Energi fotovoltaik – cara kerja, kegunaan, contoh

Energi fotovoltaik adalah jenis energi terbarukan yang diperoleh dari konversi langsung energi matahari menjadi energi listrik. Untuk mencapai konversi ini, sel fotovoltaik digunakan, yang terdiri dari bahan semikonduktor atau lapisan tipis logam yang disublimasikan terbalik.

Dari perspektif ilmiah, pendorong utama energi fotovoltaik adalah efek fotolistrik, sebuah fenomena kuantum di mana partikel cahaya (foton) ketika berinteraksi dengan material melepaskan elektron dari atom. Pada dasarnya untuk alasan ini, adalah mungkin untuk menghasilkan listrik melalui radiasi elektromagnetik matahari.

Dengan demikian, penggunaan energi fotovoltaik saat ini difokuskan pada produksi listrik bersih, yang digunakan dalam skala besar untuk memberi daya pada rumah, kendaraan, perangkat otonom, dan lain-lain. Dengan cara ini, energi fotovoltaik telah menjadi jenis energi terbarukan ketiga yang paling banyak digunakan secara global, setelah pembangkit listrik tenaga air dan energi angin; menghasilkan hingga 500 GW.

Terlepas dari semua kemajuan yang dibuat dengan teknologi energi surya fotovoltaik, energi terbarukan ini memiliki keterbatasan yang cukup besar karena bergantung langsung pada radiasi matahari, yang bervariasi tergantung pada beberapa faktor. Namun, berbagai upaya sedang dilakukan untuk membuatnya terjangkau bagi sebagian besar penduduk dan untuk meningkatkan efisiensi panel surya, serta pembangkit surya fotovoltaik.

Contoh

Di dunia modern, contoh fotovoltaik mulai berlimpah, karena pentingnya kemandirian dari bahan bakar fosil, pengurangan gas rumah kaca dan keberlanjutan energi hijau meningkat. Oleh karena itu, beberapa contoh yang paling mencolok adalah:

Pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik

Sebuah pembangkit fotovoltaik surya adalah instalasi utama yang digunakan untuk menghasilkan listrik bersih melalui matahari. Instalasi ini terdiri dari panel surya, yang terdiri dari beberapa sel fotovoltaik; dan oleh inverter, yang merupakan perangkat yang mengubah arus searah, yang dihasilkan oleh sel, menjadi arus bolak-balik. Komponen sekunder biasanya ditambahkan ke pembangkit fotovoltaik untuk meningkatkan efisiensi produksi, beberapa di antaranya adalah pelacak surya dan perangkat pemekat surya.

Satelit buatan dan wahana antariksa

Di ruang antarbintang tata surya, salah satu sumber energi terbaik adalah yang berasal dari primer, yaitu matahari. Terutama untuk alasan ini, wahana antariksa dan satelit dilengkapi dengan modul fotovoltaik, memperoleh energi listrik untuk mengirimkan pesan dan beroperasi sesuai dengan indikasi tim teknis. Kemudian, teknologi modul dan panel surya menyebar, digunakan di stasiun luar angkasa, teleskop orbital, dan kendaraan eksplorasi luar angkasa.

Mobil listrik

Salah satu jenis mobil listrik adalah yang memanfaatkan energi fotovoltaik untuk mengaktifkan sistem elektroniknya, melalui panel surya yang ditempatkan sebagai pelapis pada permukaan luarnya. Desain mobil-mobil ini berbeda dari mobil konvensional, karena dibangun dengan mempertimbangkan aerodinamika dan luas panel surya, untuk meningkatkan efisiensi transportasi dan kenyamanan pengemudi.

Kalkulator surya

Ada kalkulator yang selain memakan energi elektrokimia baterai, memiliki sel fotovoltaik yang berfungsi sebagai suplai energi cadangan, sehingga dapat terus berfungsi meskipun energi baterai telah habis, asalkan menerima radiasi yang cukup..matahari.

Bagaimana itu diproduksi?

Energi surya fotovoltaik dihasilkan oleh sel fotovoltaik, yang merupakan panel surya pembangkit listrik fotovoltaik. Sel fotovoltaik diproduksi dengan bahan semikonduktor tidak murni, yang ketika berinteraksi dengan radiasi elektromagnetik matahari melepaskan elektron, karena foton matahari memberi energi pada elektron atom bahan, menyebabkan mereka meninggalkan lubang.

Elektron yang dilepaskan dari semikonduktor, setelah waktu tertentu, akan ditarik oleh lubang bahan semikonduktor tidak murni lainnya, yang sifatnya sama dengan yang asli dari mana mereka mulai. Jadi energi kinetik, yang mereka peroleh berkat interaksi elektromagnetik dengan foton matahari, dihamburkan dalam bentuk panas mengikuti prinsip termodinamika.

Proses pembebasan dan penangkapan elektron ini dilakukan jutaan kali, karena tujuannya adalah untuk mencapai arus listrik, menghasilkan beda potensial dengan cara yang mirip dengan baterai.

Silikon adalah bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam sel fotovoltaik, yang didoping untuk menghasilkan sambungan PN, yang merupakan sel yang terdiri dari lapisan dengan kelebihan muatan negatif dan lapisan lain dengan kekurangan muatan negatif, yaitu kelebihan muatan positif. (lubang). Dengan cara ini, interaksi elektromagnetik antara radiasi matahari dan silikon yang diolah menyebabkan medan listrik, yang memungkinkan arus listrik di antara lapisan.

bagaimana cara kerjanya

Energi fotovoltaik bekerja sesuai dengan aturan elektromagnetisme klasik dan mekanika kuantum, dengan menghormati hukum termodinamika, terutama hukum kekekalan energi. Tetapi, pada tingkat yang esensial, energi fotovoltaik disebabkan oleh:

Efek fotoelektrik.

  • Efek fotolistrik : secara teoritis dijelaskan oleh Einstein, itu adalah fenomena kuantum yang terdiri dari emisi elektron dari atom suatu bahan karena insiden foton. Ini terjadi karena foton mentransfer energi dasarnya ke elektron atom, dan jika ini cukup kuat, elektron dapat dilepaskan dari tingkat energinya.
  • Semikonduktivitas : itu adalah properti bahan, yang memungkinkan mereka untuk berperilaku sebagai konduktor atau sebagai isolator, tergantung pada faktor-faktor yang terlibat, baik itu medan listrik atau magnet, tekanan, radiasi elektromagnetik atau suhu lingkungan. Properti ini penting untuk energi fotovoltaik karena memungkinkan doping bahan, mengubah muatan listrik bersih melalui penggabungan kotoran.
  • PN junction : itu adalah sel silikon tidak murni yang terdiri dari lapisan tipe n, yaitu, dengan kelebihan muatan negatif; dan oleh lapisan tipe-p, dengan defisit muatan negatif. Kulit n dibentuk oleh silikon dengan jejak atom valensi lebih tinggi lainnya, yang berkontribusi pada akumulasi elektron. Sebaliknya, lapisan p terdiri dari silikon dan fraksi atom dengan valensi lebih rendah, yang mendukung pembentukan lubang.
  • Aliran listrik searah : ketika foton menabrak lapisan n sel fotovoltaik, mereka membangkitkan elektron bebas, yang tertarik oleh lubang di lapisan p, bergabung kembali dengan mereka. Karena perpindahan elektron bebas ini, polarisasi lapisan terjadi, meninggalkan lapisan n dengan muatan positif dan lapisan p dengan muatan negatif, menyebabkan pembentukan medan listrik dari na ke p. Dengan demikian, arus listrik diberikan searah dari lapisan p ke lapisan n.

Penggunaan energi fotovoltaik

Seperti diketahui, energi fotovoltaik digunakan untuk menghasilkan listrik melalui pembangkit fotovoltaik dan dengan demikian memberi daya pada berbagai fasilitas, sistem atau perangkat elektronik. Namun, dalam beberapa tahun terakhir
energi fotovoltaik telah menjadi bagian penting dari masyarakat modern, untuk penggunaan seperti berikut:

Penggunaan domestik panel fotovoltaik.

  1. Pembangunan tempat tinggal otonom dan pembentukan sistem elektronik independen dari jaringan distribusi listrik.
  2. Sumber energi untuk sistem pemompaan yang dapat menjadi bagian dari kompleks irigasi, air minum di pedesaan, untuk kegiatan peternakan atau di fasilitas desalinasi air.
  3. Catu daya untuk pertukaran telepon, antena radio dan televisi, stasiun pengulang gelombang mikro, di antara fasilitas telekomunikasi penting lainnya. Energi fotovoltaik juga digunakan sebagai sumber energi alternatif dalam keadaan darurat.
  4. Pembuatan rambu, lampu, tiang penerangan perkotaan dan pedesaan, yang mampu menghasilkan dan menyimpan energi fotovoltaik pada siang hari.
  5. Konstruksi probe, satelit, teleskop, kendaraan dan stasiun luar angkasa yang mampu beroperasi dan berfungsi dalam kondisi vakum di luar angkasa.
  6. Penciptaan sistem hibrida energi fotovoltaik dan diesel, dengan kapasitas untuk menghasilkan lebih banyak energi listrik daripada yang dihasilkan dengan cara ekologi konvensional.
  7. Selain digunakan untuk membuat mobil yang ramah lingkungan, energi fotovoltaik juga digunakan untuk memproduksi kapal dan pesawat terbang yang mandiri dan mandiri.

Keuntungan dan kerugian dari energi fotovoltaik

Teknologi yang digunakan untuk menghasilkan energi fotovoltaik, seperti halnya jenis energi terbarukan lainnya, memiliki kelebihan dan kekurangan karena masih dalam proses penyempurnaan. Namun, jenis energi ini menghadirkan serangkaian keterbatasan yang melekat, yang tidak dapat diatasi dengan cara apa pun, itulah sebabnya strategi teknis baru diperlukan untuk meningkatkan efisiensi pembangkit energi fotovoltaik.

Keuntungan

  • Energi matahari, sumber energi fotovoltaik, praktis tidak ada habisnya dari sudut pandang manusia. Oleh karena itu, selama ribuan generasi akan menjadi sumber listrik permanen.
  • Pabrik fotovoltaik dan instalasi fotovoltaik lainnya tidak menghasilkan agen pencemaran lingkungan, menghindari pembentukan gas rumah kaca.
  • Saat teknologi baru untuk efisiensi fotovoltaik dikembangkan, ada pengurangan biaya, membuat panel surya lebih terjangkau.
  • Ini memungkinkan pembangkitan listrik di tempat-tempat terpencil dari jaringan distribusi listrik.
  • Instalasi fotovoltaik dapat beradaptasi dengan berbagai bentuk dan ukuran rumah, bangunan, sistem, kompleks, dll.

Kekurangan

  • Produksi energi fotovoltaik tergantung pada radiasi matahari, yang bervariasi sesuai dengan orientasi panel surya, lokasi di planet ini, waktu hari, waktu tahun, kondisi atmosfer, kotoran pada panel, antara lain..
  • Setiap instalasi yang menggunakan energi fotovoltaik perlu memiliki sumber energi tambahan, karena kapasitas produksi listriknya tidak mencukupi untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari dalam waktu yang lama.
  • Pembuatan panel surya menghasilkan limbah beracun.
  • Pemasangan pembangkit fotovoltaik di gurun, yang merupakan tempat yang disukai untuk penggunaan energi matahari, dapat menyebabkan perubahan ekosistem.

 

Related Posts