Salah satu dari
14 daftar tantangan bagi para insinyur di abad ke 21 adalah “make solar energy
economical”. Kenapa demikian, karena memang pada saat ini kita sedang
menghadapi krisis energi terutama nenergi fosil yang lambat laun pasti akan
habis juga. Di samping itu, pertambahan pendududk di dunia ini yang semakin tak
terkendali menyebabkan persedian energi fosil juga semakin menipis. Maka dari
itu perlu dicarinya energi terbarukan yang mudah didapat dan juga ekonomis.
Salah satu energi yang dapat kita manfaatkan tetapi sering terabaikan adalah
energi matahari. Dengan memanfaatkan sinar matahari sebagai energi pengganti
secara tidak langsung kita telah mencegah pemanasan global warming, menghemat
pemakaian energi fosil dan perlu diingat juga bahwa energi matahari dapat kita dapatkan setiap
hari, gratis dan juga ramah lingkungan.
Bagaimana
caranya merubah energi surya ke energi listrik. Nah sebaiknya kita terlebih dahulu
mengenal solar cell itu sendiri beserta komponen-komponennya. Solar cell adalah alat
untuk menkonversi tenaga matahari menjadi energi listrik. Komponen utama dalam panel sel surya biasanya
menggunakan bahan semikonduktor. Kristal silikon, Cadmium Telluride (Cd Te) dan Copper Indium
Gallium Selenide (CIGS) merupakan bahan semikonduktor yang familiar sebagai
panel surya dan juga memiliki efisiensi diatas cukup.
Selain terdiri atas panel-panel sel surya, komponen lain dalam sistem solar cell adalah Balance of
System (BOS) berupa inverter dan kontroller. PLTS sering dilengkapi dengan
batere sebagai penyimpan daya, sehingga PLTS dapat tetap memasok daya listrik
ketika tidak ada cahaya matahari.
Cara
kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel.
Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki
dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang
disebut dengan photon. Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada
tahun 1905. Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan panjang gelombang
dan frekuensi photon V dirumuskan dengan persamaan:
Prinsip dasarnya
adalah ketika suatu kristal silikon di-doping dengan unsur golongan kelima,
misalnya arsen, maka atom-atom arsen itu akan menempati ruang diantara
atom-atom silikon yang mengakibatkan munculnya elektron bebas pada material
campuran tersebut. Elektron bebas tersebut berasal dari kelebihan elektron yang
dimiliki oleh arsen terhadap lingkungan sekitarnya, dalam hal ini adalah
silikon. Semikonduktor jenis ini kemudian diberi nama semikonduktor tipe-n. Hal
yang sebaliknya terjadi jika kristal silikon di-doping oleh unsur golongan
ketiga, misalnya boron, maka kurangnya elektron valensi boron dibandingkan
dengan silikon mengakibatkan munculnya hole yang bermuatan positif pada
semikonduktor tersebut. Semikonduktor ini dinamakan semikonduktor tipe-p.
Adanya tambahan pembawa muatan tersebut mengakibatkan semikonduktor ini akan
lebih banyak menghasilkan pembawa muatan ketika diberikan sejumlah energi
tertentu, baik pada semikonduktor tipe-n maupun tipe-p.
Ketika
semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan maka akan terjadi difusi hole dari
tipe-p menuju tipe-n dan difusi elektron dari tipe-n menuju tipe-p. Difusi
tersebut akan meninggalkan daerah yang lebih positif pada batas tipe-n dan
daerah lebih negatif pada batas tipe-p. Batas tempat terjadinya perbedaan
muatan pada sambungan p-n disebut dengan daerah deplesi. Adanya perbedaan
muatan pada daerah deplesi akan mengakibatkan munculnya medan listrik yang
mampu menghentikan laju difusi selanjutnya. Medan listrik tersebut
mengakibatkan munculnya arus drift. Namun arus ini terimbangi oleh arus difusi
sehingga secara keseluruhan tidak ada arus listrik yang mengalir pada
semikonduktor sambungan p-n tersebut. Lantas, bagaimana elektron-elektron yang
terlepas dari atom-atom kristal semikonduktor dapat mengalir sehingga
menimbulkan energi listrik?
Sebagaimana yang
kita ketahui bersama, elektron adalah partikel bermuatan yang mampu dipengaruhi
oleh medan listrik. Kehadiran medan listrik pada elektron dapat mengakibatkan
elektron bergerak. Hal inilah yang dilakukan pada sel surya sambungan p-n,
yaitu dengan menghasilkan medan listrik pada sambungan p-n agar elektron dapat
mengalir akibat kehadiran medan listrik tersebut.
Ketika
semikonduktor sambungan p-n disinari maka akan terjadi pelepasan elektron dan
hole pada semikonduktor tersebut. Lepasnya pambawa muatan tersebut
mengakibatkan penambahan kuat medan listrik di daerah deplesi. Adanya kelebihan
muatan ini akan mengakibatkan muatan ini bergerak karena adanya medan listrik
pada daerah deplesi. Pada keadaan ini, arus drift lebih besar daripada arus difusi
sehingga secara keseluruhan dihasilkan arus berupa arus drift, yaitu arus yang
dihasilkan karena kemunculan medan listrik. Arus inilah yang kemudian
dimanfaatkan oleh sel surya sambungan p-n sebagai arus listrik.
Dari hal tersebutlah kita dapat menyimpulkan bahwa untuk membuat solar cell
yang sederhana saja kita banyak sekali memanfaatkan berbagai macam disiplin
ilmu terutama fisika dan kimia. Namun, kendalanya adalah untuk mendapatkan
panel yang bagus atau yang mampu menyerap panas dengan baik dan di indonesia
belum sanggup membuat itu sendiri. Padahal, secara geografis Indonesia
merupakan negara yang mendapatkan penyinaran matahari yang cukup melimpah
sepanjang tahun dan juga didukung dengan adanya sumber tambang yang cukup
melimpah untuk dimanfaatkan sebagai bahan utama pemuat panel surya. Bayangkan
saja suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi
sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 10 joule pertahun, energi ini
setara dengan 2 x 1017 Watt . Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000
kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan
menutup 0.1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki
efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat
ini. Perlu diingat juga energi yang dihasilkan oleh sel surya merupakan energi
yang ramah lingkungan dan juga tidak akan menyebabkan hujan asam, efek rumah
kaca atau permasalahan yang ditimbulkan oleh energi nuklir. Dengan memanfaatkan
energi matahari secara optimal Indonesia tidak akan kekurangan enegi dan tidak
akan mengalami byar-pet pada
listriknya, serta tidak harus membangun pembangkit listrik tenaga nuklir yang
dirasa masih terlalu berbahaya dan beresiko tinggi oleh
masyarakat-masyarakatnya. Pada akhirnya masalah tersebut menjadi tantangan bagi
kita yang memang sedang melalui tahap menjadi seorang insinyur yang siap
merubah Indonesia menjadi lebih baik.
sumber :
gambar persamaan efek fotolistrik; http://novhietadrisfisikawalisongo.blogspot.com/2012/06/dualisme-gelombang-partikel
gambar prinsip kerja panel surya; http://www.litbang.esdm.go.id/PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)
isi;
HTTP://http://punyaunie.blogspot.com/uNie,,,uNie,,,Unie,,,, PRINSIP KERJA SEL SURYA
http://gensetportable.blogspot.com/Cara Membuat Panel Surya Sendiri Genset Portable Tenaga Surya
Tidak ada komentar:
Posting Komentar