Karakteristik Sel Surya Baru

KARAKTERISTIK SEL SURYA

A. Tujuan

1. Memahami konsep dasar teknologi fotovoltaik

2. Memahami karateristik sel surya

3. Menentukan daya keluaran dan factor pengisian (fill factor) sel surya

B. Alat dan Bahan

1 Panel sel surya

2 Sumber cahaya

3 Catu daya AC 220 V

4 Light Dimmer

5 Amperemeter dan voltmeter

6 Potensiometer

7 Kabel penghubung

C. Dasar Teori

Sel surya merupakan salah satu produk teknologi fotovoltaik yang dikembangkan

pada bahan semikonduktor (silikon multikristal, monokristal dan amorf) yang mampu

menyerang gelombang elektromagnetik dan konversi energi cahaya (photon) menjadi

energi listrik secara langsung. Prinsip dasar sel surya merupakan kebalikan dari LED

(Light Emmiting Diode) yang mengubah energi listrik menjadi cahaya atau boleh

dikatakan identik dengan sebuah dioda cahaya (photodioda) sambung p-n (p-n junction)

dengan cahay energi (band gap) E, Ev (Gambar. 1.1). Ketika energi foton yang dating

1

lebih besar dari celah energi ini maka foton akan diserap oleh semikonduktor untuk

membentuk pasangan electron-hole sebagai pembawa muatan (carrier). Selanjutnya

elektron dan hole bergerak berturut-berturut kearah lapisan n dan p sehingga timbul beda

potensial dan photocurrent (arus yang dihasilkan oleh cahaya) ketika kedua muatan

melintasi daerah sambung p-n.

Gambar .1.1 Skema terjadinya photocurrent pada sel surya

Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya

Ketika dikenal cahaya sebuah sel surya memiliki karakteristik sebagai berikut :

(1)

dengan :

IL = Arus konstan yang dihasilkan oleh cahaya datang (A)

ISC = Arus saturasi atau arus keluaran sel surya ketika rangkaian luarnya terhubung

singkat (A)

k = Konstanta Boltzmann (8,617 x10-5 eV/K)

q = Muatan listrik (C)

V = Tegangan keluaran (V)

elektron

hole

Celah energi

foton

Ee

EV

Pita konduksi

Pita valensi

2

Sedangkan karakteristik tegangan keluaran (VOC) pada saat I=0 dinyatakan dengan

persamaan berikut:

(2)

Secara teoritis besarnya daya yang dihasilkan adalah :

(3)

dengan VOC tengan rangkaian terbuka (open circuid) dan ISC arus singkat (short circuit)

sedangkan daya keluaran maksimumnya adalah :

(4)

Vmp = Tegangan dari daya keluaran maksimum

Imp = Arus dari daya keluaran maksimum

Kondisi daya maksimum dapat tercapai ketika

(5)

dimana (6)

dengan maka diperoleh

(7)

Secara teoritis Vmp dapat diketahui dengan menggunakan metode iterasi dengan nilai

tegangan awal 0,5 V yaitu 0,5 V; 0,542 V; 0,54 V.

Faktor Pengsiangan (fill factor) Sel Surya

Faktor pengisian sel surya merupakan perbandingan antara daya keluaran

maksimum terhadap daya teoritisnya atau dapat dinyatakan sebagai berikut :

(8)

Kualitas dari sel surya biasanya dinyatakan dengan nilai fill factor (ff) yang

menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang diterimanya. Atau

sering juga dinyatakan dengan nilai efisiensi (dalam percobaan ini tidak diamati).

3

Semakin besar nilai fill factor atau efisiensinya maka sel tersebut semakin baik (Toifur

dkk, 2007).

Listrik tenaga surya diperoleh dengan melalui sistem photo-voltaic. Photo-voltaic

terdiri dari photo dan voltaic. Photo berasal dari kata Yunani phos yang berarti cahaya.

Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745 - 1827), seorang pelopor

dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-voltaic dapat berarti listrik-cahaya.

Belakangan ini, photo-voltaic lebih sering disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya

yang dijadikan energi listrik adalah sinar matahari. Sel surya merupakan suatu pn

junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan photo-electric effect dari

bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi

listrik searah (dc). Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang

dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn

junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada

saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada

kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus

listrik yang mengalir melalui beban. Sebuah sel surya tunggal dapat menghasilkan listrik

searah 3 volt dan 3 ampere. Sel-sel ini dapat dibuat dalam berbagai ukuran yang

diinginkan dengan jalan menghubungkan seri sel-sel yang sama untuk membentuk modul

sel surya dengan keluaran yang diperlukan. Sel-sel itu dikemas sedemikian rupa dengan

bahan khusus sehingga modul dapat bertahan dalam kondisi yang terjelek tanpa

kehilangan efisiensinya. Sistem sel surya pada mulanya dikembangkan untuk penggunaan

pada satelit di ruang angkasa. Perawatan atau perbaikaan di ruang angkasa itu pekerjaan

sangat mahal, untuk tidak mengatakan tidak mungkin. Oleh karena itu, semua satelit yang

mengelilingi bumi mendapatkan energi listriknya dari sistem sel surya. Sistem sel surya

dapat bekerja dengan andal untuk jangka waktu yang lama dan hampir tanpa memerlukan

perawatan. Sehingga sel surya dapat dikatakan mempunyai keandalan yang tinggi. Sistem

sel surya menggunakan energi sinar matahari untuk menghasilkan listrik, tanpa

memerlukan bahan bakar. Tanpa ada bagian yang berputar, maka sistem sel surya hanya

memerlukan sedikit perawatan. Sehingga sistem sel surya itu boleh dibilang cost effective

dan cocok untuk stasiun telekomunikasi daerah terpencil, pelampung navigasi di tengah

4

laut, alat pemantau permukaan air bendungan, atau untuk penerangan rumah yang jauh

dari jangkauan jaringan PLN. Biaya operasional sistem sel surya jelas rendah. Karena

tidak memerlukan bahan bakar dan tidak ada bagian yang berputar, sistem sel surya itu

bersih dan tidak bersuara. Ramah lingkungan ini sangat penting, mengingat pilihan untuk

mendapatkan energi dan penerangan itu biasanya dari generator diesel atau lampu minyak

tanah. Kalau kita semakin prihatin dengan gas rumah kaca (greenhouse gas) dan

pengaruhnya yang merusak terhadap ekosistem planet kita ini, maka energi bersih yang

diproleh dari sistem sel surya merupakan pilihan yang tepat sekali. Sistem sel surya dapat

dibangun dalam berbagai ukuran atas dasar kebutuhan energinya. Selanjutnya sistem sel

surya itu dapat dikembangkan dan ditingkatkan dengan mudah. Misalnya, bila kebutuhan

energi semakin meningkat, cukup dengan jalan menambahkan modul sel surya, tentunya

jika sumber dananya memungkinkan. Selain itu, sistem sel surya gampang untuk

dipindahkan bila dipandang perlu. Misalnya untuk menggerakkan pompa untuk pengairan

sawah. Sistem sel surya dapat dirancang untuk penggunaan di ruang angkasa, atau

penggunaan di permukaan bumi. Sistem sel surya untuk di permukaan bumi terdiri dari

modul sel surya, kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) yang

maintenance free. Modul sel surya yang digunakan dapat diperoleh dalam berbagai

ukuran dan kapasitas. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30

watt. Modul sel surya menghasilkan daya yang proporsional dengan luas permukaan

modul yang terkena sinar matahari. Dalam penggunaan skala agak besar, aki (batere)

dalam sistem sel surya kadang-kadang dihubungkan dengan sebuah inverter, untuk

mengkonversi listrik searah (dc) menjadi listrik bolak-balik (ac). Sistem sel surya

biasanya ditempatkan di dekat yang memerlukan listrik. Sehingga untuk tempat-tempat

yang terpencil hanya memerlukan kabel yang lebih pendek dibandingkan jika menarik

kabel dari jaringan PLN misalnya. Selain itu, jelas sistem sel surya menjadi murah karena

tidak memerlukan transformator. Maka kesimpulannya, keunggulan sistem sel surya itu

keandalannya tinggi, biaya operasinya rendah, ramah lingkungan, berbentuk modul, dan

biaya konstruksinya rendah (Anonim, 2009).

Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan

menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung

mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (dc). Bila sel surya itu dikenakan

5

pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron

dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n

dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn

junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel

surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban. Sebuah sel

surya tunggal dapat menghasilkan listrik searah 3 volt dan 3 ampere. Sel-sel ini dapat

dibuat dalam berbagai ukuran yang diinginkan dengan jalan menghubungkan seri sel-sel

yang sama untuk membentuk modul sel surya dengan keluaran yang diperlukan. Sel-sel

itu dikemas sedemikian rupa dengan bahan khusus sehingga modul dapat bertahan dalam

kondisi yang terjelek tanpa kehilangan efisiensinya. Sistem sel surya pada mulanya

dikembangkan untuk penggunaan pada satelit di ruang angkasa. Perawatan atau

perbaikaan di ruang angkasa itu pekerjaan sangat mahal, untuk tidak mengatakan tidak

mungkin. Oleh karena itu, semua satelit yang mengelilingi bumi mendapatkan energi

listriknya dari sistem sel surya. Sistem sel surya dapat bekerja dengan andal untuk jangka

waktu yang lama dan hampir tanpa memerlukan perawatan. Sehingga sel surya dapat

dikatakan mempunyai keandalan yang tinggi. Sistem sel surya menggunakan energi sinar

matahari untuk menghasilkan listrik, tanpa memerlukan bahan bakar. Tanpa ada bagian

yang berputar, maka sistem sel surya hanya memerlukan sedikit perawatan. Sehingga

sistem sel surya itu boleh dibilang cost effective dan cocok untuk stasiun telekomunikasi

daerah terpencil, pelampung navigasi di tengah laut, alat pemantau permukaan air

bendungan, atau untuk penerangan rumah yang jauh dari jangkauan jaringan PLN. Biaya

operasional sistem sel surya jelas rendah. Karena tidak memerlukan bahan bakar dan

tidak ada bagian yang berputar, sistem sel surya itu bersih dan tidak bersuara. Ramah

lingkungan ini sangat penting, mengingat pilihan untuk mendapatkan energi dan

penerangan itu biasanya dari generator diesel atau lampu minyak tanah. Kalau kita

semakin prihatin dengan gas rumah kaca (greenhouse gas) dan pengaruhnya yang

merusak terhadap ekosistem planet kita ini, maka energi bersih yang diproleh dari sistem

sel surya merupakan pilihan yang tepat sekali. Sistem sel surya dapat dibangun dalam

berbagai ukuran atas dasar kebutuhan energinya. Selanjutnya sistem sel surya itu dapat

dikembangkan dan ditingkatkan dengan mudah. Misalnya, bila kebutuhan energi semakin

meningkat, cukup dengan jalan menambahkan modul sel surya, tentunya jika sumber

6

dananya memungkinkan. Selain itu, sistem sel surya gampang untuk dipindahkan bila

dipandang perlu. Misalnya untuk menggerakkan pompa untuk pengairan sawah. Sistem

sel surya dapat dirancang untuk penggunaan di ruang angkasa, atau penggunaan di

permukaan bumi. Sistem sel surya untuk di permukaan bumi terdiri dari modul sel surya,

kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) yang maintenance free. Modul

sel surya yang digunakan dapat diperoleh dalam berbagai ukuran dan kapasitas. Yang

sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya

menghasilkan daya yang proporsional dengan luas permukaan modul yang terkena sinar

matahari. Dalam penggunaan skala agak besar, aki (batere) dalam sistem sel surya

kadang-kadang dihubungkan dengan sebuah inverter, untuk mengkonversi listrik searah

(dc) menjadi listrik bolak-balik (ac). Sistem sel surya biasanya ditempatkan di dekat yang

memerlukan listrik. Sehingga untuk tempat-tempat yang terpencil hanya memerlukan

kabel yang lebih pendek dibandingkan jika menarik kabel dari jaringan PLN misalnya.

Selain itu, jelas sistem sel surya menjadi murah karena tidak memerlukan transformator.

Maka kesimpulannya, keunggulan sistem sel surya itu keandalannya tinggi, biaya

operasinya rendah, ramah lingkungan, berbentuk modul, dan biaya konstruksinya rendah.

Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan

photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi

sinar matahari menjadi listrik searah (dc). Bila sel surya itu dikenakan pada sinar

matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-

hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke

arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn










7




























matahari. Dalam penggunaan skala agak besar, aki (batere) dalam sistem sel surya




8




operasinya rendah, ramah lingkungan, berbentuk modul, dan biaya konstruksinya rendah.

Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan

photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi

sinar matahari menjadi listrik searah (dc). Bila sel surya itu dikenakan pada sinar

matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-

hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke

arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn






















9
















matahari. Dalam penggunaan skala agak besar, aki (baterai) dalam sistem sel surya







operasinya rendah, ramah lingkungan, berbentuk modul, dan biaya konstruksinya rendah

(Timotius dkk, 2006)

Cahaya matahari adalah energi yang tidak ada habis-habisnya. Hampir selama 12

jam sehari cahaya matahari menyinari suatu tempat di permukaan bumi. Khususnya di

negara-negara yang berada di sekitar khatulistiwa, energi cahaya matahari yang diterima

lebih banyak karena matahari memancarkan cahaya dalam arah tegak lurus permukaan

tanah. Lebih lanjut, kekuatan pancaran cahaya matahari sepanjang tahun di negara-negara

sekitar khatulistiwa hampir sama. Berbeda dengan negara-negara di sekitar kutub.

Sepanjang tahun energi cahaya matahari yang diterima berubah-ubah. Pada saat musim

10

panas, energi cahaya matahari yang diterima sangat besar sedangkan pada saat musim

dingin, energi cahaya matahari yang diterima sangat sedikit. Mengingat melimpahnya

energi cahaya matahari dan maka sangat penting untuk bisa memanfaatkan energi

tersebut. Hingga saat ini, pemanfaatan baru dilakukan secara langsung dan tradisional

seperti untuk menjemur atau memanaskan. Pemanfaatan dapat dilakukan secara

maksimal apabila kita dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik.

Kalau kita memiliki energi listrik maka kita dapat mengubah ke semua bentuk energi lain

dengan mudah. Agar pengubahan energi cahaya matahari menjadi energi listrik dapat

dilakukan maka kita harus memiliki suatu alat. Alat tersebut saat ini dikenal dengan nama

sel surya atau dalam bahasa Inggris solar cell. Apabila permukaan sel surya dikenai

cahaya maka dihasilkan pasangan elektron dan hole. Elektron meninggalkan sel surya

dan mengalir pada rangkaian luar sehingga timbul arus listrik. Arus listrik yang

dihasilkan sel surya bisa langsung dimanfaatkan atau disimpan dahulu misalnya dalam

aki atau baterai untuk digunakan kemudian. Besarnya pasangan elektron dan hole yang

dihasilkan, atau besarnya arus yang dihasilkan bergantung pada intensitas cahaya maupun

panjang gelombang cahaya yang jatuh pada sel surya. Intensitas cahaya menentukan

jumlah foton. Makin besar intesitas cahaya maka makin banyak foton yang dimiliki

sehingga makin banyak pasangan elektron dan hole yang dihasilkan. Ini berakibat pada

makin besarnya arus yang mengalir. Makin pendek panjang gelombang cahaya maka

makin tinggi energi fotonnya sehingga makin besar energi elektron yang dihasilkan. Ini

juga berimpilkasi pada makin besarnya arus yang mengalir.

Gambar. 1.2. Gambar prinsip kerja sel surya

Prinsip kerja sel surya. Cahaya yang jatuh pada sel surya menghasilkan elektron yang

bermuatan positif dan “hole” yang bermuatan negatif. Elektron dan “hole” mengalir

membentuk arus listri (Anonim, 2007).

11

Sel surya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung energi

cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi melalui efek

fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya sejumlah elektron pada

permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya (Krane, 1992). Gejala efek

fotolistrik dapat diterangkan melalui teori kuantum Einstein. Menurut teori kuantum

Einstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paket energi (foton) yang besar energinya

bergantung pada frekuensi cahaya. Pada sel surya energi foton akan diserap oleh elektron

sehingga elektron akan terpental keluar menghasilkan arus dan tegangan listrik

(Anonim,2007).

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari

sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari

mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek

photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga

listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi,

kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya)

dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid

listrik dalam sebuah pengaturan net metering.

Jenis panel surya

Panel surya / solar cell mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik. Panel

surya / solar cell menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Panel surya /

solar cell terdiri dari photovoltaic, yang menghasilkan listrik dari intensitas cahaya, saat

intensitas cahaya berkurang (berawan, hujan, mendung) arus listrik yang dihasilkan juga

akan berkurang. Dengan menambah panel surya / solar cell (memperluas) berarti

menambah konversi tenaga surya. Umumnya panel surya / solar cell dengan ukuran

tertentu memberikan hasil tertentu pula. Contohnya ukuran a cm x b cm menghasilkan

listrik DC (Direct Current) sebesar x Watt per hour/ jam.

Polikristal (Poly-crystalline)

Merupakan panel surya / solar cell yang memiliki susunan kristal acak. Type Polikristal

memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal

12

untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada

saat mendung.

Monokristal (Mono-crystalline)

Merupakan panel yang paling efisien, menghasilkan daya listrik persatuan luas yang

paling tinggi. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini

adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh),

efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan

(Anonim,2006).

Sel Surya Menggunakan Bahan Organik

Krisis moneter yang dialami Indonesia dewasa ini secara langsung akan membawa

dampak yang semakin nyata terhadap berbagai program pemerintah seperti distribusi

penggunaan tenaga listrik ke seluruh wilayah Indonesia dan berbagai pengembangan

teknologi lainnya termasuk di dalamnya program riset yang merupakan embrio bagi

lahirnya revolusi teknologi. Dengan realita tersebut maka pengembangan listrik tenaga

surya yang berbasis kepada efek photovoltaic dari piranti Sel Surya sebagai salah satu

sumber tenaga listrik yang murah, bebas polusi, dan alami menjadi suatu pilihan yang

tepat. Namun realita yang ada sekarang ini penggunaan Sel Surya sebagai sumber listrik

masih sangat minim dan belum bisa diandalkan sebagai suatu sumber tenaga alternatif

yang dapat mengganti tenaga listrik. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor seperti :

kemampuan Sel Surya yang belum optimal dalam menghasilkan tenaga listrik, proses

pembuatan Sel yang memerlukan operasi pembiayaan yang mahal, apalagi jika Sel

tersebut masih harus diimpor bagi pembuatan modul Sel Surya, dan lain sebagainya.

Teknologi Sel Surya merupakan salah satu jenis teknologi masa depan yang hingga kini

para peneliti dari berbagai negara berlomba-lomba untuk memperoleh piranti Sel Surya

yang murah dengan kualitas yang rasional serta dapat dijadikan produk industri yang

dapat dipasarkan. Dengan beberapa faktor tersebut di atas diharapkan juga akan semakin

mendorong para peneliti Indonesia di bidang ini untuk lebih memfokuskan kemampuan

membuat Sel secara riil yang kompetitif dengan berbagai cara termasuk mencari

terobosan baru yang sesuai dengan kondisi di Indonesia. Berbagai bahan inorganik telah

dibuat untuk piranti Sel seperti In0.5Ga0.5P/GaAs, kristal silikon, dll dengan struktur

yang komplek. Desain Sel tersebut biasa dilakukan dengan menggunakan teknik

13

pemendapan bahan thin film (lapisan tipis) seperti Metal Organic Chemical Vapour

Deposition (MOCVD), Molecular Beam Epitaxy (MBE), Screen-printing, dll. Tentu saja

beberapa keuntungan dan kerugian akan diperoleh untuk masing-masing teknik. Perlu

diketahui bahwa untuk mendapatkan bahan Sel tersebut diperlukan beaya yang tidak

murah juga proses pembuatannya tidak sederhana, sehingga hanya beberapa kelompok

peneliti saja yang memungkinkan dapat meneliti dan membuat desain Sel tersebut. Jika

ada alternatif lain untuk mendapatkan bahan dan teknik pembuatan Sel yang bisa

dijangkau oleh masyarakat peneliti Indonesia maka akan semakin banyak kelompok

peneliti dapat melakukannya sehingga akan terjadi kompetisi yang konstruktif bagi

pengembangan teknologi tersebut. Dalam artikel ini akan diberikan contoh fenomena

photovoltaic yang diperoleh dari desain Sel Surya yang dibuat menggunakan bahan

organik. Bahan organik relatif mudah diperoleh di Indonesia dengan harga yang relatif

murah mengingat sumber alam yang melimpah yang ada perlu untuk dioptimalkan

penggunaannya. Selain itu teknik yang dipergunakan untuk memendapkan lapisan thin

film bahan tersebut adalah menggunakan teknik yang relatif sederhana, tidak

memerlukan teknologi yang rumit sehingga diharapkan dapat memberikan gambaran bagi

variasi pengembangan pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) di Indonesia.

Sel Surya Bahan Organik

Berbagai jenis bahan organik telah dapat dipergunakan untuk men-desain berbagai piranti

seperti Sel Surya, sensor, transistor, diode, reflektor sinar-X, dan lain-lain serta yang

menarik adalah prospek teknologi elektronika molekul yaitu teknologi men-desain

berbagai piranti elektronika dalam skala molekul didasarkan kepada rekayasa molekul

dari bahan organik dan kombinasi bahan organik-logam (organometallic).

Bahan Sel Surya

Banyak bahan organik yang memungkinkan untuk dibuat Sel Surya dengan beberapa

kelebihan dan kekurangannya yang perlu untuk dikembangkan dari waktu ke waktu

sebagai contoh adalah desain Sel menggunakan bahan Metal-free Phtalocyanine (Pc),

yaitu bahan organik phtalocyanine yang memiliki struktur molekul tanpa ada ikatan

logam yang dicampur dengan bahan Polyvinylacetate (PVA) menjadi senyawa baru yang

untuk mudahnya diberi istilah x-H2Pc,PVA. Bahan tersebut dibuat film dan dimendapkan

di atas substrat dengan cara meratakannya menggunakan mata pisau tipis atau dengan

14

teknik spin-coating. Bahan x-H2Pc sendiri merupakan bahan semikonduktor jenis p,

sedangkan bahan PVA dalam desain Sel ini berfungsi sebagai pengikat antara substrat

dengan bahan x-H2Pc. Spektrum serapan untuk perubahan panjang gelombang dari

bahan x-H2Pc,PVA dengan ketebalan 2 mm. Dari spektrum tersebut dapat dilihat

intensitas serapan maximum cahaya tampak oleh bahan pada panjang gelombang sekitar

670 nm (Anonim, 2005).

D. Prosedur Percobaan

1. Menyusun rangkaian seperti pada Gambar 1.2

2. Mengatur potensiometer RV sehingga twgangan pada voltmeter bernilai nol

(V=0). Catatlah arus yang terbaca pada amperemeter sebagai ISC (arus sungkat).

3. Memutar potensiometer sehingga diperoleh pasangan nilai V-I. Ulangi langkah ini

untuk berbagai nilai V-I.

Gambar.1.3 Rangkaian alat percobaan karakteristik sel

4. Mengatur potersiometer RV sehingga arus pada amperemeter bernilai nol (I=0).

Carilah tegangan yang terbaca pada voltmeter sebagai VOC (tegangan terbuka).

5. Mengulangi langkah 2-4 sebanyak 3 kali untuk berbagai intensitas cahaya dengan

memutar light dimmer.

E. Data Pengamatan

Berikut ditampilkan tabel hasil eksperimen untuk 4 kali pengambilan data pada kondisi yang

berbeda-beda yaitu pengambilan data sebanyak 28 kali dan diperoleh data sebagai berikut:

V

A

RV

Berkas cahaya

Modul sel surya

15

Tabel pengamatan 1. Data pengamatan dengan VL = 128 V dan IL = 300 mA

VL (V)IL(mA)=300 mA

VL (V)IL(mA) =300 mA

128 V 128 V

i Vi (V) Ii (μA) Ii (μA) i Vi (V) Ii (μA) Ii (μA)

1 0.04 5.8 19.33 15 0.74 5.01 16.702 0.09 5.79 19.30 16 0.79 4.97 16.573 0.14 5.75 19.17 17 0.84 4.88 16.274 0.19 5.7 19.00 18 0.89 4.83 16.105 0.24 5.68 18.93 19 0.94 4.79 15.976 0.29 5.65 18.83 20 0.99 4.72 15.737 0.34 5.6 18.67 21 1.04 4.65 15.508 0.39 5.53 18.43 22 1.09 4.59 15.309 0.44 5.49 18.30 23 1.14 4.44 14.8010 0.49 5.44 18.13 24 1.19 4.35 14.5011 0.54 5.4 18.00 25 1.24 4.22 14.0712 0.59 5.32 17.73 26 1.29 4.13 13.7713 0.64 5.24 17.47 27 1.34 3.95 13.1714 0.69 5.18 17.27 28 1.39 3.72 12.40


VL (V) IL (mA) VL (V) IL (mA) 130 310 130 310


1 0.04 6.88 22.93 15 0.74 5.75 19.17

2 0.09 6.77 22.57 16 0.79 5.68 18.93

3 0.14 6.7 22.33 17 0.84 5.6 18.67

4 0.19 6.67 22.23 18 0.89 5.58 18.605 0.24 6.65 22.17 19 0.94 5.42 18.076 0.29 6.6 22.00 20 0.99 5.25 17.507 0.34 6.53 21.77 21 1.04 5.22 17.408 0.39 6.45 21.50 22 1.09 5.01 16.709 0.44 6.35 21.17 23 1.14 4.83 16.1010 0.49 6.24 20.80 24 1.19 4.74 15.8011 0.54 6.22 20.73 25 1.24 4.62 15.4012 0.59 6.17 20.57 26 1.29 4.48 14.9313 0.64 6.1 20.33 27 1.34 4.25 14.1714 0.69 5.92 19.73 28 1.39 4.02 13.40


16

VL (V) IL (mA) VL (V) IL (mA) 135 320 135 320


1 0.06 9.22 30.73 15 0.76 7.82 26.072 0.11 9.15 30.50 16 0.81 7.75 25.833 0.16 9.01 30.03 17 0.86 7.63 25.434 0.21 8.92 29.73 18 0.91 7.5 25.005 0.26 8.79 29.30 19 0.96 7.44 24.806 0.31 8.71 29.03 20 1.01 7.25 24.177 0.36 8.65 28.83 21 1.06 7.22 24.078 0.41 8.52 28.40 22 1.11 7.05 23.509 0.46 8.38 27.93 23 1.16 6.75 22.5010 0.51 8.35 27.83 24 1.21 6.48 21.6011 0.56 8.22 27.40 25 1.26 6.24 20.8012 0.61 8.2 27.33 26 1.31 5.75 19.1713 0.66 8.15 27.17 27 1.36 5.48 18.2714 0.71 8.01 26.70 28 1.41 5.05 16.83


VL (V) IL (mA) VL (V) IL (mA) 140 330 140 330


1 0.07 11.31 37.70 15 0.77 9.82 32.732 0.12 11.25 37.50 16 0.82 9.63 32.103 0.17 11.25 37.50 17 0.87 9.38 31.274 0.22 11.2 37.33 18 0.92 9.22 30.735 0.27 11.12 37.07 19 0.97 9.05 30.176 0.32 10.85 36.17 20 1.02 8.75 29.177 0.37 10.81 36.03 21 1.07 8.62 28.738 0.42 10.65 35.50 22 1.12 8.31 27.709 0.47 10.55 35.17 23 1.17 7.91 26.3710 0.52 10.53 35.10 24 1.22 7.72 25.7311 0.57 10.38 34.60 25 1.27 7.41 24.7012 0.62 10.22 34.07 26 1.32 7.18 23.9313 0.67 10.18 33.93 27 1.37 6.75 22.5014 0.72 10.01 33.37 28 1.42 6.32 21.07

F. Analisis Data

17

Berikut ditampilkan grafik hasil eksperimen untuk 4 kali pengambilan data pada

kondisi yang berbeda-beda :

1. Pengambilan data ke-1 :

Kurva karakteristik sel surya, data ke-1(128 V; 300 mA)

y = -2.2904x2 - 1.549x + 19.416

R2 = 0.9943

0

5

10

15

20

25

0 0.5 1 1.5 2 2.5

potensial, V (Volt)

aru

s, I

(μ

A)

kurvakarakteristiksel suryaPoly. (kurvakarakteristiksel surya)Poly. (kurvakarakteristiksel surya)

Gambar 1.4 Kurva karakteristik sel surya, pengamatan ke-1

2. Pengambilan data ke-2 :

grafik hubungan antara V dengan I

y = -3.1367x2 - 2.2239x + 22.836

R2 = 0.9971

0

5

10

15

20

25

0 0.5 1 1.5 2 2.5

potensial, V (Volt)

aru

s, I

i (μ

A)

kurva karakteristik sel surya

Poly. (kurva karakteristik selsurya)


3. Pengambilan data ke-3:

18

grafik hubungan antara V terhadap I

y = -5.5673x2 - 0.6394x + 30.063

R2 = 0.9795

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

potensial, V(Volt)

aru

s,IL

(m

A)




4. Pengambilan data ke-4:

grafik hubungan antara V terhadap I

y = -7.4212x2 - 0.7319x + 37.587

R2 = 0.9973

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

potensial, V (V)

aru

s, I

L (

μA

)




Jika keempat kurva tersebut disatukan maka dapat diperoleh kurva karakteristik sel

surya sebagai berikut :

19

kurva gabungan karakteristik sel surya

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5

potensial, V (V)

aru

s

Sel Surya data ke-1: Pers 1. y=-2.2904x 2̂-1.549x+19.416 R 2̂ =0,9943Sel Surya data ke-2: Pers 2. y =-3.1367x 2̂-2.2239x+22.836 R 2̂=0,9971Sel Surya data ke-3: Pers 3. y = -5.5673x 2̂-0.6394x+30.063 R 2̂ =0,9795Sel Surya data ke-4: Pers 4. y = -7.4212x 2̂-0.7319x+37.587 R 2̂ =0,9973Poly. (Sel Surya data ke-1: Pers 1.y=-2.2904x 2̂-1.549x+19.416 R 2̂= 0,9943)Poly. (Sel Surya data ke-1: Pers 1.y=-2.2904x 2̂-1.549x+19.416 R 2̂= 0,9943)Poly. (Sel Surya data ke-3: Pers 3. y= -5.5673x 2̂-0.6394x+30.063 R 2̂= 0,9795)Poly. (Sel Surya data ke-4: Pers 4. y= -7.4212x 2̂-0.7319x+37.587 R 2̂= 0,9973)

Gambar 1.8 Kurva gabungan karakteristik sel surya

Hasil dari regresi dan perhitungan data menggunakan Matlab R12 dan MS Excel

2003 yang di rangkum dibawah ini.

Tabel 5. Hasil analisis data

Hasil Regresi orde 2

Sel Surya data ke-1: Pers 1. y=-2.2904x^2-1.549x+19.416 R^2 = 0,9943

Sel Surya data ke-2: Pers 2. y =-3.1367x^2-2.2239x+22.836 R^2=0,9971

Sel Surya data ke-3: Pers 3. y = -5.5673x^2-0.6394x+30.063 R^2 = 0,9795

Sel Surya data ke-4: Pers 4. y = -7.4212x^2-0.7319x+37.587 R^2 = 0,9973

Ekstrapolasi x y ISC (µA) VOC (V)

Pers. 10 19.416

19.416 2.5932.593 -0.0004

Pers. 20 22.836

22.836 2.36692.3669 -0.00022

Pers. 30 30.063

30.063 2.26712.2671 0.749845

Pers. 40 37.587

37.587 2.20172.2017 0.001436

Sel Luasan segi-4 maksimum Cek ! ISC VOC FF (%)

20

Surya Vm Im Vm ImKurva Pers. 1 1.4706 12.93074 19.01595

-8.49986 50.34569 37.7707555

Kurva Pers. 2 1.3393 16.11156 21.57821

-4.01923 54.05053 39.92229231

Kurva Pers. 3 1.3039 19.84789 25.87967

-2.96757 68.15583 37.97131852

Kurva Pers. 4 1.2669 27.17304 34.42553

-3.07673 82.7553 41.59918281

G. Pembahasan

Untuk memperoleh data yang cukup baik dan akurat digunakanlah berbagai tools

dalam aplikasi computer baik MS Excel hingga Matlab karena untuk karakterisrik data

yang cukup banyak dan bervariasi maka peran computer sangan membantu dalam

perhitungan analisis. Dari hasil pengamatan kita dapatkan grafik pengamatan yang cukup

baik dan bagus, dimana grafik tersebut kita buat dalam bentuk persamaan kuadrat dan

dianalisis dengan menggunakan Matlab. Adapun data beserta grafik yang diperoleh telah

dilampirkan pada halaman sebelumnyam. Sel surya merupakan alat yang dapat

menangkap cahaya dan menyimpannya sebagai tenaga cadangan, sel surya pada saat ini

sudah banyak di manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Pada percobaan ini dapat

dianalisis karakteristik sel surya karena kita dapat mengamati langsung dan mengetahui

bentuk karakteristik sel surya tersebut.

Analisis dengan menggunakan Ms Excel dan Matlab yang kita lakukan dapat

menganalisis keseluruhan eksperimen dan membandingkan dengan data yang diperoleh

dengan teoritis maupun dengan hasil eksperimen terdahulu. Pada percobaan yang kita

lakukan dilakukan percobaan sebanyak 4 kali pengambilan data untuk masing-masing 28

data sehingga diperoleh data yang cukup baik agar dapat memperoleh data tersebut kita

analisis dengan menggunakan regresi linier dan korelasi sehingga diperoleh data yang

mendekati data percobaan yang bernilai 1 untuk korelasi.

Grafik yang diperoleh cendderung mendekati 1 titik yang sama dan ada juga data

yang tidak sesuai, hal itu disebabkan oleh kekurang telitian dari praktikab dalam

pengambilan data dan masih banyak lagi factor yang lainnya.

H. Kesimpulan

21

Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh adalah sebagai berikut :

1. Sel surya berfungsi sebagai penyimpan energi tambahan

2. Karakteristik sel surya dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus sel surya

untuk beragam nilai beban output.

3. FF yang diperoleh sesuai dengan data sebagai berikut:

Sel Surya

Luasan segi-4 maksimumCek ! ISC VOC FF (%)

Vm Im Vm ImKurva

Pers. 1 1.4706 12.93074 19.01595 -8.49986 50.34569 37.7707555Kurva

Pers. 2 1.3393 16.11156 21.57821 -4.01923 54.05053 39.92229231Kurva

Pers. 3 1.3039 19.84789 25.87967 -2.96757 68.15583 37.97131852Kurva

Pers. 4 1.2669 27.17304 34.42553 -3.07673 82.7553 41.59918281

I. Pertanyaan

1. Apakah yang membedakan kualitas sel suryanya satu dengan yang lain

2. Bagaimana cara untuk memperbesar potensial barrier pada sel surya ?

3. Apakah yang dimaksud dengan factor pengisian?

Jawaban :

1. Kualitas sel surya ditentukan oleh bahan penyusunnya (bahan semikonduktornya),

besar energi foton yang masuk/diserap oleh sel surya

2. Memperbesar celah energi. Jika foton yang datang lebih kecil dari

energi, maka cahaya kurang diserap dengan sempurna oleh semikonduktor

3. Faktor pengisian sel surya merupakan perbandingan antara daya

keluaran maksimum terhadap daya teoritisnya.

22

Daftar Pustaka

Anonim.2005.Ensiklopedia Ilmu Pengetahuan Alam (Fisika).Semarang:Aneka Ilmu.

Anonim.2006.Sel Surya bagi lingkungan.Bogor:IPB

Anonim.2007.Pemanfaatan tenaga surya. Jakarta: Depdiknas

Anonim.2009.Sel Surya. Bogor : Institut Pertanian Bogor.

Muh. Toifur,dkk. 2007. Pejunjuk praktikum. Yogyakarta : UAD

Timotius,dkk.2006.Sel surya.Semarang:Aneka Ilmu.

23

Lampiran 1

Skrip pemerograman Matlab R12

1. Mencari akar dari persamaan y1:

>> p=[-2.2904 -1.549 19.416];

>> r=roots(p);

>> r

r =

-3.2693

2.5930

>>


>> p=[-3.1367 -2.2239 22.836];

>> r=roots(p);

>> r

r =

-3.0759

2.3669

>>


>> p=[-5.5673 -0.6394 30.063];

>> r=roots(p);

>> r

24

r =

-2.3819

2.2671

>>


>> p=[-7.4212 -0.7319 37.587];

>> r=roots(p);

>> r

r =

-2.3004

2.2017

>>


>> p=[3*(-2.2904) 2*(-1.549) 19.416];

>> r=roots(p);

>> r

r =

-1.9215

1.4706

>>


>> p=[3*(-3.1367) 2*(-2.2239) 22.836];

25

>> r=roots(p);

>> r

r =

-1.8120

1.3393

>>


>> p=[3*(-5.5673) 2*(-0.6394) 30.063];

>> r=roots(p);

>> r

r =

-1.3805

1.3039

>>


>> p=[3*(-7.4212) 2*(-0.7319) 37.587];

>> r=roots(p);

>> r

r =

-1.3326

1.2669

>>

26

Documents

Karakteristik Sel Surya Baru