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
