Solar Energy Conversion Technologies

Solar Energy
Conversion
Technologies
Solar Radiation
• Radiasi matahari adalah gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh
permukaan Matahari yang berasal dari sebagian besar matahari di mana reaksi
fusi mengkonversi atom hidrogen menjadi helium. Setiap detik 3.89. 1026J
energi nuklir dilepaskan oleh inti Matahari. fluks energi nuklir dengan cepat
diubah menjadi energi panas dan diangkut ke permukaan bintang di mana itu
dirilis dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Kepadatan daya yang dipancarkan
oleh Matahari adalah urutan dari 64MW / m2 -1370W / m2 mencapai puncak
atmosfer bumi tanpa penyerapan yang signifikan dalam ruang. Kuantitas yang
terakhir disebut konstanta surya.
• Spektral jangkauan radiasi matahari sangat besar dan mencakup panjang
gelombang nanometric dari gamma dan sinar-x melalui panjang gelombang
metrik gelombang radio. Energi fluks dibagi merata di antara tiga kategori
spektral besar. Ultraviolet (UV) radiasi (λ <400nm) menyumbang kurang dari
9% dari total; cahaya tampak (VIS) (400nm <λ <700nm) untuk 39%; dan
inframerah (IR) untuk sekitar 52%.
• Radiasi matahari merupakan sumber daya energi yang
dapat diperbarui yang telah digunakan oleh umat
manusia di seluruh usia. Teknologi surya sudah
digunakan oleh peradaban kuno untuk pemanasan dan
pendingin tempat tinggal dan untuk pemanasan air. Di
Renaissance, konsentrasi radiasi matahari itu dipelajari
secara terus menerus dan pada abad ke-19 mesin
mekanik pertama berbasis solar- dibangun. Penemuan
efek fotovoltaik oleh Becquerel di 1839 dan penciptaan
sel fotovoltaik pertama di awal 1950-an membuka
pandangan baru tentang penggunaan energi surya
untuk produksi listrik. Sejak itu, evolusi teknologi surya
berlanjut pada tingkat belum pernah terjadi
sebelumnya. Saat ini, terdapat banyak sekali teknologi
tenaga surya, dan photovoltaics telah mendapatkan
peningkatan saham selama 20 tahun terakhir.
• Dari 162PW dari radiasi matahari mencapai bumi, 86PW
membentur permukaan dalam bentuk langsung (75%) dan cahaya
terdifusi (25%). Kualitas energi radiasi terdifusi lebih rendah
(75,2% dari konten energi bukannya 93,2% untuk cahaya
langsung), dengan konsekuensi pada jumlah pekerjaan yang dapat
diekstraksi dari itu. 38PW membentur benua dan exergi total
0.01TW diperkirakan akan hancur selama pengumpulan dan
penggunaan radiasi surya untuk jasa energi. Estimasi ini termasuk
penggunaan photovoltaics dan tanaman panas matahari untuk
produksi listrik dan air panas. Perkiraan serupa ditunjukkan untuk
energi angin (0.06TW), kemiringan termal laut (belum
dimanfaatkan untuk energy produksi), dan energi listrik tenaga air
(0.36TW).
Energi surya sebagai aspek
lingkungan
• Energi surya dipromosikan sebagai teknologi pasokan
energi berkelanjutan karena sifat dapat diperbaharui
dari radiasi matahari dan kemampuan sistem konversi
energi surya untuk menghasilkan gas rumah kaca bebas
listrik selama masa hidup mereka. Namun, kebutuhan
energi dan dampak lingkungan dari pembuatan modul
PV dapat lebih dikurangi, meskipun analisis terbaru dari
energi dan karbon siklus untuk teknologi PV mengakui
bahwa peningkatan yang kuat dibuat baik dalam hal
energi dan carbon paybacks.
Solar technologies overview
• Berbagai macam teknologi surya memiliki potensi untuk
menjadi komponen besar energy portfolio masa depan.
Teknologi pasif digunakan untuk penerangan dalam
ruangan dan pemanasan bangunan dan air untuk
keperluan rumah tangga. Juga, berbagai teknologi aktif
digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi
berbagai energi carrier untuk pemanfaatan lebih lanjut
Photon-to-Electric Energy
Conversion
• Perangkat photovoltaics langsung mengubah energi
foton menjadi listrik langsung dari cahaya yang diserap.
Perangkat ini menggunakan bahan semikonduktor
anorganik atau organik yang menyerap foton dengan
energi yang lebih besar dari celah pita mereka untuk
mempromosikan energi carrier ke pita konduksi.
Pasangan elektron-lubang, atau excitons untuk
semikonduktor organik, selanjutnya dipisahkan dan
biaya yang dikumpulkan pada elektroda untuk
pembangkit listrik.
• Dalam perangkat fotovoltaik terbuat dari semikonduktor
anorganik, pemisahan muatan didorong oleh medan listrik yang
diciptakan di persimpangan p-n. Akibatnya, efisiensi mereka
ditentukan oleh kemampuan pembawa minoritas
photogenerated mencapai persimpangan p-n sebelum
mengkombinasikan dengan pembawa mayoritas di sebagian
besar materi. Dengan demikian, sifat massal seperti kristalinitas
dan kemurnian kimia sering mengontrol efisiensi perangkat.
• Pengoperasian photovoltaics organik (OPVs) secara fundamental
berbeda. Optik dan sifat elektronik bahan semikonduktor
organik ditentukan oleh orbital molekul yang dibangun dari
penjumlahan orbital atom individu dalam molekul.
• photovoltaic tenaga matahari: melibatkan pembangkit listrik dari cahaya. Rahasia dari
proses ini adalah penggunaan bahan semi konduktor yang dapat disesuaikan untuk
melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang membentuk dasar listrik.
• Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel photovoltaic adalah
multicrystalline silikon, sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir. Semua sel
photovoltaic mempunyai paling tidak dua lapisan semi konduktor seperti itu, satu
bermuatan positif dan satu bermuatan negatif. Ketika cahaya bersinar pada semi
konduktor, lading listrik menyeberang sambungan diantara dua lapisan menyebabkan
listrik mengalir, membangkitkan arus DC. Makin kuat cahaya, makin kuat aliran listrik.
• Sistem photovoltaic tidak membutuhkan cahaya matahari yang terang untuk beroperasi.
Sistem ini juga membangkitkan listrik di saat hari mendung, dengan energi keluar yang
sebanding ke berat jenis awan. Berdasarkan pantulan sinar matahari dari awan, hari-hari
mendung dapat menghasilkan angka energi yang lebih tinggi dibandingkan saat langit
biru sedang yang benar-benar cerah.
• Saat ini, sudah menjadi hal umum piranti kecil, seperti kalkulator, menggunakan solar
sel yang sangat kecil. Photovoltaic juga digunakan untuk menyediakan listrik di wilayah
yang tidak terdapat jaringan pembangkit tenaga listrik. Kami telah mengembangkan
lemari pendingin, yang bernama Solar Chill yang dapat berfungsi dengan energi
matahari. Setelah dites, lemari pendingin ini akan digunakan oleh organisasi
kemanusiaan untuk membantu menyediakan vaksin di daerah tanpa listrik, dan oleh
setiap orang yang tidak ingin bergantung dengan tenaga listrik untuk mendinginkan
makanan mereka. Penggunaan sel photovoltaic sebagai desain utama oleh para arsitek
semakin meningkat. Sebagai contoh, atap ubin atau slites solar dapat menggantikan
bahan atap konvsional. Modul film yang fleksibel bahkan dapat diintegrasikan menjadi
atap vaulted, ketika modul semi transparan menyediakan percampuran yang menarik
antara bayangan dengan sinar matahari. Sel photovoltaic juga dapat digunakan untuk
menyediakan tenaga maksimum ke gedung pada saat hari di musim panas ketika
sistem AC membutuhkan energi yang besar, hal itu membantu mengurangi beban
maskimum elektik.Baik dalam skala besar maupun skala kecil photovoltaic dapat
mengantarkan tenaga ke jaringan listrik, atau dapat disimpan dalam selnya.
Photon-to-Termal Energy Conversion
• Teknologi panas surya mengubah energi cahaya
langsung menjadi energi panas dengan menggunakan
perangkat concentrator. Sistem ini mencapai suhu
beberapa ratus derajat dengan exergi terkait tinggi.
Listrik kemudian dapat diproduksi dengan
menggunakan berbagai strategi termasuk mesin termal
(misalnya mesin Stirling) dan alternator, ekstraksi
elektron langsung dari perangkat termionik, Efek
Seebeck di generator thermoelectric, konversi cahaya IR
yang dipancarkan oleh tubuh panas melalui perangkat
thermophotovoltaic, dan konversi energi kinetik gas
Photon-to-Chemical Energy
Conversion
• Proses photosynthetic, photoelectrochemical, thermal,
dan thermochemical. Digunakan untuk mengubah
energi matahari menjadi energi kimia untuk
penyimpanan energi dalam bahan bakar kimia misalnya amonia, metana, atau hidrogen sebab aplikasi
ini memiliki potensi terbesar dalam hal produksi energy,
dengan keuntungan energi dan lingkungan yang jelas
dibandingkan dengan proses teknis konvensional. Di
antara proses yang paling signifikan untuk produksi
hidrogen yang langsung membelah air surya di sel
fotoelektrokimia atau berbagai siklus termokimia seperti
dua langkah air membelah siklus menggunakan sistem
redoks Zn / ZnO.
• Dalam teknologi termokimia, fluks surya terkonsentrasi digunakan
untuk menghasilkan tinggi suhu yang diperlukan untuk mendorong
reaksi endotermik seperti produksi syngas dari gas alam,
dekomposisi termal air, dan pemisahan air melalui siklus kimia
suhu tinggi. Beberapa sistem biologis (ganggang, bakteri, ragi)
menghasilkan hidrogen dalam kegiatan metabolisme mereka.
Penelitian di bidang ini bertujuan mengatasi sensitivitas oksigen
dari sistem enzim hidrogen berkembang dan meningkatkan hasil
produksi hidrogen. Secara paralel, sistem biomimetik sedang
diselidiki. Sistem ini mampu menyerap cahaya, memisahkan
biaya, dan bertindak sebagai katalis untuk reduksi air. Biomass,
yang dapat dianggap sebagai bentuk penyimpanan bahan kimia
untuk energi surya