energi dan kondisi daya, sel-sel ini dapat digunakan sebagai bagian integral dari sistem konversi listrik surya lengkap.

Aplikasi Sel Surya

Ada banyak aplikasi praktis untuk penggunaan panel surya atau fotovoltaik. Pertama kali digunakan dalam pertanian sebagai sumber daya untuk irigasi. Dalam perawatan kesehatan, panel surya dapat digunakan untuk pendingin persediaan medis. Modul PV digunakan dalam sistem fotovoltaik dan mencakup berbagai jenis perangkat listrik:

Berikut adalah daftar berbeda dari aplikasi sel surya:

1. Stasiun tenaga fotovoltaik.
2. Sistem PV atap.
3. Sistem PV mandiri.
4. Sistem tenaga hibrid surya.
5. Fotovoltaik terkonsentrasi.
6. Panel surya.
7. Dalam laser dipompa surya.
8. Kendaraan surya.
9. Digunakan dalam panel surya pada kapal angkasa dan stasiun angkasa.

---

Itu saja, terima kasih telah membaca. Jika Anda memiliki pertanyaan tentang “jenis sel surya” tanyakan di komentar. Jika Anda suka artikel ini, silakan bagikan dengan teman-teman Anda.

Langganan newsletter kami untuk lebih banyak konten: