Masa Depan Energi Tenaga Surya

Tenaga surya adalah salah satu solusi paling menjanjikan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil global. Manfaat lingkungan dan penghematan biaya jangka panjang bagi pengguna telah menyebabkan peningkatan adopsi di sektor energi komersial dan konsumen, membuat masa depan teknologi energi surya sangat cerah.

Peningkatan Efisiensi Sel Fotovoltaik

Teknologi pemanenan energi surya yang paling umum bergantung pada sel surya fotovoltaik (PV) untuk mengubah energi dari matahari menjadi listrik. Matahari menyediakan sejumlah energi tertentu per luas permukaan, kira-kira 1000W/m^2, yang dipanen oleh sel PV dan diubah menjadi listrik. Seperti halnya interaksi fisik, efisiensi proses ini berdampak pada jumlah energi yang dapat diubah menjadi listrik.

Pada akhirnya, efisiensi sel PV dan panel surya dibatasi oleh karakteristik fisik bahan yang membentuk panel tersebut. Misalnya, efisiensi maksimum teoritis panel surya PV berbasis wafer silikon adalah 30% menurut Batas Efisiensi Shockley Queisserser yang berarti bahwa panel surya satu meter persegi yang 'sempurna' dapat menghasilkan 300 watt listrik.

Pasar PV komersial saat ini didominasi oleh teknologi fotovoltaik berbasis wafer, yang bergantung pada bahan seperti silikon kristal atau galium arsenida, yang masing-masing memiliki efisiensi maksimum teoretis. Sistem PV sel silikon mendominasi pasar PV dengan lebih dari 90% pangsa pasar saat ini, meskipun galium arsenida lebih efisien dalam memanen energi per area.

Teknologi PV generasi kedua bergantung pada teknologi sel film tipis, yang terdiri dari bahan seperti kadmium telluride, silikon amorf terhidrogenasi, dan sel tembaga idiom gallium (di)selenide, yang dapat mencapai tingkat efisiensi lebih dari 20%. Biaya PV sel film tipis telah membatasi komersialisasinya, tetapi prosesnya kemungkinan akan semakin menembus pasar PV dalam beberapa tahun ke depan. Seperti yang terjadi pada solusi PV silikon berbasis wafer yang awalnya mahal, teknologi PV sel film tipis kemungkinan akan menjadi lebih terjangkau dan hemat biaya seiring dengan meluasnya pasar pemanenan energi surya.

Material generasi ketiga, seperti perovskite, adalah teknologi PV masa depan. Teknologi PV Perovskite masih dalam tahap awal, tetapi ini mungkin merupakan langkah besar berikutnya menuju peningkatan efisiensi sistemik. Perovskite menyerap cahaya di semua panjang gelombang yang terlihat dan relatif mudah dibuat, berbeda dengan teknologi modul PV yang lebih tua. Teknologi PV generasi ketiga mungkin segera dapat memadukan efektivitas biaya dengan efisiensi. Perovskite menawarkan karakteristik berikut: Semi-transparan, Faktor bentuk yang lebih mudah beradaptasi, dan Peningkatan fleksibilitas fisik.

Optimasi Konstruksi Panel Surya

Efisiensi bahan memainkan peran penting dalam produktivitas tenaga surya PV, tetapi perubahan kecil pada konstruksi panel surya telah meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan hampir dua persen. Berikut adalah beberapa tweak ini:

- Menghilangkan lembar belakang hitam di belakang sel surya mengurangi suhu keseluruhan panel surya. Perubahan ini membuat wafer semikonduktor lebih efisien, karena wafer silikon hangat kurang efisien dalam menghantarkan listrik.

- Menambahkan bahan reflektif di belakang sel surya memantulkan foton dari matahari kembali melalui wafer semikonduktor, pada dasarnya meningkatkan kemungkinan interaksi foton di dalam sel surya (dan pada akhirnya menghasilkan lebih banyak listrik).

- Mengoptimalkan orientasi dan sirkuit antar sel surya juga dapat meningkatkan efisiensi sistem panel surya PV secara keseluruhan.

Optimalisasi konstruksi ini umumnya eksklusif dan berbeda di antara perusahaan surya, yang menjelaskan sedikit variasi dalam efisiensi panel ketika kita membandingkan panel surya. Pada tahun 2020, panel surya paling efisien yang tersedia secara komersial dapat memanen 22,6% energi yang terpapar oleh matahari. Pada Juli 2017, ilmuwan AS mengembangkan prototipe sel surya yang mampu mencapai efisiensi 44,5%. Sementara prototipe ini hampir dua kali lebih produktif dari rekan yang tersedia secara komersial, biaya produksi terbukti mahal pada saat ini.

Pengurangan Biaya Panel Surya

Mungkin peningkatan terbaru terbesar dalam teknologi PV yang tersedia secara komersial adalah pengurangan biaya. Efektivitas biaya dan kelimpahan wafer silikon di industri lain, seperti elektronik konsumen, dan optimalisasi terus-menerus dari proses pembuatan wafer silikon telah secara signifikan mempercepat keterjangkauan teknologi PV. Ketika pasar PV berkembang dan persyaratan desain untuk panel surya yang lebih efisien tumbuh, solusi hemat biaya dan uber-efisien saat ini akan mampu bersaing dengan sistem PV silikon yang saat ini menyebar.

Biaya modul surya berbasis silikon (per setiap panel surya tunggal) juga telah turun sebesar 89% dalam dekade terakhir. Pada tahun 1977, sel PV berharga $77 per watt listrik yang mereka hasilkan; hari ini, sistem energi surya berharga sekitar $0,13 per watt. Namun, angka-angka ini hampir seluruhnya eksklusif untuk teknologi PV generasi pertama. Sistem panel PV berbasis wafer silikon terus menjadi lebih baik, tetapi sistem yang lebih efisien pada akhirnya akan menang. Namun, saat ini tidak ada sistem komersial yang dapat bersaing dengan biaya sistem PV silikon.

Efisiensi Inverter PV & Penyimpanan Tenaga Surya

Optimalisasi tata surya PV lainnya telah menangkap angin baru-baru ini juga, membantu meningkatkan efisiensi keseluruhan tata surya PV. Inverter panel surya mengubah energi DC grid panel surya menjadi AC, yang dapat mengurangi efisiensi. Terobosan terbaru dalam elektronika daya dengan celah pita lebar telah meningkatkan efisiensi inverter (dan ukuran fisik) secara signifikan. Selain itu, peningkatan teknologi baterai telah memungkinkan sistem penyimpanan energi surya, seperti Tesla Powerwall, untuk menyimpan listrik yang dipanen lebih efisien daripada sebelumnya. Pasangpanelsurya bisa menjadi rujukan untuk mengenal lebih jauh sistem panel surya dan komponen untuk membangun pembangkit listrik tenaga surya.

Kesimpulan: Industri Tenaga Surya Siap Tumbuh

Pemanenan energi surya fotovoltaik bersiap untuk diadopsi secara luas dengan kecepatan tinggi. Pengurangan biaya produksi dan peningkatan produktivitas listrik per panel juga membuat sistem panel surya tersedia untuk lebih banyak konsumen. Industri tenaga surya siap untuk diadopsi secara luas dan pertumbuhan yang belum pernah terjadi sebelumnya.