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)
Sumber:
http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_surya
Tidak ada komentar:
Posting Komentar