Bagaimana Panel Surya Bekerja: Penjelasan Sederhana

cara kerja panel surya tajukVibe Images / Shutterstock Listrik mengelilingi kita. Baik dalam jaringan kabel listrik yang menyelimuti setiap negara maju, atau arus yang mengalir melalui aliran darah manusia untuk menjaga jantung tetap berdetak, listrik menggerakkan hidup kita. Ini telah mendorong kemajuan besar abad terakhir dan rasa lapar akan lebih banyak - dan cara yang lebih efisien - untuk menghasilkan listrik selalu berkembang.

Menghasilkan watt besar yang memberi daya pada dunia bukanlah tugas kecil, terutama mengingat hal itu membutuhkan konsumsi sumber daya yang besar seperti batu bara dan gas. Akan tetapi, sumber daya alam itu terbatas, dan proses penggalian serta penggunaannya sering kali merusak. Seiring kemajuan teknologi dan populasi global yang membengkak, energi bersih dan terbarukan akan menjadi cawan suci. Jalan penelitian energi terbarukan termasuk metode seperti fusi dingin, tetapi untuk saat ini adalah mimpi pipa. Akan tetapi, terdapat sumber energi yang besar dan mengerikan yang, jika tidak terbatas, kemungkinan besar akan bertahan miliaran tahun. Sumber yang kita bicarakan adalah matahari; jantung tata surya dan sumber energi paling melimpah dalam jangkauan kita.

Budaya kuno sering memuja matahari sebagai dewa, baik karena penampilannya yang menyilaukan maupun kemampuannya untuk membuat tanaman tumbuh. Sementara penyembahan Aten dan Helios mungkin telah mati, matahari terus memberikan pengaruh utama di planet kita, baik dengan memelihara pertumbuhan seluruh ekosistem atau membunuhnya dengan kekeringan. Sekarang, dengan perkembangan teknologi terkini, matahari bahkan mungkin memberi kita kekuatan tak terbatas untuk maju. 

Proses mengubah cahaya menjadi listrik dikenal sebagai "fotovoltaik". Kata fotovoltaik berasal dari kata Yunani "phos" (cahaya) dan istilah volt, satuan pengukuran gaya gerak listrik. Sel fotovoltaik adalah perangkat yang dibuat untuk menangkap sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik yang dapat digunakan. Panel surya, permukaan besar yang mengumpulkan sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik, terbuat dari banyak sel fotovoltaik yang melakukan proses menghasilkan muatan listrik dari sinar matahari.

Semikonduktor: doping tanpa skandal

Sel surya terbuat dari bahan semikonduktif, seperti silikon. Semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator dalam hal kapasitasnya agar listrik melewatinya, maka namanya. Silikon, meskipun merupakan konduktor yang relatif buruk, memuji struktur kristal yang membuatnya cocok untuk membangun semikonduktor. Karena kulit terluar atom silikon hanya berisi setengah elektron, ia akan mengikat kuat dengan atom lain saat berusaha mengisi kulitnya.

Untuk membuat silikon lebih konduktif, dapat diberikan “pengotor” dengan menggabungkannya dengan elemen lain. Ini adalah proses yang disebut "doping", dan silikon yang diolah dengan kotoran memungkinkan pergerakan elektron yang lebih bebas. Dengan semikonduktor silikon, ada dua bagian, masing-masing diolah dengan bahan yang berbeda. Yang pertama didoping dengan fosfor, yang memiliki lima atom di cangkangnya. Ketika berikatan dengan silikon, ia meninggalkan satu atom yang tidak terikat. Karena elektron ini hanya ditahan di tempatnya oleh inti, dibutuhkan lebih sedikit energi untuk melepaskannya. Ini menghasilkan silikon tipe-N (negatif).

Silikon juga dapat didoping dengan boron, yang hanya memiliki tiga elektron di kulitnya. Ini menghasilkan silikon tipe-P (positif), yang menawarkan lubang yang kemudian dapat diisi oleh elektron bebas.

Ketika energi mengenai silikon, ia dapat menjatuhkan elektron ekstra di sisi N bebas, dan mereka akan bergerak untuk mengisi lubang di sisi P. Setelah itu, elektron dari tipe-N dan tipe-P berkumpul dan membentuk medan listrik. Sel surya menjadi dioda, memungkinkan elektron berpindah dari P ke N, tetapi tidak sebaliknya.

Sinar matahari mengenai silikon, melepaskan elektron bebas di sisi N, yang kemudian bergerak untuk mengisi lubang di sisi P. Sinar matahari mengenai silikon, melepaskan elektron bebas di sisi N, yang kemudian bergerak untuk mengisi lubang di sisi P.

Tentu saja, proses ini membutuhkan energi untuk menghantam sel silikon. Di sinilah masuknya sinar matahari. Cahaya matahari terbuat dari foton, partikel kecil energi yang dapat mengenai sel surya dan melepaskan elektron di sisi N. Aliran elektron bebas dari N ke P, menciptakan arus listrik saat mereka lewat.

Setelah medan listrik dibuat, yang tersisa hanyalah memanfaatkannya. Sebuah power inverter sering dipasang pada sel surya - atau lebih umum lagi sekelompok sel yang disebut sebagai modul - dan akan mengubah listrik dari arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC), sehingga siap untuk diangkut ke rumah. atau bisnis.

Inefisiensi dan penelitian saat ini

Meskipun (untuk semua maksud dan tujuan) kekuatan matahari yang tidak terbatas, teknologi untuk mengubahnya menjadi listrik yang dapat digunakan masih agak tidak efisien. Tidak semua energi sinar matahari diserap oleh panel surya. Faktanya, sebagian besar hilang. Secara umum, sel surya terbaik hanya akan mengubah 25 persen energi yang diterimanya menjadi listrik. Ini karena sinar matahari, seperti semua cahaya, terdiri dari spektrum dengan beberapa panjang gelombang berbeda, masing-masing dengan tingkat intensitasnya sendiri. Beberapa panjang gelombang akan menjadi terlalu lemah untuk menjatuhkan elektron. Panjang gelombang lain akan terlalu kuat bagi silikon untuk menggunakan energinya secara penuh.

Selain itu, panel surya membutuhkan penempatan yang sangat spesifik. Sudut panel harus tepat untuk menangkap jumlah maksimal sinar matahari, dan seperti yang Anda duga, panel hanya akan berguna di area yang mendapat banyak sinar matahari. Cuaca buruk dapat mengubah berbagai panel menjadi instalasi seni yang sangat mahal dan tidak terlalu menarik.

Penelitian tentang panel surya yang lebih efisien sedang berlangsung. Sel surya film tipis, dibuat dari kadmium, lebih tipis dari sel silikon dan lebih baik dalam menyerap energi matahari. Mereka juga saat ini lebih buruk dalam mengubah energi itu menjadi listrik, meskipun, biayanya yang rendah dan ukurannya yang nyaman menjadikannya jalan yang menarik untuk penelitian lebih lanjut.

Perkembangan besar lainnya adalah "silikon hitam", yang terdengar seperti MacGuffin dari cerita fantasi, tetapi sebenarnya tidak berbahaya meskipun namanya tidak menyenangkan. Silikon hitam hanyalah silikon yang telah diperlakukan untuk memiliki permukaan hitam. Ini penting karena benda hitam menyerap lebih banyak cahaya. Penyegaran singkat tentang fisika: cahaya tampak dibagi menjadi panjang gelombang yang berbeda, masing-masing dipandang sebagai rentang warna. Kami menganggap objek memiliki warna tertentu karena mereka memantulkan panjang gelombang tertentu sambil menyerap yang lain. Benda-benda hitam menyerap semua warna, tidak memantulkan apa pun, sehingga tampak hitam.

Silikon hitam bisa menjadi masa depan energi bersih, dan juga akan menjadi sampul album Divisi Joy yang hebatSilikon hitam bisa menjadi masa depan energi bersih, dan juga akan menjadi sampul album Divisi Joy yang hebat. LP3

Silikon hitam memiliki banyak potensi untuk membuat lebih banyak sel surya penyerap, terutama di area di mana sinar matahari jarang atau di mana matahari biasanya mengenai sudut rendah. Kelemahan besar saat ini adalah bahwa proses pembuatan silikon hitam memberinya luas permukaan yang lebih tinggi, yang mengarah pada peningkatan rekombinasi pembawa, suatu kejadian di mana elektron yang dibebaskan bergabung kembali dengan sel silikon daripada bepergian untuk bergabung dengan atom yang berbeda dan menghasilkan arus listrik.  

Mengesampingkan kekurangannya, penelitian tentang silikon hitam sedang berlangsung, dan baru-baru ini para ilmuwan di Finlandia telah berhasil mengurangi kejadian rekombinasi pembawa, sehingga meningkatkan konversi energi menjadi 22,1 persen. Ini tidak sebagus silikon biasa, tapi tetap saja merupakan peningkatan yang menjanjikan.