Dalam catatan blog ini, kami akan meringkaskan prinsip dan kecekapan penjanaan kuasa solar, membandingkannya dengan kaedah penjanaan kuasa lain, dan membincangkan hala tuju pembangunan masa hadapan.

Pengenalan

Kita menggunakan pelbagai bentuk tenaga elektrik dalam semua aspek kehidupan seharian kita. Memandangkan sumber tenaga konvensional seperti arang batu, minyak dan uranium adalah terhad dan isu pengurangan tenaga menjadi kenyataan, usaha untuk mempelbagaikan kaedah penjanaan kuasa telah dipergiatkan. Salah satu kaedah tersebut ialah penjanaan kuasa solar.
Di Korea Selatan, pembangunan kuasa solar telah menjadi lebih perlahan berbanding di negara lain disebabkan oleh ciri-ciri geografi negara itu; walau bagaimanapun, memandangkan pembuat keluli utama dan syarikat lain baru-baru ini memasuki perniagaan kuasa solar, hasil yang ketara mula muncul. Artikel ini mengkaji prinsip asas dan kecekapan penjanaan kuasa solar, membandingkannya dengan sumber tenaga alternatif lain, dan meneroka prospek teknologi dan dasar masa hadapan.

Kecekapan Penjanaan Kuasa Solar

Penjanaan kuasa solar ialah teknologi yang menukarkan cahaya matahari secara langsung kepada tenaga elektrik; cahaya matahari mencetuskan kesan fotovoltaik dalam semikonduktor dan bahan lain untuk menjana arus elektrik. Sistem penjanaan kuasa solar terdiri daripada modul yang terdiri daripada sel solar, bateri dan peranti penukaran kuasa (inverter).
Sel solar direka bentuk untuk menjana elektron dan lubang apabila cahaya matahari diserap oleh struktur yang menggabungkan semikonduktor jenis-N dan jenis-P dengan sifat elektrik yang berbeza, dan untuk membenarkan arus mengalir apabila beban luaran disambungkan. Walaupun terdapat jenis seperti sel fotovoltaik selenium dan sel fotovoltaik kuprum sulfat yang menggunakan sentuhan logam-semikonduktor, kebanyakan sel solar yang tersedia secara komersial hari ini menggunakan struktur simpang pn berasaskan silikon.
Sel solar secara amnya dikategorikan kepada sel solar silikon kristal dan sel solar filem nipis. Siri silikon kristal, yang dihasilkan dengan menghiris blok silikon menjadi wafer nipis, menyumbang sebahagian besar pasaran, manakala sel solar filem nipis dihasilkan dengan meletakkan filem nipis pada substrat plastik atau kaca. Jenis filem nipis berbeza-beza bergantung pada bahan yang digunakan untuk substrat dan filem.
Pada masa ini, kecekapan penukaran sel suria praktikal secara amnya adalah antara 5% hingga 20%. Kehilangan tenaga utama dalam sel suria termasuk kehilangan pantulan permukaan, ketidakserapan di kawasan inframerah, tenaga yang diserap tetapi tidak boleh digunakan, dan kehilangan akibat rintangan dan kebocoran siri. Sebagai perbandingan, manakala kehilangan pantulan permukaan dan bukan penyerapan dalam sel suria silikon kristal adalah kira-kira 26%, angka ini lebih tinggi untuk sel suria filem nipis pada kira-kira 41%. Sebaliknya, perkadaran tenaga yang diserap tetapi tidak boleh digunakan dilaporkan kira-kira 49% dalam silikon kristal dan kira-kira 42% dalam sel filem nipis. Kehilangan lain, seperti rintangan dan kebocoran siri, dianggarkan kira-kira 7% untuk silikon kristal dan kira-kira 6% untuk filem nipis.
Di bawah keadaan piawai (suhu ambien 25°C, penyinaran 1000 W/m²), output kuasa per unit luas sel suria adalah lebih kurang 100 W. Walau bagaimanapun, kecekapan sistem berkurangan jika teduhan separa berlaku atau suhu permukaan sel suria meningkat. Julat kecekapan sel biasa ialah 7–8% untuk filem nipis, 11–13% untuk silikon polikristalin, 14–15% untuk silikon monokristalin dan 17–19% untuk sel hibrid.
Kelebihan penjanaan kuasa solar termasuk hakikat bahawa sumber tenaga adalah bersih dan hampir tidak terhad. Ia boleh dipasang di lokasi yang diperlukan dalam kuantiti yang diperlukan, penyelenggaraan agak mudah, dan operasi tanpa pemandu adalah mungkin. Ia juga mempunyai jangka hayat yang panjang, menawarkan faedah jangka panjang. Sebaliknya, kelemahan termasuk hakikat bahawa penjanaan kuasa sangat bergantung pada tahap sinaran suria serantau, dan ketumpatan tenaga yang rendah memerlukan kawasan pemasangan yang besar. Lokasi pemasangan terhad oleh tahap sinaran suria, dan kos pelaburan awal dan kos penjanaan yang tinggi juga merupakan kelemahan ketara yang tidak boleh diabaikan.
Jika dibandingkan dengan sumber tenaga alternatif yang lain, setiap kaedah mempunyai ciri-cirinya yang tersendiri. Tenaga geoterma menggunakan haba dari bahagian dalam Bumi, jadi terdapat sedikit risiko pengurangan, dan ia menawarkan kelebihan dalam membolehkan perniagaan sampingan seperti mata air panas dan pelancongan. Walau bagaimanapun, ia sukar untuk digunakan di kawasan tanpa sumber geoterma, dan pembangunan teknologi diperlukan untuk menggunakan sumber bawah tanah yang dalam.
Biotenaga mempunyai sumber yang banyak dan manfaat alam sekitar seperti pengurangan gas rumah hijau, dan ia boleh digunakan untuk menghasilkan pelbagai produk seperti bahan api dan bahan kimia; walau bagaimanapun, kelemahan utamanya termasuk kos pengumpulan dan pemprosesan sumber, risiko kerosakan alam sekitar, dan kos pelaburan kemudahan yang tinggi.
Tenaga lautan (pasang surut, ombak dan terma lautan) menawarkan sumber tenaga yang luas, tetapi pemilihan tapak adalah mencabar, kos pemasangan sangat tinggi dan penjanaan kuasa pasang surut boleh menyebabkan masalah alam sekitar seperti kerosakan pada dataran pasang surut.
Kuasa angin sangat menjimatkan di kawasan yang mempunyai keadaan angin yang sesuai, mempunyai kos pemasangan yang agak rendah, dan memerlukan penyelenggaraan yang minimum. Walau bagaimanapun, di kawasan yang arah dan kelajuan angin tidak konsisten, penjanaan kuasa tidak stabil, jadi pelbagai kemudahan mesti dipasang untuk mencapai hasil yang berkesan.

Status Semasa dan Masa Depan Penjanaan Kuasa Solar

Pembangunan dan penerimaan teknologi akhirnya bergantung pada sokongan kewangan dan keupayaan perindustrian. Pada masa lalu, kedua-dua kerajaan dan sektor swasta telah melabur dalam sektor tenaga solar, dan usaha untuk mendapatkan teknologi teras telah diteruskan melalui pelbagai projek. Contohnya, dari tahun 1988 hingga 2010, banyak projek telah dijalankan dalam sektor tenaga solar, menghasilkan pelaburan berjumlah beberapa bilion won.
Sel solar silikon kristal telah mencapai peringkat pengkomersialan melalui penyelidikan sistemisasi, manakala sel filem nipis silikon polikristalin telah memperoleh teknologi asas tetapi menghadapi pengkomersialan yang perlahan disebabkan oleh beban pelaburan dalam kemudahan pembuatan berkos rendah di kawasan besar. Sel solar filem nipis berasaskan sebatian (cth., CdTe, CuInSe2, dsb.) menawarkan kelebihan kecekapan yang tinggi, tetapi mendapatkan teknologi untuk pengurangan kos dan pengeluaran berskala besar masih menjadi cabaran.
Syarikat-syarikat domestik dan institusi penyelidikan juga sedang membangunkan teknologi dan produk berkaitan solar. Sesetengah syarikat sedang menghasilkan sel dan modul solar, dan pembangunan produk komersial juga sedang dijalankan dalam sektor inverter dan bateri storan. Institusi penyelidikan sedang meneruskan penyelidikan mereka untuk menyeragamkan sistem penjanaan kuasa solar dan menjamin teknologi teras. Kemajuan perindustrian dan penyelidikan ini akan berfungsi sebagai penggerak untuk mempercepatkan pengkomersialan pada masa hadapan.
Untuk mengatasi batasan kecekapan, adalah perlu untuk mempertimbangkan penyepaduan dengan teknologi lain dan bukannya bergantung sepenuhnya pada fotovoltaik solar. Fotovoltaik solar (PV) dan tenaga haba solar boleh digunakan secara saling melengkapi dengan menggunakan sifat cahaya matahari yang berbeza. Sistem haba solar terdiri daripada pengumpulan, penyimpanan dan penggunaan haba, dan digunakan untuk pemanasan bangunan, penyejukan dan bekalan air panas. Bergantung pada jenis pengumpul, terdapat pelbagai kaedah seperti sistem plat rata, parabola dan pekat. Pada masa ini, penyepaduan bukanlah mudah disebabkan oleh perbezaan dalam peralatan dan kaedah operasi antara kedua-dua bidang, tetapi terdapat potensi untuk penyepaduan yang lebih erat pada masa hadapan melalui penyelesaian teknologi seperti semikonduktor.
Satu lagi teknologi pelengkap ialah penyelidikan pelakuran nuklear (tokamak). Jika pelakuran nuklear dikomersialkan, ia boleh menangani isu-isu sekejap-sekejap yang disebabkan oleh variasi bermusim dan serantau dalam sinaran suria, dan ia boleh memainkan peranan dalam mengatasi batasan tenaga boleh diperbaharui dengan menyediakan bekalan kuasa yang stabil kepada grid berskala besar. Walau bagaimanapun, pelakuran nuklear masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan, dan ia akan mengambil masa untuk mencapai pengkomersialan.
Secara keseluruhannya, teknologi kuasa solar sedang menuju ke arah peningkatan kecekapan dan kos yang lebih rendah. Daya saing sektor kuasa solar domestik dijangka akan meningkat dengan ketara jika sokongan dasar kerajaan, pelaburan industri serta penyelidikan dan pembangunan disepadukan dengan berkesan.

Kesimpulan

Walaupun penjanaan kuasa solar mempunyai kelebihan prinsip yang agak mudah, sumber yang banyak dan mesra alam, ia kini mempunyai batasan dalam menggantikan bekalan kuasa berskala besar yang disediakan oleh loji kuasa terma dan nuklear tradisional dengan segera.
Cabaran masih wujud, termasuk meningkatkan kecekapan, mengurangkan kos, menangani kekangan ruang pemasangan dan mengurus kebolehubahan sinaran bermusim dan solar.
Walau bagaimanapun, jika dasar sokongan kerajaan dan swasta, pembangunan teknologi dan penyepaduan dengan sumber tenaga boleh diperbaharui lain seperti tenaga haba solar dicapai, kuasa solar berkemungkinan besar akan mengukuhkan kedudukannya sebagai sumber tenaga utama masa hadapan. Khususnya, potensinya untuk digunakan sebagai sumber kuasa teragih, seperti di atas bumbung kediaman, adalah tinggi, dan ia akan menyumbang kepada kepelbagaian struktur tenaga masa hadapan.
Walaupun artikel ini tertumpu pada kuasa solar, sistem tenaga kita hanya boleh menjadi lebih mampan jika pelbagai teknologi tenaga baharu dan boleh diperbaharui yang lain turut maju. Kami berharap dapat melihat teknologi ini bertambah baik dan digunakan dengan cara yang dapat meningkatkan kualiti hidup.