Bagaimana Panel Tenaga Surya Bekerja

Anda mungkin pernah melihat kalkulator dengan sel surya yang tidak perlu baterai dan dalam beberapa kasus, bahkan tidak memiliki tombol off. Selama ada cukup cahaya tampaknya dapat bekerja selamanya. Anda juga mungkin telah melihat panel surya yang lebih besar, mungkin pada rambu-rambu jalan darurat, pelampung, di tepi jalan dan tempat parkir untuk menyalakan lampu, dan masih banyak lagi. Secara sederhana, panel surya ini berfungsi untuk mengubah cahaya matahari menjadi tenaga listrik yang dapat diaplikasikan ke berbagai peralatan elektronik.

Pemanfaatan sinar matahari telah beredar selama beberapa dekade, gagasan bahwa suatu hari kita semua dapat menggunakan listrik secara gratis dari matahari. Saat hari cerah, sinar matahari melepaskan sekitar 1.000 watt energi per meter persegi di permukaan bumi. Jika kita bisa mengumpulkan semua energi itu, kita dapat dengan mudah mengalirkan energi listrik daya rumah kita secara gratis.

Tahukah Anda bagaimana panel surya mengubah energi matahari langsung menjadi listrik? Dalam prosesnya, masih banyak tantangan untuk mengimplementasikan sel surya dalam kehidupan sehari-hari untuk menyediakan tenaga hemat biaya.

Sel Photovoltaic: Mengubah Foton menjadi Elektron
Sel-sel surya yang Anda lihat di kalkulator dan satelit disebut juga sel photovoltaic (PV), yang seperti namanya (photo berarti "cahaya" dan volta yang berarti "listrik"), mengkonversi sinar matahari langsung menjadi listrik. Modul yang terdiri dari sekelompok sel yang terhubung secara elektrik dan dikemas ke dalam bingkai yang lebih dikenal sebagai panel surya, yang kemudian dapat disusun ke dalam barisan panel surya yang lebih besar.

Sel surya yang terbuat dari bahan khusus yang disebut semikonduktor seperti silikon, yang saat ini paling banyak digunakan. Pada dasarnya, ketika cahaya mengenai permukaan sel, suatu bagian tertentu menyerapnya ke dalam bahan semikonduktor. Ini berarti bahwa energi cahaya diserap dan ditransfer ke semikonduktor. Energi membuat elektron semakin longgar dan dapat bergerak secara bebas.
Sel-sel PV juga memiliki satu atau lebih medan listrik yang bertindak untuk memaksa elektron dibebaskan oleh penyerapan cahaya yang mengalir dalam arah tertentu. Aliran elektron adalah arus, dan dengan menempatkan kontak logam pada bagian atas dan bawah dari sel PV, kita dapat menarik arus untuk penggunaan eksternal, misalnya untuk daya kalkulator. Arus ini, bersama-sama dengan tegangan sel mendefinisikan kekuatan (atau watt) yang dapat dihasilkan sel surya.

Silikon
Silikon memiliki beberapa sifat kimia khusus, terutama dalam bentuk kristalnya. Sebuah atom silikon memiliki 14 elektron, diatur dalam tiga lapisan yang berbeda. Dua lapisan yang pertama memegang dua dan delapan elektron penuh masing. Lapisan luar setengah penuh hanya memiliki empat elektron. Sebuah atom silikon akan selalu mencari cara untuk mengisi lapisan yang terakhir, dan untuk melakukan hal ini akan berbagi elektron dengan empat atom di dekatnya. Hal ini dapat digambarkan seperti setiap atom saling memegang tangan dengan tetangganya, kecuali dalam kasus ini, setiap atom memiliki empat tangan yang bergabung dengan empat tangan tetangga. Itulah yang membentuk struktur kristal, dan struktur yang ternyata menjadi hal penting untuk jenis sel PV.

Satu-satunya masalah adalah kristal silikon murni merupakan konduktor listrik yang buruk karena tidak ada elektron bebas untuk bergerak, tidak seperti elektron dalam konduktor yang lebih optimal seperti tembaga. Untuk mengatasi masalah ini, silikon dalam sel surya memiliki "kotoran", yaitu atom lain yang sengaja dicampur dengan atom silikon. Kita biasanya berpikir kotoran sebagai sesuatu yang tidak diinginkan, tetapi dalam kasus ini, sel silikon tidak akan bekerja tanpanya, sehingga "kotoran" ini sangat berfungsi.

Bagian-bagian Sel Surya
Medan listrik bertindak sebagai dioda, memungkinkan elektron terdorong/mengalir dari sisi P ke sisi N, tetapi tidak sebaliknya. Digambarkan seperti bukit, elektron dapat dengan mudah menuruni bukit (ke sisi N), tetapi tidak bisa memanjat (ke sisi P).
Ketika cahaya, dalam bentuk foton, menerpa sel surya, energinya memisah pasangan elektron dan hole. Setiap foton dengan energi yang cukup biasanya akan membebaskan tepat satu elektron dan satu hole. Jika hal ini terjadi cukup dekat dengan medan listrik, atau jika elektron bebas dan hole bebas kebetulan berjalan ke jangkauan yang terpengaruh, lapisan akan mengirim elektron ke sisi N dan hole ke sisi P. Hal ini menyebabkan pengaruh lebih lanjut dari netralitas listrik, dan jika kita memberikan jalur arus eksternal, elektron akan mengalir melalui jalur ke sisi P untuk bersatu dengan hole dimana medan listrik dikirim. Aliran elektron menyediakan arus, dan medan listrik sel menyebabkan tegangan. Dengan arus dan tegangan, kita memiliki kekuatan yang dapat kita manfaatkan.

Itulah konsep dasar cara kerja panel tenaga matahari, yang tentu saja masih banyak faktor-faktor yang mempengaruhi untuk dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti penyimpanan energi yang dihasilkan untuk waktu lain, jika cuaca sedang mendung, dan masih banyak masalah lain yang harus dipecahkan.

images:wikimedia.org

Bagikan Artikel ini