Mengetahui pengertian dari Solar Photovoltaic System (PV) atau disebut juga Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Teknologi PV (Sel Surya) berbasis Silikon pertama kali muncul hampir setengah abad yang lalu.

Panel Photovoltaic (PV panel) adalah sumber listrik pada sistem pembangkit listrik tenaga surya, material semikonduktor yang mengubah secara langsung energi sinar matahari menjadi energi listrik. Daya listrik yang dihasilkan PV berupa daya DC.

Istilah “photovoltaic” ini telah digunakan dalam bahasa Inggris sejak tahun 1849. Selama bertahun-tahun, teknologi PV telah berkembang secara signifikan dan telah menjadi jenis utama dari teknologi energi terbaharukan yang ramah lingkungan.

Unit bangunan dasar dari sistem PLTS adalah modul PV (Panel Surya), yang terdiri dari susunan beberapa sel surya yang dibentuk dalam sebuah panel dan mengubah energi cahaya dalam sinar matahari menjadi listrik dengan cara fenomena fotolistrik (Photoelectric).

Pada saat ini telah ditemukan ada beberapa jenis bahan seperti silikon dan selenium, dan ketika sinar matahari memapar pada sel surya, elektron berubah untuk menjadi "elektron bebas" yang dapat mengalir melalui sirkuit eksternal sehingga menghasilkan arus listrik.

Seperti yang kita ketahui atom Silikon memiliki 14 elektron yang terdistribusi pada orbit-orbit elektron kulit terluarnya. Dua kulit terdalamnya masing-masing terisi penuh dengan dua elektron dan berikutnya delapan elektron.

Sementara, kulit yang lebih di luar hanya memiliki empat elektron, yang terisi hanya sebagian dari kondisi penuhnya. Akibat dari sifat atom yang cenderung untuk melengkapi elektron pada kulit terluar mereka,

yang akan terjadi selanjutnya adalah pertukaran elektron atom silikon dengan atom silikon tetangga mereka yang mengakibatkan terbentuknya ikatan dengan elektron dari satu atom tetangga. Bentuk ini merupakan murni struktur cristallyn.

Jika setiap orbital kulitnya sudah terisi penuh, maka atom yang bersangkutan akan menjadi sebuah material konduktor yang baik. Agar dapat selalu berfungsi seperti ini, sebagai bahan semikonduktor, silikon biasanya dicampurkan dengan bahan tertentu (biasa disebut materi doping);

Bahan campuran ini akan mengakibatkan atom silikon akan lebih mudah mencapai kondisi penuh, seperti atom dengan lebih dari empat elektron valensi, seperti fosfor yang memiliki 5 elektron valensi. Elektron bebas ini yang akan menjadi elektron yang membawa energi listrik. Ketidakmurnian ini disebut dopant.

Photocell yang memiliki p-n junction, memiliki 2 buah bahan semikonduktor, tipe-p dan tipe-n. Tipe-tipe ini dianggap sebagai bahan campuran (impurities); bergantung dari jenis dopant yang diberikan kepada cristallyn.

Untuk kasus photocell, biasanya menggunakan hidrogen dan fosfor sebagai tipe-n yang ditambahkan pada cristallyn. Sementara, Boron digunakan sebagai tipe-p. Kedua tipe ini kemudian ditempatkan bersama sebagai p-n juction.

Ketika photocell dikenai sinar matahari, artinya photon dari sinar matahari akan menumbuk semikonduktor (Silikon).

3 kemungkinan yang bisa terjadi ketika photon menumbuk silikon;

• Photon menembus silikon; biasanya terjadi pada photon dengan energi yang rendah.
• Photon dipantulkan oleh permukaan silikon.
• Photon diserap oleh permukaan silikon.

Untuk kemungkinan yang ketiga, apabila energi photon lebih tinggi dari celah pita silikon, maka energi yang diserap dari photon akan diberikan ke elektron untuk berpindah dari pita valensi ke pita konduksi, dan berikutnya akan menghasilkan satu lubang (hole), meninggalkan hole yang sebelumnya diisi oleh elektron yang lain dari beban.

Sirkulasi elektron inilah yang akan mengakibatkan aliran arus dari PV panel; sehingga silikon ini bisa berfungsi sebagai material yang mampu mengkonversikan energi photon ke energi listrik.

Kebanyakan energi photon ini lebih besar dari celah pita silikon. PV panel yang ada saat ini lebih banyak mengubah perbedaan energi yang dibawa foton dan celah pita silikon menjadi panas (akibat getaran – kisi disebut fonon) daripada mengkonversikannya menjadi energi listrik.

Sewaktu energi photon yang diserap melebihi band energy-nya, maka electron yang menyerap energy photon akan ber-eksitasi ke konduksi band untuk kemudian relaksasi ke level energi konduksi terendah. Energi yang dilepas inilah yang jadi losses heat.

Jenis Sel surya di pasaran dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori utama yaitu Sel Crystalline Silicone dan Sel Thin-Film. Dan Sel Crystalline Silicon dapat dibagi lagi menjadi Sel Mono Crystalline dan Sel Poly Crystalline.

Sedangkan jenis Sel Thin-Film yaitu Sel Amorphous Silicone, Sel Copper Indium Diselenide (CIS) dan Sel Cadmium-Telluride(CdTe).

Cara Kerja Solar Panel

1. Cara kerja sistem pembangkit listrik tenaga surya, menggunakan grid-connected panel sel surya photovoltaic.
2. Modul sel surya photovoltaic mengubah energi surya menjadi arus listrik DC. Arus listrik DC yang dihasilkan ini akan dialirkan melalui inverter (konversi daya) yang mengubahnya menjadi arus listrik AC, yang secara otomatis juga akan mengatur seluruh sistem.
3. Listrik AC akan didistribusikan melalui panel distribusi indoor yang akan mengalirkan listrik sesuai kebutuhan alat elektronik (televisi, radio, AC, pompa air dll). Besar dan biaya konsumsi listrik yang dipakai akan diukur dalam Watt-Hour Meters.

Kelebihan Sel Surya:

1. Bersih dan bebas polusi.
2. Beroperasi tanpa ada bagian yang perlu dibongkar pasang.
3. Minim perawatan.
4. Listrik yang dihasilkan dapat dipergunakan untuk keperluan apapun dan dimanapun, tidak perlu investasi besar ataupun pengecekan keamanan seperti industri nuklir.
5. Tidak memerlukan biaya transportasi seperti minyak, batubara, uranium dan plutonium.
6. Awet dan tahan lama (bisa mencapai 25 tahun).

Klasifikasi sel surya komersial dapat digambarkan sebagai berikut:

• Kinerja sel surya dinyatakan dalam "efisiensi konversi energi"nya, yaitu efisiensi dalam mengkonversi energi sinar matahari menjadi listrik. Sel-sel surya silikon awal penemuannya memiliki efisiensi hanya beberapa persen.
• Proses perkembangan Sel surya komersial saat ini dapat mendekati hampir 20% dalam efisiensi (dengan beberapa desain khusus melebihi 20%), sedangkan sel surya buatan khusus dan sel surya untuk eksperimental dapat melebihi 30%.
• Pengetahuan yang paling mendasar bahwa efisiensi modul PV lebih rendah dibandingkan dengan sel surya konstituen, dan efisiensi dari sistem PV lebih rendah dibandingkan dengan modul PV konstituen, yang berarti bahwa efisiensi sel> efisiensi modul> efisiensi sistem.

Jenis Panel Surya/solar cell:

Polikristal (Poly-crystalline)

Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak karena dipabrikasi dengan proses pengecoran. Type ini memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama. Panel surya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan type monokristal, sehingga memiliki harga yang cenderung lebih murah.

Monokristal (Mono-crystalline)

Merupakan panel yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak dapat bekerja optimal ditempat dengan cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.

Amorphous

Silikon Amorf (a-Si) telah digunakan sebagai bahan sel photovoltaic untuk kalkulator selama beberapa waktu.Meskipun mempunyai kinerja yang lebih rendah dibandingkan sel surya tradisional c-Si, hal ini tidak penting dalam kalkulator, yang menggunakan daya sangat rendah.

Teknologi terbaru saat ini dengan perbaikan dalam teknik konstruksi telah membuat a-Si lebih menarik sebagian besar wilayah pemanfaatan sel surya. Disini efisiensi yang lebih tinggi dapat dicapai dengan menyusun beberapa sel tipis-film di atas satu sama lain, masing-masing sesuai untuk bekerja dengan baik pada frekuensi cahaya tertentu.