Contents — find the section you need

Panel surya tidak menghasilkan arus bolak-balik (AC) secara langsung. Sambungan pn semikonduktor memecah energi foton menjadi elektron dan lubang, arus DC yang dihasilkan sel-sel tersebut dikumpulkan secara seri dan paralel, dan MPPT (pelacakan titik daya maksimum) serta pengkondisi daya mengubahnya menjadi listrik yang dapat digunakan. Membaca semuanya, mulai dari beberapa panel di atap hingga pembangkit listrik tenaga surya skala besar, baterai, dan pasar listrik sebagai satu sistem, menghubungkan grafik pembangkitan dengan operasi jaringan listrik.

Deretan panel fotovoltaik di Travers Solar FarmContoh PV skala utilitas

Gambar: Photovoltaic Panel di Travers Solar Farm (Kkiefuik, CC BY 4.0), Wikimedia Commons. Foto tata letak, bukan pengukuran langsung dari angka output atau efisiensi dalam artikel ini.

0. Versi 30 detik

  • Output sel surya ditentukan oleh hasil perkalian P=VI tegangan V dan arus I. Radiasi yang lebih tinggi terutama meningkatkan arus; suhu yang lebih tinggi menurunkan tegangan.

  • Kurva I-V memiliki satu titik daya maksimum (MPP), dan MPPT melacak titik operasi konverter DC-DC ke titik tersebut. Bayangan dapat menciptakan beberapa puncak lokal.

  • Inverter mengubah DC menjadi AC dan mengontrol faktor daya, daya reaktif, harmonik, dan deteksi anti-islanding. Dengan baterai, surplus daya di siang hari dapat dialihkan ke malam hari.

  • Instalasi di atap, agrivoltaik, terapung, dan lepas pantai masing-masing menghadapi pertimbangan suhu, refleksi, pemeliharaan, kapasitas jaringan, dan lingkungan yang berbeda tergantung pada lokasinya.

  • Perovskit, sel tandem, daur ulang, dan inverter pembentuk jaringan semuanya sedang diteliti, tetapi perlu dievaluasi di seluruh masa pakai, enkapsulasi, manajemen timbal, kelayakan pembiayaan, dan pemeliharaan.

1. Persimpangan pn mengubah cahaya menjadi arus

Diagram 1 · Use the button to switch views
Anggaran kerugian dari sinar matahari melalui sistem fotovoltaik ke jaringan

Gambar 1 — Pisahkan konversi sel, suhu, bayangan, pengkabelan, pengkondisian daya, dan kerugian pembatasan sebelum membandingkan dua sistem PV.

Jika energi E_{ph}=hc/\lambda dari foton yang mengenai sel surya melebihi celah pita semikonduktor E_g, pasangan elektron-lubang akan dihasilkan. Medan listrik di daerah deplesi persimpangan pn memisahkan keduanya dalam arah yang berlawanan, mendorong arus melalui rangkaian eksternal. Arus sel ideal dapat ditulis sebagai

I=I_{ph}-I_0\left[\exp\left(\frac{qV}{nkT}\right)-1\right]

di mana I_{ph} adalah arus foto, I_0 Arus gelap, q muatan elementer, n faktor idealitas, dan T suhu absolut. Di dekat tegangan rangkaian terbuka V_{oc}, arus turun tajam; di dekat arus hubung singkat I_{sc}, tegangan hampir nol. Lekukan pada kurva ini adalah MPP.

Menghubungkan sel secara seri meningkatkan tegangan; secara paralel meningkatkan arus. Dioda bypass panel menghindari titik panas, di mana bayangan sebagian membalikkan bias seluruh rangkaian sel dan menghasilkan panas. Bayangan, kotoran, salju, dan penuaan semuanya mengubah kurva I-V setiap rangkaian, sehingga pemantauan pembangkitan mencatat tegangan, arus, dan suhu secara bersamaan.

2. MPPT: melacak titik daya maksimum

Kondisi maksimum untuk daya P(V)=V I(V) adalah

\frac{dP}{dV}=I+V\frac{dI}{dV}=0

Metode MPPT yang representatif meliputi Perturb & Observe (pendakian bukit), yang sedikit menggeser tegangan operasi dan mengamati bagaimana daya merespons, dan Konduktansi Inkremental, yang mengontrol untuk memenuhi dI/dV=-I/V. Ketika iradiasi berubah tiba-tiba, metode ini dapat secara keliru mengejar peningkatan atau penurunan sebelumnya, itulah sebabnya penelitian menggabungkan sensor cuaca, beberapa rangkaian, dan kontrol prediktif.

3. Pengondisi daya dan interkoneksi jaringan

Output DC PV menjadi AC melalui konverter boost, kapasitor DC-link, dan inverter H-bridge atau tiga fase. Kontrol mengikuti jaringan, yang melacak fase jaringan melalui PLL dan membentuk arus menjadi gelombang sinus, adalah pendekatan umum. Karena PV atap yang terus memasok daya selama pemadaman jaringan berbahaya bagi pekerja, deteksi dan pemutusan anti-islanding diperlukan.

Pada jaringan yang lemah dengan pangsa energi terbarukan yang tinggi, kontrol pembentukan jaringan — di mana inverter berperilaku sebagai sumber tegangan daripada hanya melacak tegangan jaringan — menarik perhatian. Mesin sinkron virtual, osilator virtual, dan kontrol droop memungkinkannya Merespons dengan cepat terhadap penyimpangan frekuensi dan fluktuasi tegangan. Ini bukan tentang mengubah semikonduktor sel surya — ini tentang mencocokkan kontrol dan perlindungan konverter daya dengan jaringan listrik secara keseluruhan.

4. Iradiasi, suhu, dan sudut pemasangan

Dengan iradiasi pada bidang G [W/m²], luas modul A, dan efisiensi konversi \eta, output sesaat dapat diperkirakan sebagai

P_{dc}=G A \eta(T,G,\text{shading},\text{degradation})

Efisiensi \eta menurun seiring dengan koefisien suhu. Jarak ke material atap, ventilasi sisi belakang, struktur pemasangan, azimut, sudut kemiringan, dan cahaya pantulan semuanya memengaruhi pembangkitan tahunan. Modul bifacial memanfaatkan reflektansi tanah (albedo), sehingga bahkan kondisi permukaan pemasangan — kerikil putih, salju, lahan pertanian — perlu dimasukkan dalam desain.

Lokasi agrivoltaik perlu menghindari pemotongan yang terlalu banyak Cahaya mencapai tanaman, bayangan panel yang tersebar, dan menjaga jarak aman untuk ketinggian kerja mesin pertanian. Instalasi terapung perlu mengevaluasi efek pendinginan permukaan air, penambatan, gelombang, kabel, dan dampaknya terhadap alga dan kualitas air. Memaksimalkan pembangkitan saja dapat mengabaikan pertimbangan terhadap hasil panen dan pemeliharaan.

5. Baterai dan peramalan

Kelebihan energi surya mengisi baterai untuk pelepasan di malam hari atau saat berawan. Status energi baterai E dapat diperbarui menggunakan perintah daya P_b dan efisiensi bolak-balik \eta_{rt} sebagai

E_{k+1}=E_k+\eta_cP_{ch}\Delta t-\frac{P_{dis}\Delta t}{\eta_d}

di mana P_{ch} dan P_{dis} adalah daya pengisian dan pelepasan, dan \eta_c,\eta_d adalah efisiensi masing-masing. Batas atas/bawah SOC, suhu, degradasi, dan kapasitas interkoneksi semuanya dimasukkan sebagai batasan. Peramalan bayangan awan beberapa menit ke depan memungkinkan Anda untuk memilih antara menjaga ketersediaan baterai atau menerima pengurangan daya.

6. Teknologi dan penelitian terkini

Sistem PV tipikal saat ini terdiri dari sel silikon kristal, inverter string atau mikro, gateway pemantauan, pemutus sirkuit, pentanahan/perlindungan petir, dan, jika berlaku, baterai. Perbandingan kinerja harus melihat lebih dari sekadar efisiensi terukur ke efisiensi beban parsial, daya siaga malam hari, rentang tegangan MPPT, deteksi gangguan busur, pembaruan firmware jarak jauh, suku cadang pengganti, dan peringkat beban udara garam/salju.

Penelitian berpusat pada sel tandem yang menumpuk perovskit dengan celah pita berbeda di atas silikon, film tipis ringan yang dapat diaplikasikan pada permukaan melengkung, enkapsulasi tahan lama, pemulihan dan daur ulang timbal, inverter pembentuk jaringan, dan operasi yang menggabungkan PV dengan baterai, hidrogen, dan respons permintaan. Bahkan di mana efisiensi konversi laboratorium tinggi, keseragaman modul besar, siklus UV/kelembaban/termal, garansi lebih dari 25 tahun, dan pemulihan akhir masa pakai tetap menjadi hambatan untuk komersialisasi.

7. Pemantauan, Pemeliharaan, dan Keselamatan

Menemukan penurunan output berarti membandingkan nilai yang diharapkan yang dinormalisasi cuaca dengan pengukuran aktual. Periksa outlier arus string, perbedaan suhu panel, resistansi isolasi inverter, deteksi gangguan busur, sekering kotak sambungan, dan konektor kabel. Pencitraan inframerah drone dapat mendeteksi titik panas, tetapi refleksi, angin, dan sudut pengukuran memengaruhinya, sehingga penentuan anomali harus diperiksa silang dengan pengukuran listrik.

Busur DC dapat tetap ada bahkan setelah pemutus sirkuit terbuka. Pekerja harus menganggap tegangan pembangkitan tetap ada selama panel menerima sinar matahari, dan mengikuti peraturan keselamatan listrik yang relevan dan prosedur pabrikan. Ketika baterai ditempatkan bersama, respons kebakaran — pemadaman, isolasi, penyalaan kembali, dan koordinasi dengan perusahaan pemadam kebakaran dan utilitas — perlu dimasukkan ke dalam rencana.

8. Kesimpulan

Tenaga surya adalah sistem berkelanjutan yang mencakup konversi foto sel, MPPT, konversi DC-DC, inverter, transformator, pemantauan, penyimpanan, dan perlindungan jaringan. Saat membandingkan pembangkitan tahunan, selaraskan iradiasi, suhu, bayangan, kotoran, degradasi, kehilangan konversi, dan pembatasan pada kondisi yang sama. Membaca tentang perovskit atau inverter pembentuk grid juga harus mempertimbangkan skala demonstrasi, daya tahan, pemeliharaan, daur ulang, dan keamanan di seluruh siklus hidup.

Periksa pemahaman Anda
Apakah peringkat surya 1 kW berarti 24 kWh setiap hari?

Peringkat tersebut berlaku dalam kondisi tertentu; panel tidak menghasilkan energi di malam hari. Energi bergantung pada iradiasi, suhu, dan kehilangan seiring waktu.

Referensi

What to read next

Review the backgroundDasar-Dasar Pembangkit Listrik Nuklir — Dari Panas Fisi hingga Uap, Sistem Keselamatan, dan Pengoperasian Jaringan ListrikContinue the seriesPengantar Energi Angin — Mengubah Momentum Angin Menjadi Rotasi, Listrik, dan Pengendalian Jaringan ListrikExplore another aspect of this fieldSimulasikan frekuensi jaringan: ketidakseimbangan, inersia, dan respons utama.
#Solar Power #PV #MPPT #Inverter #Perovskite #Grid Interconnection