Skip to main content

Solar Energy

Sumber : wikipedia >

  • Energi matahari adalah pancaran cahaya dan panas dari matahari yang dimanfaatkan menggunakan berbagai teknologi seperti pemanas air surya , photovoltaics , energi panas matahari , arsitektur surya , pembangkit listrik garam cair dan fotosintesis buatan .

    Energi Matahari adalah sumber penting energi terbarukan , dan teknologinya secara luas dicirikan sebagai surya pasif atau surya aktif tergantung pada bagaimana mereka menangkap dan mendistribusikan energi matahari atau mengubahnya menjadi tenaga surya . Teknik surya aktif termasuk penggunaan sistem fotovoltaik , tenaga surya terkonsentrasi , dan pemanas air surya untuk memanfaatkan energi. Teknik surya pasif termasuk mengarahkan bangunan ke Matahari, memilih bahan dengan massa termal yang menguntungkan atau sifat pendispersi cahaya, dan merancang ruang yang secara alami mensirkulasi udara .


    Besarnya energi matahari yang tersedia menjadikannya sumber listrik yang sangat menarik. Pada tahun 2021, Carbon Tracker Initiative memperkirakan luas lahan yang dibutuhkan untuk menghasilkan semua energi kita dari solar saja adalah 450.000 km 2 - atau hampir sama dengan luas Swedia , atau luas Maroko , atau luas California (0,3% dari total luas daratan bumi).


    Pada tahun 2011, Badan Energi Internasional mengatakan bahwa "pengembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis-habisnya dan bersih akan memiliki manfaat jangka panjang yang besar. Ini akan meningkatkan ketahanan energi negara melalui ketergantungan pada sumber daya asli, tidak habis-habisnya, dan sebagian besar tidak bergantung pada impor,meningkatkan keberlanjutan , mengurangi polusi, menurunkan biaya mitigasi pemanasan global , dan menjaga harga bahan bakar fosil lebih rendah daripada yang lain. Keuntungan ini bersifat global. Oleh karena itu, biaya tambahan dari insentif untuk penerapan awal harus dipertimbangkan sebagai investasi pembelajaran; mereka harus dihabiskan dengan bijak dan perlu dibagikan secara luas".

     

    Bumi menerima 174  petawatt (PW) radiasi matahari yang masuk ( insolation ) di bagian atas atmosfer .Sekitar 30% dipantulkan kembali ke angkasa sedangkan sisanya diserap oleh awan, lautan, dan daratan. Spektrum cahaya matahari di permukaan bumi sebagian besar tersebar di seluruh terlihat dan dekat-inframerah rentang dengan bagian kecil di dekat-ultraviolet .Sebagian besar penduduk dunia tinggal di daerah dengan tingkat insolasi 150–300 watt/m 2 , atau 3,5–7,0 kWh /m 2 per hari.

     

    Radiasi matahari diserap oleh permukaan tanah bumi, lautan – yang menutupi sekitar 71% dari dunia – dan atmosfer. Udara hangat yang mengandung air yang menguap dari lautan naik, menyebabkan sirkulasi atmosfer atau konveksi . Ketika udara mencapai ketinggian yang tinggi, di mana suhunya rendah, uap air mengembun menjadi awan, yang menghujani permukaan bumi, menyelesaikan siklus air . panas laten dari menguatkan kondensasi air konveksi, memproduksi fenomena atmosfer seperti angin, siklon dan anticyclones .

     Sinar matahari yang diserap oleh lautan dan daratan menjaga permukaan pada suhu rata-rata 14 °C.Dengan fotosintesis , tumbuhan hijau mengubah energi matahari menjadi energi yang tersimpan secara kimia, yang menghasilkan makanan, kayu, dan biomassa dari mana bahan bakar fosil berasal.

    image-1636712896032.png

    Sekitar setengah dari energi matahari yang masuk mencapai permukaan bumi.

     

    Total energi matahari yang diserap oleh atmosfer bumi, lautan dan daratan sekitar 3.850.000  exajoule (EJ) per tahun. Pada tahun 2002, ini lebih banyak energi dalam satu jam daripada yang digunakan dunia dalam satu tahun. Fotosintesis menangkap sekitar 3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa. 

     

    Jumlah energi matahari yang mencapai permukaan planet ini begitu besar sehingga dalam satu tahun sekitar dua kali lebih banyak yang akan diperoleh dari semua sumber daya tak terbarukan di bumi, seperti batu bara, minyak, gas alam, dan uranium yang ditambang. ,

    Fluks matahari tahunan & konsumsi manusia 1
    Tenaga surya 3.850.000
    Angin 2.250
    Potensi biomassa ~200
    Penggunaan energi primer 2 539
    Listrik 2 ~67
    1 Energi yang diberikan dalam Exajoule (EJ) = 10 18 J = 278 TWh  
    2 Konsumsi pada tahun 2010

    Potensi energi matahari yang dapat digunakan oleh manusia berbeda dari jumlah energi matahari yang ada di dekat permukaan planet karena faktor-faktor seperti geografi, variasi waktu, tutupan awan, dan lahan yang tersedia bagi manusia membatasi jumlah energi matahari yang kita miliki. dapat memperoleh.

     

    Geografi mempengaruhi potensi energi matahari karena daerah yang lebih dekat dengan khatulistiwa memiliki jumlah radiasi matahari yang lebih tinggi. Namun, penggunaan fotovoltaik yang dapat mengikuti posisi Matahari secara signifikan dapat meningkatkan potensi energi matahari di daerah yang lebih jauh dari khatulistiwa.Variasi waktu mempengaruhi potensi energi matahari karena pada malam hari, ada sedikit radiasi matahari di permukaan bumi untuk diserap oleh panel surya . Ini membatasi jumlah energi yang dapat diserap panel surya dalam satu hari. 

     

    Tutupan awan dapat mempengaruhi potensi panel surya karena awan menghalangi cahaya yang masuk dari Matahari dan mengurangi cahaya yang tersedia untuk sel surya.Selain itu, ketersediaan lahan berpengaruh besar terhadap ketersediaan energi surya karena panel surya hanya dapat dipasang di lahan yang tidak terpakai dan cocok untuk panel surya. Atap adalah tempat yang cocok untuk sel surya, karena banyak orang telah menemukan bahwa mereka dapat mengumpulkan energi langsung dari rumah mereka dengan cara ini. Area lain yang cocok untuk sel surya adalah lahan yang tidak digunakan untuk bisnis di mana pembangkit listrik tenaga surya dapat didirikan.

     

    Teknologi surya dicirikan sebagai pasif atau aktif tergantung pada cara mereka menangkap, mengubah dan mendistribusikan sinar matahari dan memungkinkan energi matahari dimanfaatkan pada tingkat yang berbeda di seluruh dunia, sebagian besar tergantung pada jarak dari khatulistiwa. 

     

    Meskipun energi matahari terutama mengacu pada penggunaan radiasi matahari untuk tujuan praktis, semua energi terbarukan, selain tenaga panas bumi dan tenaga pasang surut , memperoleh energinya baik secara langsung maupun tidak langsung dari matahari.

     

    Teknik surya aktif menggunakan fotovoltaik, tenaga surya terkonsentrasi , kolektor panas matahari , pompa, dan kipas untuk mengubah sinar matahari menjadi output yang berguna. Teknik surya pasif termasuk memilih bahan dengan sifat termal yang menguntungkan, merancang ruang yang secara alami mengalirkan udara, dan merujuk posisi bangunan ke Matahari. Teknologi surya aktif meningkatkan pasokan energi dan dianggap sebagai teknologi sisi pasokan , sementara teknologi surya pasif mengurangi kebutuhan akan sumber daya alternatif dan umumnya dianggap sebagai teknologi sisi permintaan.

     

    Pada tahun 2000, Program Pembangunan Perserikatan Bangsa-Bangsa , Departemen Ekonomi dan Sosial PBB, dan Dewan Energi Dunia menerbitkan perkiraan potensi energi matahari yang dapat digunakan oleh manusia setiap tahun dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti insolasi, tutupan awan, dan tanah yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Perkiraan tersebut menemukan bahwa energi surya memiliki potensi global 1.600 hingga 49.800 exajoule (4,4 × 10 14 hingga 1,4 × 10 16  kWh) per tahun (lihat tabel di bawah) .

    Potensi energi surya tahunan menurut wilayah (Exajoules)
    Wilayah Amerika Utara Amerika Latin dan Karibia Eropa Barat Eropa Tengah dan Timur Bekas Uni Soviet Timur Tengah dan Afrika Utara Sub-Sahara Afrika Asia Pasifik Asia Selatan Asia yang direncanakan secara terpusat OECD Pasifik
    Minimum 181.1 112.6 25.1 4,5 199.3 412.4 371.9 41.0 38.8 115.5 72.6
    Maksimum 7.410 3.385 914 154 8.655 11.060 9.528 994 1,339 4.135 2.263
    Catatan:
    • Total potensi energi surya tahunan global sebesar 1.575 EJ (minimum) hingga 49.837 EJ (maksimum)
    • Data mencerminkan asumsi radiasi langit cerah tahunan, pembersihan langit rata-rata tahunan, dan luas lahan yang tersedia. Semua angka yang diberikan dalam Exajoules.

    Hubungan kuantitatif potensi surya global vs konsumsi energi primer dunia :

    • Rasio konsumsi potensial vs. saat ini (402 EJ) pada tahun: 3,9 (minimum) hingga 124 (maksimum)
    • Rasio konsumsi potensial vs. proyeksi pada tahun 2050 (590–1,050 EJ): 1,5–2,7 (minimum) hingga 47–84 (maksimum)
    • Rasio konsumsi potensial vs proyeksi pada tahun 2100 (880–1,900 EJ): 0,8–1,8 (minimum) hingga 26–57 (maksimum)

    Sumber: Program Pembangunan PBB – Penilaian Energi Dunia (2000)

    Tenaga surya adalah konversi sinar matahari menjadi listrik , baik secara langsung menggunakan fotovoltaik (PV), atau secara tidak langsung menggunakan tenaga surya terkonsentrasi (CSP). Sistem CSP menggunakan lensa atau cermin dan sistem pelacakan untuk memfokuskan area besar sinar matahari menjadi sinar kecil. PV mengubah cahaya menjadi arus listrik menggunakan efek fotolistrik .

     


    Tenaga surya diperkirakan akan menjadi sumber listrik terbesar di dunia pada tahun 2050, dengan fotovoltaik surya dan tenaga surya terkonsentrasi masing-masing berkontribusi 16 dan 11 persen terhadap konsumsi global secara keseluruhan. Pada tahun 2016, setelah satu tahun pertumbuhan yang cepat, tenaga surya menghasilkan 1,3% dari daya global.

    Pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi komersial pertama kali dikembangkan pada 1980-an. Fasilitas Tenaga Surya Ivanpah 392 MW , di Gurun Mojave California, adalah pembangkit listrik tenaga surya terbesar di dunia. Pembangkit listrik besar lainnya terkonsentrasi surya termasuk MW 150 Solnova Stasiun Solar Power dan MW 100 Andasol stasiun tenaga surya , baik di Spanyol. Proyek Tenaga Surya Agua Caliente 250 MW , di Amerika Serikat, dan Taman Surya Charanka 221 MW di India, adalah pembangkit listrik fotovoltaik terbesar di dunia . Proyek surya melebihi 1 GW sedang dikembangkan, tetapi sebagian besar fotovoltaik yang digunakan berada di susunan atap kecil kurang dari 5 kW, yang terhubung ke jaringan menggunakan meteran bersih atau tarif feed-in.

    Fotovoltaik

    Dalam dua dekade terakhir, fotovoltaik (PV), juga dikenal sebagai PV surya, telah berkembang dari ceruk pasar murni aplikasi skala kecil menjadi sumber listrik utama. Sebuah sel surya adalah perangkat yang mengubah cahaya langsung menjadi listrik menggunakan efek fotolistrik. 

    Sel surya pertama dibangun oleh Charles Fritts pada tahun 1880-an.Pada tahun 1931 seorang insinyur Jerman, Dr Bruno Lange, mengembangkan sel foto menggunakan selenida perak sebagai pengganti oksida tembaga .Meskipun prototipe sel selenium mengubah kurang dari 1% cahaya menjadi listrik, baik Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell mengakui pentingnya penemuan ini.

    Mengikuti karya Russell Ohl pada 1940-an, peneliti Gerald Pearson, Calvin Fuller dan Daryl Chapin menciptakan sel surya silikon kristalin pada tahun 1954. Sel surya awal ini berharga US$286/watt dan mencapai efisiensi 4,5–6%. Pada tahun 2012 efisiensi yang tersedia melebihi 20%, dan efisiensi maksimum fotovoltaik penelitian melebihi 40%.

    Tenaga surya terkonsentrasi

    Sistem Pemusatan Tenaga Surya (CSP) menggunakan lensa atau cermin dan sistem pelacakan untuk memfokuskan area sinar matahari yang luas menjadi sinar kecil. Panas terkonsentrasi kemudian digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkit listrik konvensional. 

    Berbagai macam teknologi pemusatan ada; yang paling berkembang adalah palung parabola, reflektor fresnel linier berkonsentrasi, piringan Stirling, dan menara tenaga surya. Berbagai teknik digunakan untuk melacak Matahari dan memfokuskan cahaya. Dalam semua sistem ini, fluida kerja dipanaskan oleh sinar matahari yang terkonsentrasi, dan kemudian digunakan untuk pembangkit listrik atau penyimpanan energi. 

    Desain perlu memperhitungkan risiko badai debu , hujan es , atau peristiwa cuaca ekstrem lainnya yang dapat merusak permukaan kaca halus pembangkit listrik tenaga surya. Panggangan logam akan memungkinkan persentase sinar matahari yang tinggi masuk ke cermin dan panel surya sekaligus mencegah sebagian besar kerusakan.

    Penerapan

    Arsitektur dan perencanaan kota

    Sinar matahari telah mempengaruhi desain bangunan sejak awal sejarah arsitektur.Arsitektur surya canggih dan metode perencanaan kota pertama kali digunakan oleh orang Yunani dan Cina , yang mengarahkan bangunan mereka ke selatan untuk memberikan cahaya dan kehangatan.

     

    Fitur umum arsitektur surya pasif adalah orientasi relatif terhadap Matahari, proporsi kompak (luas permukaan rendah untuk rasio volume), naungan selektif (overhang) dan massa termal .Ketika fitur-fitur ini disesuaikan dengan iklim dan lingkungan setempat, mereka dapat menghasilkan ruang yang cukup terang yang tetap dalam kisaran suhu yang nyaman. 

    Rumah Megaron Socrates adalah contoh klasik dari desain surya pasif.Pendekatan terbaru untuk desain surya menggunakan pemodelan komputer yang menyatukan sistem pencahayaan , pemanas , dan ventilasi surya dalam paket desain surya terintegrasi . Peralatan surya aktif seperti pompa, kipas angin, dan jendela yang dapat diganti dapat melengkapi desain pasif dan meningkatkan kinerja sistem.

    Pulau panas perkotaan (UHI) adalah wilayah metropolitan dengan suhu yang lebih tinggi dari lingkungan sekitarnya. Temperatur yang lebih tinggi dihasilkan dari peningkatan penyerapan energi matahari oleh material perkotaan seperti aspal dan beton, yang memiliki albedo lebih rendah dan kapasitas panas lebih tinggi daripada yang ada di lingkungan alami. 

     

    Metode langsung untuk menangkal efek UHI adalah dengan mengecat bangunan dan jalan dengan warna putih dan menanam pohon di area tersebut. Dengan menggunakan metode ini, program hipotetis "komunitas keren" di Los Angeles telah memproyeksikan bahwa suhu perkotaan dapat dikurangi sekitar 3 °C dengan perkiraan biaya US$1 miliar, memberikan perkiraan total manfaat tahunan sebesar US$530 juta dari pengurangan AC. penghematan biaya dan perawatan kesehatan.

    Pertanian dan hortikultura

    Pertanian dan hortikultura berupaya mengoptimalkan penangkapan energi matahari untuk mengoptimalkan produktivitas tanaman. Teknik seperti siklus tanam berjangka waktu, orientasi baris yang disesuaikan dan pencampuran varietas tanaman dapat meningkatkan hasil panen. Sementara sinar matahari umumnya dianggap sebagai sumber daya yang berlimpah, pengecualian menyoroti pentingnya energi matahari untuk pertanian. 
    Selama musim tanam singkat Zaman Es Kecil , petani Prancis dan Inggris menggunakan dinding buah untuk memaksimalkan pengumpulan energi matahari. Dinding-dinding ini bertindak sebagai massa termal dan mempercepat pematangan dengan menjaga tanaman tetap hangat. 
    Dinding buah awal dibangun tegak lurus dengan tanah dan menghadap ke selatan, tetapi seiring waktu, dinding miring dikembangkan untuk memanfaatkan sinar matahari dengan lebih baik. Pada tahun 1699, Nicolas Fatio de Duillier bahkan menyarankan untuk menggunakan mekanisme pelacakan yang dapat berputar mengikuti Matahari. Aplikasi energi matahari di bidang pertanian selain untuk menanam tanaman termasuk memompa air, mengeringkan tanaman, mengerami anak ayam dan mengeringkan kotoran ayam.
    Baru-baru ini teknologi tersebut telah dianut oleh vintners , yang menggunakan energi yang dihasilkan oleh panel surya untuk menekan anggur.

     

    Rumah kaca mengubah cahaya matahari menjadi panas, memungkinkan produksi sepanjang tahun dan pertumbuhan (dalam lingkungan tertutup) tanaman khusus dan tanaman lain yang secara alami tidak sesuai dengan iklim lokal. Rumah kaca primitif pertama kali digunakan selama zaman Romawi untuk memproduksi mentimun sepanjang tahun untuk kaisar Romawi Tiberius .

     

    Rumah kaca modern pertama dibangun di Eropa pada abad ke-16 untuk menjaga tanaman eksotis dibawa kembali dari eksplorasi di luar negeri.Rumah kaca tetap menjadi bagian penting dari hortikultura saat ini. Bahan transparan plastik juga telah digunakan untuk efek serupa di polytunnels dan penutup baris .

    Transportasi

    Pengembangan mobil bertenaga surya telah menjadi tujuan rekayasa sejak tahun 1980-an.  World Solar Challenge adalah mobil balap bertenaga surya dua tahunan, di mana tim dari universitas dan perusahaan-perusahaan bersaing lebih 3.021 kilometer (1.877 mil) di Australia tengah dari Darwin ke Adelaide . 
    Pada tahun 1987, ketika didirikan, kecepatan rata-rata pemenang adalah 67 kilometer per jam (42 mph) dan pada tahun 2007 kecepatan rata-rata pemenang telah meningkat menjadi 90,87 kilometer per jam (56,46 mph).  North American Solar Challenge dan merencanakan Afrika Selatan Solar Challenge adalah kompetisi sebanding yang mencerminkan suatu kepentingan internasional dalam rekayasa dan pengembangan kendaraan bertenaga surya.

     

    Beberapa kendaraan menggunakan panel surya untuk daya tambahan, seperti AC, untuk menjaga interior tetap dingin, sehingga mengurangi konsumsi bahan bakar.

     

    Pada tahun 1975, perahu tenaga surya praktis pertama dibangun di Inggris. Pada tahun 1995, kapal penumpang yang menggabungkan panel PV mulai muncul dan sekarang digunakan secara luas.Pada tahun 1996, Kenichi Horie melakukan penyeberangan pertama dengan tenaga surya di Samudra Pasifik, dan katamaran Sun21 melakukan penyeberangan pertama dengan tenaga surya di Samudra Atlantik pada musim dingin 2006–2007. Ada rencana untuk mengelilingi dunia pada tahun 2010.

     

    Pada tahun 1974, pesawat tanpa awak AstroFlight Sunrise melakukan penerbangan surya pertama. Pada tanggal 29 April 1979, Solar Riser melakukan penerbangan pertama dengan mesin terbang bertenaga surya, dikendalikan sepenuhnya, membawa manusia, mencapai ketinggian 40 kaki (12 m). 

     

    Pada tahun 1980, Penguin Gossamer melakukan penerbangan pilot pertama yang hanya ditenagai oleh fotovoltaik. Ini segera diikuti oleh Solar Challenger yang melintasi Selat Inggris pada Juli 1981. Pada tahun 1990 Eric Scott Raymond dalam 21 lompatan terbang dari California ke North Carolina menggunakan tenaga surya.

     

    Perkembangan kemudian kembali ke kendaraan udara tak berawak (UAV) dengan Pathfinder (1997) dan desain berikutnya, yang berpuncak pada Helios yang menetapkan rekor ketinggian untuk pesawat non-roket pada 29.524 meter (96.864 kaki) pada tahun 2001. Zephyr , yang dikembangkan oleh BAE Systems , adalah yang terbaru dalam garis penerbangan memecahkan rekor pesawat surya, membuat penerbangan 54 jam pada tahun 2007, dan selama sebulan yang dibayangkan oleh 2010.

     

    Pada 2016, Solar Impulse , sebuah pesawat listrik , saat ini sedang mengelilingi dunia. Ini adalah pesawat satu kursi yang ditenagai oleh sel surya dan mampu lepas landas dengan kekuatannya sendiri. Desain memungkinkan pesawat untuk tetap mengudara selama beberapa hari.

     

    Sebuah balon surya adalah balon hitam yang diisi dengan udara biasa. Saat sinar matahari menyinari balon, udara di dalamnya dipanaskan dan mengembang, menyebabkan gaya apung ke atas , seperti balon udara panas yang dipanaskan secara artifisial . Beberapa balon surya cukup besar untuk penerbangan manusia, tetapi penggunaan umumnya terbatas pada pasar mainan karena rasio luas permukaan dan berat muatan relatif tinggi.

    Produksi bahan bakar

    Proses kimia surya menggunakan energi matahari untuk mendorong reaksi kimia. Proses ini mengimbangi energi yang seharusnya berasal dari sumber bahan bakar fosil dan juga dapat mengubah energi matahari menjadi bahan bakar yang dapat disimpan dan diangkut. 

    Reaksi kimia yang diinduksi matahari dapat dibagi menjadi termokimia atau fotokimia .Berbagai bahan bakar dapat diproduksi oleh fotosintesis buatan .Kimia katalitik multielektron yang terlibat dalam pembuatan bahan bakar berbasis karbon (seperti metanol ) dari reduksi karbon dioksida merupakan tantangan; alternatif yang layak adalah produksi hidrogen dari proton, meskipun penggunaan air sebagai sumber elektron (seperti yang dilakukan tanaman) memerlukan penguasaan oksidasi multielektron dari dua molekul air menjadi molekul oksigen. 

    Beberapa telah membayangkan pembangkit listrik tenaga surya yang berfungsi di wilayah metropolitan pesisir pada tahun 2050 – pemisahan air laut yang menyediakan hidrogen untuk dijalankan melalui pembangkit listrik sel bahan bakar yang berdekatan dan produk sampingan air murni yang langsung masuk ke sistem air kota. Visi lain melibatkan semua struktur manusia yang menutupi permukaan bumi (yaitu, jalan, kendaraan dan bangunan) melakukan fotosintesis lebih efisien daripada tanaman.

    Teknologi produksi hidrogen telah menjadi bidang penelitian kimia surya yang signifikan sejak tahun 1970-an. Selain elektrolisis yang digerakkan oleh sel fotovoltaik atau fotokimia, beberapa proses termokimia juga telah dieksplorasi. Salah satu rute tersebut menggunakan konsentrator untuk memisahkan air menjadi oksigen dan hidrogen pada suhu tinggi (2.300–2.600 °C atau 4.200–4.700 °F).

    Pendekatan lain menggunakan panas dari konsentrator surya untuk mendorong reformasi uap gas alam sehingga meningkatkan hasil hidrogen secara keseluruhan dibandingkan dengan metode reformasi konvensional.Siklus termokimia yang dicirikan oleh dekomposisi dan regenerasi reaktan menghadirkan jalan lain untuk produksi hidrogen. 

    Proses Solzinc yang sedang dikembangkan di Weizmann Institute of Science menggunakan tungku surya 1 MW untuk menguraikan seng oksida (ZnO) pada suhu di atas 1.200 °C (2.200 °F). Reaksi awal ini menghasilkan seng murni, yang selanjutnya dapat direaksikan dengan air untuk menghasilkan hidrogen.

    Metode penyimpanan energi

    Sistem massa termal dapat menyimpan energi matahari dalam bentuk panas pada suhu yang berguna di dalam negeri untuk jangka waktu harian atau antar musim . Sistem penyimpanan termal umumnya menggunakan bahan yang tersedia dengan kapasitas panas spesifik yang tinggi seperti air, tanah dan batu. Sistem yang dirancang dengan baik dapat menurunkan permintaan puncak , mengubah waktu penggunaan ke jam di luar jam sibuk dan mengurangi persyaratan pemanasan dan pendinginan secara keseluruhan.

     

    Bahan perubahan fase seperti lilin parafin dan garam Glauber adalah media penyimpanan termal lainnya. Bahan-bahan ini tidak mahal, tersedia, dan dapat menghasilkan suhu yang berguna di dalam negeri (sekitar 64 °C atau 147 °F).  "Dover House" (di Dover, Massachusetts ) adalah yang pertama menggunakan sistem pemanas garam Glauber, pada tahun 1948.

    Energi matahari juga dapat disimpan pada suhu tinggi menggunakan garam cair . Garam adalah media penyimpanan yang efektif karena harganya murah, memiliki kapasitas panas spesifik yang tinggi, dan dapat menghantarkan panas pada suhu yang sesuai dengan sistem tenaga konvensional. Proyek Solar Two menggunakan metode penyimpanan energi ini, memungkinkannya untuk menyimpan 1,44 terajoule (400.000 kWh) dalam tangki penyimpanan 68 m³ dengan efisiensi penyimpanan tahunan sekitar 99%.

    Sistem PV off-grid secara tradisional menggunakan baterai isi ulang untuk menyimpan kelebihan listrik. Dengan sistem grid-tied, kelebihan listrik dapat dikirim ke jaringan transmisi , sedangkan listrik jaringan standar dapat digunakan untuk memenuhi kekurangan. Program pengukuran bersih memberikan kredit sistem rumah tangga untuk setiap listrik yang mereka berikan ke jaringan. Ini ditangani dengan 'memutar kembali' meteran setiap kali rumah menghasilkan lebih banyak listrik daripada yang dikonsumsi. Jika penggunaan listrik bersih di bawah nol, utilitas kemudian menggulirkan kredit kilowatt-jam ke bulan berikutnya.

    Pendekatan lain melibatkan penggunaan dua meter, untuk mengukur listrik yang dikonsumsi vs listrik yang dihasilkan. Ini kurang umum karena meningkatnya biaya pemasangan meter kedua. Kebanyakan meter standar secara akurat mengukur di kedua arah, membuat meteran kedua tidak diperlukan.

    Pembangkit listrik tenaga air yang dipompa menyimpan energi dalam bentuk air yang dipompa ketika energi tersedia dari reservoir dengan ketinggian yang lebih rendah ke reservoir yang lebih tinggi. Energi dipulihkan ketika permintaan tinggi dengan melepaskan air, dengan pompa menjadi pembangkit listrik tenaga air.

    Pembangunan, penyebaran dan ekonomi

    image-1636713570688.png


    Biaya pengembangan modul PV surya per watt

     

    Dimulai dengan lonjakan penggunaan batu bara , yang menyertai Revolusi Industri , konsumsi energi terus beralih dari kayu dan biomassa ke bahan bakar fosil . Perkembangan awal teknologi surya dimulai pada tahun 1860-an didorong oleh harapan bahwa batubara akan segera menjadi langka. Namun, perkembangan teknologi surya mengalami stagnasi pada awal abad ke-20 karena meningkatnya ketersediaan, ekonomi, dan utilitas batu bara dan minyak bumi .

     embargo minyak1973 dan krisis energi tahun 1979 menyebabkan reorganisasi kebijakan energi di seluruh dunia. Ini membawa perhatian baru untuk mengembangkan teknologi surya.Strategi penerapan difokuskan pada program insentif seperti Program Pemanfaatan Fotovoltaik Federal di AS dan Program Sinar Matahari di Jepang. Upaya lain termasuk pembentukan fasilitas penelitian di AS (SERI, sekarang NREL ), Jepang ( NEDO ), dan Jerman ( Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE ).

    Pemanas air tenaga surya komersial mulai muncul di Amerika Serikat pada tahun 1890-an. Sistem ini mengalami peningkatan penggunaan sampai tahun 1920-an tetapi secara bertahap digantikan oleh bahan bakar pemanas yang lebih murah dan lebih andal.Seperti halnya fotovoltaik, pemanas air tenaga surya menarik perhatian baru sebagai akibat dari krisis minyak pada 1970-an, tetapi minat mereda pada 1980-an karena jatuhnya harga minyak. 

    Pembangunan di sektor pemanas air tenaga surya berkembang terus sepanjang tahun 1990-an, dan tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata 20% sejak 1999. Meskipun umumnya diremehkan, pemanasan dan pendinginan air tenaga surya sejauh ini merupakan teknologi surya yang paling banyak digunakan dengan perkiraan kapasitas 154 GW pada tahun 2007.

     International Energy Agency mengatakan bahwa energi surya dapat memberikan kontribusi yang cukup besar untuk memecahkan beberapa masalah yang paling mendesak dunia kini menghadapi:

    Pengembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis-habisnya, dan bersih akan memiliki manfaat jangka panjang yang sangat besar. Ini akan meningkatkan ketahanan energi negara melalui ketergantungan pada sumber daya asli, tidak habis-habisnya, dan sebagian besar tidak bergantung pada impor, meningkatkan keberlanjutan, mengurangi polusi, menurunkan biaya mitigasi perubahan iklim, dan menjaga harga bahan bakar fosil lebih rendah daripada yang lain. Keunggulan ini bersifat global. Oleh karena itu, biaya tambahan dari insentif untuk penerapan awal harus dipertimbangkan sebagai investasi pembelajaran; mereka harus dihabiskan dengan bijak dan perlu dibagikan secara luas.

    Pada tahun 2011, sebuah laporan oleh Badan Energi Internasional menemukan bahwa teknologi energi surya seperti fotovoltaik, air panas matahari, dan tenaga surya terkonsentrasi dapat menyediakan sepertiga dari energi dunia pada tahun 2060 jika politisi berkomitmen untuk membatasi perubahan iklim dan beralih ke energi terbarukan . 

    Energi dari Matahari dapat memainkan peran kunci dalam de-karbonisasi ekonomi global di samping peningkatan efisiensi energi dan membebankan biaya pada penghasil emisi gas rumah kaca . "Kekuatan solar adalah variasi dan fleksibilitas aplikasi yang luar biasa, dari skala kecil hingga skala besar".

    Kami telah membuktikan ... bahwa setelah cadangan minyak dan batu bara kami habis, umat manusia dapat menerima kekuatan tak terbatas dari sinar matahari.

    —  Frank Shuman ,  New York Times , 2 Juli 1916.

    Implementasi berdasarkan wilayah

    Energi surya tidak tersedia di semua wilayah, karena lokasi geografis atau karena penyebaran dan infrastruktur. Misalnya, sementara Uni Eropa telah memasang lebih dari 130 GW kapasitas pada 2019, China telah mencapai lebih dari 200 GW dan AS lebih dari 100 GW.  Desertec Foundation memperkirakan bahwa area seluas ~300 x 300 mil di area Sahara akan cukup untuk menghasilkan semua listrik yang digunakan dunia (berdasarkan tingkat tahun 2005). Ringkasan penggunaan dan produksi energi surya tersedia di halaman ini:

    Afrika dan Timur Tengah: Israel , Maroko , Arab Saudi , Afrika Selatan , Yaman

    Eropa : Austria, Belgia, Bulgaria, Republik Ceko, Denmark, Prancis, Jerman, Yunani, Siprus, Italia, Lituania, Belanda, Polandia, Portugal, Rumania, Spanyol, Swiss, Turki, Ukraina, Inggris Raya

    Amerika : Kanada , Amerika Serikat , Brasil , Chili , Meksiko

    Asia : Burma (Myanmar), Cina , India , Jepang , Pakistan , Thailand

    Australia dan Selandia Baru

    Standar ISO

     International Organization for Standardization telah menetapkan beberapa standar yang berhubungan dengan peralatan energi surya. Misalnya, ISO 9050 berkaitan dengan kaca di dalam gedung, sedangkan ISO 10217 berkaitan dengan bahan yang digunakan dalam pemanas air tenaga surya.

     

Lihat juga