Bagaimana panel surya bekerja? - Richard Komp

Lihat pelajaran lengkapnya: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

Bumi menangkap banyak tenaga surya: 173.000 terrawatt. Ini 10.000 kali lebih besar dari apa yang digunakan manusia. Mungkinkah bila suatu hari dunia ini bisa bergantung sepenuhnya pada energi surya? Richard Komp menelisik bagaimana panel surya mengubah energi surya menjadi energi listrik.

Pelajaran oleh Richard Komp, animasi oleh Globizco.

Bumi menangkap banyak energi matahari:

173 ribu terawatt.

Sepuluh ribu kali lebih banyak dari yang
digunakan oleh seluruh populasi dunia.

Jadi apa mungkin jika suatu hari

bumi dapat bergantung sepenuhnya
pada energi surya?

Untuk menjawabnya,

mari lihat cara panel surya mengubah
energi surya menjadi energi listrik.

Panel surya dibuat dari unit-unit
kecil yang disebut sel surya.

Sel surya paling umum terbuat
dari silikon,

suatu semi konduktor terbanyak kedua
yang ditemukan di bumi.

Dalam sebuah sel surya,

silikon kristalin dijepit di antara
lapisan konduktif.

Tiap atom silikon dihubungkan dengan atom
di sekitarnya dengan empat ikatan kuat,

yang menjaga elektron tetap di tempatnya
sehingga tidak ada arus yang mengalir.

Ini kuncinya:

sel surya silikon menggunakan
dua lapisan silikon yang berbeda.

Sebuah silikon tipe N memiliki
elektron berlebih,

dan silikon tipe P memiliki ruang ekstra
untuk elektron, yang disebut lubang.

Ketika dua tipe silikon bertemu,

elektron dapat mengembara melintasi
persimpangan p/n,

menciptakan muatan positif di satu sisi

dan membuat muatan negatif di sisi lain.

Anda bisa menganggap cahaya sebagai
aliran partikel-partikel kecil

yang disebut foton,

yang ditembakkan keluar dari Matahari.

Ketika satu foton menghantam sel silikon
dengan energi yang cukup

foton itu akan memukul elektron
dari ikatannya dan membuat lubang.

Elektron yang bermuatan negatif
dan lokasi dari lubang bermuatan positif

kini dapat bergerak bebas.

Tapi karena ada medan listrik
di persimpangan p/n,

mereka hanya akan bergerak
ke satu arah.

Elektron ini ditarik ke sisi n,

sementara lubang ditarik ke sisi p.

Elektron yang bergerak dikumpulkan dengan
jari-jari metal tipis pada puncak sel.

Dari sana, elektron mengalir
melalui sirkuit eksternal,

melakukan kerja elektris,

seperti menyalakan bola lampu,

sebelum kembali melalui lapisan
alumunium konduktif di belakangnya.

Tiap sel silikon hanya mengeluarkan
setengah volt,

tapi jika Anda merangkai semua di modul
untuk mendapatkan lebih banyak daya.

Dua belas sel fotovoltaik cukup
untuk mengecas sebuah ponsel,

sementara diperlukan banyak modul
untuk menyalakan listrik sebuah rumah.

Elektron adalah satu-satunya
bagian bergerak dalam sel surya,

dan semuanya kembali ke asal mereka.

Tidak ada yang usang atau habis,

sehingga sel surya dapat tahan
hingga berabad-abad.

Jadi apa yang mencegah kita untuk
bergantung sepenuhnya pada tenaga surya?

Ada beberapa faktor politis,

belum lagi berbagai bisnis yang melobi
untuk mempertahankan status quo

Tapi untuk saat ini, mari fokus pada
tantangan fisik dan logistik,

dan yang paling jelas

adalah distribusi energi surya
di planet bumi tidaklah merata.

Beberapa area lebih terang
daripada area lain.

Alasan lain, inkonsistensi.

Saat mendung atau malam hari,
hanya ada sedikit energi surya.

Jadi ketergantungan total
memerlukan

cara yang efisien untuk mengirim listrik
dari area cerah ke area mendung,

dan penyimpanan energi yang efektif.

Efisiensi sel itu sendiri juga
menjadi sebuah tantangan.

Jika sinar matahari dipantulkan
alih-alih diserap,

atau jika elektron yang keluar jatuh lagi
ke lubang sebelum melintasi sirkuit,

maka energi foton itu hilang.

Sel surya paling efisien saat ini

hanya bisa mengkonversi 46% cahaya
menjadi listrik,

dan sebagian besar sistem komersial
hanya 15-20% efisien.

Di samping keterbatasan ini,

sebenarnya sangatlah mungkin

untuk melistriki seluruh dunia
dengan teknologi surya terkini.

Kita perlu pendanaan untuk
membangun infrastruktur

dan sebuah ruang yang cukup.

Perkiraan berkisar dari puluhan
hingga ratusan ribu mil persegi,

yang sepertinya banyak,

tapi luas Gurun Sahara sendiri
melebihi 3 juta mil persegi.

Sementara itu, sel surya menjadi
kian baik dan murah,

dan berkompetisi dengan
jejaring listrik umum.

Dan inovasi, seperti lahan surya apung,
bisa sepenuhnya mengubah muka bumi.

Di luar ide-ide ini,

ada fakta bahwa
lebih dari miliaran orang

tidak memiliki akses ke jaringan listrik
yang andal,

khususnya di negara berkembang,

yang sebagian besar kondisinya cerah.

Di tempat seperti ini,

energi surya lebih murah dan aman
dari alternatif yang ada,

misalnya minyak tanah.

Untuk tempat seperti
Finlandia atau Seattle,

energi surya efektif sepertinya
masih belum mungkin.