post

Energi matahari sangat penting untuk kelangsungan hidup kita sebagai spesies, dan untungnya, industri ini berkembang pesat. Sejak Kongres mengeluarkan kredit pajak pada tahun 2006, Asosiasi Industri Energi Surya (SEIA). Mengatakan bahwa industri tenaga surya telah mencapai tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata sebesar 50 persen dalam dekade terakhir. Di kebanyakan bidang, itu akan menjadi berita makro. Tetapi energi matahari memiliki misi di luar menghasilkan uang itu seharusnya menyelamatkan planet.

Tidak ada rencana untuk mencegah pemanasan global akibat ulah manusia. Yang secara permanen mengubah iklim bumi tanpa panel surya dan energi yang dapat diubahnya. “Peran solusi energi terbarukan dalam mitigasi perubahan iklim terbukti,” kata Program Pembangunan Perserikatan Bangsa-Bangsa. Beberapa orang di industri berpikir bahwa tenaga surya akan tumbuh 6.500 persen. Sebagai industri pada tahun 2050 untuk memitigasi kebutuhan itu.

☀️Anda menyukai solar. Kami juga. Mari kita cari tahu bersama.

Tapi untuk semua kepentingannya, panel surya masih terasa misterius. Persegi panjang hitam yang kaku dan sedikit mengancam, mereka tidak memiliki tampilan atau nuansa penyelamat. Air terjun dan bendungan yang megah terlihat heroik, tetapi panel surya tidak. Jadi apa mekanisme batin mereka, bagaimana cara kerjanya?

Sejarah Singkat Panel Surya

Pekerjaan di energi matahari dimulai pada tahun 1839. Ketika seorang fisikawan muda Prancis bernama Edmond Becquerel menemukan apa yang sekarang dikenal sebagai efek fotovoltaik. Becquerel bekerja dalam bisnis keluarga ayahnya, Antoine. Adalah seorang ilmuwan Prancis terkenal yang semakin tertarik pada listrik ketika dia menemukan dirinya

Edmond tertarik pada bagaimana cahaya berfungsi, dan ketika dia baru berusia 19 tahun. Kedua kepentingan mereka bertemu dia menemukan bahwa listrik dapat dihasilkan melalui sinar matahari. (Kebetulan, ini juga membuatnya membuat foto berwarna pertama di dunia).

Tahun-tahun berlalu dan teknologi membuat langkah-langkah kecil dan mantap. Selama tahun 1940-an, para ilmuwan seperti Maria Telkes bereksperimen dengan menggunakan natrium sulfat. Untuk menyimpan energi dari matahari untuk menciptakan Dover Sun House. Ketika menyelidiki semikonduktor, insinyur Russell Shoemaker Ochs memeriksa sampel silikon yang retak. Dan memperhatikan bahwa sampel tersebut menghantarkan listrik meskipun ada retakan.

Tetapi lompatan terbesar terjadi pada 25 April 1954, ketika ahli kimia Calvin Fuller, fisikawan Gerald Pearson. Dan insinyur Daryl Chapin mengungkapkan bahwa mereka telah membangun sel surya silikon praktis pertama.

Seperti Ochs, ketiganya bekerja untuk Bell Labs dan telah mengambil tantangan untuk menciptakan keseimbangan itu sebelumnya. Chapin telah mencoba menciptakan sumber daya untuk telepon jarak jauh di gurun, tempat baterai biasa akan mengering. Pearson dan Fuller sedang bekerja untuk mengendalikan properti semikonduktor, yang nantinya akan digunakan untuk menyalakan komputer. Sadar akan pekerjaan satu sama lain, ketiganya memutuskan untuk berkolaborasi.

Sel surya paling awal ini “pada dasarnya adalah perangkat rakitan tangan,” kata Robert Margolis. Analis energi senior di National Renewable Energy Laboratory (NREL). Laboratorium federal di Golden, Colorado yang didedikasikan untuk energi terbarukan.

Bagaimana Cara Kerja Panel Surya?

Untuk memahami bagaimana panel surya silikon menghasilkan listrik, Anda harus berpikir di tingkat atom. Silikon memiliki nomor atom 14, yang berarti memiliki 14 proton di pusatnya dan 14 elektron yang mengelilingi pusat tersebut. Menggunakan citra klasik lingkaran atom, ada tiga lingkaran yang bergerak di sekitar pusat. Lingkaran terdalam penuh dengan dua elektron, dan lingkaran tengah penuh dengan delapan elektron.

Namun, lingkaran terluar, yang menampung empat elektron, setengah penuh. Itu berarti ia akan selalu terlihat terisi dengan bantuan atom terdekat. Ketika mereka terhubung, mereka membentuk apa yang disebut struktur kristal.

Dengan semua elektron itu menjangkau dan menghubungkan satu sama lain, tidak banyak ruang bagi arus listrik untuk bergerak. Itulah mengapa silikon yang ditemukan di panel surya tidak murni, bercampur dengan unsur lain, seperti fosfor. Lingkaran terluar fosfor memiliki lima elektron.

Elektron kelima itu menjadi apa yang dikenal sebagai “pembawa bebas”, yang mampu membawa arus listrik tanpa banyak dorongan. Ilmuwan meningkatkan jumlah pembawa bebas dengan menambahkan kotoran dalam proses yang disebut doping. Hasilnya adalah apa yang dikenal sebagai silikon tipe-N.

Silikon tipe-N adalah apa yang ada di permukaan panel surya. Di bawahnya ada cermin yang berlawanan silikon tipe-P. Sedangkan silikon tipe-N memiliki satu elektron ekstra, tipe-P menggunakan pengotor. Dari unsur-unsur seperti galium atau boron, yang memiliki satu elektron lebih sedikit. Itu menciptakan ketidakseimbangan lain, dan ketika sinar matahari mengenai tipe-P, elektron mulai bergerak untuk mengisi kekosongan satu sama lain. Tindakan penyeimbangan yang berulang berulang kali, menghasilkan listrik.

Apa yang Membuat Panel Surya?

Sel surya terbuat dari wafer silikon. Ini terbuat dari unsur silikon, padatan kristal yang keras. Dan rapuh yang merupakan unsur paling melimpah kedua di kerak bumi setelah oksigen. Jika Anda berada di pantai dan melihat bintik hitam mengilap di pasir, itulah silikon. Seperti yang ditemukan Ochs, secara alami mengubah sinar matahari menjadi listrik.

Seperti kristal lainnya, silikon dapat tumbuh. Ilmuwan, seperti yang ada di Bell Labs, menumbuhkan silikon dalam tabung sebagai kristal tunggal yang seragam, membuka gulungan tabung. Dan memotong lembaran yang dihasilkan menjadi apa yang dikenal sebagai wafer.

“Visualisasikan sebuah tongkat bundar,” kata Vikram Aggarwal, pendiri dan CEO EnergySage, pasar belanja perbandingan untuk panel surya. Tongkat itu dipotong seperti “pepperoni, segulung salami yang dipotong tipis-tipis untuk sandwich mereka mencukurnya sangat tipis,” katanya. Di situlah letak kesulitannya secara historis entah terlalu tebal, sia-sia, atau terlalu tipis, sehingga tidak presisi dan rentan retak. ”

Mereka mencoba membuat wafer ini sekurus mungkin, untuk mendapatkan nilai sebanyak mungkin dari kristal mereka. Jenis sel surya ini terbuat dari silikon mono-kristal.

Sel surya pertama menyerupai sel masa kini dalam hal tampilan, ada sejumlah perbedaan. Kembali ke Bell Labs, harapan awalnya adalah bahwa sel surya akan baik. Untuk perlombaan ruang angkasa yang akan datang, kata Margolis. Jadi ada premium untuk menjaga berat badan tetap rendah. Sel fotovoltaik, begitu mereka kemudian dikenal, dimasukkan ke dalam enkapsulasi ringan.

Dan itu berhasil. Hanya empat tahun setelah sel surya yang berfungsi pertama dikembangkan. Pada 17 Maret 1958, Laboratorium Penelitian Angkatan Laut membangun dan meluncurkan Vanguard 1. Satelit bertenaga surya pertama di dunia.

Panel Surya Saat Ini

Saat ini, sel fotovoltaik diproduksi secara massal dan dipotong oleh laser. Dengan akurasi lebih tinggi daripada yang bisa dibayangkan oleh ilmuwan mana pun di Bell Labs. Sementara mereka digunakan di luar angkasa, mereka telah menemukan lebih banyak tujuan dan nilai di Bumi. Jadi, alih-alih menekankan pada bobot, produsen tenaga surya sekarang menekankan pada kekuatan dan daya tahan. Selamat tinggal encapsulate ringan, halo kaca yang tahan cuaca.

Salah satu fokus utama pada setiap produsen tenaga surya adalah efisiensi. Seberapa banyak sinar matahari yang jatuh pada setiap meter persegi panel surya dapat diubah menjadi listrik. Ini adalah “masalah matematika dasar” yang menjadi pusat dari semua produksi surya, kata Aggarwal. Di sini, efisiensi berarti seberapa banyak sinar matahari dapat diubah dengan baik melalui silikon tipe P dan N.

“Katakanlah Anda memiliki 100 kaki persegi yang tersedia di atap Anda,” kata Aggarwal dalam sebuah hipotesis. “Dalam ruang terbatas ini, jika panel 10 persen efisien, itu kurang dari 20 persen. Efisiensi berarti berapa banyak elektron yang dapat mereka hasilkan per inci persegi wafer silikon. Semakin efisien mereka, semakin ekonomis mereka dapat mengirimkannya.”

Sekitar satu dekade lalu, kata Margolis, efisiensi surya berkisar sekitar 13 persen. Pada 2019, efisiensi matahari meningkat hingga 20 persen. Ada tren kenaikan yang jelas, tetapi yang mengatakan Margolis memiliki batasan dengan silikon. Karena sifat silikon sebagai suatu elemen, panel surya memiliki batas atas 29 persen.