Tinjauan Umum Teknologi Panel Surya dan Pembangkit Listrik Tenaga Fotovoltaik (QUENENG)

1. Sejarah Perkembangan dan Status Pembangkit Listrik Tenaga Fotovoltaik Saat Ini

Sejak penemuan sel fotovoltaik (PV) praktis pertama pada tahun 1954, teknologi pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik telah mengalami kemajuan yang signifikan. Akan tetapi, perkembangan energi surya berjalan lebih lambat dibandingkan dengan kemajuan pesat di bidang-bidang seperti komputer atau serat optik. Hal ini sebagian disebabkan oleh permintaan informasi yang sangat tinggi, dan sumber-sumber energi konvensional telah cukup untuk memenuhi kebutuhan manusia. Krisis minyak tahun 1973 dan masalah pencemaran lingkungan pada tahun 1990-an telah mempercepat perkembangan tenaga surya fotovoltaik. Berikut ini adalah tonggak-tonggak penting dalam sejarah teknologi fotovoltaik surya:

• Tahun 1893: Ilmuwan Prancis Becquerel menemukan "efek fotovoltaik".
• Tahun 1876:Adams dan lainnya menemukan efek fotovoltaik solid-state pada logam dan selenium.
• Tahun 1883: "Sel fotovoltaik selenium" pertama dibuat, digunakan sebagai perangkat sensor.
• tahun 1930: Schottky mengusulkan teori "efek fotovoltaik" dalam penghalang Cu2O.
• tahun 1954Bell Labs mengembangkan sel surya silikon kristal tunggal praktis pertama dengan efisiensi 6%.
• tahun 1962Efisiensi konversi fotovoltaik sel surya galium arsenida mencapai 13%.
• tahun 1978:AS membangun pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik berkapasitas 100 kWp di darat.
• tahun 1990: Jerman meluncurkan "Program Tenaga Surya Atap 2000".
• tahun 1995: Sel surya galium arsenida pekat efisiensi tinggi mencapai efisiensi 32%.
• tahun 1997: AS mengusulkan "Program Sejuta Atap Surya", yang bertujuan memasang sel surya di 1 juta rumah.

2. Pengenalan Sel Surya

Sel surya, juga dikenal sebagai chip surya atau sel fotovoltaik, adalah lapisan tipis semikonduktor yang secara langsung mengubah sinar matahari menjadi listrik menggunakan efek fotovoltaik. Satu sel surya tidak dapat digunakan sebagai sumber daya; beberapa sel perlu dihubungkan secara seri atau paralel dan disegel bersama untuk membentuk panel surya. Panel surya merupakan komponen inti dari sistem pembangkit listrik tenaga surya dan merupakan bagian terpenting.

Jenis-jenis Energi Surya

• Pemanfaatan Tenaga Surya Termal: Radiasi matahari diubah menjadi energi panas, yang dapat digunakan untuk pembangkitan listrik termal.
• Pembangkit Listrik Tenaga Surya Fotovoltaik: Radiasi matahari diubah menjadi listrik melalui perangkat konversi fotovoltaik, terutama berdasarkan prinsip efek fotovoltaik.

3. Prinsip Kerja Sel Surya

Sel surya bekerja berdasarkan prinsip efek fotovoltaik. Ketika sinar matahari mengenai material semikonduktor, foton dengan energi lebih besar dari celah pita akan membangkitkan elektron dan menciptakan pasangan elektron-lubang. Pembawa non-keseimbangan ini dipisahkan oleh medan listrik bawaan di sambungan PN, dengan elektron bergerak ke arah wilayah tipe-N dan lubang ke arah wilayah tipe-P. Hal ini menciptakan potensi listrik di sepanjang sambungan PN. Ketika kabel logam dipasang ke lapisan tipe-P dan tipe-N dan dihubungkan ke beban eksternal, arus mengalir melalui sirkuit eksternal, menghasilkan daya listrik.

4. Karakteristik Sel Surya

Karakteristik utama sel surya meliputi:

• Tegangan Keluaran Terukur: Dalam kondisi cahaya standar (iradiasi 1000 W/m², suhu 25°C), tegangan keluaran sekitar 0,48V.
• Koefisien Suhu Negatif: Untuk setiap kenaikan suhu 1°C, tegangan turun sekitar 2mV.
• Daya Keluaran: Daya keluaran sel surya bervariasi tergantung pada intensitas cahaya matahari, kondisi iklim, waktu, dan lokasi. Pada hari-hari cerah sekitar tengah hari, daya keluaran mendekati nilai terukur.

5. Pemilihan Sel Surya

Saat memilih sel surya, daya keluaran merupakan faktor kunci. Kondisi pengujian standarnya adalah:

• Iradiasi: 1000 W/m²
• Massa Udara: Bahasa Indonesia: AM1.5
• Suhu Sel: 25°C

Kondisi ini secara kasar meniru sinar matahari pada siang hari di hari yang cerah. Pada kenyataannya, daya keluaran sel surya akan berfluktuasi karena variasi kondisi cahaya dan faktor lingkungan.

6. Efek Fotovoltaik

Efek fotovoltaik mengacu pada fenomena di mana cahaya menyebabkan perbedaan potensial antara berbagai bagian semikonduktor atau kombinasi semikonduktor-logam. Dalam sel surya, efek ini digunakan untuk mengubah energi surya menjadi listrik. Prinsip inti sel surya bergantung pada sambungan PN, yang menciptakan medan listrik yang memisahkan elektron dan lubang, menghasilkan tegangan dan dengan demikian arus.

7. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Sistem tenaga surya dapat dibagi menjadi:di luar jaringanDanterhubung jaringanSistem. Komponen sistem ini sedikit berbeda:

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya Off-Grid

Sistem ini digunakan di wilayah tanpa akses ke jaringan listrik dan secara umum mencakup komponen-komponen berikut:

• Susunan Sel Surya: Beberapa modul panel surya disusun dan dihubungkan dalam pola tertentu.
• Baterai Penyimpanan Energi: Digunakan untuk menyimpan listrik untuk digunakan saat matahari tidak bersinar.
• Pengendali: Mengontrol proses pengisian baterai penyimpanan energi dan mencakup berbagai fungsi perlindungan untuk memastikan pengoperasian yang aman dan stabil.
• Pengubah arus: Mengubah listrik DC yang tersimpan menjadi listrik AC.
• Kotak Distribusi dan Kabel Penghubung: Digunakan untuk menghubungkan dan mengelola komponen sistem dan keluaran daya.

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya yang Terhubung dengan Jaringan

Sistem ini digunakan di area yang memiliki akses jaringan listrik, dan dapat menyalurkan kelebihan listrik kembali ke jaringan listrik. Komponen utamanya meliputi:

• Susunan Sel Surya: Beberapa modul panel surya dihubungkan bersama.
• Baterai Penyimpanan Energi: Digunakan untuk menyimpan listrik.
• Inverter Terhubung Jaringan: Mengubah listrik DC dari penyimpanan menjadi listrik AC yang cocok untuk jaringan listrik.
• Kotak Distribusi dan Kabel Penghubung: Digunakan untuk menghubungkan dan mengelola komponen sistem dan keluaran daya.