Komposisi dan Prinsip Kerja Sistem Pembangkit Tenaga Fotovoltaik
Komposisi dan Prinsip Kerja Sistem Pembangkit Tenaga Fotovoltaik (PV)
Sistem pembangkit tenaga fotovoltaik (PV) terutamanya terdiri daripada modul PV, pengawal, inverter, bateri, dan aksesori lain (bateri tidak diperlukan untuk sistem yang terhubung ke grid). Berdasarkan ketergantungan pada grid tenaga umum, sistem PV dibahagikan kepada jenis off-grid dan grid-connected. Sistem off-grid beroperasi secara bebas tanpa bergantung pada grid utiliti. Mereka dilengkapi dengan bateri penyimpanan tenaga untuk memastikan bekalan tenaga sistem yang stabil, mampu menyediakan tenaga kepada beban semasa waktu malam atau hari mendung/berhujan panjang apabila generasi tenaga suria tidak mencukupi.
Tidak kira jenis sistem, prinsip kerja tetap sama: modul PV mengubah cahaya matahari menjadi elektrik arus searah (DC), yang kemudian diubah menjadi arus bolak-balik (AC) oleh inverter, membolehkan penggunaan tenaga atau hubungan ke grid.
1. Modul Fotovoltaik (PV)
Modul PV adalah komponen utama keseluruhan sistem pembangkit tenaga. Mereka dibuat dengan menggabungkan sel fotovoltaik individu, yang dipotong menjadi saiz yang berbeza menggunakan mesin pemotong laser atau wayar. Sejak voltan dan arus output sel suria tunggal sangat rendah, beberapa sel pertama dihubungkan secara siri untuk mencapai voltan yang lebih tinggi, kemudian secara selari untuk meningkatkan arus. Perakitan ini termasuk dioda blok (untuk mencegah aliran arus terbalik), dan dikapsulkan dalam rangka yang dibuat dari stainless steel, aluminium, atau bahan non-logam. Ia disegel dengan kaca tempered di depan, backsheet di belakang, diisi dengan gas nitrogen, dan disegel hermetis. Beberapa modul PV yang dihubungkan secara siri dan selari membentuk array PV (juga dikenali sebagai array suria).
Prinsip Kerja: Apabila cahaya matahari menyerang persimpangan p-n semikonduktor sel suria, pasangan lubang-elektron dihasilkan. Di bawah pengaruh medan elektrik di persimpangan p-n, lubang bergerak ke arah wilayah p dan elektron ke arah wilayah n. Apabila litar ditutup, arus mengalir. Fungsi utama modul PV adalah untuk mengubah tenaga suria menjadi tenaga elektrik, baik disimpan dalam bateri atau langsung memasok beban elektrik.
Jenis Modul PV:
Silikon Monokristal:Efisiensi ≈ 18%, hingga 24% — tertinggi di antara semua jenis PV. Biasanya dikapsulkan dengan kaca tempered dan resin tahan air, membuatnya tahan lama dan awet (umur hingga 25 tahun).
Silikon Polikristal:Efisiensi ≈ 14%. Proses pembuatan serupa dengan monokristal, tetapi dengan efisiensi yang lebih rendah, kos yang lebih rendah, dan umur yang lebih pendek. Namun, ia lebih mudah diproduksi, mengkonsumsi energi yang lebih sedikit, dan memiliki kos produksi yang lebih rendah, sehingga mendapat penerimaan yang luas.
Silikon Amorf (Tipis):Efisiensi ≈ 10%. Dibuat menggunakan proses tipis yang sepenuhnya berbeda, memerlukan silikon dan energi minimal. Kelebihan utamanya adalah prestasi yang lebih baik di bawah kondisi cahaya rendah.
2. Pengawal (Digunakan dalam Sistem Off-Grid)
Pengawal pengisian suria adalah peranti automatik yang mencegah overcharging dan over-discharging bateri. Dilengkapi dengan CPU mikroprosesor berkelajuan tinggi dan pengecam A/D berkejituan tinggi, ia berfungsi sebagai sistem pengumpulan data dan pengawasan kontrol berbasis mikrokomputer. Ia dapat mengumpulkan data operasional masa nyata dengan cepat, memantau status sistem, dan menyimpan data historis, memberikan informasi yang tepat dan cukup untuk menilai reka bentuk sistem dan kebolehpercayaan komponen. Ia juga menyokong komunikasi siri untuk pengurusan pusat dan kawalan jarak jauh sub-stasiun PV yang berbilang.
3. Inverter
Inverter mengubah elektrik DC yang dihasilkan oleh panel suria menjadi elektrik AC, menjadikannya kompatibel dengan peranti yang dikuasakan oleh AC standard. Inverter PV adalah komponen BOS (Balance of System) utama dan termasuk ciri-ciri khusus seperti Pelacakan Titik Kuasa Maksimum (MPPT) dan perlindungan pulau.
Jenis Inverter Suria:
Inverter Standalone:Digunakan dalam sistem off-grid. Array PV mengisi bateri, dan inverter mengambil tenaga DC dari bateri untuk mensupply beban AC. Banyak inverter standalone termasuk pengisi bateri bawaan yang dapat mengisi bateri menggunakan tenaga AC. Inverter-inverter ini tidak terhubung ke grid dan tidak memerlukan perlindungan pulau.
Inverter Grid-Tied:Menyalurkan tenaga AC kembali ke grid utiliti. Gelombang keluarannya harus sesuai dengan fasa, frekuensi, dan voltan grid. Ia akan mati otomatis jika grid terputus untuk keselamatan. Ia tidak menyediakan tenaga backup semasa gangguan grid.
Inverter Backup Bateri:Inverter khusus yang menggunakan bateri sebagai sumber tenaga utama dan termasuk pengisi bateri untuk mengisi bateri tersebut. Tenaga berlebihan dapat disalurkan kembali ke grid. Semasa gangguan grid, ia dapat menyediakan tenaga AC kepada litar yang ditentukan, dan oleh itu termasuk perlindungan pulau.
4. Bateri (Tidak Diperlukan dalam Sistem Terhubung ke Grid)
Bateri adalah unit penyimpanan tenaga dalam sistem PV. Jenis-jenis biasa termasuk bateri timbal-segel, timbal-banjir, gel, dan nikel-kadmium alkali. Bateri timbal-segel dan gel adalah yang paling banyak digunakan.
Prinsip Kerja: Pada siang hari, cahaya matahari menyerang modul PV, menghasilkan voltan DC dan mengubah cahaya menjadi tenaga. Tenaga ini dikirim ke pengawal, yang mencegah overcharging, dan kemudian disimpan dalam bateri untuk digunakan kemudian apabila diperlukan.
