Cara Kerja Perangkat Sel Surya dalam Menangkap Cahaya yang Masuk

Ilustrasi Perangkat Sel Surya Menangkap Cahaya. Foto: Pexels

Saat mempelajari materi tentang panel surya, siswa perlu memahami bagaimana perangkat sel surya dapat dengan mudah menangkap cahaya yang masuk. Sebab, cahaya merupakan energi utama yang diperlukan perangkat tersebut untuk menghasilkan listrik.

Pembahasan mengenai peran panel surya sebagai pembangkit listrik sendiri sangat penting untuk dipelajari, mengingat Indonesia merupakan negara tropis yang terpapar cahaya matahari berlimpah.

Adapun perangkat sel surya merupakan bagian dari panel yang berfungsi menangkap cahaya untuk dikonversikan menjadi listrik. Simak informasi di bawah ini untuk memahami lebih lanjut cara kerjanya.

Bagaimana Perangkat Sel Surya Dapat Menangkap Cahaya yang Masuk?

Ilustrasi Perangkat Sel Surya. Foto: Pexels

Menurut jurnal bertajuk "Development and Applications of Solar Cells" oleh Zhang, dkk. (2020), perangkat sel surya adalah komponen yang mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik melalui efek fotovoltaik.

Sel surya memiliki banyak kegunaan, terutama di daerah yang tidak terjangkau jaringan listrik, seperti wilayah terpencil, satelit, kalkulator genggam, dan pompa air. Selain itu, sel surya dapat dirangkai menjadi modul atau panel surya yang dipasang di atap bangunan untuk menghasilkan listrik yang terhubung ke jaringan listrik dalam pengaturan net metering.

Perangkat sel surya terdiri dari bahan semikonduktor, seperti silikon yang membentuk sambungan positif (p) ke negatif (n). Ketika cahaya matahari mengenai permukaan sel surya, foton dari cahaya tersebut diserap oleh material semikonduktor.

Peristiwa tersebut menyebabkan elektron terlepas dan menciptakan pasangan elektron-hole. Pergerakan elektron dan hole ini menghasilkan arus listrik searah (DC) yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan energi.

Lalu, bagaimana perangkat sel surya dapat dengan mudah menangkap cahaya yang masuk? Pertanyaan ini bisa kita jawab dengan melihat cara kerja perangkat sel surya.

Perangkat sel surya dapat menangkap cahaya ketika sinar matahari mulai menyinari panelnya. Lalu, elektron yang berada di pita valensi akan terangkat ke pita konduksi.

Jika perangkat sel surya terhubung dengan sirkuit eksternal, elektron-elektron tersebut akan bergerak. Pergerakan elektron ini menghasilkan arus listrik searah (DC) pada sel surya.

Dalam buku berjudul Matahari sebagai Energi Masa Depan: Panduan Lengkap Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Rosnita menjelaskan bahwa PLTS dapat berfungsi apabila menerima cahaya matahari dalam bentuk foton yang kemudian diserap oleh sel surya.

Perangkat sel surya ini memiliki kemampuan untuk mengubah energi foton menjadi energi listrik. Proses konversi cahaya matahari menjadi listrik dapat terjadi karena material yang digunakan dalam perangkat sel surya fotovoltaik bersifat semikonduktor.

Prinsip Kerja Perangkat Sel Surya dalam Mengonversi Cahaya Menjadi Listrik

Ilustrasi Panel Surya. Foto: Pexels

Dalam jurnal berjudul Penerapan Pembangkit Listrik Tenaga Surya untuk Penerangan dan Sistem Suara di Rumah Qur’an Tabarok, Bekasi, Jawa Barat yang diterbitkan oleh Universitas Negeri Jakarta, dijelaskan bahwa prinsip kerja perangkat sel surya dalam mengonversi cahaya matahari menjadi energi listrik bisa dilakukan melalui proses fotovoltaik.

Proses ini dimulai ketika foton dari cahaya matahari mengenai permukaan sel surya dan diserap oleh material semikonduktor seperti silikon. Selanjutnya, proses ini melalui beberapa tahapan, yaitu:

1. Penyerapan Cahaya oleh Material Semikonduktor

Perangkat sel surya terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon. Ketika foton dari cahaya matahari mengenai permukaan sel surya, energi foton ini diserap oleh material semikonduktor sehingga menyebabkan elektron dalam atom semikonduktor terlepas dan menciptakan pasangan elektron-hole.

Jumlah pasangan elektron-hole yang terbentuk atau besar kecilnya arus yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya serta panjang gelombang cahaya yang mengenai perangkat sel surya.

Intensitas cahaya berperan dalam menentukan jumlah foton yang masuk. Semakin tinggi intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel surya, maka jumlah foton yang diterima semakin banyak. Hal ini menyebabkan lebih banyak pasangan elektron dan hole terbentuk, yang pada akhirnya menghasilkan arus listrik yang lebih besar.

Sementara itu, semakin pendek panjang gelombang cahaya yang diterima, maka semakin besar energi foton yang dimilikinya. Proses ini akan menghasilkan energi elektron yang lebih tinggi sehingga arus listrik yang mengalir juga semakin besar.

2. Pembentukan Medan Listrik Internal

Material semikonduktor dalam sel surya biasanya terdiri dari dua lapisan dengan muatan yang berbeda, yaitu lapisan tipe negatif dan positif. Perbedaan muatan ini menciptakan medan listrik internal yang memisahkan elektron dan hole, lalu mencegah keduanya bergabung kembali dan memungkinkan aliran arus listrik.

3. Pergerakan Elektron dan Hole

Medan listrik internal mendorong elektron yang terlepas menuju lapisan tipe negatif dan hole menuju lapisan tipe positif. Aliran arus listrik searah akan dihasilkan dari pergerakan elektron ini.

4. Pengalihan Energi Listrik ke Sirkuit Eksternal

Untuk memanfaatkan energi listrik yang dihasilkan, perangkat sel surya dihubungkan ke sirkuit eksternal. Elektron yang bergerak melalui sirkuit ini menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan untuk menyalakan perangkat elektronik atau disimpan dalam baterai untuk penggunaan selanjutnya.

Aliran elektron juga dapat disimpan dalam baterai untuk pemakaian di waktu yang akan datang. Proses ini menjadi bagian inti dari konversi energi matahari menjadi energi listrik yang efisien dalam sel surya.

Dengan memahami proses ini, kita dapat memahami bagaimana teknologi sel surya berperan dalam menyediakan sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan.

Baca Juga: Bahan untuk Membuat Sel Surya yang Perlu Diketahui

Faktor-faktor yang Dapat Mempengaruhi Kinerja Perangkat Sel Surya

Ribuan surya panel terpasang di wilayah kerja Pertamina Hulu Rokan sebagai kontribusi PHR untuk pengurangan emisi. Foto: Dok. Pertamina

Seperti teknologi lainnya, kinerja perangkat sel surya juga dipengaruhi oleh berbagai faktor yang dapat memengaruhi kemampuan konversinya.

Untuk meningkatkan efisiensi dan durabilitas perangkat sel surya, Anda harus memahami faktor-faktor tersebut dengan baik. Berikut beberapa di antaranya:

1. Radiasi Matahari dan Suhu Udara

Umumnya, radiasi matahari dan suhu udara memiliki dampak yang lebih besar terhadap kinerja pembangkit tenaga surya dibandingkan kelembaban dan kecepatan angin.

Sel surya akan meningkat saat radiasi matahari tinggi, seperti di siang hari dengan cuaca cerah. Sebaliknya, pada kondisi radiasi rendah, misalnya saat mendung atau hujan, jumlah energi yang diterima sel surya berkurang, sehingga efisiensinya menurun.

Suhu udara juga mempengaruhi kinerja sel surya meskipun tidak secara langsung terlibat dalam proses konversi energi. Ketika suhu udara meningkat, efisiensi sel surya cenderung menurun.

Hal ini disebabkan oleh sifat semikonduktor dalam sel surya yang kehilangan sebagian kemampuannya dalam mengubah cahaya menjadi listrik pada suhu tinggi.

Suhu yang terlalu panas dapat memperlambat pergerakan elektron di dalam material semikonduktor, sehingga mengurangi jumlah energi listrik yang dihasilkan.

Secara keseluruhan, performa sel surya sangat dipengaruhi oleh kombinasi antara intensitas cahaya matahari yang diterima dan suhu lingkungan di sekitarnya. Pada kondisi dengan sinar matahari yang kuat dan suhu yang stabil, sel surya dapat bekerja dengan optimal.

2. Faktor Lingkungan

Faktor lingkungan memainkan peran yang berbeda dalam memengaruhi performa sistem tenaga surya. Misalnya, daya output sel surya cenderung menurun seiring meningkatnya kelembaban relatif, suhu udara, dan penumpukan debu.

Sebaliknya, daya output jadi lebih meningkat ketika kecepatan angin bertambah. Di samping itu, perbedaan kondisi iklim antara satu wilayah dengan wilayah lainnya di seluruh dunia juga ikut berpengaruh terhadap kinerja modul fotovoltaik surya di berbagai lokasi.

Kondisi kelembapan yang tinggi atau cuaca ekstrem, seperti hujan deras atau salju juga dapat mengurangi efektivitas sel surya. Kelembapan yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan resistansi material semikonduktor. Sementara itu, hujan atau salju dapat menutupi permukaan panel surya dan menghalangi cahaya matahari mencapai sel.

3. Error pada Perangkat Sel Surya

Error pada perangkat sel surya biasanya disebabkan oleh berbagai faktor, seperti kerusakan perangkat keras, kekurangan desain produk, atau kesalahan dalam pengendalian kualitas selama proses produksi.

Perangkat sel surya dapat rusak akibat terjadi benturan, badai, atau tertimpa benda berat. Kerusakan ini dapat menyebabkan retakan pada kaca pelindung atau gangguan pada sambungan internal. Kerusakan fisik seperti ini sering kali mengakibatkan kehilangan daya sebagian atau sepenuhnya.

Error juga dapat terjadi akibat terjadinya pengendapan debu dan kotoran. Debu merupakan faktor yang sangat memengaruhi kinerja perangkat sel surya, terutama di daerah-daerah seperti kawasan Teluk.

Beberapa studi telah dilakukan untuk menganalisis bagaimana kondisi iklim yang berbeda dapat memengaruhi kinerja sistem perangkat sel surya.

Selain itu, penting juga diketahui bahwa efisiensi konversi energi sel surya dipengaruhi oleh berbagai faktor, termasuk intensitas cahaya yang diterima, kualitas material semikonduktor, dan desain sel surya itu sendiri. Itu mengapa, penelitian terus dilakukan untuk meningkatkan efisiensi dan daya guna perangkat sel surya dalam mengonversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

(DR)