Diskusi singkat tentang jenis sel surya
Energi surya dulunya hanya digunakan pada wahana antariksa canggih dan beberapa gawai canggih, tetapi kini tidak lagi. Selama dekade terakhir, energi surya telah berubah dari sumber energi khusus menjadi pilar utama lanskap energi global.
Bumi terus-menerus terpapar sekitar 173.000TW radiasi matahari, yang lebih dari sepuluh kali lipat permintaan listrik rata-rata global.
[1] Ini berarti bahwa energi matahari memiliki kemampuan untuk memenuhi semua kebutuhan energi kita.
Pada paruh pertama tahun 2023, pembangkitan tenaga surya menyumbang 5,77% dari total pembangkitan listrik AS, naik dari 4,95% pada tahun 2022.
[2] Meskipun bahan bakar fosil (terutama gas alam dan batu bara) akan menyumbang sebanyak 60,4% pembangkit listrik di AS pada tahun 2022,
[3] Namun semakin besarnya pengaruh energi surya dan pesatnya perkembangan teknologi energi surya perlu mendapat perhatian.
Saat ini, ada tiga kategori utama sel surya (juga dikenal sebagai sel fotovoltaik (PV)) di pasaran: kristal, lapisan tipis, dan teknologi yang sedang berkembang. Ketiga jenis baterai ini memiliki keunggulan tersendiri dalam hal efisiensi, biaya, dan masa pakai.
01 kristal
Sebagian besar panel surya atap rumah terbuat dari silikon monokristalin dengan kemurnian tinggi. Jenis baterai 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 sekitar 22%.
Silikon polikristalin harganya lebih murah daripada silikon monokristalin, tetapi kurang efisien dan memiliki masa pakai lebih pendek. Efisiensi yang lebih rendah berarti lebih banyak panel dan area yang lebih luas diperlukan.
Sel suryaberbasis teknologi galium arsenida (GaAs) multi-sambungan lebih efisien daripada sel surya tradisional. Sel-sel ini memiliki struktur multi-lapisan, dan setiap lapisan menggunakan bahan yang berbeda, seperti indium galium fosfida (GaInP), indium galium arsenida (InGaAs), dan germanium (Ge), untuk menyerap panjang gelombang sinar matahari yang berbeda. Meskipun sel-sel multi-sambungan ini diharapkan mencapai efisiensi tinggi, sel-sel ini masih mengalami biaya produksi yang tinggi dan penelitian serta pengembangan yang belum matang, yang membatasi kelayakan komersial dan aplikasi praktisnya.
film 02
Produk fotovoltaik film tipis yang paling banyak beredar di pasar global adalah modul fotovoltaik kadmium telurida (CdTe). Jutaan modul tersebut telah dipasang di seluruh dunia, dengan kapasitas puncak pembangkitan daya lebih dari 30GW. Modul-modul tersebut terutama digunakan untuk pembangkitan daya skala utilitas di Amerika Serikat.
Dalam teknologi lapisan tipis ini, modul surya berukuran 1 meter persegi mengandung lebih sedikit kadmium daripada baterai nikel-kadmium (Ni-Cd) berukuran AAA. Selain itu, kadmium dalam modul surya terikat pada 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 lapisan tipis.
Kandungan telurium di kerak bumi hanya 0,001 bagian per juta. Sama seperti platinum yang merupakan unsur langka, kelangkaan telurium dapat memengaruhi biaya modul kadmium telurida secara signifikan. Namun, masalah ini dapat diatasi melalui praktik daur ulang.
Efisiensi modul kadmium telurida 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 sangat meningkatkan masa pakai modul dan mencapai tingkat yang sebanding dengan baterai kristal.
03Teknologi yang sedang berkembang
Teknologi fotovoltaik yang sedang berkembang menggunakan lapisan 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 dapat menjadi pesaing bahan yang sudah ada seperti silikon, kadmium telurida, dan galium arsenida.
[6]Ada tiga teknologi lapisan tipis yang terkenal di bidang ini: tembaga seng timah sulfida (Cu2ZnSnS4 atau CZTS), seng fosfida (Zn3P2) dan tabung nano karbon berdinding tunggal (SWCNT). Dalam pengaturan 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 menjadi tantangan.
[7]Sel film tipis perovskit halida timbal merupakan teknologi surya baru yang menarik. Perovskit merupakan jenis zat dengan struktur kristal khas dengan rumus kimia ABX3. Perovskit merupakan mineral berwarna kuning, cokelat, 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 mirip dengan sel film tipis kadmium telurida yang ada. Pada penelitian dan pengembangan awal baterai perovskit, masa pakai merupakan masalah besar, sangat pendek sehingga hanya dapat dihitung dalam hitungan bulan.
Saat ini, sel perovskite memiliki masa pakai 25 tahun atau lebih. Saat ini, keunggulan sel surya perovskite adalah efisiensi konversi yang tinggi (lebih dari 25%), biaya produksi yang rendah, dan suhu rendah yang diperlukan untuk proses produksi.
Membangun panel surya terintegrasi
Beberapa sel surya dirancang untuk menangkap hanya sebagian dari spektrum matahari sambil membiarkan cahaya tampak melewatinya. Sel-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. Nanopartikel 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 untuk menerapkan bahan film tipis perovskit ke jendela surya transparan dan dinding eksterior bangunan saat ini sedang dipelajari.
Bahan baku yang dibutuhkan untuk energi surya
Untuk meningkatkan pembangkitan listrik tenaga surya, permintaan untuk 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.
China merupakan pemain utama di bidang ini, memproduksi sekitar 70% MGS dunia dan 77% pasokan polisilikonnya pada tahun 2020.
Proses mengubah 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, dan produksi polisilikonnya mencakup 45% dari produksi global.
[12]Produksi panel surya menghabiskan sekitar 10% perak dunia. Penambangan perak terutama terjadi di Meksiko, Tiongkok, Peru, Chili, Australia, Rusia, dan Polandia dan dapat menimbulkan masalah seperti pencemaran logam berat dan relokasi paksa masyarakat setempat.
Penambangan tembaga dan aluminium juga menimbulkan tantangan dalam pemanfaatan lahan. Survei Geologi AS mencatat bahwa Chili menyumbang 27% produksi tembaga global, diikuti oleh Peru (10%), Tiongkok (8%) dan Republik Demokratik Kongo (8%). Badan Energi Internasional (IEA) meyakini 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 surya suatu hari nanti menjadi sumber energi utama kita? Harga energi surya turun dan efisiensinya meningkat. Sementara itu, ada banyak rute teknologi surya yang dapat dipilih. Kapan kita akan mengidentifikasi satu atau dua teknologi dan membuatnya 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. Sementara sel surya kristal saat ini mendominasi pasar, kemajuan dalam teknologi lapisan tipis dan teknologi baru seperti kadmium telurida dan perovskit membuka jalan bagi aplikasi surya yang lebih efisien dan terintegrasi. Energi surya masih menghadapi banyak tantangan, seperti dampak lingkungan dari penambangan bahan mentah dan hambatan dalam produksi, tetapi bagaimanapun juga, ini adalah industri yang berkembang pesat, inovatif, dan menjanjikan.
Dengan keseimbangan yang tepat antara kemajuan teknologi dan praktik berkelanjutan, pertumbuhan dan pengembangan energi surya akan membuka jalan bagi masa depan energi yang lebih bersih dan lebih berlimpah. Karena itu, energi surya akan menunjukkan pertumbuhan yang signifikan dalam bauran energi AS dan diharapkan menjadi solusi berkelanjutan global.