Tentang Energi Matahari : Tantangan Energi Matahari

Beberapa Tantangan dalam Produksi Energi Surya

• Efisiensi panel surya

• Modal awal yang tinggi dan biaya pemeliharaan Sistem energi PV

• Kelangkaan lahan dan penurunan nilai properti

• Kurangnya pekerja terampil

• Masalah Intermiten dan Kualitas Daya

• Kelangkaan bahan untuk sel PV

• Kelemahan lingkungan

Efisiensi Panel Surya

Tenaga surya rata-rata di permukaan bumi adalah 174,7 watt per meter persegi dan dalam satu jam, matahari menyediakan sekitar 3,21 x 10^20 joule energi ke Bumi.

Itu setara dengan 76.841 megaton.

Dalam waktu kurang dari dua jam, matahari menyediakan lebih banyak energi daripada seluruh planet yang digunakan dalam setahun.

Tetapi hanya sebagian kecil dari energi ini yang dapat diubah menjadi energi matahari karena efisiensi sel surya yang lebih rendah.

Panel surya adalah kombinasi sel surya yang dihubungkan secara seri atau paralel untuk membuat panel surya yang lengkap.

Sel surya konsentris mengandung bahan penyerap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi listrik.

Efisiensi sel surya terbatas karena hanya satu elektron yang dapat dieksitasi oleh satu foton, terlepas dari energi foton atau paket energi yang tersedia di bawah sinar matahari.

Sel surya PV juga memiliki efisiensi maksimum yang terbatas, yang dikenal sebagai batas Shockley-Queasier.

Efisiensi konversi surya maksimum dari sel surya dengan sambungan pn tunggal adalah sekitar 46% (secara teoritis) dengan sinar matahari konsentris dan data di laboratorium telah mencapai 27%.

Untuk penggunaan komersial, efisiensi ini hanya 16% dari total ukuran sel.

Artinya ketika sinar matahari jatuh pada sel surya hanya mengubah 16% energi sinar matahari untuk digunakan lebih lanjut dan sisanya akan terbuang sia-sia.

Efisiensi sel yang tinggi memberikan biaya satuan yang lebih rendah, karena memerlukan lebih sedikit luas permukaan untuk menghasilkan watt puncak listrik yang sama (Wp - daya keluaran yang dihasilkan oleh sel surya di bawah radiasi matahari penuh), sehingga mengurangi jumlah sel yang dibutuhkan.

Singkatnya, dengan peningkatan efisiensi, teknologi pembangkit listrik Tenaga Surya dapat memiliki potensi yang signifikan sebagai sumber energi.

Modal Awal Tinggi dan biaya pemeliharaan Sistem Energi PV

Meskipun pemasangan panel surya akan membawa manfaat besar dalam jangka panjang, biaya di muka dapat menjadi hukuman.

Panel surya juga membutuhkan baterai pembalik dan penyimpanan untuk mengubah listrik langsung menjadi listrik bolak-balik untuk menghasilkan listrik.

Sementara memasang panel surya cukup murah, memasang peralatan lain menjadi mahal.

Bergantung pada perusahaan tempat Anda memilih untuk membeli panel surya, harganya bisa mahal.

Bahkan sulit untuk menghitung seluruh biaya pemasangan tanpa bantuan perusahaan manufaktur.

Beberapa negara telah memperkenalkan potongan harga dan kredit pajak untuk memungkinkan banyak orang memasang panel surya, tetapi kecuali Anda menyisihkan uang untuk ini, itu bisa menjadi biaya yang tak tertahankan.

Juga, mungkin diperlukan waktu hingga 10 tahun hingga 15 tahun sebelum Anda dapat mencapai titik impas dengan investasi awal Anda.

Ini bukan tentang berapa banyak periode pengembaliannya.

Apa pun yang dapat mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil patut dicoba.

Instalasi dan pemeliharaan, khususnya, sering kurang ditekankan, tetapi sama pentingnya dengan tantangan lain yang membuat elektrifikasi bertenaga surya menjadi prospek yang sulit.

Tantangan lain berkaitan dengan bagaimana transaksi pembelian panel surya terstruktur.

Sebagian besar pemasangan panel surya adalah transaksi satu kali di mana pelanggan membayar panel, peralatan, dan pemasangan.

Perusahaan mengirimkan produk ini, kemudian memasang panel sendiri atau menyewa pemasang independen.

Dalam kesepakatan ini, seringkali tidak jelas siapa yang akan membayar perawatan ketika panel surya rusak.

Banyak perusahaan memiliki sedikit kapasitas keuangan untuk membawa teknisi perbaikan ke lokasi terpencil bertahun-tahun kemudian ke panel servis (selain reputasi dan kepuasan pelanggan, yang beberapa perusahaan belum tentu tertarik) karena sebagian besar berjuang untuk menghasilkan uang sebagaimana adanya.

Pelanggan sering tidak dalam posisi untuk membayar lebih banyak untuk pemeliharaan baik karena mereka telah membayar premi di muka yang besar untuk instalasi.

Rumah sakit, sekolah, dan bisnis tidak mampu untuk terus mengucurkan uang ke tata surya yang tiba-tiba rusak setelah dua tahun ketika mereka seharusnya bekerja selama dua puluh tahun.

Tetapi jika tidak ada yang mampu atau mau membayar untuk pemeliharaan, panel-panel tersebut tidak akan terpakai dan terbuang sia-sia.

Kelangkaan Tanah dan Penurunan Nilai Properti

Kekhawatiran lain adalah bahwa energi matahari dapat mengambil sejumlah besar lahan dan menyebabkan degradasi lahan atau hilangnya habitat bagi satwa liar.

Sementara sistem PV surya dapat diperbaiki ke struktur yang sudah ada, sistem PV skala utilitas yang lebih besar mungkin memerlukan hingga 3,5 hingga 10 hektar per megawatt dan fasilitas CSP membutuhkan antara 4 hingga 16,5 hektar per megawatt.

Tergantung pada lokasinya, fasilitas surya skala utilitas yang lebih besar dapat menimbulkan kekhawatiran tentang degradasi lahan dan hilangnya habitat.

Persyaratan luas lahan total bervariasi tergantung pada teknologi, topografi situs, dan intensitas sumber daya matahari.

Tidak seperti fasilitas angin, ada lebih sedikit peluang bagi proyek surya untuk berbagi lahan dengan penggunaan pertanian.

Namun, dampak lahan dari tata surya skala utilitas dapat diminimalkan dengan menempatkannya di lokasi berkualitas rendah seperti ladang, lahan pertambangan yang ditinggalkan, atau koridor transportasi dan transmisi yang ada.

Susunan PV surya skala kecil, yang dapat dibangun di rumah atau bangunan komersial, juga memiliki dampak penggunaan lahan yang minimal.

Dalam beberapa tahun terakhir, publisitas seputar pembangkit listrik Tenaga Surya telah menarik perhatian pemilik properti dan penilai.

Seperti halnya pembangunan skala besar, perubahan yang diwakili oleh pembangkit listrik Tenaga Surya skala utilitas dapat menjadi perhatian.

Penentang mengungkapkan kekhawatiran yang melibatkan dampak pada gudang, masalah drainase, gagasan untuk mengganti lahan pertanian produktif dengan penggunaan industri, dan banyak lagi.

Sebagian besar kekhawatiran ini kembali ke satu hal: dampak potensial pada nilai properti.

Sebuah studi yang baru-baru ini diselesaikan pada 400.000 transaksi di New England selama 15 tahun, menemukan bahwa nilai properti perumahan di pinggiran kota mengalami dampak negatif ketika ladang Tenaga Surya di dekatnya menggantikan sumber daya yang dianggap langka, seperti ruang hijau.

Di sisi lain, penelitian yang sama ini tidak menemukan dampak terkait pada nilai properti untuk pembangkit listrik Tenaga Surya yang terletak di daerah pedesaan.

Namun, dampak tersebut dapat dikurangi dengan menempatkan fasilitas di area berkualitas rendah atau di sepanjang koridor transportasi dan transmisi yang ada.

Kurangnya Tenaga Tenaga Surya yang Terampil

Salah satu rintangan utama untuk memasang panel surya adalah kurangnya pekerja terampil untuk melakukan pekerjaan itu.

Pelanggan untuk instalasi panel surya dapat berkisar dari rumah sakit yang membutuhkan daya lebih dari 20 kilowatt hingga desa kecil yang membutuhkan kurang dari 500 watt untuk memberi daya ke seluruh desa.

Beberapa pelatihan diperlukan untuk memahami kompleksitas sistem ini.

Masalah ini sedang didekati dengan beberapa cara berbeda.

Beberapa perusahaan mempekerjakan dan melatih kru instalasi khusus untuk melakukan perjalanan di sekitar area yang luas untuk melakukan pekerjaan.

Masalah dengan pengaturan ini, bagaimanapun, adalah bahwa perjalanan antar lokasi kerja tidak efisien, dan setiap downtime menjadi sangat mahal bagi perusahaan yang berusaha mempertahankan kru yang berdedikasi dalam daftar gaji.

Di sisi lain, jika perusahaan-perusahaan ini mempekerjakan kru instalasi independen, maka memastikan standar kualitas lebih sulit dilakukan.

Juga, perusahaan mengikuti tarif yang ditetapkan oleh kru independen.

Belum lagi, di beberapa daerah tidak ada kru instalasi independen yang bisa disewa.

Ketersediaan tenaga kerja terampil yang tepat merupakan salah satu tantangan utama dan sektor surya dapat mengambil manfaat dari mempekerjakan pekerja dari pasar tenaga kerja konvensional dengan keahlian yang relevan.

Namun, Program Pembangunan Perserikatan Bangsa-Bangsa (UNDP) turun tangan untuk membantu.

Baru-baru ini, di Mali, UNDP membayar pelatihan teknisi Tenaga Surya perempuan untuk melakukan instalasi, pemeliharaan, dan servis untuk seluruh desa mereka.

Hal ini tidak hanya menyelesaikan salah satu masalah sulit dengan instalasi tenaga surya, tetapi pelatihan ini juga memberikan dorongan ekonomi bagi seluruh desa.

Perempuan sekarang dapat memperoleh upah layak untuk membantu lebih lanjut menghidupi keluarga mereka.

Intermittency- Masalah Kualitas Daya

Salah satu masalah terbesar yang ditimbulkan oleh teknologi energi surya adalah energi hanya dihasilkan saat matahari bersinar.

Itu berarti malam hari dan hari mendung dapat mengganggu pasokan.

Kekurangan yang ditimbulkan oleh gangguan ini tidak akan menjadi masalah jika ada cara hemat energi untuk menyimpan energi karena periode yang sangat cerah dapat menghasilkan kelebihan kapasitas.

Karena kapasitas global untuk Tenaga Surya terus meningkat, negara-negara seperti Jepang dan pemimpin global lainnya dalam teknologi energi surya berfokus pada pengembangan penyimpanan energi yang memadai untuk menangani masalah ini.

Saat mengintegrasikan sistem PV dengan jaringan, parameter yang paling signifikan adalah kualitas daya.

Kualitas daya listrik adalah sejauh mana tegangan, frekuensi, dan bentuk gelombang dari sistem catu daya sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan.

Kualitas daya yang baik dapat didefinisikan sebagai tegangan suplai stabil yang tetap dalam kisaran yang ditentukan, frekuensi AC stabil mendekati nilai pengenal, dan bentuk gelombang kurva tegangan halus (menyerupai gelombang sinus).

Kualitas daya yang buruk akan mulai merusak perangkat listrik dan elemen distribusi daya karena variasi frekuensi akan menyebabkan proses di area yang tidak diinginkan.

Masalah kualitas daya yang berbeda telah dibahas:

Harmonik

Distorsi harmonik adalah masalah kualitas daya utama yang dipertimbangkan dalam operasi sistem PV yang terhubung ke jaringan.

Harmonik adalah frekuensi tinggi yang tidak diinginkan yang ditumpangkan pada bentuk gelombang dasar yang menciptakan pola gelombang terdistorsi, sifat arus harmonik.

Frekuensi harmonik adalah kelipatan penting dari frekuensi dasar.

Alasan utama terjadinya harmonisa pada sistem grid-tied adalah mekanisme elektronika daya yang ada pada Sistem PV.

Konversi dari Arus Langsung ke Arus bolak-balik melalui inverter; memasukkan tegangan dan arus harmonik ke dalam sistem sehingga mengakibatkan masalah kualitas daya.

Fenomena seperti itu menyebabkan panas berlebih pada transformator dan bank kapasitor, membuat sistem semakin tidak stabil dan tidak dapat diandalkan.

Variasi tegangan

Penyebab utama variasi tegangan dengan sistem PV terintegrasi grid adalah sifat radiasi matahari yang terputus-putus.

Penyinaran matahari yang tidak merata disebabkan oleh awan sementara dan kondisi lingkungan lainnya.

Semua parameter ini mengarahkan sistem PV menuju ketidakstabilan melalui variasi tegangan.

Variasi tegangan yang tidak merata menyebabkan Voltage Sag and Swell dan interupsi pendek dan panjang.

Ketika tegangan suplai turun untuk waktu yang singkat, itu disebut Voltage sag (tegangan turun dalam kisaran besarnya 10% -90% dari tegangan RMS).

Ketika tegangan suplai meningkat untuk waktu yang singkat, itu disebut Voltage swell (tegangan meningkat melebihi 110% dari tegangan RMS).

Interupsi Pendek dan Panjang: Interupsi didefinisikan sebagai penurunan level suplai tegangan hingga kurang dari 10% dari nominal hingga durasi satu menit disebut gangguan tegangan.

Jika gangguan terjadi kurang dari satu menit, maka disebut gangguan singkat, sedangkan jika durasinya lebih dari satu menit, dikatakan gangguan.

Namun, istilah "interupsi" umumnya digunakan untuk merujuk pada interupsi pendek, sedangkan yang terakhir dipimpin oleh kata "berkelanjutan" untuk menunjukkan interupsi yang berlangsung lama atau lama.

Daya Reaktif

Sangat Sering, sistem Fotovoltaik dimaksudkan untuk bekerja di dekat faktor daya persatuan, sehingga dapat memanfaatkan energi matahari secara maksimal.

Dengan contoh ini, jaringan listrik mendapatkan daya nyata dari sistem Fotovoltaik yang akan menyesuaikan aliran daya reaktif dalam sistem PV.

Oleh karena itu, tegangan bus terdekat akan ditingkatkan karena daya reaktif yang kurang.

Sepanjang tindakan, aliran daya sistem yang biasa mungkin memiliki hasil yang tidak diinginkan karena daya reaktif yang kurang.

Hal ini dapat mengurangi daya yang memerlukan transmisi yang kurang.

Variasi Frekuensi

Variasi frekuensi (fluktuasi) adalah variasi dari nilai nominal standar (biasanya 50 atau 60Hz) frekuensi sistem tenaga.

Variasi frekuensi melebihi nilai toleransi (+/-5%) tidak baik untuk sistem PV dan dapat menyebabkan sistem runtuh.

Dalam sistem Photovoltaic, variasi frekuensi tergantung pada kondisi iklim, cuaca, dan posisi topografi yang dapat menyebabkan masalah parah.

Kelangkaan Bahan untuk Sel PV

Sel surya silikon yang saat ini mendominasi pasar dunia mengalami tiga keterbatasan mendasar.

Cara baru yang menjanjikan untuk membuat sel surya berefisiensi tinggi, menggunakan Perovskit alih-alih silikon, dapat mengatasi ketiganya sekaligus dan meningkatkan produksi listrik dari sinar matahari.

Keterbatasan utama pertama sel fotovoltaik silikon (PV) adalah bahwa mereka terbuat dari bahan yang jarang ditemukan di alam dalam bentuk unsur murni yang dibutuhkan.

Meskipun tidak ada kekurangan silikon dalam bentuk silikon dioksida (pasir pantai), dibutuhkan energi yang sangat besar untuk menghilangkan oksigen yang melekat padanya.

Biasanya, produsen melelehkan silikon dioksida pada 1500-2000 derajat Celcius dalam tungku busur elektroda.

Energi yang dibutuhkan untuk menjalankan tungku semacam itu menetapkan batas bawah mendasar pada biaya produksi sel PV silikon dan juga menambah emisi gas rumah kaca dari pembuatannya.

Teknologi surya tertentu membutuhkan bahan langka dalam produksinya.

Namun, ini terutama merupakan masalah untuk teknologi PV daripada teknologi CSP.

Selain itu, ini bukan kekurangan cadangan yang diketahui, tetapi produksi saat ini tidak dapat memenuhi permintaan di masa depan: Banyak bahan langka adalah produk sampingan dari proses lain daripada fokus upaya penambangan yang ditargetkan.

Dampak lingkungan

Meskipun polusi yang terkait dengan Sistem Energi Surya jauh lebih sedikit dibandingkan dengan sumber energi lain, energi matahari dapat dikaitkan dengan polusi.

Transportasi dan pemasangan tata surya telah dikaitkan dengan emisi gas rumah kaca.

Satu-satunya kelemahan lingkungan dari teknologi surya adalah bahwa ia mengandung banyak bahan berbahaya yang sama seperti elektronik.

Karena surya menjadi sumber energi yang lebih populer, masalah pembuangan limbah berbahaya menjadi tantangan tambahan.

Namun, dengan asumsi tantangan pembuangan yang tepat terpenuhi, pengurangan emisi gas rumah kaca yang ditawarkan energi surya menjadikannya alternatif yang menarik untuk bahan bakar fosil di masa mendatang.

Namun, beberapa bahan beracun dan bahan kimia digunakan untuk membuat sel fotovoltaik (PV) yang mengubah sinar matahari menjadi listrik.

Beberapa sistem panas matahari menggunakan cairan yang berpotensi berbahaya untuk mentransfer panas.

Kebocoran bahan-bahan ini bisa berbahaya bagi lingkungan.

Undang-undang lingkungan AS mengatur penggunaan dan pembuangan jenis bahan ini.

Seperti semua jenis pembangkit listrik, pembangkit listrik Tenaga Surya besar dapat mempengaruhi lingkungan di dekat lokasi mereka.

Pembukaan lahan untuk konstruksi dan penempatan pembangkit listrik mungkin memiliki efek jangka panjang pada habitat tumbuhan dan hewan asli.

Beberapa pembangkit listrik Tenaga Surya mungkin memerlukan air untuk membersihkan kolektor dan konsentrator surya atau untuk mendinginkan generator turbin.

Menggunakan volume besar air tanah atau air permukaan untuk membersihkan kolektor di beberapa lokasi kering dapat mempengaruhi ekosistem yang bergantung pada sumber daya air ini.

Selain itu, pancaran sinar matahari terkonsentrasi yang diciptakan oleh menara Tenaga Surya dapat membunuh burung dan serangga yang terbang ke dalam sinar.

Namun demikian, energi surya mencemari jauh lebih sedikit daripada sumber energi alternatif lainnya.