Bagaimana cara kerja sel surya?

Sebenarnya hanya ada dua kemungkinan titik akhir untuk produksi energi manusia, dan keduanya adalah fusi. Entah kita menemukan cara untuk menciptakan reaksi fusi yang kecil dan terkontrol di Bumi (daya fusi) atau kita menemukan cara untuk mengumpulkan sebagian besar energi yang telah dilepaskan secara berguna dari reaktor fusi besar yang telah dibangun oleh tata surya kita (solar kekuasaan). Hal yang menyenangkan tentang opsi tenaga surya adalah bahwa itu dapat terjadi secara bertahap, memberi kita utilitas parsial sementara semakin mendekati titik kritis, ketika itu dapat memenuhi sebagian besar kebutuhan listrik kita. Tapi apa itu sel surya, komponen tenaga surya yang sangat penting, dan bagaimana cara kerjanya?

Sel surya, juga disebut sel fotovoltaik, didefinisikan sebagai perangkat apa pun yang dapat menangkap sebagian energi foton cahaya, dan meneruskan energi tersebut ke perangkat atau media penyimpanan dalam bentuk listrik. Tidak semua tenaga surya bersifat fotovoltaik, karena beberapa teknologi surya mengumpulkan panas foton yang diserap, bukan energinya, secara langsung. Namun, dengan definisi umum seperti itu, istilah fotovoltaik mencakup berbagai macam teknologi yang berbeda.

Panel surya sedang diproduksi

Orang-orang dengan pakaian kelinci membuat panel surya.



Namun, semuanya memiliki satu kesamaan: mereka menggunakan energi foton untuk menggairahkan elektron dalam bahan semi-konduksi sel dari tingkat energi non-konduktif ke tingkat energi konduktif. Apa yang membuat kompleks ini adalah tidak semua foton diciptakan sama. Cahaya datang sebagai penggabungan panjang gelombang dan tingkat energi yang tidak membantu, dan tidak ada bahan semi-konduktor yang mampu menyerap semuanya dengan baik. Artinya, untuk meningkatkan efisiensi penangkapan radiasi matahari, kita harus membuat sel hibrid ('multi-junction') yang menggunakan lebih dari satu bahan penyerap.

Setiap bahan semi-konduktor memiliki karakteristik 'celah pita' atau spektrum energi elektron yang tidak dapat ditampung oleh bahan tersebut. Kesenjangan ini terletak di antara keadaan elektron tereksitasi dan tidak tereksitasi. Sebuah elektron dalam keadaan diamnya tidak dapat dieksitasi menjadi berguna kecuali ia menerima energi berlebih yang cukup untuk melompati celah pita ini. Silikon memiliki celah pita yang bagus dan dapat dicapai, yang dapat dijembatani oleh energi ekstra senilai satu foton. Hal ini memungkinkan silikon menjadi baik dalam keadaan hidup (konduksi) atau mati (tidak), sebagaimana ditentukan oleh posisi elektron yang berpotensi menjadi konduktif.

Bahan seperti graphene dapat, di satu sisi, menjadi dasar yang jauh lebih baik untuk sel fotovoltaik daripada silikon karena efisiensi listriknya yang luar biasa dan potensi untuk dikemas jauh lebih padat pada panel itu sendiri - masalah besar kembali ke celah pita , dan ketidakmampuan graphene untuk tereksitasi dengan baik oleh kekuatan foton yang masuk. Beberapa perangkat graphene yang kompleks seperti transistor graphene bilayer gerbang ganda - tetapi masalah dengan sebenarnya pembuatan perangkat tersebut mengimbangi potensi keuntungan, setidaknya untuk saat ini.

SPS ALPHA, konsep pembangkit listrik tenaga surya berbasis ruang angkasa

Tenaga surya jauh lebih mudah dikumpulkan di luar angkasa - tetapi Anda harus benar-benar menurunkannya ke permukaan.

Kemajuan nyata harus menunggu hingga ditemukan bahan super yang terjangkau dan sesuai yang dapat memberikan celah pita yang berguna sekaligus mengalahkan sifat mekanis dan elektronik silikon dengan selisih yang adil. Hingga saat itu, solusi sementara telah berhasil meningkatkan kemampuan fungsional panel berbasis silikon.

Lapisan anti-reflektif meningkatkan jumlah cahaya yang diserap secara keseluruhan, sementara 'doping' kimiawi dari transistor itu sendiri dapat meningkatkan kemampuan optik silikon. Beberapa pengaturan matahari menggunakan bidang cermin untuk memusatkan radiasi matahari sebanyak mungkin hanya pada beberapa sel berkapasitas tinggi di pusatnya. Banyak yang bahkan sekarang dirancang sebagai perangkat penangkap cahaya, sehingga cahaya yang masuk akan memantul secara internal, selamanya, sampai semuanya akhirnya diserap. Musim gugur yang lalu, para peneliti di University of Michigan bahkan mengembangkan file sel surya transparan sepenuhnya.

Panas juga bisa menjadi bagian yang semakin penting dari rig tenaga surya, karena setiap radiasi yang tidak diserap secara elektronik setidaknya akan diserap sebagian sebagai panas mentah. Menggunakan panas ini untuk merebus air, atau bahkan menghangatkan rumah secara langsung, dapat membantu tenaga surya sipil meningkatkan efisiensi secara keseluruhan meskipun bahan super listrik terus mengejar ketinggalan.

Bahkan lebih banyak konsep di luar sana, seperti tenaga surya berbasis ruang angkasa, menawarkan beberapa potensi dengan menangkap cahaya sebelum disaring melalui atmosfer bumi; Jepang ingin menghasilkan satu gigawatt tenaga surya di luar angkasa, misalnya. Masalahnya adalah menurunkan kekuatan ke permukaan, yang dapat berguna bagi manusia. Inisiatif Jepang tampaknya menggunakan laser untuk tujuan itu, tetapi tidak ada yang tahu apakah melewati atmosfer akan terbukti menjadi strategi pemenang, secara keseluruhan.

Sel surya telah dilumpuhkan oleh beberapa dekade berita utama prematur yang mengumumkan strategi keseluruhan yang menang dan dominasi tenaga surya yang akan datang. Kenyataannya adalah bahwa hampir pasti tidak akan pernah ada momen eureka seperti itu dalam bidang teknik. Teknologi sel surya akan diubah dan ditingkatkan hingga melewati beberapa ambang abstrak berdasarkan keterjangkauan, status penyimpanan daya dan teknologi transmisi, dan tingkat sinar matahari tahunan lokal.

Semua jenis tenaga surya akan menjadi penting untuk upaya nyata apa pun untuk meluncurkan tenaga hijau dalam skala nasional. Kecuali jika fusi membuat lompatan besar ke depan, atau tenaga nuklir klasik menjadi jauh lebih populer, Anda dapat bertaruh bahwa tenaga surya akan menjadi bagian besar dari masa depan energi kita.

Lihat seri 2007es.com Explains kami untuk liputan yang lebih mendalam.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com