Pembangkit Listrik Tenaga Panas Matahari Dengan Panel Surya

Panel Surya – Pembangkit listrik tenaga matahari atau dengan istilah lainnya disebut dengan solar cell atau panel surya merupakan salah satu pemanfaatan energi terbarukan untuk yang berfungsi untuk mengubah energi surya berupa panas matahari menjadi energi listrik untuk kebutuhan sehari – hari.

Selain disebut dengan panel surya atau solar cell. Panel surya juga sering disebut dengan sel photovoltaic. Sel photovoltaic dapat diartikan sebagai “cahaya listrik”. Dimana, sel surya atau panel surya ini bergantung ada efek photovoltaic untuk menyerap energi panas matahari dan mengonveksiknya menjadi energi listrik.

Pada umunya, panel surya merupakan sebuah hamparan semi-konduktor yang berfungsi untuk menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Potongan semi-konduktor yang berupa silikon tersebut memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang dilapisi bahan kimia khusus yang membentuk dasar dari sel surya dengan memiliki kutub positif dan kutub negatif.

Semikonduktor dan Sel Surya

Sebuah semikonduktor yang menjadi bahan dasar sel surya merupakan suatu elemen dengan kemampuan listrik diantara bahan konduktor dan bahan isolator. Dengan adanya energi photon (cahaya) pada panjang gelombang tertentu akan membuat sebagian elektron dengan material pita energi mulai bereaksi.

Efek yang dihasilakan dari sifat elektron dalam material semi konduktor ini memiliki konduktivitas menengah menghasilkan reaksi yang nantinya akan dimanfaatkan untuk menghasilakan energi listrik setelah dilakukan konversi sebelumnya.

Berdasarkan teori Maxwell terkait radiasi elektromagnetik, cahaya dapat menghasilkan spektrum gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu. Hal ini dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut :

Dengan Persamaan ,

Struktur Panel Surya

A. Cover Glass

Penutup terbuat dari kaca atau bahan yang bening seperti plastik bening, akrilik, dan bahan bening lainnya. Berfungsi untuk melindungi sel panel surya dari kontak langsung dengan lingkungan baik berupa debu, air dan benda lainnya.

B. Perekat Transparan

Perekat transparan atau laminating adalah oksida logam terdoping yang digunakan pada perangkat optoelektronik yang berfungsi sebagai kolektor elektron. Perekat transparan memegang penutup kaca pelindung di atas lapisan antireflective yang memastikan semua filter cahaya menembus lapisan kristal silikon.

C. Lapisan Antireflective (Pelapis AR)

Lapisan Antireflective memiliki kombinasi indeks bias yang menguntungkan, dan ketebalan. Lapisan ini berfungsi untuk memandu cahaya masuk ke sel surya. Tanpa lapisan ini, sebagian besar cahaya hanya akan memantulkan permukaannya.

D. N-Type Semiconductor 

N-type silicon diciptakan oleh kompunen senyawa Si dengan senyawa yang mengandung satu elektron valensi lebih banyak daripada Si. Seperti dengan Fosfor atau Arsenik. Doping adalah proses menambahkan senyawa ke semikonduktor intrinsik untuk mengubah sifatnya. Elektron valensi adalah elektron yang ditemukan di cangkang elektron terluar. Elemen yang mengandung lebih banyak elektron valensi akan mencoba menyumbangkan elektron valensi ke elemen yang mengandung lebih sedikit elektron valensi. Karena hanya empat elektron yang diwajibkan untuk terikat dengan empat atom silikon yang berdekatan, elektron valensi kelima tersedia untuk konduksi.

E. P-Type Semiconductor

Dibuat oleh doping dengan senyawa yang mengandung satu elektron valensi kurang dari Si, seperti dengan Boron. Ketika silikon (empat elektron valensi) didoping dengan atom yang memiliki satu elektron valensi kurang (tiga elektron valensi). Hanya tiga elektron yang tersedia untuk ikatan dengan empat atom silikon yang berdekatan, oleh karena itu ikatan tidak lengkap (lubang). Ada yang dapat menarik elektron dari Sebuah atom terdekat Mengisi satu lubang menciptakan lubang lain dalam atom Si yang berbeda.

F. Back Contact

Kontak belakang dibuat dari logam, yang menutupi seluruh permukaan belakang sel surya. Kontak belakang bertindak sebagai konduktor.

G. Rangka Luar

Panel ini didukung oleh aluminium / substrat plastik yang memiliki rasio kekuatan dan berat yang tinggi dan dapat tahan terhadap penganiayaan fisik.

Jenis-Jenis Panel Surya

Solar Cell atau Panel surya yang ada sekarang ini telah memiliki beraneka ragam bentuk dan jenisnya yang masing-masing memiliki kemampuannya tersendiri. Panel surya yang ada dipasaran antara lain :

1. Panel Surya Monocrystalline

   

   Jenis pertama, yaitu jenis yang terbaik dan yang terbanyak digunakan masyarakat saat ini, adalah jenis monokristalin. Panel ini memiliki tingkat efisiensi antara 12 sampai 14%. Disamping cara mendapatkanya mudah karena banyak ditemukan dipasaran, jeni ini juga memiliki harga yeng tergolong murah.

   Bentuknya mudah dikenali dari cirinya yang memiliki bentuk yang kotak – kotak disertai garis dan memiliki beberapa cell antara 3 sampai 6 cell dalam satu baris.

2. Panel Surya Polikristalin

   

   Jenis kedua adalah jenis polikristalin atau multi kristalin, yang terbuat dari kristal silikon dengan tingkat efisiensi antara 10 sampai 12%. Panel surya jenis ini ditandai dengan bentuknya yang berwarna biru disertai garis – garis yang panjang seperti sisir.

3. Panel Surya Silikon Amorphous

   

   Jenis ketiga adalah silikon jenis amorphous, yang berbentuk film tipis. Efisiensinya sekitar 4-6%. Panel surya jenis ini banyak dipakai di mainan anak-anak, jam dan kalkulator.

4. Panel Surya Gallium Arsenide

   

   Jenis keempat adalah panel surya yang terbuat dari GaAs (Gallium Arsenide) yang lebih efisien pada temperatur tinggi.

Cara Kerja Panel Surya

A. Prinsip Dasar Semikonduktor

Proses kerja panel surya sehingga menjadi listrik ini dikarenakan adanya perubahan penyusun sel surya berupa semikonduktor. Bahan semikonduktor ini terdiri atas duajenis semi konduktor yaitu N-type semikonduktor dan P-Type semikonduktor.

Pada dua jenis semikonduktor ini memiliki jumlah elektron yang berbeda satu sama lain. Dengan semikonduktor N (Negatif) merupakan semikonduktor yang memiliki jumlah elektro yang berlebih dan cenderung melepaskan elektronnya. Dan semikonduktor P (Positif) merupakan semikonduktor yang kelebihan hole dan cenderung menerima elektron yang dilepaskan oleh semikonduktor N.

Ketika semikondukor N dan semikonduktor P digabungkan atau kita sebut sebagai dioda p-n. Maka, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikondoktor N menuju semikonduktor P. dan perpindahan hole dari P ke N. Elektron yang berasal dari semikonduktor N bersatu dengan hole yang berada pada semikonduktor P yang membuat jumlah hole semikondukor P mengalami pengurangan akibat proses pertukaran yang terjadi.

Saat elektron dan hole bertemu di daerah persentuhan semokonduktor N dan P membuat daerah tersebut bermuatan positif pada semikonduktor N dan bermuatan negatif pada semikonduktor P. Daerah peribahan elektron dan hole di semikonduktor tersebut disebut dengan daerah Depletion Region yang diistilahkan dengan W.

B. Prinsip Kerja Panel Surya

Dikarenakan munculnya muatan negatif dan muatan positif dari pertemuan didaerah W tersebut dengan sendirinya. Maka, perbedaan muatan tersebut disebut dengan medan listrik yang diistilahkannya dengan internal E.  Dikarenakan terjadinya medan listrik yang terjadi pada sambungan dioda PN membuat sambungan terseut berada pada kondisi setimbang satu sama lain.

Dengan memanfaatkan reaksi yang terjadi pada semikonduktor PN. Hal inilah yang dimanfaatkan untuk melakukan konversi cahaya matahari menjadi listrik. Dengan membuat semikonduktor N yang berada pada lapisan atas dan semikonduktor P pada lapisan bawah.  Sehingga, saat sinar matahari mengenai panel surya jatuh kepermuakaan sel dapat terus terserap dan masuk ke semikonduktor tersebut.

Saat lapisan panel surya ini terkena matahari maka, elektron pada semikonduktor N mendapat energi untuk menyerahkan elektron dari N ke daerah W. Saat terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada posisi elektron yang lepas disebut dengan fotogenerasi elektron. Dimana, dengan hasilnya ini menghasilakan pasangan elektron dan hole pada lapisan semikonduktor P dan N setiap kali terkena sinar matahari.

Setiap kali mengenai lapisan panel surya dengan panjang gelombang spectrum yang berbeda. Membuat fotogenerasi yang ada pada semikonduktor PN mendapat spectrum yang berbeda. Dengan spectrum merah pada gambar mampu menembus lapisan semikonduktor N dan diserap oleh semikonduktor P. Kemudian spectrum biru pada gambar hanya sampai pada semikonduktor N dan diserap.

Dari reaksi inilah yang akan menghasilkan medan listrik  pada sambungan semikonduktor PN. Hasil perpindahan elektron inilah yang dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik dan menuju output akhir berupa kabel fasa dan kabel netral.