KTIRiset.pdf
-
Upload
hansal-khayyami -
Category
Documents
-
view
220 -
download
6
Transcript of KTIRiset.pdf
-
1
PENGARUH FILTER WARNA KUNING
TERHADAP EFESIENSI SEL SURYA
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh filter warna kuning
terhadap efesiensi Sel surya. Dalam penelitian ini menggunakan metode
eksperimen untuk mendapatkan parameter-parameter yang dihasilkan oleh sel
surya silikon dengan melakukan pengukuran intensitas cahaya. Data diambil
dengan melakukan pengukuran Sel surya tanpa filter warna dengan filter warna
kuning. Hasil penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal
1, 487 watt dengan effisiensi alat 14,4 %. Pada penelitian dengan filter warna
kuning diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat () sebesar 10,4%. Dengan demikian filter warna kuning mempengaruhi besarnya
daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Dari hasil penelitian diperoleh
daya maksimum (Pmax) Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan daya
maksimum Sel surya dengan filter warna. Kemudian diperoleh besarnya efisiensi
Sel surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata rata Sel surya dengan filter warna kuning.
Key Words: daya, sel surya
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Sumber energi yang besar dan bersifat kontinyu tersedia adalah energi
surya. Energi ini dalam bentuk energi elektromagnetik yang dipancarkan
oleh matahari.
Sementara pada saat ini energi surya belum dipakai sebagai sumber energi
primer bahan bakar. Penelitian dan pengembangan besar-besaran sedang
dijalankan untuk mencari sistem pembangkit listrik secara ekonomis untuk
memanfaatkan energi surya sebagai sumber utama bahan bakar.
Energi surya bersifat non-polutif dan tidak dapat habis. Berdasarkan
-
2
karakteristik gelombangnya energi ini sangat halus dan tetapi intensitasnya
tidak konstan. Energi surya memiliki arus yang rendah, akibatnya dipakai
sistem dan kolektor yang luas permukaanya besar untuk mengumpulkan
dan mengkonsentrasikan energi tersebut. Sistem kolektor ini harganya cukup
mahal. Hanya saja sistem ini tidak dapat menyimpan persediaan energi surya
dalam waktu lama. Hal ini berarti diperlukan sistem penyimpanan energi atau
konversi lain untuk menyimpan energi pada malam hari serta pada saat cuaca
mendung.
Energi surya dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi lain
melalui tiga proses, yaitu: proses helochemical, proses helioelectrical, dan
proses heliothermal. Reaksi heliochemical yang utama adalah proses fotosintesa.
Proses ini merupakan sumber dari semua bahan bakar fosil. Proses
helioelectrical yang utama adalah produksi listrik oleh sel-sel surya. Proses
heliothermal adalah penyerapan radiasi matahari dari pengkonversian energi ini
menjadi energi termal.
Dalam laporan penelitian ini akan dikaji tentang analisa karakteristik sel
surya yang diawali dengan latar belakang masalah, rumasan masalah, hipotesis
penelitian dan tujuan penelitian. Pada bagian selanjutnya dibahas tentang dasar
teori sel surya dan metodologi penelitian. Pada bagian akhir akan dibahas hasil
penelitian.
2. Rumusan Masalah
Masalah dalam penelitian ini adalah:
a. Mengidentifikasi daya maksimum sel surya.
b. Bagaimana filter warna kuning mempengaruhi daya sel surya?
3. Hipotesis
Pengaruh filter warna terhadap penyerapan intensitas cahaya dan
efesiensi sel surya.
-
3
4. Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah:
a. Untuk mengetahui efesiensi sel surya dalam membangkitkan tenaga
listrik.
b. Untuk mengetahui pengaruh filter warna kuning terhadap daya solar sel.
B. DASAR TEORI
1. Pengertian
Sel surya merupakan salah satu produk teknologi fotovoltaik yang
dikembangkan pada bahan semikonduktor (silikon multikristal, monokristal dan
amorf) yang mampu menyerap gelombang elektromagnetik dan mengkonversi
energi cahaya (photon) menjadi energi listrik secara langsung. Prinsip kerja sel
surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktir p-n junction.
Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur dari
golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar.
Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan
III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika dua
tipe material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n
berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan
area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi antara
keduanya mendorong electron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada
proses ini telah terbentuk p-n junction.
Dengan menambahkan kontak logam pada area p dan n maka telah
terbentuk dioda. Pada saat junction disinari, photon yang mempunyai energi yang
sama atau lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan
eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole
pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga
menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada
terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga
-
4
menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Seperti terlihat dalam
gambar 1. di bawah ini.
Gambar 1. Physics of Photovoltaic Generation
2. Prinsip Kerja Sel surya
Prinsip kerja sel surya efek sel photovoltaik terjadi akibat lepasnya
elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenai logam. Logam-logam
yang tergolong golongan 1 pada sistem periodik unsur-unsur seperti Lithium,
Natrium, Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron valensinya.
Selain karena reaksi redoks, elektron valensi logam-logam tersebut juga mudah
lepas oleh adanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Di antara
logam-logam di atas cessium adalah logam yang paling mudah melepaskan
elektronnya, sehingga lazim digunakan sebagai foto detektor.
Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik adalah sebanding
dengan frekuensi gelombang cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin
ke arah warna cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan. Tingginya
intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi
beban maka arus listrik dapat dihasilkan tergantung dari intensitas cahaya yang
-
5
mengenai permukaan semikonduktor.
Gambar 2. Photoelektrik
3. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya
Dalam suatu rangkaian, ketika sel surya mendapat cahaya maka perangkat
sel surya tersebut akan menghasilkan tegangan dan arus Kemampuan ini
direpresentasikan dalam grafik arus-tegangan (I-V)
Gambar 3. Grafik Karakteristik Arus-Tegangan (I-V) Sel Surya
Nilai maximum Power Point (Vmpp dan Impp) adalah titik operasi dimana
nilai maksimum pengeluaran (output) yang dihasilkan oleh sel surya saat kondisi
bekerja. Dengan kata lain, Vmp dan Imp dapat diukur pada saat sel surya diberi
beban. Open Circuit Voltage (Voc) adalah nilai tegangan maksimum yang dapat
-
6
dicapai pada saat tidak adanya arus (current). Short Circuit Current (Isc) adalah
nilai maksimum output arus dari sel surya yang dapat dikeluarkan (output) dengan
kondisi tidak ada resistansi atau short circuit.
Secara teoritis besarnya daya yang dihasilkan:
SCOCth IVP (1)
sedangkan daya keluaran maksimumnya:
mpmpmpp IVP (2)
Hambatan dalam Sel surya dapat dihitung dari:
SCOC IVr / (3)
4. Faktor Pengisian (fill factor) dan Efisiensi Sel Surya
Faktor pengisian sel surya merupakan perbandingan antara daya keluaran
maksimum terhadap daya teoritisnya atau dapat dinyatakan sebagai berikut :
SCOC
mpmp
th
mpp
IV
IV
P
Pff (4)
Kualitas dari sel surya biasanya dinyatakan dengan nilai fill factor (ff) yang
menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang diterimanya.
Dengan menggunakan fill faktor maka maksimum daya dari sel surya didapat dari
persamaan:
ffIVP SCOCMAX (5)
Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari
sel (PMAX ) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (PCAHAYA ) :
%100CAHAYA
MAX
P
P (6)
-
7
Efesiensi ideal sel surya yang ada di pasaran memiliki efisiensi sekitar 12-15%.
C. METODE
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Eksperimen dilakukan
dalam mendapatkan parameter-parameter yang dihasilkan oleh sel surya silikon.
Dengan membuat rangkaian pengukuran arus dan tegangan keluaran pada sel
surya seperti terlihat dalam gambar 1.
Gambar 4: Rangkaian Eksperimen
Eksperimen dilakukan dengan melakukan pengukuran Intensitas cahaya
awal, tegangan yang terukur tanpa resistor (Voc) dan mengganti R (hambatan)
dengan kabel penghubung (short circuit) untuk mengukur arus yang terukur (Isc).
Pengukuran selanjutnya dilakukan dengan mengganti resistor R dengan
resistor-resistor seperti pada gambar 5.
Gambar 5: Jenis-jenis resistor
-
8
Dari hasil pengukuran arus dan tegangan yang melalui pada resistor-
resistor pada tabel maka akan diperoleh pasangan nilai V I. Untuk
membandingkan intensitas cahaya selama dalam pengukuran maka sebelum
mengakhiri eksperimen maka dilakukan pengukuran intensitas cahaya akhir.
Kualitas dari sel surya dapat diketahui dengan menentukan nilai fill factor
(ff) yang menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang
diterimanya dengan menggunakan persamaan (5). Sehingga dari persamaan (5)
dapat menentukan efesiensi sel surya. Untuk menentukan nilai efesiensi (Pers. 6)
maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran arus dan tegangan yang melalui
resistor-resistior pada tabel 1 dengan memberikan filter warna hijau, biru dan
merah pada modul surya.
Untuk mendapatkan data yang akurat maka eksperimen dilakukan dengan
selang waktu satu jam dan menggunakan sel solar tanpa filter serta filter warna
merah, kuning dan biru. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 6. berikut di bawah
ini.
Gambar 6. Penyerapan Intensitas Cahaya Oleh Filter Warna
-
9
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari penelitian Sel surya diperoleh hasil berupa grafik, seperti yang
ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 7. Grafik hubungan antara Arus dan Tegangan pada Sel surya
mendatar Tanpa Filter
Berdasarkan gambar 7 di atas, menunjukkan grafik hubungan antara arus
dan tegangan pada sel surya tanpa filter hasilnya mendekati keadaan ideal pada sel
surya. Sedangkan pada bagian awal terdapat kondisi yang tidak ideal sebagaimana
terlihat dalam grafik. Hal tersebut terjadi karena adanya perubahan intensitas
cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya awan yang menutup
sinar yang mengenai Sel surya dapat dilihat dalam tabel.1., sebagaimana
terlampir.
-
10
Gambar 8. Grafik hubungan antar Tegangan dan Arus pada Sel surya
dengan Filter Kuning
Dari gambar 8 di atas, tentang grafik hubungan antara tegangan dan arus
pada Sel surya dengan filter Kuning, menunjukkan bahwa hasilnya mendekati
keadaan ideal pada Sel surya. Sedangkan pada bagian akhir dari grafik terdapat
kondisi yang tidak ideal, karena Voc < Vmax. Hal tersebut terjadi karena adanya
perubahan intensitas cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya
awan yang menutup sinar yang mengenai sel surya dapat dilihat dalam tabel 4.
sebagaimana terlampir.
Dari data-data hasil percobaan diperoleh daya yang dihasilkan (Pth), Daya
keluaran maksimum (Pmpp ), faktor pengisian () Daya maksimum (P max ) dan
Efisiensi Sel surya untuk setiap perlakuan sebagaimana terlihat dalam tabel 1.
berikut ini.
Tabel 1. Hasil perhitungan Daya yang dihasilkan (Pth), Daya keluaran maksimum
(Pmpp ), faktor pengisian () Daya maksimum (P max ) dan Efisiensi Sel
surya
No. Sel surya Pth Pmpp Pmax
1 Tanpa Filter 2,2836 500,926 0,65 1,487 14,4%
2. Filter Kuning 0,7011 528,992 0,7545 0,5289 10,4%
-
11
Dari penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal 1,
487 watt dengan effisiensi alat 14,4 % mendekati ideal. Hasil ini didapat dengan
kondisi cuaca yang berubah ubah.
Pada Sel surya tanpa filter warna diperoleh daya maksimal (Pmax) yang
lebih besar dibandingkan Sel surya dengan filter warna Kuning. Demikian juga
effisiensi diperoleh efisiensi Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan
dengan filter warna Kuning. Hal ini dapat dilihat dari hasil efisiensi Sel surya
tanpa filter lebih besar dari efisiensi rata-rata Sel surya dengan filter warna
kuning.
Pada penelitian Sel surya dengan filter warna yang berbeda diperoleh daya
maksimum filter Pkuning. Demikian juga efisiensi Sel surya pada filter warna
diperoleh kuning. Hal ini terjadi karena perbedaan intensitas cahaya ketika
penelitian.
E. KESIMPULAN
Pada penelitian sel surya tanpa filter diperoleh daya maksimal 1, 487 watt
dengan effisiensi alat 14,4 %, sedangkan daya maksimal (Pmax) sebesar 0.3616
Watt. Pada penelitian dengan filter warna kuning diperoleh daya maksimal (Pmax)
sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat () sebesar 10,4%.
Berdasarkan data-data di atas, dari penelitian dapat disimpulkan bahwa
daya maksimum (Pmax) sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan daya
maksimum Sel surya dengan filter warna kuning. Sedangkan daya maksimum
dengan filter warna diperoleh Pmax kuning. Kemudian diperoleh besarnya efisiensi
Sel surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata rata Sel surya dengan
filter warna kuning. Demikian juga efisiensi Sel surya dengan filter warna
diperoleh hasil kuning. Hal ini terjadi karena perubahan intensitas cahaya ketika
penelitian.
-
12
F. REKOMENDASI
1. Agar diperoleh data yang valid perlu dilakukan penelitian dengan kondisi
intensitas cahaya yang maksimum dan kontinyu dan warna selain dari
warna kuning.
2. Hendaknya alat digunakan memiliki ketelitian yang tepat karena
berpengaruh terhadap hasil penelitian.
3. Mengingat pentingnya sel surya sebagai sumber energi alternatif, maka
perlu dikembangkan pemanfaatannya secara luas.
G. DAFTAR PUSTAKA
Ihsanto. Eko (2012). Tranduser, Pusat Pengembangan Bahan Ajar, Universitas
Mercu Buana
Jack. AB (2012). Cara Membuat Panel Surya http://kesatriasejati.blogspot.com/2012/01/.
html
Miftahul, M.N. 2013. Analisis Karakter Sel surya. Makalah tidak dipublikasikan,
ITB. Bandung.
Sugiyono, A. (2000). Prospek Penggunaan Teknologi Bersih untuk Pembangkit
Listrik dengan Bahan Bakar Batubara di Indonesia, Jurnal
Teknologi Lingkungan, Vol.1, No.1, hal. 90-95,
Timotious. C (2009). Perancangan dan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga
Surya, UPI, Bandung
-
13
Lampiran : Lampiran Penelitian
Tabel.1. Sel surya mendatar
No Jam R() I V Intensitas 1 14.00 1000 13,2 13,2 450
2 14.00 680 19,6 13,04 455
3 14.00 470 28 12,93 475
4 14.00 390 33,2 12,87 470
5 14.00 330 39,2 12,78 464
6 14.00 270 47,2 12,56 456
7 14.00 180 69,8 12,42 456
8 14.00 150 82,2 11,95 461
9 14.00 100 112 11,51 453
10 14.00 82 136,3 10,77 462
11 14.00 68 155,3 9,66 465
12 14.00 56 157,6 8,37 472
13 14.00 47 169,1 5,76 472
14 14.00 33 168 4,96 476
15 14.00 27 166 3,81 463
16 14.00 22 160 5,64 445
17 14.00 20 162 3,07 449
18 14.00 18 162 2,77 448
19 14.00 15 159 2,2 440
20 14.00 12 159,1 1,99 438
21 14.00 10 167 1,66 461
22 14.00 8,2 168 1,42 462
23 14.00 6,8 167 1,21 462
-
14
24 14.00 5,6 165,9 1,04 457
25 14.00 4,7 163 0,91 448
26 14.00 3,9 154 0,78 437
27 14.00 3,3 154 0,69 427
28 14.00 2,7 153 0,5 425
29 14.00 1,5 147 0,44 418
30 14.00 1,2 144 0,26 405
31 14.00 0,1 - - 386
Waktu Pengamatan pukul 14.00
Voc = 13,26 volt Isc I = 0 Intensitas = 188 W/m2
Isc = 173 mA V = 0
= 0,143961
Tabel 2. Sel surya dengan Filter Warna Kuning
No Jam R() I V Intensitas P=IxV
(0) (12,3)
1 14.00 1000 12,2 12,14 208 148,108
2 14.00
680 18,1 12,12 208 219,372
3 14.00
470 25,5 11,81 208 301,155
4 14.00
390 29,9 11,68 208 349,232
5 14.00
330 35 11,49 209 402,15
6 14.00
270 41,2 11,19 209 461,028
7 14.00
180 54,2 9,76 209 528,992
8 14.00
150 56,4 8,53 209 481,092
9 14.00
100 57 6,07 209 345,99
10 14.00
82 57 4,81 209 274,17
11 14.00
68 56,2 3,9 208 219,18
12 14.00
56 55,3 3,06 192 169,218
-
15
13 14.00
47 55,1 2,72 200 149,872
14 14.00
33 54,4 1,86 197 101,184
15 14.00
27 54,1 1,52 185 82,232
16 14.00
22 53 1,26 193 66,78
17 14.00
20 52,9 1,19 197 62,951
18 14.00
18 54,4 1,03 198 56,032
19 14.00
15 54,1 0,94 197 50,854
20 14.00
12 53,9 0,75 198 40,425
21 14.00
10 54,3 0,63 197 34,209
22 14.00
8,2 53 0,52 196 27,56
23 14.00
6,8 52,8 0,44 194 23,232
24 14.00
5,6 52,7 0,38 193 20,026
25 14.00
4,7 52,4 0,3 192 15,72
26 14.00
3,9 52,1 0,28 191 14,588
27 14.00
3,3 48,5 0,24 191 11,64
28 14.00
2,7 48,2 0,21 189 10,122
29 14.00
1,5 47,9 0,15 177 7,185
30 14.00
1,2 47,7 0,14 175 6,678
31 14.00
0,1 47,6 0,08 174 3,808
Waktu Pengamatan pukul 14.00
Voc = 12,36 Isc I = 0 Intensitas = 188
Isc = 57
V = 0