LAPORAN MODUL 5 Pengukuran Karakteristik Sel Surya
-
Upload
s-awaliyah-rahmah -
Category
Documents
-
view
13 -
download
5
description
Transcript of LAPORAN MODUL 5 Pengukuran Karakteristik Sel Surya
PENGUKURAN KARAKTERISTIK SEL SURYASRI AWALIYAH RAHMAH (1127030066)
FISIKASAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERISUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG
TAHUN 2014Email : [email protected]
ABSTRAK
Dilakukan eksperimen tentang pengukuran karakteristik sel surya. Karakterisasi
sel surya dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus sel surya untuk
beragam nilai beban output. Besaran-besaran karakteristik sel surya
dapat diperoleh dari data pasangan tegangan dan arus sel surya, dengan
nilai yang diperoleh sesuai eksperimen yang telah dilakukan. Sementara
itu, panjang gelombang juga mempengaruhi daya dalam sel surya. Daya
akan kecil ketika panjang gelombang semakin panjang dan daya akan
besar ketika panjang gelombang semakin pendek. Karakteristik sel surya
sangat ditentukan oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel.
Semakin banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya
maka arus yang dihasilkan akan semakin besar. Dalam eksperimen ini
menggunakan panel sel surya, sumber cahaya (Matahari), catu daya AC 220
volt, potensiometer, amperemeter, voltmeter dan kabel penghubung.
Eksperimen ini bertujuan untuk menghitung efisiensi sel surya, mengetahui
pengaruh panjang gelombang dalam sel surya dan intensitas cahaya
terhadap sel surya. Sel surya adalah sumber energi listrik yang
menghasilkan daya apabila disinari cahaya.
Kata kunci : Karakterisasi, Sel surya, Cahaya matahari, Tegangan, dan Arus.
PENDAHULUAN
Kebutuhan energi yang semakin tinggi seirung dengan perkembangan teknologi,
semakin membuat kita berfikir perlunya energi alternatif khususnya penggunaan energi yang
tidak habis dipakai. Salah satu pemikiran yang paling sederhana yaitu dengan memanfaatkan
energi matahari, dengan menggunakan metode sel surya. Keuntungan sel surya adalah jumlah
sumber energi cahaya matahari yang tidak terbatas, bebas polusi, dan mudah dealam
perawatan. Penggunaan sel suya tidak hanya terbatas pada sumber energi satelit, namun saat
ini sudah banyak penggunaannya sebagai sumber energi mobil dan rumah sel surya.
Berbagai kemajuan terus dicapai seiring dengan efeisiensi konversinya yang juga
terus mengalami peningkatan, hingga sel surya mulai menyentuh kehidupan manusia dan
mulai dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik diberbagai perumahan sejak tahun 1990.
Sejak saat itu sel surya mulai menarik perhatian banyak peneliti karena sel surya diperkirakan
dapat menjadi sumber pembangkit listrik di masa mendatang dengan penggunaannya yang
sangat praktis terutama untuk suplai energi di daerah-daerah terpencil. Oleh karena itu sangat
penting sel surya ini, maka diharapkan eksperimen ini dapat menjelaskan lebih jauh tentang
karakteristik pada sel surya.
Obyek penelitian adalah cahaya matahari dan sel surya. Sasaran penelitian adalah
diperolehnya karakteristik sel surya dari energi pada cahaya matahari yang di hasilkan.
DASAR TEORI
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 meterin
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 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.
Pada umumnya sel surya terbuat dari bahan semikotor. Salah satu bahan sel surya
adalah kristal silikon (c-Si). Bahan ini merupakan silikon murni (elektron valensi 4) yang
diberi pengotoran (impuriti) bervalensi 3 sehingga menjadi silikon tak murni (kekurangan
sebuah elektron). Silikon jenis ini kemudian diberi nama silikon tipe-p. sebuah silikon murni
yang diberi pengotoran bervalensi 5 (kelebihan sebuah elektron) juga menghasilkan silikon
tipe-n. Sambungan kedua jenis silikon ini akan membentuk persambungan (junction) PN.
Pada batas sambungan akan timbul sebuah celah energi atau energy gap (Eg) yang membatasi
pita valensi dengan pita konduksi.
Prinsip kerja sel surya adalah sebagai berikut: Cahaya yang jatuh pada sel surya
menghasilkan elektron yang bermuatan positif dan hole yang bermuatan negative kemudian
elektron dan hole mengalir membentuk arus listrik. Prinsip ini di kenal sebagai prinsip
photoelectric.Sel surya dapat tereksitasi karena terbuat dari semikonduktor yang mengandung
unsur silikon. Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan sensitif: lapisan negatif (tipe-n) dan
lapisan positif (tipe-p). Karena sel surya ini mudah pecah dan berkarat sehingga sel ini dibuat
dalam bentuk panel-panel dengan ukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang
kedap air dan panel ini dikenal dengan panel surya.
METODE EKSPERIMEN
Eksperimen ini bertujuan untuk menghitung efisiensi sel surya dan menganalisa
pengaruh panjang gelombang dan perubahan intensitas cahaya matahari yang diterima
terhadap efisiensi dari sel surya.
Alat dan bahan yang digunakan diantaranya panel sel surya, sumber cahaya
(Matahari), catu daya AC 220 volt, potensiometer, amperemeter,
voltmeter dan kabel penghubung.
Pada eksperimen ini terdapat tiga kali percobaan, untuk percobaan
pertama yaitu mengukur efisiensi sel surya. Langkah pertama yaitu
menyiapkan semua bahan dan alat eksperimen kemudian menyusun
rangkaian seperti pada gambar yang terdapat pada modul. Setelah alat
dan bahan dirangkai, langkah selanjutnya yaitu mengatur potensiometer
RV sehingga tegangan pada voltmeter bernilai nol (V=0) dan arus yang
terbaca pada amperemeter sebagai Isc (arus singkat) kemudian nilai yang
diperoleh pada masing-masing alat dicatat. Kemudian potensiometer
diputar sehingga diperoleh pasangan nilai V – I. Langkah ini diulang untuk
variasi nilai V–I. Tegangan yang terbaca pada voltmeter dicatat sebagai
Voc (tegangan terbuka).
Adapun untuk percobaan kedua yaitu menganalisa Pengaruh
Panjang Gelombang. Alat yang digunakan dalam percobaan ini sama
seperti percobaan satu. Langkah selanjutnya sama seperti pada
pengukuran efisiensi sel surya kemudian sel surya ditutup menggunakan
mika berwarna (merah, kuning, biru, dll).
Sementara itu, untuk percobaan ketiga yaitu menganalisa
perubahan intensitas cahaya matahari. Langkah percobaan yang
dilakukan sama seperti percobaan satu dan dua dengan memvariasikan
ketinggian sumber cahaya terhadap sel surya.
DATA DAN ANALISIS
Tabel 1. Perhitungan Pengukuran Efisiensi Sel Surya
No R (Ω) Intensitas (W/m2)
I (Ampere) V (Volt)
Luas solar Pout (watt) Pin(watt) η (%)
1 20 K 12,8 0,00012 2,95 0,0015 0,000354 0,0192 1,843752 20 K 12,8 0,00013 2,94 0,0015 0,0003822 0,0192 1,9906253 20 K 12,8 0,00015 2,94 0,0015 0,000441 0,0192 2,296875
4 20 K 12,8 0,00016 2,93 0,0015 0,0004688 0,0192 2,441666675 20 K 12,8 0,00018 2,93 0,0015 0,0005274 0,0192 2,7468756 20 K 12,8 0,00021 2,92 0,0015 0,0006132 0,0192 3,193757 20 K 12,8 0,00024 2,91 0,0015 0,0006984 0,0192 3,63758 20 K 12,8 0,00027 2,9 0,0015 0,000783 0,0192 4,0781259 20 K 12,8 0,0003 2,89 0,0015 0,000867 0,0192 4,515625
10 20 K 12,8 0,00036 2,87 0,0015 0,0010332 0,0192 5,38125
Tabel 2. Perhitungan Pengaruh Panjang Gelombang
Mika warna merah
No R (Ω) Intensitas (W/m2)
I (Ampere) V (Volt) Luas solar Pout (watt) Pin(watt) η (%)
1 20 K 6,5 0,0001 2,61 0,0015 0,000261 0,00975 2,676923082 20 K 6,5 0,00011 2,59 0,0015 0,0002849 0,00975 2,922051283 20 K 6,5 0,00012 2,58 0,0015 0,0003096 0,00975 3,175384624 20 K 6,5 0,00013 2,54 0,0015 0,0003302 0,00975 3,386666675 20 K 6,5 0,00014 2,54 0,0015 0,0003556 0,00975 3,647179496 20 K 6,5 0,00015 2,53 0,0015 0,0003795 0,00975 3,892307697 20 K 6,5 0,00016 2,51 0,0015 0,0004016 0,00975 4,118974368 20 K 6,5 0,00017 2,49 0,0015 0,0004233 0,00975 4,341538469 20 K 6,5 0,00018 2,46 0,0015 0,0004428 0,00975 4,54153846
10 20 K 6,5 0,0002 2,42 0,0015 0,000484 0,00975 4,96410256
Mika warna biru
No R (Ω) Intensitas (W/m2)
I (Ampere) V (Volt) Luas solar Pout (watt) Pin(watt) η (%)
1 20 K 4,3 0,0001 2,74 0,0015 0,000274 0,00645 4,248062022 20 K 4,3 0,00011 2,73 0,0015 0,0003003 0,00645 4,655813953 20 K 4,3 0,00012 2,73 0,0015 0,0003276 0,00645 5,079069774 20 K 4,3 0,00013 2,72 0,0015 0,0003536 0,00645 5,482170545 20 K 4,3 0,00014 2,71 0,0015 0,0003794 0,00645 5,882170546 20 K 4,3 0,00015 2,7 0,0015 0,000405 0,00645 6,279069777 20 K 4,3 0,00016 2,7 0,0015 0,000432 0,00645 6,697674428 20 K 4,3 0,00018 2,69 0,0015 0,0004842 0,00645 7,506976749 20 K 4,3 0,00021 2,66 0,0015 0,0005586 0,00645 8,66046512
10 20 K 4,3 0,00026 2,62 0,0015 0,0006812 0,00645 10,5612403
Mika warna hijau
No R (Ω) Intensitas (W/m2)
I (Ampere) V (Volt) Luas solar Pout (watt) Pin(watt) η (%)
1 20 K 7,4 0,00011 2,86 0,0015 0,0003146 0,0111 2,834234232 20 K 7,4 0,00012 2,85 0,0015 0,000342 0,0111 3,08108108
3 20 K 7,4 0,00013 2,86 0,0015 0,0003718 0,0111 3,349549554 20 K 7,4 0,00014 2,85 0,0015 0,000399 0,0111 3,594594595 20 K 7,4 0,00016 2,85 0,0015 0,000456 0,0111 4,108108116 20 K 7,4 0,00018 2,85 0,0015 0,000513 0,0111 4,621621627 20 K 7,4 0,00019 2,84 0,0015 0,0005396 0,0111 4,861261268 20 K 7,4 0,00021 2,84 0,0015 0,0005964 0,0111 5,372972979 20 K 7,4 0,00023 2,83 0,0015 0,0006509 0,0111 5,86396396
10 20 K 7,4 0,00026 2,82 0,0015 0,0007332 0,0111 6,60540541
Tabel 3. Intensitas Cahaya Matahari
No R (Ω) h (m) Intensitas (W/m2)
I (Ampere) V (Volt) Luas solar Pout (watt) Pin(watt) η (%)
1 20 K 0,02 162,3 0,00015 3,37 0,0015 0,0005055 0,24345 0,207642 20 K 0,04 76 0,00011 3,27 0,0015 0,0003597 0,114 0,3155263 20 K 0,06 52,7 0,0001 3,21 0,0015 0,000321 0,07905 0,4060724 20 K 0,08 36,5 0,0001 3,16 0,0015 0,000316 0,05475 0,5771695 20 K 0,1 27,6 0,00009 3,11 0,0015 0,0002799 0,0414 0,6760876 20 K 0,12 21,6 0,00008 3,06 0,0015 0,0002448 0,0324 0,7555567 20 K 0,014 15,2 0,00008 2,99 0,0015 0,0002392 0,0228 1,0491238 20 K 0,0016 13,3 0,00007 2,96 0,0015 0,0002072 0,01995 1,0385969 20 K 0,0018 12,5 0,00007 2,94 0,0015 0,0002058 0,01875 1,0976
10 20 K 0,002 11,4 0,00007 2,92 0,0015 0,0002044 0,0171 1,195322
Grafik Hubungan antara arus dan voltase :
0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.000162.62.8
33.23.43.6
f(x) = 5830.93525179856 x + 2.56255395683453R² = 0.904968743660823
Grafik Hubungan Arus terhadap Tegangan
Tegangan (Volt)
Arus
(Am
pere
)
Setelah dilakukan percobaan pertama pada percobaan pertama yaitu
mengukur Efisiensi sel surya, maka hasil yang diperoleh yaitu ketika hambatan
dan intensitas cahaya konstan, arus yang diperoleh semakin kecil dan
tegangan yang dihasilkan akan semakin besar, maka efisiensi daya
dalam sel surya yang dihasilkan pun semakin besar. Hal ini dikarenakan
merupakan perbandingan daya listrik yang dihasilkan sel surya dengan
daya total foton yang masuk ke dalam sel surya. Adapun dalam intensitas
cahaya, semakin tinggi intensitas cahaya yang mengenai sel surya
sehingga makin banyak elektron atau arus yang dihasilkan. Semakin
banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya maka arus
yang dihasilkan akan semakin besar.
Sementara itu pada percobaan kedua, dalam percobaan untuk
mengetahui pengaruh panjang gelombang, dalam percobaan ini sel surya
ditutup dengan mika berwarna. Mika yang digunakan ada tiga macam
yaitu mika warna merah, kuning dan biru, urutan panjang gelombang menurut
literatur warna merah memiliki panjang gelombang yang paling panjang yaitu antara 620-
760nm kemudian warna kuning 570-590nm dan yang terkecil yaitu biru dengan panjang
gelombang 450-500nm. Ketika sel surya ditutup dengan masing-masing mika,
arus dan tegangan pun diperoleh hasil yang berberda yang akan
mempengaruhi daya dalam sel surya, hasil yang diperoleh yaitu panjang
gelombang mempengaruhi daya dalam sel surya. Ketika panjang
gelombang semakin tinggi, maka daya akan semakin kecil dan daya akan
besar ketika panjang gelombang semakin pendek. Sedangkan dari ketiga
mika berwarna tersebut, mika warna merah menghasilkan panjang
gelombang yang paling panjang sehingga daya yang dihasilkan pun
semakin pendek dari mika warna kuning dan warna biru. Hal ini
disebabkan karena mika warna merah lebih gelap dari mika berwarna
lainnya.
Dan pada percobaan ke tiga yaitu perubahan intensitas cahaya, dimana potensiometer
yang digunakan tetap, namun yang divariasikan hanya tinggi saja. Dari data percobaan
didapatkan hasil semakin tinggi jarak antara solar cell dengan cahaya maka daya output dan
daya inputnya akan berbanding terbalik yaitu semakin kecil. Di buat pula grafik hubungan
arus terhadap tegangan, dimana semakin besar arus maka akan semakin besar pula tegangan
yang dihasilkan.
KESIMPULAN
Karakteristik sel surya sangat ditentukan oleh intensitas cahaya
yang jatuh pada permukaan sel. Semakin banyak intensitas cahaya yang
mengenai permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan akan semakin
besar. Sel surya adalah sumber energi listrik yang menghasilkan daya
apabila disinari cahaya. Karakterisasi sel surya dilakukan dengan
mengukur tegangan dan arus sel surya untuk beragam nilai beban output.
Besaran-besaran karakteristik sel surya dapat diperoleh dari data
pasangan tegangan dan arus sel surya, dengan nilai yang diperoleh
sesuai eksperimen yang telah dilakukan.
Sementara itu, panjang gelombang juga mempengaruhi daya dalam
sel surya. Daya akan kecil ketika panjang gelombang semakin panjang
dan daya akan besar ketika panjang gelombang semakin pendek.
DAFTAR PUSTAKA
Halliday, Resnick. 1977. Fisika Jilid 2 Edisi 3 (Terjemahan Pantur Silaban). Penerbit
Erlangga, Jakarta.
http://tehnologi-sel-surya.blogspot.com/2012_12_01_archive.html
Nuryadin, B. W,. 2014. Pengukuran Karakteristik Sel Surya. Bandung : Universitas
Islam Negeri Sunan Gunung Djati.
Sel surya : Struktur & Cara kerja https://teknologisurya.wordpress.com/dasar-
teknologi-sel-surya/prinsip-kerja-sel-surya/
http://science-alishodikin.blogspot.com/2012/06/efisiensi-sel-surya-dari-masa-ke-
masa.html
https://teknologisurya.wordpress.com/dasar-teknologi-sel-surya/prinsip-kerja-sel-
surya/