Sel solar ialah peranti bukan mekanikal yang menggunakan semikonduktor untuk menukarkan cahaya matahari kepada elektrik secara langsung melalui kesan fotovoltaik. Secara intuitif, orang mungkin berfikir bahawa sel solar berkembang maju di bawah cahaya matahari yang terik, tetapi adakah itu benar-benar berlaku?
Manusia telah lama menggunakan tenaga suria, dengan tiga cara utama untuk menukarnya: penukaran fotovoltaik, penukaran fototerma dan penukaran fotokimia. Penjanaan kuasa fotovoltaik (PV), yang menukarkan cahaya matahari kepada elektrik, merupakan salah satu penggunaan tenaga suria yang paling cekap.
Kesan fotovoltaik pertama kali diperhatikan pada tahun 1839 oleh saintis Perancis Edmond Becquerel, dan ia merujuk kepada penjanaan potensi elektrik apabila cahaya mengenai semikonduktor. Kemudian, Einstein menjelaskan kesan ini menggunakan teori kuantum cahaya, yang memenanginya Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1921.
Tidak seperti kesan fotoelektrik, yang berlaku apabila cahaya mengenai konduktor tunggal, kesan fotovoltaik berlaku di sempadan antara dua plat semikonduktor. Apabila disambungkan oleh wayar, sempadan ini menghasilkan medan elektrik, yang membolehkan arus mengalir.
Jadi, bagaimana sel suria menukarkan cahaya matahari kepada elektrik? Cahaya matahari ialah spektrum sinaran elektromagnet yang luas. Apabila ia mengenai sel suria, sinaran tersebut boleh dipantulkan, diserap atau dilalui. Hanya sinaran yang diserap sahaja yang ditukarkan kepada tenaga elektrik.
Bagi semikonduktor berasaskan silikon, tenaga 1.11 elektron volt (eV) diperlukan untuk melepaskan elektron daripada atomnya. Hanya foton dengan tenaga lebih besar daripada ambang ini boleh menjana elektrik. Walau bagaimanapun, tenaga berlebihan daripada foton bertenaga lebih tinggi hilang sebagai haba, menyumbang kepada pemanasan panel solar, yang boleh meningkatkan suhunya melebihi udara ambien.
Bertentangan dengan kepercayaan popular, sel solar berasaskan silikon sebenarnya lebih menyukai persekitaran yang lebih sejuk, walaupun ia masih memerlukan cahaya matahari. Apabila suhu meningkat, panel solar menghasilkan tenaga yang lebih sedikit, walaupun menerima jumlah cahaya matahari yang sama.
Suhu tinggi terutamanya mengurangkan voltan litar terbuka (voltan apabila tiada arus mengalir), walaupun arus litar pintas (arus apabila sel dilitar pintas) kekal agak stabil. Ini bermakna suhu yang lebih tinggi membawa kepada kecekapan yang lebih rendah dan kuasa output yang berkurangan.
Sel solar biasanya diuji pada suhu standard 25°C (77°F). Apabila suhu panel mencapai 60°C (140°F) atau lebih tinggi, output kuasanya menurun dengan ketara. Bagi setiap peningkatan suhu darjah, arus litar pintas hanya meningkat sebanyak 0.04%, manakala voltan litar terbuka menurun sebanyak 0.4%.
Walaupun kecekapan menurun pada musim panas, banyaknya cahaya matahari pada musim ini masih menghasilkan pengeluaran tenaga keseluruhan yang lebih tinggi berbanding musim-musim lain.
Cara Menyejukkan Panel Suria
Seperti peranti elektronik lain, panel solar berfungsi lebih baik dalam suhu yang lebih sejuk. Memandangkan ia bergantung kepada cahaya matahari dan bukannya haba untuk kuasa, ia berfungsi paling baik dalam keadaan terang tetapi sejuk.
Untuk menyejukkan panel solar semasa musim panas, patutkah kita meletakkan tempat teduh? Sudah tentu tidak! Menyekat cahaya matahari akan menafikan tujuan panel solar. Bagaimana pula dengan penggunaan pelindung matahari? Tidak, penggunaan penghalang fizikal akan mengurangkan penyerapan cahaya, dan kaedah kimia tidak akan membantu menurunkan suhu.
Bagi panel solar atas bumbung, pengudaraan semula jadi adalah cara yang berkesan dan menjimatkan untuk menyejukkannya. Memasang panel dengan jurang antara panel dan bumbung membolehkan udara beredar dan menyejukkan panel. Walau bagaimanapun, adalah penting untuk memastikan daun dan serpihan tidak memasuki jurang tersebut bagi mengekalkan aliran udara dan mencegah kepanasan melampau.
Penyelidik juga telah mengkaji pelbagai kaedah penyejukan untuk meningkatkan kecekapan panel solar. Selain pengudaraan semula jadi, penyejukan udara paksa dan penyejukan fotovoltaik-terma (PVT) telah diterokai, yang menawarkan pandangan berharga tentang cara menurunkan suhu panel dan meningkatkan output tenaga.
Ketika sel solar, pengirim tenaga bersih, terus berintegrasi ke dalam kehidupan kita, ia membawa bersama gelombang baharu penyelesaian rendah karbon dan mesra alam.
