Berita
Pembahasan singkat tentang jenis-jenis sel surya
Energi matahari dulunya hanya dimiliki oleh pesawat ruang angkasa canggih dan beberapa gadget mewah, namun sekarang tidak lagi demikian. Selama dekade terakhir, energi surya telah bertransformasi dari sumber energi khusus menjadi pilar utama lanskap energi global.
Bumi terus-menerus terkena sekitar 173.000TW radiasi matahari, yang berarti lebih dari sepuluh kali lipat kebutuhan listrik rata-rata global.
[1] Artinya energi matahari mempunyai kemampuan untuk memenuhi seluruh kebutuhan energi kita.
Pada paruh pertama tahun 2023, pembangkit listrik tenaga surya menyumbang 5,77% dari total pembangkit listrik AS, naik dari 4,95% pada tahun 2022.
[2] Meskipun bahan bakar fosil (terutama gas alam dan batu bara) akan menyumbang 60,4% pembangkit listrik AS pada tahun 2022,
[3] Namun semakin besarnya pengaruh energi surya dan pesatnya perkembangan teknologi energi surya patut mendapat perhatian.
Saat ini, terdapat tiga kategori utama sel surya (juga dikenal sebagai sel fotovoltaik (PV)) di pasaran: kristalin, film tipis, dan teknologi baru. Ketiga jenis baterai ini memiliki keunggulan tersendiri dari segi efisiensi, biaya, dan umur pakai.
01 kristal
Sebagian besar panel surya atap rumah terbuat dari silikon monokristalin dengan kemurnian tinggi. Baterai jenis ini telah mencapai efisiensi lebih dari 26% dan masa pakai lebih dari 30 tahun dalam beberapa tahun terakhir.
[4] Efisiensi panel surya rumah tangga saat ini adalah sekitar 22%.
Silikon polikristalin harganya lebih murah dibandingkan silikon monokristalin, namun kurang efisien dan umurnya lebih pendek. Efisiensi yang lebih rendah berarti lebih banyak panel dan lebih banyak area yang dibutuhkan.
Sel surya berdasarkan teknologi multi-junction gallium arsenide (GaAs) lebih efisien dibandingkan sel surya tradisional. Sel-sel ini memiliki struktur multi-lapisan, dan setiap lapisan menggunakan bahan berbeda, seperti indium gallium fosfida (GaInP), indium gallium arsenide (InGaAs), dan germanium (Ge), untuk menyerap panjang gelombang sinar matahari yang berbeda. Meskipun sel multijungsi ini diharapkan dapat mencapai efisiensi yang tinggi, sel tersebut masih mengalami biaya produksi yang tinggi serta penelitian dan pengembangan yang belum matang, sehingga membatasi kelayakan komersial dan penerapan praktisnya.
02 film
Produk utama fotovoltaik film tipis di pasar global adalah modul fotovoltaik kadmium tellurida (CdTe). Jutaan modul semacam itu telah dipasang di seluruh dunia, dengan kapasitas pembangkit listrik puncak lebih dari 30GW. Mereka terutama digunakan untuk pembangkit listrik skala utilitas di Amerika Serikat. pabrik.
Dalam teknologi film tipis ini, modul surya berukuran 1 meter persegi mengandung lebih sedikit kadmium dibandingkan baterai nikel-kadmium (Ni-Cd) berukuran AAA. Selain itu, kadmium dalam modul surya terikat dengan telurium, yang tidak larut dalam air dan tetap stabil pada suhu setinggi 1.200°C. Faktor-faktor ini mengurangi bahaya racun dari penggunaan kadmium telurida dalam baterai film tipis.
Kandungan telurium di kerak bumi hanya 0,001 bagian per juta. Sama seperti platina yang merupakan unsur langka, kelangkaan telurium dapat secara signifikan mempengaruhi biaya modul telurida kadmium. Namun, masalah ini dapat diatasi melalui praktik daur ulang.
Efisiensi modul telurida kadmium dapat mencapai 18,6%, dan efisiensi baterai di lingkungan laboratorium dapat melebihi 22%. [5] Menggunakan doping arsenik untuk menggantikan doping tembaga, yang telah digunakan sejak lama, dapat meningkatkan masa pakai modul secara signifikan dan mencapai tingkat yang sebanding dengan baterai kristal.
03Teknologi yang sedang berkembang
Munculnya teknologi fotovoltaik yang menggunakan film ultra-tipis (kurang dari 1 mikron) dan teknik pengendapan langsung akan mengurangi biaya produksi dan menyediakan semikonduktor berkualitas tinggi untuk sel surya. Teknologi ini diharapkan menjadi pesaing material yang sudah ada seperti silikon, kadmium telurida, dan galium arsenida.
[6]Ada tiga teknologi film tipis yang terkenal di bidang ini: tembaga seng timah sulfida (Cu2ZnSnS4 atau CZTS), seng fosfida (Zn3P2) dan tabung nano karbon berdinding tunggal (SWCNT). Di laboratorium, sel surya tembaga indium galium selenida (CIGS) telah mencapai efisiensi puncak yang mengesankan sebesar 22,4%. Namun, mereplikasi tingkat efisiensi tersebut pada skala komersial masih merupakan sebuah tantangan.
[7] Sel film tipis perovskit timbal halida adalah teknologi surya baru yang menarik. Perovskit adalah sejenis zat dengan struktur kristal khas dengan rumus kimia ABX3. Ini adalah mineral berwarna kuning, coklat atau hitam yang komponen utamanya adalah kalsium titanat (CaTiO3). Sel surya tandem perovskit berbasis silikon skala komersial yang diproduksi oleh perusahaan Inggris Oxford PV telah mencapai rekor efisiensi sebesar 28,6% dan akan mulai diproduksi tahun ini.
[8]Hanya dalam beberapa tahun, sel surya perovskit telah mencapai efisiensi yang serupa dengan sel film tipis kadmium telurida yang ada. Pada awal penelitian dan pengembangan baterai perovskit, umur baterai merupakan masalah besar, sangat pendek sehingga hanya dapat dihitung dalam hitungan bulan.
Saat ini, sel perovskit memiliki masa pakai 25 tahun atau lebih. Saat ini keunggulan sel surya perovskit adalah efisiensi konversi yang tinggi (lebih dari 25%), biaya produksi yang rendah, dan suhu yang dibutuhkan untuk proses produksi rendah.
Membangun panel surya terintegrasi
Beberapa sel surya dirancang untuk menangkap hanya sebagian dari spektrum matahari sambil membiarkan cahaya tampak melewatinya. Sel transparan ini disebut sel surya peka warna (DSC) dan lahir di Swiss pada tahun 1991. Hasil penelitian dan pengembangan baru dalam beberapa tahun terakhir telah meningkatkan efisiensi DSC, dan mungkin tidak lama lagi panel surya ini akan dipasarkan.
Beberapa perusahaan memasukkan nanopartikel anorganik ke dalam lapisan kaca polikarbonat. Partikel nano dalam teknologi ini menggeser bagian spektrum tertentu ke tepi kaca, sehingga sebagian besar spektrum dapat melewatinya. Cahaya yang terkonsentrasi di tepi kaca kemudian dimanfaatkan oleh sel surya. Selain itu, teknologi penerapan bahan film tipis perovskit pada jendela surya transparan dan dinding eksterior bangunan saat ini sedang dipelajari.
Bahan baku yang dibutuhkan untuk energi surya
Untuk meningkatkan pembangkit listrik tenaga surya, permintaan penambangan bahan baku penting seperti silikon, perak, tembaga dan aluminium akan meningkat. Departemen Energi AS menyatakan bahwa sekitar 12% silikon kelas metalurgi (MGS) dunia diproses menjadi polisilikon untuk panel surya.
Tiongkok adalah pemain utama dalam bidang ini, memproduksi sekitar 70% MGS dunia dan 77% pasokan polisilikon dunia pada tahun 2020.
Proses pengubahan silikon menjadi polisilikon memerlukan suhu yang sangat tinggi. Di Tiongkok, energi untuk proses ini sebagian besar berasal dari batu bara. Xinjiang memiliki sumber daya batu bara yang melimpah dan biaya listrik yang rendah, serta produksi polisilikonnya menyumbang 45% produksi global.
[12]Produksi panel surya mengkonsumsi sekitar 10% perak dunia. Penambangan perak terutama terjadi di Meksiko, Tiongkok, Peru, Chili, Australia, Rusia, dan Polandia dan dapat menimbulkan masalah seperti kontaminasi logam berat dan relokasi paksa masyarakat lokal.
Penambangan tembaga dan aluminium juga menimbulkan tantangan penggunaan lahan. Survei Geologi AS mencatat bahwa Chili menyumbang 27% dari produksi tembaga global, diikuti oleh Peru (10%), Tiongkok (8%) dan Republik Demokratik Kongo (8%). Badan Energi Internasional (IEA) percaya bahwa jika penggunaan energi terbarukan global mencapai 100% pada tahun 2050, permintaan tembaga dari proyek tenaga surya akan meningkat hampir tiga kali lipat.
[13]Kesimpulan
Akankah energi matahari suatu hari nanti menjadi sumber energi utama kita? Harga energi surya turun dan efisiensinya meningkat. Sementara itu, ada banyak jalur teknologi surya yang dapat dipilih. Kapan kita akan mengidentifikasi satu atau dua teknologi dan menjadikannya benar-benar berfungsi? Bagaimana cara mengintegrasikan energi surya ke dalam jaringan listrik?
Evolusi energi surya dari khusus menjadi arus utama menyoroti potensinya untuk memenuhi dan melampaui kebutuhan energi kita. Meskipun sel surya kristalin saat ini mendominasi pasar, kemajuan teknologi film tipis dan teknologi baru seperti kadmium tellurida dan perovskit membuka jalan bagi aplikasi tenaga surya yang lebih efisien dan terintegrasi. Energi surya masih menghadapi banyak tantangan, seperti dampak lingkungan dari penambangan bahan mentah dan hambatan produksi, namun bagaimanapun juga, ini adalah industri yang berkembang pesat, inovatif dan menjanjikan.
Dengan keseimbangan yang tepat antara kemajuan teknologi dan praktik berkelanjutan, pertumbuhan dan perkembangan energi surya akan membuka jalan menuju masa depan energi yang lebih bersih dan berlimpah. Oleh karena itu, hal ini akan menunjukkan pertumbuhan yang signifikan dalam bauran energi AS dan diharapkan menjadi solusi global yang berkelanjutan.