Energi surya adalah energi yang berupa sinar dan panas dari matahari. Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik panas surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan. Matahari merupakan suatu bola gas yang pijar dan ternyata tidak berbentuk bulat betul. Matahari mempunyai fungsi dan manfaat yang sangat penting bagi bumi. Energi pancaran matahari telah membuat bumi tetap hangat bagi kehidupan, membuat udara dan air di bumi bersirkulasi, dan banyak hal lainnya. Matahari juga merupakan sumber energi (sinar panas) terbesar di bumi. Energi yang terkandung dalam batu bara dan minyak bumi sebenarnya juga berasal dari matahari. Matahari juga mengontrol stabilitas peredaran bumi yang juga berarti mengontrol terjadinya siang dan malam, tahun serta mengontrol planet-planet lainnya. Tanpa matahari, sulit dibayangkan kalau akan ada kehidupan di bumi. Karena berkat adanya sinar matahari, dunia ini menjadi hidup karena sinar matahari memberikan energi pada semua mahluk bumi. Pemanfaatan sumber energi matahari sudah digunakan orang sejak dahulu. Panas Matahari biasa digunakan untuk mengeringkan cucian, mengeringkan hasil bumi, pertanian dan masih banyak lagi. Berikut beberapa contoh matahari sebagai sumber energi bagi berlangsungnya kehidupan, antara lain:
1. Untuk Pemanas Air
Pada era modern saat ini banyak ditemukan pemanas air yang menggunakan energi matahari, pemanas tersebut biasanya tersimpan diatap rumah guna mendapatkan sinar matahari secara maksimal. Pemanas air dengan teknik pemanasan menggunakan sinar matahari ini sangat efisien karena sama sekali tidak menggunakan bahan bakar minyak, tanpa listrik, tidak menimbulkan polusi, tetapi air menjadi panas berkat adanya kolektor pengumpul / penyerap panas matahari. Air dingin akan melewati kolektor dan menyerap panas dari kolektor untuk selanjutnya air yang telah panas disimpan dalam tangki air panas.
2. Untuk Pembangkit Listrik
Selain untuk pemanas air, cahaya matahari mempunyai potensi yang dapat dirubah menjadi energi listrik. Alat yang digunakan untuk merubah cahaya matahari menjadi listrik ini adalah panel surya /
solar
sel. Teknologi Solar Energy yang umum saat ini yaitu solar cell, terdiri dari beberapa komponen utama yaitu panel surya sebagai penerima radiasi matahari, baterai tempat penyimpanan listrik, dan alat pengotrol pengubah energi matahari menjadi energi listrik. Prinsip dasar dari solar cell ini cukup sederhana, yaitu mengubah energi dari matahari menjadi energi listrik yang bisa dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Sumber energi yang digunakan berasal dari matahari yang tak akan pernah habis sampai akhir zaman, sehingga dapat dikatakan sumber energi matahari adalah “sumber energi yang kekal abadi” bagi kita.
Solar sel ini terbuat dari bahan dasar utama berupa silikon melalui proses yang rumit dan ditempatkan dibalik kaca atau bahan transparan lainya. Panel surya dalam bentuk miniature biasa kita jumpai dalam kalkulator yang menggunakan tenaga dari cahaya sebagai sumber listriknya. Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya.
Modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny Nelson)
Sesuai dengan perkembangan sains dan teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula. Gambar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum terdiri dari :
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 sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
b. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon, disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper oxide). Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction dan sel surya akan dibahas dibagian “cara kerja sel surya”.
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. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan atau kotoran. Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
Peran dari p-n junction ini 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 susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti diilustrasikan pada gambar dibawah.
Ilustrasi cara kerja sel surya dengan prinsip p-n junction. (Gambar : sun-nrg.org)
0 komentar:
Posting Komentar