Photovoltaic atau Panel Surya

Abstrak

Photovoltaic(PV) atau bisa disebut sebagai panel surya adalah teknologi yang mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Panel surya akan menyerap sinar matahari melalui elektroda. Sinar matahari yang tertangkap akan diubah menjadi arus listrik oleh semikonduktor. Proses ini disebut sebagai fotoelektrik. 

Penjelasan

Photovoltaic merupakan teknologi yang dapat mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik untuk keperluan sehari-hari. Panel Photovoltaic (PV) merupakan peralatan yang terdiri dari sekumpulan solar sel yang berfungsi untuk mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik  (Andriani Parastiwi,dkk, 2018). Bahan yang digunakan pada teknologi ini adalah bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor adalah bahan padat yang mempunyai konduktivitas listrik yang berada di antara konduktor dan isolator. Bahan ini mempunyai karakteristik yang sama dengan listrik di mana dapat berubah sesuai suhu. Contoh dari bahan ini adalah Silikon, Germanium, dan Karbon. Pada PV sendiri, menggunakan bahan silikon untuk menyerap energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Prinsip kerja PV adalah efek fotovoltaic, fenomena di mana voltase listrik muncul ketika dua elektroda bersentuhan saat terkena cahaya. PV ini bermanfaat dalam menjaga kelestarian lingkungan karena tidak menghasilkan polusi sekaligus menghemat biaya penggunaan energi. Penerapan dari PV ini sendiri seperti lampu penerangan jalan, peralatan rumah tangga, menggerakan pompa irigasi, dan pengisian baterai. 

Sejarah Pengembangan

Cahaya matahari merupakan fenomena fisika yang selalu terjadi setiap hari di seluruh perjalanan umat manusia. Pada zaman purba, manusia memanfaatkan cahaya matahari untuk berburu di siang hari dan melakukan aktivitas lainnya. Pada abad ke-7 SM., manusia membuat sebuah kaca pembesar yang digunakan memusatkan cahaya matahari untuk membuat api. Pada tahun 30 masehi, manusia menemukan rumah kaca untuk menanam tanaman di luar musim. Seiring berkembangnya zaman, manusia mulai mengerti cara kerja matahari dengan mempelajari konsep fisika seperti elektromagnetisme, optik, dan termodinamika. Pada tahun 1833, Charles Fritts, seorang penemu Amerika, menemukan perangkat surya pertama dan menggunakannya di atap gedung di New York. Kemudian, pada tahun 1946, Russell Shoemaker Ohl, seorang peneliti semikonduktor di Bell Labs, menemukan sel surya semikonduktor sambungan modern. Semua perkembangan penggunaan energi cahaya matahari ini membuat manusia menuju kepada sebuah teknologi Photovoltaic(PV). Sebuah teknologi di era modern dengan menggunakan bahan semikonduktor. 

Generasi Panel Surya

Photovoltaic (PV) sudah dikembangkan sejak tahun 1954 oleh tiga ilmuwan bernama Daryl Chapin, Calvin Fuller, dan Gerald Pearson di Bell Labs. Teknologi ini sendiri sudah mempunyai tiga generasi. Generasi pertama adalah Wafer Based (Crystallin Silicon). Teknologi ini menggunakan bahan baku berupa silikon dengan kemurnian tinggi, pasir kuarsa direaksikan dengan karbon. Silikon dipanaskan pada tungku bersuhu 1500 - 2000 derajat celcius. Hasil dari pemanasan tersebut adalah Metallurgical Grade Silicon dengan tingkat kemurnian 98.5%. Metallurgical Grade Silicon tersebut kemudian melalui proses panjang hingga mencapai 99.9999%-solar grade silicon. Generasi kedua adalah Thin film (CdTe, CIGS, amorphous silicon). Teknologi ini memiliki tingkat efisiensi sebesar 22%. Walau memiliki tingkat efisiensi yang cukup tinggi, ketersedian bahan baku teknologi ini masih jarang ditemukan di pasaran sehingga membuat bahan bakunya memiliki harga yang terbilang mahal. Generasi ketiga dari pengembangan teknologi Photovoltaic (PV) meliputi Organic PV, Dye-Sensitized PV,  dan Perovskite PV.  Organic PV adalah teknologi yang menggunakan material yang lebih murah dan pemrosesan yang lebih sederhana. Salah satunya dengan menggunakan campuran polimer, bahan baku yang tidak terlalu banyak dan dapat diprinting.  Sel surya yang dihasilkan bersifat lebih fleksibel. Dye-Sensitized PV adalah teknologi PV yang menggunakan pewarna organik untuk menyerap sinar matahari. Pewarna organik ini dapat digunakan di dalam maupun luar ruangan. PV ini memiliki tingkat efisiensi sebesar 12% dan dapat menyerap cahaya alami dan buatan. Perovskite PV adalah teknologi photovoltaic (PV) yang memiliki tingkat efisiensi tinggi sekitar 25,7%. Teknologi ini membutuhkan biaya yang relatif rendah saat dioperasikan. Sayangnya, teknologi ini belum dikomersilkan.

Prinsip Kerja

Photovoltaic (PV) mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan memanfaatkan sel-sel photovoltaic yang terbuat dari bahan-bahan semikonduktor, seperti silikon. Proses konversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik di mulai pada saat sel fotovoltaik menyerap foton dari energi matahari. Foton melepaskan elektron dari atom-atom di dalam sel fotovoltaik. Elektron yang sudah terpisah akan bergerak bebas di sekitar daerah pita konduksi. Daerah semikonduktor dengan elektron bebas bersifat negatif, sedangkan pada daerah semikonduktor bersifat positif. Daerah positif dan negatif yang terjadi persimpangan ini akan menimbulkan energi yang mendorong elektron dan “hole” bergerak ke arah yang berlawanan. Pergerakan elektron dan hole menciptakan arus listrik. Arus listrik yang dihasilkan oleh sel fotovoltaik dapat dikumpulkan dan digunakan untuk berbagai keperluan listrik sehari-hari.

Jenis Photovoltaic

Sistem Photovoltaic (PV) dapat dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan kebutuhan penggunaannya, yaitu On-Grid, Off-Grid, dan Hybrid. Sistem On-Grid adalah yang paling umum digunakan, baik untuk perumahan maupun bisnis. Sistem ini tidak memerlukan baterai, melainkan menggunakan inverter yang terhubung langsung dengan jaringan listrik PLN. Kelebihan energi yang dihasilkan oleh panel surya dapat diekspor ke jaringan PLN dan digunakan pada bulan berikutnya, sehingga membantu menghemat biaya listrik. Namun, sistem On-Grid tidak akan berfungsi saat terjadi pemadaman listrik, karena bergantung sepenuhnya pada jaringan PLN. Sistem Off-Grid, di sisi lain, tidak terhubung ke PLN melainkan menggunakan baterai sebagai penyimpanan energi. Sistem ini dirancang untuk menghasilkan daya yang cukup sepanjang tahun, bahkan saat musim hujan atau ketika sinar matahari minim, dengan kapasitas baterai yang mencukupi. Energi yang dihasilkan disimpan di baterai, dan ketika baterai penuh, pasokan daya dari panel surya akan berhenti. Pada malam hari atau saat cuaca buruk, listrik akan diambil dari baterai. Sistem Hybrid menggabungkan keunggulan sistem On-Grid dan Off-Grid. Sistem ini memungkinkan pasokan listrik yang berkelanjutan dengan menyimpan kelebihan energi surya dalam baterai untuk digunakan saat matahari tidak bersinar atau ketika terjadi pemadaman listrik. Dengan menggunakan inverter grid-tie berbasis baterai yang terhubung ke PLN, sistem Hybrid menawarkan solusi yang lebih efisien dan praktis dibandingkan penggunaan generator cadangan atau bank baterai besar. Hal ini menjadikan sistem Hybrid pilihan yang lebih fleksibel untuk memenuhi kebutuhan listrik.

Panel surya atau photovoltaic (PV) dapat dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan bahan pembuatannya. Monocrystalline silicon adalah panel surya yang dibuat dari silikon yang diiris tipis menggunakan mesin potong. Jenis ini mampu menyerap cahaya matahari lebih efisien dibandingkan jenis lainnya, tetapi membutuhkan intensitas cahaya yang sangat tinggi untuk berfungsi optimal. Polycrystalline silicon, yang paling umum digunakan, terbuat dari batang silikon yang dilebur sehingga menghasilkan susunan yang padat dan teratur. Namun, panel ini kurang efektif di daerah dengan curah hujan tinggi karena tetap membutuhkan cahaya matahari yang cukup terang. Thin film solar cell dirancang untuk keperluan komersial dan memiliki keunggulan berupa desain yang tipis, ringan, dan fleksibel. Panel ini dapat berfungsi optimal dengan pencahayaan buatan seperti lampu fluorescent atau pijar, meskipun efisiensinya rendah, hanya sekitar 8,5%. Sementara itu, compound thin film triple junction photovoltaic memiliki tiga lapisan dan dirancang khusus untuk digunakan di luar angkasa. Panel ini mampu menghasilkan daya listrik hingga 45% lebih tinggi dibandingkan jenis lainnya. Namun, kelemahannya terletak pada bobotnya yang berat dan sifatnya yang rapuh, sehingga kurang tahan dibandingkan panel surya lainnya.

Perkembangan Tiap Negara

Photovoltaic (PV) menjadi teknologi yang berkembang pesat sampai saat ini. Ekspansi penggunaan tenaga surya terus naik, terutama di negara China. Pada tahun 2023, sistem tenaga surya dengan output sebesar 253 GW sehingga meningkatkan kapasitas nasional sebesar 656 GW. Menurut International Energy Agency (IEA), sistem tenaga surya kini memenuhi sekitar sepuluh persen kebutuhan listrik China. Tidak hanya di China, Jepang memiliki kapasitas tenaga surya sebesar 90 GW, jumlah tersebut setara dengan dua belas persen dari kebutuhan nasional dan di India (90 GW) sekitar sebelas persen. Tenaga surya menyumbang 21 persen dari gabungan listrik di Spanyol (36 GW), Belanda (33 GW) dan Yunani (7 GW). Di Jerman (92 GW) sekitar 14 persen listrik dihasilkan, di Polandia (17 GW) dua belas persen dan Bulgaria (4 GW) sekitar sebelas persen. Turki (11 GW), Afrika Selatan (6 GW) dan Uni Emirat Arab (5 GW) masing-masing memenuhi sekitar tujuh persen kebutuhan listrik mereka dengan energi surya. Israel mempunyai keluaran tenaga surya sebesar 4 GW, yang cukup untuk 15 persen kebutuhan listriknya, dan di negara minyak Arab Saudi (3 GW) hanya sekitar dua persen. Menurut laporan Global Energy Monitor dalam A Race to the Top: Southeast Asia 2024, kapasitas terpasang PLTS di Indonesia baru mencapai 21 megawatt (MW). Angka tersebut membuat Indonesia menempati peringkat kedelapan dan 11 negara anggota ASEAN yang dinilai dalam laporan tersebut.Capaian Indonesia tersebut bahkan lebih rendah daripada Singapura, yang memiliki PLTS dengan kapasitas terpasang 186 MW.

Sumber : 

Ecadin - https://www.ecadin.org/kenalan-dengan-teknologi-solar-pv/

Sunenergy - https://sunenergy.id/blog/jenis-jenis-panel-surya