Panel atau Sel Fotovoltaik: Apa, Bagaimana, dan Mengapa?

Energi matahari adalah salah satu sumber energi terbarukan yang paling melimpah dan bersih di bumi. Namun, bagaimana cara kita memanfaatkan energi matahari untuk kebutuhan listrik kita? Jawabannya adalah dengan menggunakan panel atau sel fotovoltaik. Apa itu panel atau sel fotovoltaik? Bagaimana cara kerja dan manfaatnya? Artikel ini akan menjelaskan secara detail tentang panel atau sel fotovoltaik dengan beberapa subtopik berikut:

• Definisi dan sejarah panel atau sel fotovoltaik
• Jenis-jenis dan komponen panel atau sel fotovoltaik
• Prinsip dan proses kerja panel atau sel fotovoltaik
• Kelebihan dan kekurangan panel atau sel fotovoltaik
• Aplikasi dan perkembangan panel atau sel fotovoltaik

Definisi dan Sejarah Panel atau Sel Fotovoltaik

Panel atau sel fotovoltaik adalah teknologi yang mengubah energi surya menjadi listrik dengan menggunakan material semikonduktor seperti silikon. Istilah fotovoltaik berasal dari kata foto yang berarti cahaya dan voltaik yang berarti listrik. Sel fotovoltaik juga dikenal sebagai sel surya pada plts atap karena menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energinya .

Konsep dasar dari sel fotovoltaik pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan Prancis Alexandre Edmond Becquerel pada tahun 1839. Ia menemukan bahwa beberapa material dapat menghasilkan arus listrik ketika terkena cahaya. Namun, penemuan ini belum dapat dimanfaatkan secara praktis karena efisiensi yang sangat rendah.

Sel fotovoltaik modern pertama kali dibuat oleh ilmuwan Amerika Serikat Russell Ohl pada tahun 1941. Ia menggunakan silikon sebagai material semikonduktor dan menciptakan sebuah dioda yang dapat menghasilkan listrik ketika terkena cahaya. Efisiensi sel fotovoltaik ini mencapai 1 persen.

Pada tahun 1954, ilmuwan Bell Labs Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin berhasil meningkatkan efisiensi sel fotovoltaik hingga 6 persen dengan menggunakan silikon tipe-p dan tipe-n. Sel fotovoltaik ini kemudian digunakan untuk menggerakkan mainan dan peralatan kecil.

Pada tahun 1958, sel fotovoltaik mulai digunakan untuk aplikasi luar angkasa oleh NASA. Sel fotovoltaik dipasang pada satelit Vanguard I untuk menyediakan listrik bagi instrumen-instrumen di dalamnya. Sejak saat itu, sel fotovoltaik menjadi teknologi yang populer dan berkembang pesat untuk berbagai keperluan.

Jenis-jenis dan Komponen Panel atau Sel Fotovoltaik

Sel fotovoltaik tersedia dalam berbagai jenis dan kualitas yang berbeda-beda. Jenis-jenis sel fotovoltaik yang umum digunakan adalah:

• Sel fotovoltaik monokristalin: terbuat dari silikon murni yang dipotong menjadi potongan-potongan tunggal dengan bentuk silinder. Sel ini memiliki efisiensi tertinggi (sekitar 20 persen) tetapi juga biaya produksi tertinggi.
• Sel fotovoltaik polikristalin: terbuat dari silikon murni yang dipotong menjadi potongan-potongan banyak dengan bentuk kotak. Sel ini memiliki efisiensi sedang (sekitar 15 persen) tetapi juga biaya produksi lebih rendah.
• Sel fotovoltaik thin film: terbuat dari lapisan tipis semikonduktor seperti amorf silikon, kadmium telurida, atau tembaga indium galium selenida yang ditempelkan pada substrat seperti kaca, plastik, atau logam. Sel ini memiliki efisiensi terendah (sekitar 10 persen) tetapi juga biaya produksi terendah dan fleksibilitas tertinggi.

Sel-sel fotovoltaik biasanya disusun secara seri dan paralel dalam sebuah modul atau panel untuk meningkatkan tegangan dan arus listriknya. Modul atau panel fotovoltaik biasanya dilengkapi dengan beberapa komponen pendukung, seperti:

• Bingkai: berfungsi untuk melindungi dan menopang sel-sel fotovoltaik. Bingkai biasanya terbuat dari bahan yang kuat dan tahan cuaca, seperti aluminium atau plastik.
• Kaca: berfungsi untuk melindungi sel-sel fotovoltaik dari debu, air, dan kerusakan mekanis. Kaca biasanya dilapisi dengan lapisan anti-pantulan untuk meningkatkan transmisi cahaya.
• Lapisan belakang: berfungsi untuk melindungi sel-sel fotovoltaik dari kelembaban dan korosi. Lapisan belakang biasanya terbuat dari bahan yang tahan air dan isolator listrik, seperti plastik atau karet.
• Kotak persimpangan: berfungsi untuk menghubungkan sel-sel fotovoltaik dengan kabel-kabel listrik. Kotak persimpangan biasanya dilengkapi dengan dioda untuk mencegah arus balik yang dapat merusak sel-sel fotovoltaik.
• Kabel dan konektor: berfungsi untuk menghubungkan modul atau panel fotovoltaik dengan peralatan lain, seperti inverter, baterai, atau grid listrik. Kabel dan konektor biasanya memiliki standar yang sesuai dengan sistem fotovoltaik yang digunakan.

Prinsip dan Proses Kerja Panel atau Sel Fotovoltaik

Prinsip kerja panel atau sel fotovoltaik adalah dengan memanfaatkan efek fotovoltaik, yaitu fenomena di mana material semikonduktor dapat menghasilkan listrik ketika terkena cahaya. Proses kerja panel atau sel fotovoltaik adalah sebagai berikut:

• Ketika cahaya matahari mengenai panel atau sel fotovoltaik, sebagian cahaya akan diserap oleh material semikonduktor. Cahaya yang diserap akan menyebabkan elektron-elektron dalam material semikonduktor terlepas dari atom-atomnya dan bergerak bebas.
• Material semikonduktor dalam panel atau sel fotovoltaik biasanya terdiri dari dua jenis, yaitu tipe-p dan tipe-n. Tipe-p adalah material semikonduktor yang kekurangan elektron (bermuatan positif), sedangkan tipe-n adalah material semikonduktor yang berlebihan elektron (bermuatan negatif). Ketika dua jenis material ini disatukan, akan terbentuk sebuah sambungan p-n di antara keduanya.
• Sambungan p-n akan menyebabkan terjadinya medan listrik di antara material tipe-p dan tipe-n. Medan listrik ini akan mendorong elektron-elektron yang terlepas dari material tipe-n untuk mengalir ke material tipe-p, sehingga membentuk arus listrik searah (DC).
• Arus listrik searah (DC) yang dihasilkan oleh panel atau sel fotovoltaik kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan peralatan-peralatan listrik yang membutuhkannya. Namun, jika peralatan-peralatan listrik tersebut membutuhkan arus listrik bolak-balik (AC), maka arus listrik searah (DC) harus diubah menjadi arus listrik bolak-balik (AC) dengan menggunakan sebuah inverter.

Kelebihan dan Kekurangan Panel atau Sel Fotovoltaik

Panel atau sel fotovoltaik memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan, antara lain:

Kelebihan:

• Menghasilkan listrik yang bersih dan ramah lingkungan, tanpa menghasilkan polusi udara, suara, atau limbah.
• Menghemat biaya listrik dalam jangka panjang, karena tidak membutuhkan bahan bakar atau pemeliharaan yang mahal.
• Dapat dipasang di berbagai tempat dan skala, baik di atap rumah, lahan kosong, maupun luar angkasa.
• Dapat bekerja secara mandiri atau terhubung dengan grid listrik, sehingga dapat memberikan ketersediaan dan keandalan listrik yang tinggi.
• Dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti penerangan, pemanasan, pendinginan, pompa air, komunikasi, hiburan, dll.

Kekurangan:

• Membutuhkan investasi awal yang besar untuk pembelian dan pemasangan panel atau sel fotovoltaik.
• Bergantung pada intensitas dan durasi cahaya matahari, sehingga dapat mengalami fluktuasi daya dan efisiensi.

• Membutuhkan ruang yang cukup luas untuk memasang panel atau sel fotovoltaik, sehingga dapat mengurangi lahan yang dapat digunakan untuk keperluan lain.
• Membutuhkan peralatan tambahan, seperti inverter, baterai, regulator, dll, yang dapat menambah biaya dan kerumitan sistem fotovoltaik.
• Memiliki umur yang terbatas, sekitar 20-30 tahun, dan dapat mengalami penurunan kinerja seiring waktu.

Aplikasi dan Perkembangan Panel atau Sel Fotovoltaik

Panel atau sel fotovoltaik telah diterapkan untuk berbagai aplikasi di berbagai bidang, seperti:

• Rumah tangga: panel atau sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menyediakan listrik bagi rumah-rumah yang tidak terjangkau oleh grid listrik atau ingin mengurangi ketergantungan pada grid listrik. Panel atau sel fotovoltaik dapat dipasang di atap rumah atau di halaman rumah dengan menggunakan sistem off-grid atau on-grid.
• Industri: panel atau sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menyediakan listrik bagi industri-industri yang membutuhkan listrik yang stabil dan hemat biaya. Panel atau sel fotovoltaik dapat dipasang di lahan industri atau di atap gedung-gedung industri dengan menggunakan sistem on-grid atau hybrid.
• Pertanian: panel atau sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menyediakan listrik bagi pertanian-pertanian yang membutuhkan listrik untuk mengoperasikan pompa air, irigasi, pengolahan hasil panen, dll. Panel atau sel fotovoltaik dapat dipasang di lahan pertanian atau di atap gudang-gudang pertanian dengan menggunakan sistem off-grid atau on-grid.
• Transportasi: panel atau sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menyediakan listrik bagi transportasi-transportasi yang menggunakan listrik sebagai bahan bakarnya, seperti mobil listrik, kereta api listrik, kapal laut listrik, pesawat terbang listrik, dll. Panel atau sel fotovoltaik dapat dipasang di badan kendaraan atau di stasiun pengisian listrik dengan menggunakan sistem off-grid atau on-grid.
• Telekomunikasi: panel atau sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menyediakan listrik bagi telekomunikasi-telekomunikasi yang membutuhkan listrik untuk mengoperasikan antena, tower, relay, satelit, dll. Panel atau sel fotovoltaik dapat dipasang di lokasi-lokasi telekomunikasi yang sulit dijangkau oleh grid listrik dengan menggunakan sistem off-grid.
• Luar angkasa: panel atau sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menyediakan listrik bagi luar angkasa yang membutuhkan listrik untuk mengoperasikan wahana antariksa, stasiun luar angkasa, rover planet, dll. Panel atau sel fotovoltaik dapat dipasang di permukaan wahana antariksa dengan menggunakan sistem off-grid.

Panel atau sel fotovoltaik juga terus mengalami perkembangan dan inovasi dari segi teknologi dan aplikasinya. Beberapa contoh perkembangan dan inovasi panel atau sel fotovoltaik adalah:

• Panel atau sel fotovoltaik organik: panel atau sel fotovoltaik yang menggunakan material organik seperti polimer, molekul kecil, pigmen fotosintesis, dll sebagai material semikonduktornya. Panel atau sel fotovoltaik organik memiliki kelebihan berupa biaya produksi rendah, fleksibilitas tinggi, dan ramah lingkungan. Namun, panel atau sel fotovoltaik organik masih memiliki kekurangan berupa efisiensi rendah dan daya tahan rendah.
• Panel atau sel fotovoltaik perovskite: panel atau sel fotovoltaik yang menggunakan material perovskite sebagai material semikonduktornya. Perovskite adalah senyawa kristalin yang memiliki struktur kimia ABX3, di mana A dan B adalah kation logam dan X adalah anion non-logam. Panel atau sel fotovoltaik perovskite memiliki kelebihan berupa efisiensi tinggi (sekitar 25 persen), biaya produksi rendah, dan kemampuan menyerap cahaya spektrum luas. Namun, panel atau sel fotovoltaik perovskite masih memiliki kekurangan berupa daya tahan rendah dan stabilitas rendah.
• Panel atau sel fotovoltaik tandem: panel atau sel fotovoltaik yang menggunakan dua lapisan atau lebih material semikonduktor yang berbeda untuk menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Panel atau sel fotovoltaik tandem memiliki kelebihan berupa efisiensi tinggi (sekitar 30 persen atau lebih), karena dapat memanfaatkan cahaya matahari secara maksimal. Namun, panel atau sel fotovoltaik tandem masih memiliki kekurangan berupa biaya produksi tinggi dan kerumitan desain.
• Panel atau sel fotovoltaik transparan: panel atau sel fotovoltaik yang menggunakan material semikonduktor yang transparan atau semi-transparan untuk menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Panel atau sel fotovoltaik transparan memiliki kelebihan berupa estetika tinggi, karena dapat dipasang di jendela, kaca, layar, dll tanpa mengganggu pandangan. Namun, panel atau sel fotovoltaik transparan masih memiliki kekurangan berupa efisiensi rendah dan biaya produksi tinggi.

Penutup

Demikianlah artikel detail mengenai “panel atau sel fotovoltaik” yang saya buat. Semoga artikel ini dapat memberikan Anda pengetahuan dan wawasan yang bermanfaat tentang teknologi yang dapat mengubah energi matahari menjadi listrik.

SUN Energy mendukung penuh program transisi energi di Indonesia melalui instalasi sistem energi surya.

Kami menyediakan  solusi sistem tenaga surya terintegrasi bagi para pelanggan.

Segera hubungi Kami untuk mendapatkan informasi lebih lanjut, melalui :

Whatsapp: http://wa.me/+6288212779865

Email: marketing@lifewithsun.com