BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah energi tampaknya akan tetap menjadi topik yang hangat sepanjang

peradaban umat manusia. Upaya mencari sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil masih tetap ramai dibicarakan. Ada beberapa energi alam sebagai energi alternatif yang bersih, tidak berpolusi, aman dan dengan persediaan yang tidak terbatas. Di antaranya adalah energi surya, angin, gelombang dan perbedaan suhu air laut. Di masa yang akan datang, dengan adanya kebutuhan energi yang makin besar,

penggunaan sumber energi listrik yang beragam tampaknya tidak bisa dihindari. Oleh sebab itu, pengkajian terhadap berbagai sumber energi baru tidak akan pernah menjadi langkah yang sia-sia. Tulisan ini akan membahas perkembangan teknologi sel surya dewasa ini sebagai komponen utama untuk pembangkit listrik tenaga matahari dan prospeknya di masa depan dengan penekanan pada material pembentukan sel surya itu sendiri. Seperti kita ketahui, sinar matahari merupakan sumber energi yang tidak terbatas jumlahnya. Dengan memanfaatkan potensi sinar matahari sebagai energi khususnya energi listrik kita dapat memiliki cadangan energi yang cukup besar bila sumber energi fosil seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam mengalami kelangkaan. Dari hasil riset betahun - tahun para ilmuwan akhirnya berhasil menciptakan suatu alat yang dapat memanfaatkan sinar

matahari menjadi energi listrik. Alat tersebut dinamakan Solar Cell atau Photovoltaic Cell (Sel Surya ). Prinsip kerja dari Sel Surya ini adalah menyerap sinar matahari kemudian menggunakan sinar tersebut untuk membangkitkan elektron-elektron di dalam Sel Surya sehinnga menghasilkan arus listrik.Memang penggunaan Sel Surya sebagai pembangkit listrik belum begitu banyak digunakan apalagi di negara-negara yang kurang mendapat sinar matahari setiap tahunnya. Namun prospek Sel Surya ini sebagai alternatif sumber energi listrik masa depan sangat menjanjikan,mengingat sinar matahari adalah sumber energi yang tidak ada habisnya. Untuk itu, perlu kita mengetahui bagaimana sebenarnya Potensi Sel Surya itu sebagai sumber energi listrik baru dan penggunaanya di berbagai bidang kehidupan. Dan diharapkan nantinya penggunaan Sel Surya sebagai sumber energi1

listrik sudah lumrah digunakan ,khususnya di Indonesia yang mendapat sinar matahari penuh setiap tahun. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada problem ini adalah 1. Bagaimana mekanisme fisis yang mendasari proses konversi energi gelombang elektromagnetik menjadi energi listrik? 2. Parameter-parameter apa saja yang mempengaruhi performa sebuah sel surya? 3. Bagaimana fenomena kuantum menentukan sifat-sifat transport dalam

semikonduktor yang digunakan sebagai sel surya? 4. Sebera besar potensi penggunaan energi surya sebagai pengganti energi fosil?

1.3

Hipotesis Adapun hipotesis dari rumusan masalah adalah: 1. Semakin besar cahaya yang mengenai pada solar sel, maka semakin besar energi listrik yang ditimbulkan. 2. Ada hubungan antara energi sel surya terhadap semikonduktor. 3. Energi sel surya sebagai pengganti energi fosil.

1.4

Tujuan Adapun tujuan penyusunan makalah ini adalah 1. Memahami mekanisme konversi energi gelombang elektromaggnetik menjadi energi listrik pada sel surya. 2. Mengetahui fenomena-fenomena kuantum dalam proses transport semikonduktor yang di gunakan dalam sel surya.

1.5

Metodologi Singkat Metodologi dalam makalah ini membahas tentang kajian pustaka yang bersumber dalam berbagai refrensi. Adapun metodologi singkat yang diuraikan adalah: 1. Pengertian Sel Surya 2. Semikonduktor 3. Efek Fotolistrik 4. Pengembangan Energi Surya Sebagai Pembangkit Listrik2

BAB II METODOLOGI

2.1

Matahari Sebagai Sumber Energi Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya cadangan

minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Negaranegara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi. Semakin menipisnya persediaan energi dan juga ketergantungan pada salah satu jenis energi dimana hingga saat ini pemakaian bahan bakar minyak sangat besar sekali dan hampir semua sektor kehidupan menggunakan bahan bakar ini, sementara itu bahan bakar merupakan komoditi ekspor bagi surya yang dominan untuk pendapatan negara. Dalam upaya pencarian sumber energi baru sebaiknya memenuhi syarat yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut diarahkan pada pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak langsung dengan menggunakan panel surya yang dapat merubah energi matahari menjadi energi listrik yang dinamakan Solar Cell. Teknologi Solar Cell telah lama dikenal oleh manusia penangkap panas yang dibawa sinar matahari untuk diubah menjadi sumber energi listrik. Penggunaannya juga sudah cukup luas dari menggerakkan mobil hingga menggerakkan robot. Pada umumnya, Solar Cell merupakan sebuah hamparan semi konduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Sinar matahari yang mampu diserap oleh Solar Cell berkisar antara 30% hingga 50%. Setiap jenis semikonduktor yang berbeda hanya dapat menyerap photons pada tingkat energi tertentu saja yang dikenal dengan istilah handgap. Sekarang ini, Solar Cell yang baik adalah Cell dengan dua semikonduktor berbeda yang disatukan untuk menyerap sinar matahari pada tingkat energi yang berbeda pula. Meski demikian daya serapnya tetap berkisar 30% hingga 50% dari energi sinar matahari. Solar Cell merupakan suatu panel yang terdiri dari beberapa sel dan beragam jenis. Penggunaan Solar Cell ini telah banyak digunakan di negara-negara berkembang dan negara maju dimana pemanfaatannya tidak hanya pada lingkup kecil tetapi sudah banyak digunakan3

untuk keperluan industri sehingga energi matahari dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif. Energi matahari mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan energi lain. Keuntungan yang dapat diperoleh adalah jumlahnya cukup besar tidak menimbulkan polusi terdapat dimana-mana dan tidak ada biaya penggunaan Solar Cell ini juga sangat cocok digunakan di pedesaan dimana didaerah terpencil yang belum terjangkau arus listrik maupun dimanfaatkan untuk alat dengan konsumsi listrik skala kecil sehingga dapat membantu masyarakat yang membutuhkan. Intensitas radiasi matahari akan berkurang oleh penyerapan dan pemantulan oleh

atmosfer saat sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek (ultraviolet) sedangkan karbondioksida dan uap air menyerap sebagian radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang (infra merah). Selain pengurangan radiasi bumi langsung (sorotan) oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan oleh molekul-molekul gas, debu dan uap air dalam atmosfer. Ada dua macam cara radiasi matahari / surya sampai ke permukaan bumi yaitu: a. Radiasi langsung (Beam / Direct Radiation) Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau radiasi yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar datang. b. Radiasi Hambur (Diffuse Radiation) Adalah Radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan dan penghamburan.

2.2

Karakteristik Radiasi Sinar Surya Energi Sinar Surya dipancarkan dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik yang

terdistribusi atas radiasi energi surya dan energi foton. Energi Sinar Surya sampai ke bumi dalam spectrum radiasi infra merah, sinar tampak dan radiasi ultraviolet. Di luar atmosfer spectrum distribusi radiasi sinarsurya ini sebagian diserap oleh lapisan troposat dan berdebu, dan awan. Sedangkan sebagian lagi dipantulkan kembali ke ruang angkasa.

4

Besar tenaga radias sinar pada umumnya didasarkan jarak rata-rata antara bumi dan surya. Tenaga radiasi sinar surya persatuan waktu yang diterima pada satu-satuan luas permukaan yang tegak lurus pada arah datangnya radiasi, pada jarak rata-rata bumi dan surya disebut Solar Konstan (Tetapan Surya). Pada dasarnya gelombang elektromagnetik tersebut adalah radiasi thermal. Adapun jenis radiasi itu selalu merambat dengan kecepatan cahaya. Secara fisik perambatan radiasi diperoleh dengan mengganggap set iap kuantum

sebagai suatu partikel yang memiliki energi, massa, dan momentum. Jadi pada hakekatnya, radiasi dapat digambarkan sebagai suatu partikel foton yang dapat bergerak dari suatu medium ke medium lain. Rapat daya dari setiap satuan panjang gelombang dinyatakan dalam rumus radiasi plank sebagai berikut :

Dimana: h = Konstanta plank (6,625 x 10-34 Joule-det) = Panjang Gelombang C = Kecepatan Cahaya = 3 x 108 m/dt k = 1,38 x 10-23 Joule/K (konstanta Boltmann) Berdasarkan ini maka dapat di hitung berapa besar energi yang akan digunakan untuk menghasilkan arus minoritas pada sumbernya Solar Cell. Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian dari radiasi itu: Dipantulkan (refleksi) Diserap (absorsi) Diteruskan (transmisi)

5

2.3

Pengertian Sel Surya Sel surya mengubah cahaya menjadi listrik Mereka disebut surya atas matahari atau

"sol" karena matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Sel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahayalistrik". Sel surya atau sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan. Sel surya biasanya berbentuk wafer bulat diameter 3 inci (7,6 cm) dan tebal

300 mm. Bebentuk bujur sangkar atau persegi panjang. Sel surya adalah sebuah alat konversi energi yang mengubah bentuk energi surya menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkan oleh sel surya adalah yang paling ramah lingkungan, namun lahan instalasi yang diperlukan sangat luas. Selain itu, energi surya sangat tergantung pada besarnya intensitas sinar matahari, sehingga kontinuitasnya menjadi masalah tersendiri. Cahaya matahari terdiri atas foton atau partikel energi surya, dimana foton inilah yang dikonversi menjadi energi listrik. Foton-foton mengandung energi yang bervariasi menurut panjang gelombangnya. Energi foton yang diserap oleh sel surya diserahkan sebagian atau seluruhnya kepada elektron di dalam sel surya. Dengan adanya energi baru ini maka elektron mampu lepas dari posisi normalnya terhadap atom sehingga menjadi arus dalam suatu sirkuit listrik. Sel surya dapat menyerap gelombang elektromagnetik dan mengubah energi foton yang diserapnya menjadi energi listrik. Bagian terbesar sel surya adalah sebuah dioda. Dioda terbuat dari suatu semikonduktor dengan jurang energi (Ec Ev). Ketika energi foton yang datang lebih besar dari jurang energi ini, foton akan diserap oleh semikonduktor untuk membentuk pasangan elektronhole. Elektron dan hole kemudian ditarik oleh medan listrik sehingga menimbulkan photocurrent (photocurrent bisa juga dinamakan sebagai arus yang dihasilkan oleh cahaya). Dalam sel surya tidak hanya photocurrent yang penting, tetapi ada beberapa parameter lain yang perlu mendapat kajian.

6

foton

dipantulkanSel surya, terdiri atas semikonduktor dimana elektron akan terlepas karena adanya energi dari foton, menjadi energi listrik

diserap

Gambar 1.1. Proses terjadinya energi listrik dari tenaga surya

Pada sel surya terdapat sambungan (function) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing yang diketahui sebagai semikonduktor jenius P (positif) dan semikonduktor jenis N (Negatif). Semikonduktor jenis N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain (umumnya posfor) dalam batasan bahan material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis N (Negatif). Semikonduktor jenis P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain (umumnya posfor) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebiha elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semi konduktor jenis N Negatif. Semikonduktor jenis P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain (umumnya boron) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang (hole). Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis P (Positif).

2.4

Semikonduktor Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara

insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor (K. Muller 1986).

7

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satusatunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0K). Struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

Gambar struktur dua dimensi kristal Silikon. Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik. Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Semikonduktor mempunyai susunan pita energi yang mirip dengan pita energi isolator. Pada suhu sangat rendah, pita konduksi semikonduktor tidak terisi oleh elektron. Di antara8

pita konduksi dan valensi juga terdapat celah energi. Namun, celah terlarang ini mempunyai jarak yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan celah terlarang pada isolator. Nilai celah terlarang untuk semikonduktor adalah sekitar 1,1 eV sedangkan pada isolator intan adalah sebesar 6 eV. Pada suhu kamar, elektron yang ada pada pita valensi akan mendapatkan energi kinetik. Energi kinetik ini cukup kuat untuk memindahkan electron ke pita konduksi. Berpindahnya elektron ke pita konduksi menyebabkan adanya elektron bebas pada pita konduksi. Akibatnya, pada suhu kamar tersebut maka semikonduktor mampu mengantarkan arus listrik seperti halnya pada konduktor. 2.5 Efek Fotolistrik Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron- elektron dari permukaan logam (disebut sebagai elektron foto) ketika logam tersebut disinari dengan cahaya. Rumus energi berdasarkan teori kuantum adalah E = nhf. Dengan demikian, cahaya dipancarkan sebagai partikel-partikel kecil yang disebut foton. Jika tabung tabung ditempatkan dalam ruang gelap, maka tidak akan ada arus listrik (I) yang mengalir. Tapi ketika cahaya dengan frekuensi tertentu diarahkan ke pada pelat/panel surya, maka akan terjadi aliran listrik. Apabila dikaji lebih jauh, efek fotolistrik ini maka ada dua sifat penting dari gelombang cahaya yakni: intensitas cahaya dan frekuensi. Beberapa sifat penting yang terjadi pada efek foto listrik adalah sebagai berikut : a. Besarnya energi kinetik maksimum elektron foto tidak tergantung pada intensitas cahaya. b. Permukaan dari sel surya membutuhkan frekuensi minimum tertentu yang disebut frekuensi ambang (fo) untuk dapat menghasilkan elektron foto. c. Elektron-elektron dapat terbebas dari permukaan sel surya hampir tanpa selang waktu, yaitu kurang dari 10-9 detik setelah penyinaran. d. Energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar. e. Semua foton memiliki energi yang sama sebesar hf, sehingga apabila intensitas cahaya dinaikkan namun dengan frekuensi yang tetap akan menambah jumlah foton, tetapi tidak menambah energi yang dipancarkan.

Agar terjadi aliran listrik (berpindahnya elektron) dari permukaan sel surya, maka diperlukan kerja minimum W0 (disebut fungsi kerja atau energy ambang) untuk9

melepaskan elektron dari permukaan sel surya. Besarnya W0 tergantung pada jenis logam yang dipakai sebagai bahan sel surya. Agar terjadi arus listrik yang kontinu maka frekuensi (f) yang dipancarkan oleh cahaya haruslah sedemikian rupa sehingga hf > W0, keterangan: Wo= Fungsi kerja atau energi ambang (Joule) SatuanWo sering ditulis dalam eV, 1 eV = 1,602.10-19 J h = konstanta Planck (6,626.10-34 J.s) m = masa elektron (9,11.10-31 kg) v = kecepatan elektron (m/s) f0 = frekuensi ambang (Hertz)

2.6

Pengembangan Energi Surya Sebagai Pembangkit Listrik Tabung katoda adalah suatu alat yang menghasilkan cahaya atau aliran elektron dari

katoda ke anoda. Sedangkan sel surya adalah sebuah alat yang mengkonversikan energi foton (cahaya sebagai partikel) menjadi energi listrik. Agar mampu menjadi sumber tenaga listrik dengan daya output yang tinggi, maka dua parameter yang perlu diperbaiki dan dikontrol adalah intensitas cahaya dan frekuensi cahaya yang diterima oleh sel surya. Frekuensi cahaya yang dihasilkan oleh tabung katoda f haruslah jauh lebih besar dari frekuensi ambang fo sel surya, sehingga akan terjadi arus listrik yang kontinu. Dengan demikian, maka ada dua hal yang diperbaiki, yakni memperbesar frekuensi cahaya katoda atau mengganti bahan sel surya dengan bahan lain yang memiliki frekuensi ambang sekecil mungkin. Intensitas cahaya yang dihasilkan oleh tabung katoda cukup setara dengan intensitas cahaya matahari yang sebesar 560 W/m2, namun dengan frekuensi yang sangat tinggi. Hal ini akan berdampak pada dihasilkannya daya output dari sel surya yang tinggi. Selain itu, ada beberapa hal yang perlu diperbaiki, yakni: 1) Filamen Pemanas Filamen pemanas berfungsi untuk memanasi ujung katoda perlu dipercepat dengan memberikan suatu beda potensial dari 50 kV sampai 5000 kV DC diantara katoda dan anoda

10

2) Material yang digunakan sebagai katoda adalah campuran antara tungsten dan thorium, karena memiliki kekuatan mekanik yang bagus, titik lebur yang tinggi, fungsi kerja yang tinggi serta memerlukan daya input yang lebih kecil.

2.5

Keunggulan Energi Matahari untuk Alternatif Pembangkit Listrik Dalam memilih energi alternatif, tentunya perlu dipertimbangkan kelebihan dan

kekurangannya, sehingga dapat diketahui apakah energi tersebut dapat menjadi solusi yang tepat, efektif, dan efisien. Berikut ini adalah kelebihan- kelebihan energi matahari yang membuatnya menjadi solusi energi alternatif yang efektif dan efisien untuk pembangkit listrik di Indonesia. Yang pertama, energi matahari adalah energi alam yang paling dasar, yang menunjang segala bentuk kehidupan. Energi matahari mudah diperoleh secara cuma-cuma. Pemanfaatan energi matahari dalam teknologi sel surya pun ramah lingkungan dan tidak menimbulkan polusi. Perangkatnya pun tidak memerlukan lahan yang terlalu luas.

11

BAB III HASIL DAN ANALISIS

3.1

Hasil Pengamatan Hasil pengamatan dalam penulisan mkalah ini, dilakukan pencarian data data dan

informasi dengan menelusuri sumber sumber terkait topik yang dipilih. Informasi dan data di dapat dari berbagai jenis media baik elektronik maupun cetak. Seperti dari buku buku buku teks, jurnal jurnal ilmiah, laporan hasil penelitian, dan artikel artikel dari internet. Kemudian dilakukan pula diskusi antar anggota kelompok dan dengan pihak pihak yang dianggap mengerti mengenai topik karya tulis ilmiah yang kami ambil ini secara informal. Hal ini dilakukan untuk memperjelas gambaran permasalahan yang akan dibahas di dalam karya tulis ini.

3.2

Analisis Pengamatan

3.2.1 Mekanisme Konversi Energi Gelombang Elektromagnetik Menjadi Energi Listrik Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana, yaitu mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah lingkungan. Bahan sel surya sendiri terdiri dari kaca pelindung dan material adhesi transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk penyerapan lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi konduktor Ptype dan N-type (terbuat dari campuran silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (terbuat dari logam tipis) untuk mengirim elektron ke dalam perabotan elektronik (Sumber: Rhazio. 2007). Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, Terjadi12

pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semikonduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik. Sel surya paling sederhana merupakan sambungan dua semikonduktor tipe P dan N. Dalam sambungan P-N tersebut terbentuk tiga daerah berbeda. Pertama daerah type P, yang mayoritas pembawa muatannya adalah lubang (hole), kedua daerah type N dengan mayoritas pembawa muatan adalah elektron dan ketiga adalah daerah

pengosongan (deplesi) yang pada daerah ini terdapat medan listrik internal yang arahnya dari N ke P. Ketika radiasi sinar surya mengenai sel surya tersebut maka akan terbentuk elektron dan hole, sehingga karena pengaruh medan listrik internal tersebut di atas, maka hole akan bergerak menuju ke P (mayoritas pembawa muatan adalah hole) dan elektron akan bergerak ke N (mayoritas pembawanya elektron), sehingga keduanya menghasilkan arusfoto difusi. Sedangkan pada daerah pengosongan dapat pula terjadi pasangan hole dan elektron yang karena pengaruh medan internal yang sama akan bergerak menuju ke arah mayoritasnya, sehingga menghasilkan arus generasi. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor

13

intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak didoping. Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.

1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung. 2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektronelektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal. 3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif.. Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif. 4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W. 5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda. 6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan

14

listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas). 7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain. Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p. Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari. Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol lambda sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron. Jadi arus listrik yang mengalir di dalam PN Junction disebabkan oleh gerakan15

hole, tapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Sekedar untuk lebih menjelaskan, elektron yang bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi listrik inilah yang disebut sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah dengan gerakan elekt ron. Jadi parameter-parameter yang mempengaruhi performa sel panel surya adalah a. Energi cahaya matahari(irradiance daan suhu) meliputi frekuensi cahaya matahari dan panjang gelombang, Konstanta matahari, absorbsi (penyerapan) dan refleksi (pemantulan), atmosfer bumi., Jarak antara bumi dengan matahari, Sudut jauh sinar matahari, Sifat-sifat permukaan yang dikenai sinar matahari, Lamanya penyinaran sinar matahari. b. Arus yang dihasilkan cahaya c. Luas area sel surya

3.2.2 Fenomena kuantum dalam semikonduktor a. Efek Fotolistrik pada Sel Surya Pada zat padat isolator dan semikonduktor terdapat dua daerah pita elektronik yang biasa disebut dengan pita valensi dan pita konduksi. Yang pertama tersusun dari lintasan atom valensi dan terisi dengan elektron pada state dasamya. Energi terlarang antara kedua pita tersebut disebut energi gap (Es ). Distribusi elektron pada tingkattingkat energi didifinisan oleh Fungsi distribusi Fermi sebagai ( )( )

Pada semikonduktor murni dengan energi gap yang kecil dan tanpa pengotoran, tingkat energi terletak pada daerah energi gap dan tingkat energi Fermi kira-kira berada di tengah energi gap. Semikonduktor dengan pengotoran tipe-donor-elektron mempunyai tingkat energi dekat bagian bawah pita konduksi, ditandai dengan Ec , disebut semikonduktor tipe-n. Sebaliknya semikonduktor dengan pengotoran tipe-aseptor-elektron mempunyai tingkat energi dekat dengan pita valensi (E, ;) disebut semikonduktor tipe-p. Dalam hal ini pengotoran tidak selalu berarti adanya tambahan unsur kimia tetapi dapat berarti akibat adanya cacat pada kisi semikonduktor tersebut. Sebagai contoh, beberapa oksida seperti ZnO merupakan isolator saat membentuk kristal yang hampir sempuma, tetapi dengan

16

adanya pemanasan bahan tersebut akan kehilangan beberapa atom oksigen sehingga menjadi semikonduktor tipe-n. Silikon murni mempunyai konduktivitas listrik yang rendah namun bahan ini akan menjadi semikonduktor tipe-n jika dilakukan pengotoran dengan posfor dan menjadi tipe-p jika dilakukan pengotoran dengan atom boron. Pada semikonduktor tipe-n, elektron pada tingkat pengotoran donor sebagian tereksitasi secara termal pada pita konduksi dan tingkat Fermi naik mendekati tingkat donor. Pada semikonduktor tipe-p, elektron pada pita valensi sebagian tereksitasi ke tingkat aseptor dan tingkat energi Fermi turun dekat tingkat aseptor. Sebagian besar semikonduktor tipe-n, E , E F berharga,beberapa puluh kali lebih besar dibandingkan kT, sehingga f(E) untuk pita konduksi menjadi ( )( )

dalam hal ini rapat keadaan N(E), dapat didekati dengan harga dekat pita konduksi. Dengan mengadopsi model elektron bebas pada pita konduksi, N(E) dapat dituliskan Persamaan tersebut menuliskan tingkat Fermi terhadap bagian bawah (atau bagian atas) pita valensi (pita konduksi). Dengan menjumlah kedua persamaan tersebut diperoleh ( ( ) ( ) )

(

)

Dimana Nc adalah rapat keadaan pita konduksi didefisinikan sebagai ( )

Dengan cara yang sama, jumlah lubang pada pita valensi, p 0 diperoleh

Dimana EV energi bagian atas pita valensi dan N V adalah kerapatan state efektif pada pita valensi diberikan ( )

Dimana mh adalah massa efektif lubang pada pita valensi. Sehingga dapat diperoleh17

Persamaan tersebut menuliskan tingkat fermi terhadap bagian bawah( atau bagian atas) pita valensi(pita konduksi). Dengan menjumlahkan kedua persamaan tersebut diperoleh

dimana Eg (= Ec E,) adalah energi gap dan n i adalah kerapatan pembawa muatan mumi. Persamaan ini menunjukkan bahwa pada kondisi kesetimbangan, jumlah lubang pada pita valensi dan jumlah elektron pada pita konduksi adalah konstan, dengan tidak memperhatikan kerapatan dopan

Saat arus mengalir akibat penyinaran, yaitu akibat kondisi ketidakseimbangan, persamaan tersebut tidak dapat diberlakukan, namun masih dapat didifinisikan tingkat quasi-Fermi dari elektron dan lubang, dan , dengan menggunakan asumsi distribusi

Boltzmann. Adanya kenaikan jumlah kerapatan pembawa muatan mayoritas akibat penyinaran biasanya dapat diabaikan dibandingkan dengan kerapatan dopan, namun tingkat pembawa muatan mayoritas quasi-Fermi tidak mengalami perubahan. Sebaliknya kenaikan kerapatan pembawa muatan minoritas akibat penyinaran mengalami peningkatan dibandingkan pada kondisi kesetimbangan, akibatnya tingkat quasi-Fermi mengalami perubahan dibandingkan tingkat pembawa muatan mayoritas quasi-Fermi. Tingkat quasiFermi dari elektron dan lubang diberikan oleh persamaan

dimana n dan p merupakan kerapatan elektron dan lubang pada kondisi kesetimbangan. Dan persamaan dapat diturunkan persamaan berikut

18

dimana

adalah jarak dalam bentuk energi antara kedua tingka quasi Fermi.

dalam daerah muatan ruang sama dengan eV (V adalah tegangan maju) sehingga persamaan 3.17 menjadi

Persamaan itu menunjukkan bahwa basil kali np mengalami kenaikan secara eksponensial dengan tegangan bias V. b. Sambungan Schottky dan Sambungan p-n Jika dua buah material dengan fungsi kerja yang berbeda disambungkan, maka pembawa muatan bebas pada material dengan fungsi kerja rendah akan berpindah ke material dengan fungsi kerja yang tinggi dan sebagai konsekuensinya akan terbentuk lapisan listrik pada masing-masing permukaan kontak tersebut karena adanya tumpukan muatan. Karena ada tumpukan muatan maka potensial pada material dengan fungsi kerja tinggi menjadi rendah dibandingkan dengan sisi yang lain, akibatnya tingkat Fermi kedua material tersebut menjadi sama. Untuk logam dengan kerapatan pembawa muatan yang tinggi (1022 - 1 0 23 cm-3 ), jarak antar muatan berharga beberapa angstrom, mengakibatkan jatuhnya potensial sehingga tingkat Fermi membentuk satu garis. Sedangkan untuk semikonduktor dengan pembawa muatan yang relatif rendah (< 10 18 cm-3

), pembawa

muatan bebas yang berada pada permukaan sampai ke dalam semikonduktor hams ditransfer ke logam agar tingkat Fermi menjadi sama. Dalam hal ini terbentuk lapisan kosong pada sambungan atau disebut juga sebagai daerah deplesi. Pada lapisan ini total muatan positif (atau muatan negatif) terbentuk akibat ionisasi donor ,(atau aseptor), dan karenanya disebut juga lapisan muatan ruang. Jika diasumsikan adanya beda potensial sekitar 0,5 V, dengan 'kerapatan donor sekitar 10'scm-3, lebar lapisan tersebut diperkirakan sekitar 1 p.m. Jika semikonduktor tipe-n disambungkan dengan logam yang memiliki fungsi kerja lebih tinggi, elektron pada pita konduksi semikonduktor berpindah ke logam, akibatnya terjadi gradien potensial pada daerah deplesi. Pita energi pada semikonduktor akan terbelokkan dan membentuk tegangan penghalang disebut penghalang Schottky. Jika diasumsikan tidak terjadi state karena kecacatan kisi pada semikonduktor, maka besarnya19

pembelokan dari posisi setimbang sebesar perbedaan fungsi kerja logam dan semikonduktor, yaitu

dimana

sering disebut potensial "built-in". Energi penghalang mengalirnya elektron , sedangkan untuk ,( adalah afinitas

pada pita konduksi semikonduktor ke logam adalah sebesar menggerakkan elektron dari logam ke semikonduktor sebesar

elektron pada semikonduktor). Jika tegangan maju dikenakan, pembelokan pita energi tersebut mengalami pengurangan sebesar eV, sehingga penghalang aliran elektron dari semikonduktor ke logam menjadi rendah. Sebaliknya penghalang aliran elektron dari logam ke semikonduktor tidak mengalami perubahan (baik bertegangan maju maupun mundur). Harga tersebut disebut tinggi penghalang, dari penghalang Schottky:

Penghalang schottky berbentuk ( untuk semikonduktor tipe-p.

) untuk semikonduktor tipe-n dan (

)

Jika semikonduktor tipe-n dan tipe-p disambungkan, elektron pada tipe-n akan berpindah ke tipe-p dan akibatnya tingkat Fermi keduanya menjadi sama. Pembawa muatan bebas akan terdefleksi dekat perbatasan dan terjadi pembelokan pita energi akibat adanya lapisan muatan positif donor pada tipe-n dan lipisan muatan negatif aseptor pada tipe-p. Besarnya pembelokan pita energi tersebut sama dengan beda tingkat energi Fermi kedua semikonduktor tersebut. c. Timbulnya Tegangan Foto dan Arus Foto Pada bagian ini dibahas mekanisme dasar sel surya denganrmengambil sel surya dengan konfigurasi diode Schottky, menggunakan semikonduktor tipe-n. Jika foton dengan energi lebih besar dari energi gap datang pada permukaan semikonduktor, elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi. Dengan kata lain terjadi generasi elektronlubang akibat cahaya foton. Generasi lubang (pembawa muatan minoritas) dan elektron (pembawa muatan20

mayoritas) berdifusi dalam semikonduktor. Dalam proses difusi tersebut lubang mencapai daerah permukaan deplesi akibat medan listrik. Sebaliknya elektron pada daerah deplesi ditolak ke dalam semikonduktor oleh medan. Akhimya pasangan elektron-lubang dipisahkan oleh medan listrik pada daerah deplesi. Di bawah penyinaran, elektron akan terkumpul di dalam semikonduktor dan tegangan listrik pada bagian tersebut mengalami kenaikan. Karena energi pada pinggir pita semikonduktor berharga tetap terhadap tingkat Fermi, pengumpulan elektron tersebut menyebabkan penurunan pembelokan pita dan tingkat quasi Fermi elektron dari semikonduktor, , menjadi Iebih tinggi dibandingkan tingkat Fermi logam Ern, dengan

perbedaan dalam bentuk tegangan sebesar VPh . Tingkat quasi-Fermi lubang, EF , pada permukaan semikonduktor hampir berimpit dengan karena kesetimbangan telah tercapai antara permukaan semikonduktor dan logam akibatnya terjadi transfer lubang yang sangat cepat dari pennukaan lubang ke logam. Setelah kerapatan elektron yang terkumpul cukup tinggi, maka tingkat Fermi logam dan tingkat quasi-Fermi elektron pada semikonduktor mengakibatkan kenaikan tegangan foto dan penurunan pembelokan pita energi. Akibatnya probabilitas jarak pasangan lubang-elektron yang tergenerasi menjadi menurun, dan berakibat pula penurunan kerapatan arus foto. Dalam kondisi rangkaian terbuka, pita energi menjadi hampir datar sehingga tingkat rekombinasi lubang-elektron akan sama dengan tingkat fotogenerasi. Pada kondisi rangkaian tertutup, tingkat elektron dan tingkat quasiFermi lubang pada persambungan logam-semikonduktor berimpit dengan tingkat Fermi logam, dan tidak ada tegangan foto yang tergenerasi. Dalam kasus ini pembelokan pita energi sangat besar dan probabilitas jarak lubangelektron sangat tinggi, akibatnya kerapatan arus foto sangat tinggi. Di bawah tegangan maju, yaitu saat tegangan negatif dikenakan pada semikonduktor, pembelokan pita menjadi kecil. akibatnya pada kondisi gelap kerapatan aliran mayoritas dari semikonduktor ke logam naik. Sebaliknya pada kondisi bertegangan mundur, pembelokan pita energi menjadi besar dan aliran pembawa muatan mayoritas dapat diabaakan. Dapat dikatakan bahwa diode bertingkah laku sebagai pembalik. Jika sambungan tersebut dikenai sinar, maka lubang akan berpindah dari semikonduktor ke logam seperti telah disebutkan di aatas. Oleh sebab itu arus foto mengalir berlawanan arah dengan arus gelap. Jumlah anus total, J dapat dinyatakan sebagai [ ]

21

dimana Jo , adalah kerapatan arus gelap jenuh, yaitu kerapatan arus yang mengalir di bawah tegangan mundur yang cukup tinggi (saat V = ) . Substitusi persamaan diperoleh [ ]

Salah satu tipe kurva I-V di bawah penyinaran diperlihatkan oleh kurva b padaTitik A pada gambar tersebut menunjukkan kondisi rangkaian hubung singkat, dimana arus foto mengalir namun tidak ada tegangan foto yang timbul. Kerapatan arus foto pada rangkaian tertutup, J s c , diperoleh dengan memasukkan V = 0 ke persamaan, memberikan

Titik B menunentukkan kondisi rangkaian terbuka, dimana tegangan foto terjadi namun tanpa ada aliran arus foto. Tegangan foto rangkaian terbuka diperoleh dengan substitusi J = 0 ke persamaan 2.23,

(

)

Titik C memberikan daya maksimum dimana hasil kali arus foto dan tegangan foto, yaitu besarnya daya listrik, We, mencapai harga tertinggi. Efisiensi konversi energi dari sel surya pada titik C dapat dituliskan sebagai

dimana W energi surya yang datang dan Fl adalah faktor isian yaitu nisbah antara luas persegi panjang dengan sisi Y dan X. Parameter-parameter yang mempengaruri dalam sel surya adalah sebagai berikut: a. Energi matahari/intensitas matahari22

b. Bahan semikonduktor c. Alat konversi

3.3

Energi Surya Sebagai Pengganti Energi Fosil Para ilmuan memperkirakan bahwa Tahun 2307, bahan bakar fosil telah habis

sepenuhnya. Minyak bumi telah mengering akibat penggunaan yang melampaui batas selama lima ratus tahun terakhir. Batu bara lenyap setelah dibakar oleh kegiatan industri selama lebih dari tiga ratus tahun. Akhirnya, masyarakat dunia membangun tiga buah orbital elevatorberbentuk menara setinggi 3.400 km yang mampu mengubah sinar matahari menjadi energi secara langsung-dengan tujuan mengatasi krisis energi. Sayangnya, keberadaan orbital elevator membuat masyarakat dunia terbagi ke dalam tiga kekuatan besar. Kekuatan pertama dikenal sebagai Perserikatan Energi Matahari dan Negara-Negara Bebas (Union of Solar Energy and Free Nations atau Union) yang beranggotakan negara-negara di Amerika Utara, Amerika Selatan dan Jepang. Union mengendalikan orbital elevator di Amerika Selatan. Uni Eropa Baru (Advance European Union atau AEU) sebagai kekuatan kedua yang mengendalikan orbital elevator di Afrika. AEU memiliki anggota yang tersebar di seluruh Eropa, Rusia-Eropa dan benua Afrika. Sementara itu, Liga Pembentukan Manusia (Human Reform League atau HRL), sebagai kekuatan ketiga, mengedalikan orbital elevator di Australia. HRL dipimpin oleh Cina, India, Rusia-Siberia dan negara-negara di Asia Tenggara. Celakanya, ketiga kekuatan dunia tersebut kembali terlibat perang dunia demi memerebutkan sumber energi dan menjadi penguasa dunia. Saat ini kebutuhan energi, khususnya energi listrik (energi listrik adalah energi yang mudah dikonrversikan ke dalam bentuk energi yang lain) terus meningkat dengan pesat, bahkan di luar estimasi yang diperkirakan. Hal ini sudah selayaknya sebagai dampak meningkatnya seluruh aktivitas kehidupan yang menggunakan energi listrik. Selama ini kebutuhan energi bahkan kebutuhan dunia masih mengandalkan minyak bumi sebagai penyangga utama kebutuhan energi. Sementara itu tidak dapat dihindarkan bahwa sumber energi ini semakin langka dan mahal harganya. Bagi Indonesia masalah energi menjadi lebih penting lagi artinya dan perlu mendapatkan penanganan yang khusus karena : Lebih kurang 80 % kebutuhan energi di Indonesia dipenuhi oleh minyak bumi (data 2002)

23

Harga minyak dan Konsumsi minyak bumi yang cenderung meningkat dengan pesat setiap tahun. Banyaknya sumber-sumber alternatif di Indonesia yang perlu dikembangkan.

Pokok-pokok mengenai energi telah dicantumkan dalam Kebijakan Energi Nasional yang tujuan dari kebijakan tersebut adalah penghematan bahan bakar minyak bumi dan pengembangan sumber-sumber energi alternatif lainnya. Untuk mengatasi hal itu selanjutnya ditekankan penghematan bahan bakar minyak dalamnegeri terutama untuk kebutuhan yang tidak dapat digantikan dengan bentuk energi yang lain seperti transportasi, feedstock industri dan lain-lain serta pemanfaatan seoptimal mungkin sumber-sumber energi alternatif lain, seperti Tenaga Air, panas bumi, Tenaga Matahari dan sebagainya. Dengan mempertimbangkan permasalahan-permasalahan energi tersebut maka diperlukan langkah-langkah serta strategi untuk pengembangan energi lebih lanjut seperti tertuang dalam Kebijakan Energi Nasional. Tujuan Kebijakan Energi Nasional dapat dirumuskan Pengadaan energi dalam negeri, mengusahakan tersedianya energi dalam negeri secara terus-menerus dalam jumlah dan mutu yang sesuai dengan kebutuhan dan harga yang terjangkau. Pengadaan energi untuk ekspor, mengusahakan tersedianya minyak, gas bumi, dan sumber energi lain untuk ekspor dengan harga yang paling menguntungkan dalam waktu cukup panjang. Penghematan penggunaan bahan bakar minyak, menggunakan bahan bakar minyak dengan cara yang sehemat-hematnya terutama untuk kebutuhan yang tidak dapat diganti dengan bentuk energi lain seperti transportasi dan feedstock industri. Pengembangan sumber-sumber energi lainnya. Mengembangkan sumber energi yang terbarukan (dapat diganti dan tidak habis dipakai) dalam waktu yang tidak terlalu lama, menggantikan sejauh mungkinpemakaian sumber-sumber energi yang tidak terbarukan (tak dapat diganti dan habis dalam jangka waktu tertentu) Pelestarian Lingkungan. Mengembangkan sumber energi secara efisien dan bijaksana dengan memperhatikan dampak negatif dan meningkatkan dampak positif terhadap lingkungan pada pengadaan dan pemanfaatan energi. Menyediakan energi dan mengelola sumber daya energi yang dapat memperkuat ketahanan nasional dalam arti meningkatkan kemampuan dan ketangguhan bangsa24

Indonesia menghadapi

masa depan dan mengurangu ketergantungan pada

pemanfaatan energi dari luar negeri. Untuk tercapainya tujuan tersebut perlu langkah-langkah kebijaksanaan mengenai energi ialah mengusahakan energi tidak habis terpakai sebagai pemenuhan kebutuhan energi dalam negeri. Untuk memungkinkan tercapainya maka perlu diadakan berbagai lengkah kebijakan yang dikelompokan dalam pola upaya Intensifikasi, Konservasi, Indeksasi, Diversifikasi Dari ke empat pola upaya yang terpenting adalah pola upaya Konservasi dan Diversifikasi: Konservasi adalah uapaya penggunaan energi dengan lebih effisien dengan tidak mengurangi laju pertumbuhan pembangunan. Usaha ini harus didukung dan dilaksanakan semua sektor, rumah tangga, angkutan, prasarana, industri, petanian dan lain-lain. Prinsip ini perlu diterapkanoleh masyarakat dengan ditumbuhkan pengertia dan kesadaran tentang masalah energi, terutama tentang kelangkaan dan mengikuti gaya hidup hemat energi. Diversifikasi adalah usaha strategis mengurangi ketergantungan dari minyak bumi dalam usaha memenuhi kebutuhan energi dalam negeri (kecuali kebutuhan yang tidak dapat diganti dengan bentuk energi yang lain seperti transportasi dan feedstock industri yang harus dilakukan penghematan yang sehemat-hematnya dan

menggantikan dengan jenis energi lain. Diversifikasi akan meningkatkan penganeka ragaman penggunaan berbagai jenis energi di dalam negeri. Salah satunya yang terpenting adalah pemnafaatan Tenaga Surya dengan mengguanakan sel surya. Matahari adalah sumber energi utama yang memancarkan energi yang luar biasa besarnya ke permukaan bumi. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima sekitar 1000 watt energi matahari per-meter persegi. Kurang dari 30 % energi tersebut dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversikan menjadi panas, 23 % digunakan untuk seluruh sirkulasi kerja yang terdapat di atas permukaan bumi, sebagaian kecil 0,25 % ditampung angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil 0,025 % disimpan melalui proses fotosintesis di dalam tumbuh-tumbuhan yang akhirnya digunakan dalam proses pembentukan batu bara dan minyak bumi (bahan bakar fosil, proses fotosintesis yang memakan jutaan tahun) yang saat ini digunakan secara ekstensif dan eksploratif bukan hanya untuk bahan bakar tetapi juga untuk bahan pembuat plastik, formika, bahan sintesis lainnya.Sehingga bisa dikatakan bahwa sumber segala energi adalah energi matahari. Energi25

matahari dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara yang berlainan bahan bakar minyak adalah hasil fotosintesis, tenaga hidro elektrik adalah hasil sirkulasi hujan tenaga angin adalah hasil perbedaan suhu antar daerah dan sel surya (sel fotovoltaik) yang menjanjikan masa depan yang cerah sebagai sumber energi listrik. Karena sel surya sanggup menyediakan energi listrik bersih tanpa polusi, mudah dipindah, dekat dengan pusat beban sehingga penyaluran energi sangat sederhana serta sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai karakteristik cahaya matahari yang baik (intensitas cahaya tidak fluktuatif) dibanding tenaga angin seperti di negara-negara 4 musim, utamanya lagi sel surya relatif efisien, tidak ada pemeliharaan yang spesifik dan bisa mencapai umur yang panjang serta mempunyai keandalan yang tinggi. Dalam keadaan cuaca yang cerah, sebuah sel surya akan menghasilkan tegangan konstan sebesar 0.5 V sampai 0.7 V dengan arus sekitar 20 mA dan jumlah energi yang diterima akan mencapai optimal jika posisi sel surya (tegak lurus)

terhadap sinar matahari selain itu juga tergantung dari konstruksi sel surya itu sendiri. Ini berarti bahwa sebuah sel surya akan menghasilkan daya 0.6 V x 20 mA = 12 mW. Jika matahari memancarkan energinya ke permukaan bumi sebesar atau , maka bisa

dibayangkan energi yang dihasilkan sel surya yang rata-rata mempunyai luas bandingka dengan bahan bakar fosil (BBM) dengan proses fotosintesis yang memakan waktu jutaan tahun.

26

BAB IV KESIMPULAN

1.

Sel surya adalah sebuah alat konversi energi yang mengubah bentuk energi surya menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkan oleh sel surya adalah yang paling ramah lingkungan, namun lahan instalasi yang diperlukan sangat luas. Selain itu, energi surya sangat tergantung pada besarnya intensitas sinar matahari, sehingga kontinuitasnya menjadi masalah tersendiri.

2.

Beberapa sifat penting yang terjadi pada efek foto listrik adalah sebagai berikut : Besarnya energi kinetik maksimum elektron foto tidak tergantung pada intensitas cahaya. Permukaan dari sel surya membutuhkan frekuensi minimum tertentu yang disebut frekuensi ambang (fo) untuk dapat menghasilkan elektron foto. Elektron-elektron dapat terbebas dari permukaan sel surya hampir tanpa selang waktu, yaitu kurang dari 10-9 detik setelah penyinaran. Energi kinetik maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar. Semua foton memiliki energi yang sama sebesar hf, sehingga apabila intensitas cahaya dinaikkan namun dengan frekuensi yang tetap akan menambah jumlah foton, tetapi tidak menambah energi yang dipancarkan.

3.

Enrgi sel surya sebagai enrgi alternatif pengganti energi fosil. Mengingat Indonesia merupakan daerah tropis dan mempunyai iklim yang sangat menguntungkan untuk dikembangkan pemanfaatan energi surya ini seoptimal mungkin sebab energi surya adalah lebih baik dari segi ekonomi, kelangsungan kelestarian dan amdalnya.

27

REFERENSI

Abdul Kadir. 2010. Energi. Jakarta: UI-Press. Archie W Culp. 2001. Darwin Sitompul, Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Jakarta:Erlangga. Benjamin C. Kuo. 1982. Automatic Control Systems. New Delhi: Prentice-Hall Of India. www.anneahira.com/energi-surya.htm Republika. 2004. Pemerintah Sudah Saatnya Kembangkan Energi Surya. Republika, 29 Nopember 2004. Yuliarto, B.2006. Energi Surya : Alternatif Sumber Energi Masa Depan di Indonesia. Berita Iptek.com.

28