Panel surya dibagi tiga, yaitu panel penangkap panas (solar thermal), panel yang memproduksi aliran elektron akibat sinar matahari yang diterima oleh dua lempeng dioda (efek fotovoltaik), dan panel hibrid yang menggabungkan fungsi panel thermal dan fotovoltaik. Panel penangkap panas dapat dimanfaatkan sebagai pemanas air yang airnya dapat langsung digunakan dan untuk menghasilkan uap yang kemudian digunakan untuk pembangkit listrik. Menara pembangkit (power tower) adalah jenis pembangkit listrik yang memanfaatkan panel surya penangkap panas. Sementara, panel fotovoltaik hanya untuk pembangkit listrik.
Prinsip kerja panel surya adalah mengubah radiasi sinar matahari menjadi panas atau aliran elektron. Radiasi matahari terdiri dari radiasi gelombang elektromagnetik inframerah (panjang) ke ultraviolet (pendek). Radiasi inilah yang akan ditangkap oleh panel surya untuk diubah menjadi panas atau efek fotovoltaik.
Panel surya penangkap panas secara umum diasosiasikan dengan panel untuk memproduksi air panas. Panel penangkap panas ini bisa menghasilkan panas hingga ribuan derajat celsius. Tingginya panas yang bisa dicapai ini membuat energi matahari bisa dimanfaatkan di berbagai bidang seperti, untuk penghangat ruangan (dibutuhkan di negara-negara 4 musim), memasak, produksi air panas untuk rumah tangga dan kegiatan komersial, industri, dan pembangkit listrik berbasis uap.
Tantangan utama penggunaan matahari sebagai energi adalah ketersediaan sepanjang waktu, baik pada saat medung maupun malam hari. Ide yang muncul adalah menyimpan panas yang dihasilkan pada saat siang hari sehingga bisa dimanfaatkan pada saat mendung atau malam hari. Berbagai cara telah dilakukan oleh para ilmuwan, yang paling populer adalah menyimpan panas dalam cairan dalam wadah yang tertutup (tanki) yang memiliki prinsip seperti termos air panas yang biasa kita jumpai di rumah-rumah untuk membuat kopi.
Berbagai media telah diuji untuk menyimpan panas matahari dalam tangki, termasuk air, udara, minyak, dan natrium. Dari berbagai media ini, Rockwell International memilih garam cair sebagai media terbaik. Garam cair digunakan memiliki keunggulan diantaranya cair pada tekanan atmosfer, murah, suhu operasi cocok dengan berbagai aplikasi yang umum ada, tidak mudah terbakar, dan tidak beracun. Garam cair telah banyak digunakan oleh industri kimia dan logam untuk mengangkut panas. Industri memiliki pengalaman yang sangat mumpuni dengan itu. Saat ini telah ditemukan senyawa garam cair yang bisa mencapai suhu 500 derajat celsius. Garam cair bersuhu tinggi ini disimpan di tanki tertutup. Panas yang tersimpan bisa bertahan dan dimanfaatkan dalam 1 minggu. Keunggulan garam cair inilah yang membuatnya panas radiasi matahari bisa dimanfaatkan saat cuaca berawan dan malam hari.
Bahkan, sistem penyimpan panas menggunakan garam cair telah diaplikasikan dalam pembangkit listrik. Untuk pembangkit 100 megawat, peneliti menggunakan tangki berukuran tinggi 9 meter dan diameter 24 meter. Pembangkit listrik Andasol di Spanyol adalah salah satu contoh penggunaan garam cair untuk penyimpanan panas. Pembangkit ini telah beroperasi pada Maret 2009 dan berhasil menghasilkan listrik 24 jam penuh (siang dan malam).
Penel surya penangkap panas dibagi tiga, yaitu pelat datar, tabung, dan cekung.
1. Panel Penangkap Panas (thermal)
Panel surya penangkap panas secara umum diasosiasikan dengan panel untuk memproduksi air panas. Panel penangkap panas ini bisa menghasilkan panas hingga ribuan derajat celsius. Tingginya panas yang bisa dicapai ini membuat energi matahari bisa dimanfaatkan di berbagai bidang seperti, untuk penghangat ruangan (dibutuhkan di negara-negara 4 musim), memasak, produksi air panas untuk rumah tangga dan kegiatan komersial, industri, dan pembangkit listrik berbasis uap.
Tantangan utama penggunaan matahari sebagai energi adalah ketersediaan sepanjang waktu, baik pada saat medung maupun malam hari. Ide yang muncul adalah menyimpan panas yang dihasilkan pada saat siang hari sehingga bisa dimanfaatkan pada saat mendung atau malam hari. Berbagai cara telah dilakukan oleh para ilmuwan, yang paling populer adalah menyimpan panas dalam cairan dalam wadah yang tertutup (tanki) yang memiliki prinsip seperti termos air panas yang biasa kita jumpai di rumah-rumah untuk membuat kopi.
Berbagai media telah diuji untuk menyimpan panas matahari dalam tangki, termasuk air, udara, minyak, dan natrium. Dari berbagai media ini, Rockwell International memilih garam cair sebagai media terbaik. Garam cair digunakan memiliki keunggulan diantaranya cair pada tekanan atmosfer, murah, suhu operasi cocok dengan berbagai aplikasi yang umum ada, tidak mudah terbakar, dan tidak beracun. Garam cair telah banyak digunakan oleh industri kimia dan logam untuk mengangkut panas. Industri memiliki pengalaman yang sangat mumpuni dengan itu. Saat ini telah ditemukan senyawa garam cair yang bisa mencapai suhu 500 derajat celsius. Garam cair bersuhu tinggi ini disimpan di tanki tertutup. Panas yang tersimpan bisa bertahan dan dimanfaatkan dalam 1 minggu. Keunggulan garam cair inilah yang membuatnya panas radiasi matahari bisa dimanfaatkan saat cuaca berawan dan malam hari.
Bahkan, sistem penyimpan panas menggunakan garam cair telah diaplikasikan dalam pembangkit listrik. Untuk pembangkit 100 megawat, peneliti menggunakan tangki berukuran tinggi 9 meter dan diameter 24 meter. Pembangkit listrik Andasol di Spanyol adalah salah satu contoh penggunaan garam cair untuk penyimpanan panas. Pembangkit ini telah beroperasi pada Maret 2009 dan berhasil menghasilkan listrik 24 jam penuh (siang dan malam).
Penel surya penangkap panas dibagi tiga, yaitu pelat datar, tabung, dan cekung.
A Panel Surya Pelat Datar
Panel surya pelat dasar dikembangkan oleh Hottel dan Whillier pada 1950-an. Panel ini terdiri dari (1) pelat datar berwarna gelap yang menyerap panas, (2) penutup transparan yang berfungsi mengurangi kehilangan panas, (3) penyalur panas (bisa berupa udara, antibeku, atau air) untuk menyerap panas dari pelat datar, dan (4) isolasi panas pendukung. Pelat penyerap panas terbuat dari lembaran pelat tipis (polimer termal stabil, aluminium, baja atau tembaga). Agar efektif menyerap panas, pelat diberi lapisan hitam (bisa berupa cat). Pelat dibungkus dengan isolasi dengan kaca atau polikarbonat bening, dimana terdapat ruang yang dapat dialiri cairan untuk memindahkan panas panas dari pelat. Cairan panas inilah yang akan dimanfaatkan sebagai pemanas melalui transfer panas langsung maupun tak langsung.
B Panel Surya Tabung
Panel matahari tabung lebih jamak digunakan oleh masyarakat Eropa. Negara 4 musim ini memanfaatkan tabung agar penyerapan sinar matahari lebih efektif sepanjang tahun tanpa terganggu dengan musim. Prinsip kerjanya sama dengan pelat datar. Bedanya, pada panel matahari tabung pelat ditempatkan di tengah-tengah tabung kaca. Bersama dengan pelat ditempatkan cairan atau udara. Cairan dalam tabung (bisa berupa air atau cairan anti beku) akan meningkat suhunya akibat radiasi matahari. Panas cairan ini akan dialirkan untuk pemanas baik secara langsung maupun tak langsung. Dalam satu panel surnya, dipasang beberapa tabung (pipa) penyerap panas.
C Panel Surya Cekung
Panel matahari cekung bisa berupa parabola dan bentuk cekung. Bentuk cekung ini membuat radiasi matahari bisa dikonsentrasikan untuk menghasilkan suhu yang tinggi. Pada panel pelat datar dan tabung, suhu yang bisa dicapai berkisar 95-200 derajat celsius. Sementara untuk cekung bisa mencapai hingga ribuan derajat. Rekor suhu 3.500 derajat celsius dicapai oleh peneliti di Prancis dengan panel berbentuk parabola.
2. Panel Fotovoltaik
Panel fotovoltaik secara umum terdiri dari dua material semikonduktor yang terhubung, dimana jika terkena cahaya matahari dapat menghasilkan listrik. Pada kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda. Beberapa material semikonduktor yang digunakan diantaranya, monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, cadmium telluride, and copper indium gallium selenide/sulfide.
Ketika terkena sinar matahari, umumnya satu sel surya menghasilkan tegangan DC sebesar 0,5 sampai 1 volt dan arus dalam skala milliampere per cm persegi. Agar sesuai dengan berbagai alat elektronik material semikonduktor disusun secara seri dan pararel untuk menghasilkan tegangan DC sebesar 12 V dan arus listrik yang lebih besar. Satu panel surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya (Air Mass 1.5).
Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny Nelson
2.1 Prinsip Kerja Sel Fotovoltaik
Panel fotovoltaik saat ini sudah sangat beragam berkat kerja keras para ilmuwan. Jenis-jenis teknologi sel fotovoltaik pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel fotovoltaik generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. Dibawah, akan dibahas prinsip kerja dan struktur panel fotovoltaik generasi pertama berbasis material silikon.Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip aliran elektron positif-negatif (p-n) yang terjadi antara dua material semikonduktor silikon, yaitu antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Material semikonduktor ini memiliki ikatan-ikatan atom dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Struktur aton semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron bermuatan negatif sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan lubang (hole) dalam struktur atomnya.
Silikon murni bersifat sebagai konduktor karena tidak ada satupun elektron yang bergerak bebas, dengan kata lain elektron terkunci dalam struktur kristal silikon murni. Artinya, silikon murni tidak bisa menghasilkan listrik yang maksimal namun mempunyai sifat konduktor yang bagus seperti tembaga. Agar bisa menghasilkan listrik secara maksimal, silikon dimodifikasi dengan menambah unsur lain (doping) menjadi semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Silikon di doping dengan phospor untuk menghasilkan semikonduktor-n karena adanya elektron bebas. Atom phospor mempunyai 5 elektron di kulit terluarnya. Untuk semikonduktor-p, silikon didoping dengan boron yang mempunyai 3 elektron pada kulit. Boron banyak memilki lubang bebas karena ketiadaan elektron.
Proses doping ini membuat silikon modifikasi lebih banyak melepas elektron dan lebih banyak membawa muatan arus listrik dibandingkan silikon murni. Ketika energi diberikan ke kristal silikon (bisa dalam wujud panas), hal ini akan menyebabkan beberapa elektron akan lepas dan meninggalkan atomnya. Setiap elektron akan meninggalkan sebuah hole (lobang) disekitar atom dimana elektron bisa diikat. Elektron ini kemudian lepas secara acak disekitar kisi – kisi dari kristal atom tersebut untuk mencari hole lain yang kosong untuk ditempati. Elektron ini disebut sebagai elektron bebas dan dapat membawa arus listrik
Peran dari semikonduktor p-n adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susunan semikonduktor p-n ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik. Sebaliknya, lubang bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang,
2.2 Materi Panel Fotovoltaik
Secara umum, sel surya fotovoltaik adalah sebagai berikut :
A Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan seperti indium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
B Material Semikonduktor
Material semikonduktor silikon merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
C Kontak Metal/contact Grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai kontak negatif.
D Lapisan Antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
E Kaca Pembungkus / Cover Glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
Sumber :
Wikipedia. Diakses 2015
teknologisurya.wordpress.com. Diakses 2015
energy.gov. Diakses 2015
alpensteel.com. Diakses 2015
agefotostock.com. Diakses 2015
https://www.instagram.com/p/BH3lG2kg70R/?taken-by=clifford_solar_panel_cleaning, Diakses 2016.
0 komentar:
Posting Komentar