Mengapa pembangkit listrik fotovoltaik dapat menempati posisi terdepan dalam pembangkit listrik energi terbarukan?

Konsumen, industri, dan pemerintah mengambil langkah-langkah untuk meningkatkan penggunaan energi terbarukan.Hal ini mendorong sistem pembangkitan dan distribusi listrik dari arsitektur hub-and-spoke yang tersentralisasi ke pembangkitan dan konsumsi listrik yang lebih berbasis jaringan dan terlokalisasi, serta pasokan dan permintaan yang stabil melalui interkoneksi jaringan cerdas.

Menurut laporan bahan bakar Badan Energi Internasional (IEA) pada bulan Oktober 2019,pada tahun 2024, pembangkitan energi terbarukan akan meningkat sebesar 50%.

Artinya, kapasitas pembangkit energi terbarukan global akan meningkat sebesar 1200GW, setara dengan kapasitas terpasang Amerika Serikat saat ini.Laporan tersebut memperkirakan bahwa 60% peningkatan pembangkitan energi terbarukan akan dilakukan dalam bentuk peralatan fotovoltaik surya.

Laporan ini juga menekankan pentingnya sistem pembangkit listrik fotovoltaik terdistribusi, karena konsumen, bangunan komersial, dan fasilitas industri mulai menghasilkan listrik sendiri.Diperkirakan pada tahun 2024, pembangkit listrik fotovoltaik yang didistribusikan akan meningkat dua kali lipat menjadi lebih dari 500 GW.Artinyapembangkit listrik fotovoltaik terdistribusi akan menyumbang hampir setengah dari total pertumbuhan pembangkit listrik tenaga fotovoltaik surya.

Keuntungan tenaga surya

Mengapa pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik menempati posisi terdepan dalam pertumbuhan pembangkit listrik energi terbarukan?

Salah satu alasan yang jelas adalah karena matahari menyinari kita semua, sehingga energinya digunakan secara luas.Hal ini mendekatkan pembangkit listrik dengan konsumsi daya dan menyalurkan daya ke titik off-grid, yang khususnya berguna untuk mengurangi kerugian distribusi daya.

Alasan lain yang jelas adalah ituada banyak energi matahari.Ada banyak perbedaan halus dalam menghitung berapa banyak energi yang diterima bumi dari matahari.Aturan praktisnya adalah permukaan laut rata-rata adalah 1kW per meter persegi pada hari cerah, atau jika faktor-faktor seperti siklus siang/malam, sudut datang, dan musim dipertimbangkan, maka rata-ratanya adalah per meter persegi per hari.M 6kWh.

Sel surya menggunakan efek fotolistrik untuk mengubah cahaya yang datang menjadi energi listrik dalam bentuk aliran foton.Foton diserap oleh bahan semikonduktor seperti silikon yang diolah, dan energinya merangsang elektron dari orbital molekul atau atomnya.Elektron-elektron ini kemudian bebas menghilangkan kelebihan energi sebagai panas dan kembali ke orbitnya, atau menyebar ke elektroda dan menjadi bagian dari arus untuk mengimbangi perbedaan potensial yang ditimbulkannya pada elektroda.

Seperti semua proses konversi energi, tidak semua masukan energi ke sel surya dihasilkan dalam bentuk energi listrik yang diinginkan.Faktanya, efisiensi energi sel surya silikon monokristalin telah berkisar antara 20% dan 25% selama bertahun-tahun.Namun, peluang fotovoltaik surya begitu besar sehingga tim peneliti telah bekerja selama beberapa dekade untuk menggunakan struktur dan bahan yang semakin kompleks guna meningkatkan efisiensi konversi sel, seperti yang ditunjukkan dalam gambar oleh NREL ini.

Pencapaian efisiensi energi yang lebih tinggi biasanya dilakukan dengan mengorbankan penggunaan berbagai bahan berbeda serta teknik produksi yang lebih kompleks dan mahal.

Banyak perangkat fotovoltaik surya didasarkan pada berbagai bentuk silikon kristal atau film tipis silikon, kadmium telurida atau tembaga indium galium selenida, dengan efisiensi konversi 20% hingga 30%.Baterai terpasang di dalam modul, dan penginstal dapat menggunakan modul ini sebagai unit dasar untuk membangun sistem pembangkit listrik fotovoltaik surya.

Tantangan efisiensi energi

Konversi fotovoltaik mengubah kilowatt energi matahari yang terjadi pada setiap meter persegi permukaan bumi menjadi 200 hingga 300 W energi listrik.Tentu saja ini dalam kondisi ideal.Namun, efisiensi konversi dapat berkurang karena alasan berikut: hujan, salju, dan debu yang menempel pada permukaan baterai, pengaruh penuaan bahan semikonduktor, dan peningkatan keteduhan akibat perubahan lingkungan seperti pertumbuhan vegetasi. atau pembangunan gedung baru.

Oleh karena itu, kenyataannya meskipun energi matahari gratis, penggunaan energi matahari untuk menghasilkan energi listrik yang bermanfaat memerlukan optimalisasi yang cermat pada setiap tahap pengumpulan, penyimpanan, dan konversi akhir menjadi energi listrik.Salah satu peluang terbesar untuk meningkatkan efisiensi energi adalah desaininverter, yang mengubah keluaran DC susunan surya (atau penyimpanan baterainya) menjadi arus AC untuk penggunaan langsung atau transmisi melalui jaringan listrik.

Inverter mengubah polaritas arus masukan DC agar mendekati keluaran AC.Semakin tinggi frekuensi peralihan, semakin tinggi efisiensi konversi.Sakelar sederhana dapat menghasilkan keluaran gelombang persegi yang dapat menggerakkan beban resistif, namun dengan harmonisa, akan merusak peralatan elektronik yang lebih kompleks yang ditenagai oleh AC gelombang sinus murni.Oleh karena itu, desain inverter menjadi kunci keseimbangan.Di tangan satunya,meningkatkan frekuensi switching untuk meningkatkan efisiensi energi, tegangan operasi dan pembangkit listrik, di samping itu,untuk meminimalkan biaya komponen tambahan yang digunakan untuk menghaluskan gelombang persegi.