Panel Surya - Jonathan Martin Limbong 1006706845

12/22/2011

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA MAKALAH POSTER FISIKA DASAR 2

FAKULTAS TEKNIK UI

PANEL SURYA

Makalah Poster FISIKA DASAR 2 Jonathan Martin - [1006706845] Mahendra Satya Putra - [1006706851] Redry Maynard - [1006706914] Muhammad Haris Iskandar- [1006706870] Reza Insan Meidiansyah - [1006706920] Makalah Poster FISIKA DASAR 2

0

PANEL SURYA

ABSTRAK Panel Surya adalah alat elektronik yang digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energy listrik. Bagaimana proses perubahan energi tersebut? Hal itu yang akan dibahas pada makalah ini. Melalui penjelasan secara terperinci dan sistimatis yang akan dijelaskan pada makalah ini. Sehingga pembaca mengetahui proses sesungguhnya perubahan energi cahaya dari matahari menjadi energy listrik. Lalu dipaparkan juga mengenai semikonduktor yang menyusun sel surya. Karena bentuk dasar sel surya adalah dioda optoelektronik. Lalu, panel surya sendiri terdiri dari beberapa jenis panel surya yang tiap jenisnya memiliki kelebihan masing-masing. Kelebihan-kelebihan itu akan dibahas juga pada tingkat bentuk dari sel surya yang ada pada panel.

Makalah Poster FISIKA DASAR 2

1

I. PendahuluanEnergi merupakan aspek kehidupan yang kini menjadi sorotan manusia di seluruh dunia. Secara garis besarnya energy dibagi menjadi dua macam, yaitu energy yang dapat di perbaharui dan energy yang tidak dapat diperbaharui. Sumber energy yang tidak dapat diperbaharui antara lain berasal dari fossil dan nuklir, sedangkan sumber energy yang dapat diperbaharui antara lain berasal dari panas bumi, gelombang laut, air terjun, angin, energy matahari, dan lain sebagainya. Sumber energy yang tidak dapat diperbaharui, khususnya sumber energy yang berasal dari fossil lambat laun akan di tinggalkan karena semakin lama harga sumber energy tersebut semakin mahal dikarenakan sumber energy ini semakin berkurang jumlahnya. Dampak penggunaan energy yang berasal dari fossil ini terhadap polusi udara juga mendorong orang untuk beralih dari penggunaan batu-bara menjadi menggunakan minyak bumi, kemudian karena minyak bumi dirasa masih menimbulkan polusi udara, maka pada awal 1950-an orang mulai untuk memanfaatkan gas alam sebagai sumber energy yang berasal dari fossil. Sedangkan sumber energy yang berasal dari nuklir masih harus ditunjau lebih jauh lagi tentang dampak dari limbah radioaktifnya. Baik itu tentang tempat pembuangannya yang harus aman untuk jangka waktu tidak ditentukan maupun kemasan untuk membuang limbah radioaktif ini harus benar-benar aman. Sumber energy yang dapat diperbaharui bersal dari energy-energi alam yang jumlahnya bisa dikatakan tidak dapat habis karena selalu terjadi, atau bisa juga berasal dari sumberdaya alam yang dapat diperbaharui contohnya saja dari tumbuh-tumbuhan yang diolah menjadi bahan bakar. Salah satu sumber energi terbarukan yang belum dimanfaatkan dengan optimal adalah cahaya matahari. Indonesia yang terletak di khatulistiwa memiliki potensi penyinaran matahari yang luar biasa besar. Matahari bersinar selama 12 jam setiap hari, sepanjang tahun, dengan intensitas yang tinggi 4,8 kWH/m2/hari. Hal ini tentu saja merupakan sebuah anugarah karena sinar matahari ini dapat di manfaatkan sebagai sumber energi alternatif dan sumber energi ini bisa dikatakan tidak akan pernah habis, tidak bersifat polusif, dan gratis. Energi matahari ini dalam penggunaannya dapat di manfaatkan sebagai energy untuk memanaskan (solar thermal) atau sebagai energy listrik (photovoltaic). Pemakaian energy matahari sebagai photovoltaic dalam kerekayasaan sebagai sumber pembangkit energy listrik bisa dikatakan tidak menghasilkan polusi, baik polusi udara maupun polusi terhadap lingkungan sekitar. Bahan dasar dari photovoltaic adalah solar cell atau sel surya. 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. Sel surya memiliki banyak


2

aplikasi. Sel surya terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll.


3

II. Pembahasan1.1 Teori Sel surya bekerja dalam tiga langkah: 1. Foton dalam sinar matahari memukul panel surya dan diserap oleh bahan semikonduktor, seperti silikon. 2. Elektron (bermuatan negatif) yang mengetuk lepas dari atom-atom mereka, menyebabkan perbedaan potensial listrik. Mulai saat ini mengalir melalui materi untuk membatalkan potensi dan listrik ini ditangkap. Karena komposisi khusus dari sel surya, elektron hanya diperbolehkan untuk bergerak dalam satu arah. 3. Sebuah array sel surya mengubah energi matahari menjadi jumlah yang dapat digunakan langsung saat listrik (DC). 1.2 Karakteristik Panel Surya Panel surya memerlukan sinar matahari. Tempatkan panel sel surya pada posisi dimana tidak terhalangi oleh objek sepanjang pagi sampai sore. Panel surya - solar cells menghasilkan listrik arus searah DC. Untuk efisiensi yang lebih tinggi, gunakan lampu DC seperti lampu LED. Instalasi kabel baru khusus untuk arus searah DC untuk perangkat berikut ini misalnya: lampu penerangan berbasis LED (Light Emiting Diode), kamera CCTV, wifi (wireless fideliity), dll.

1.3 Jenis Panel Surya Panel sel surya mengubah intensitas sinar matahari menjadi energi listrik. Panel sel surya menghasilkan arus yang digunakan untuk mengisi baterai. Panel sel surya 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 sel surya (memperluas) berarti menambah konversi tenaga surya. Umumnya panel sel surya denganMakalah Poster FISIKA DASAR 2 4

ukuran tertentu memberikan hasil tertentu pula. Contohnya ukuran a cm x b cm menghasilkan listrik DC (Direct Current) sebesar x Watt per hour/ jam.

Efesiensi Perubahan DayaMono Sangat Baik

Daya Biaya TahanSangat Baik Baik

Keterangan

Penggunaan

Kegunaan Pemakaian Luas Cocok untuk produksi massal di masa depan Bekerja baik dalam

Sehari-hari

Poly

Baik

Sangat Sangat Baik Baik

Sehari-hari

Amorphous

Cukup Baik

Cukup Baik

Sehari-hari & perangkat komersial (kalkulator) Pemakaian di luar angkasa

Baik

pencahayaan fluorescent

Compound (GaAs)

Sangat Baik

Sangat Cukup Baik Baik

Berat & Rapuh

Jenis panel sel surya: A. Polikristal (Poly-crystalline) Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak. Type Polikristal memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat mendung. B. 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. C. Amorphous Amorphous silicon (a-Si) has been used as a photovoltaic solar cell material for calculators for some time. Although they are lower performance than traditional c-Si solar cells, this is not important in calculators, which use very low power. a-Si's ability to be easily deposited during construction more than makes up for any downsides. More recently, improvements in a-Si construction techniques have made them more attractive for large-area solar cell use as well. Here their lower inherent efficiency is made up, at leastMakalah Poster FISIKA DASAR 2 5

partially, by their thinness - higher efficiencies can be reached by stacking several thin-film cells on top of each other, each one tuned to work well at a specific frequency of light. This approach is not applicable to c-Si cells, which are thick as a result of their construction technique and are therefore largely opaque, blocking light from reaching other layers in a stack. The main advantage of a-Si in large scale production is not efficiency, but cost. a-Si cells use approximately 1% of the silicon needed for typical c-Si cells, and the cost of the silicon is by far the largest factor in cell cost. However, the higher costs of manufacture due to the multilayer construction have, to date, make a-Si unattractive except in roles where their thinness or flexibility are an advantage. 1.4 Bahan Panel Surya Bahan yang berbeda menampilkan efisiensi yang berbeda dan memiliki biaya yang berbeda. Bahan untuk sel surya yang efisien harus memiliki karakteristik cocok dengan spektrum cahaya yang tersedia. Beberapa sel yang dirancang untuk secara efisien mengubah panjang gelombang cahaya matahari yang mencapai permukaan Bumi. Namun, beberapa sel surya yang dioptimalkan untuk penyerapan cahaya di luar atmosfer bumi juga. Bahan menyerap cahaya sering dapat digunakan dalam konfigurasi fisik untuk mengambil keuntungan dari penyerapan cahaya yang berbeda dan mekanisme biaya pemisahan. Bahan ini digunakan untuk sel surya fotovoltaik termasuk silikon monocrystalline , silikon polikristalin , silikon amorf , telluride kadmium , dan indium selenide tembaga / sulfida. Banyak sel surya saat ini tersedia terbuat dari bahan massal yang dipotong menjadi wafer antara 180-240 mikrometer tebal yang kemudian diproses seperti semikonduktor lainnya. Bahan lain yang dibuat sebagai film tipis lapisan, organik pewarna , dan organik polimer yang diendapkan pada substrat mendukung . Kelompok ketiga yang terbuat dari nanocrystals dan digunakan sebagai titik-titik kuantum (elektron-terbatas nanopartikel ). Silikon tetap satu-satunya bahan yang baik diteliti di kedua massal dan bentuk film tipis. 1.5 Cara Kerja Panel Surya Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon. Penemuan ini pertama kali diungkapkan oleh Einstein pada tahun 1905. Energi yang dipancarkan oleh sebuah cahaya dengan panjang gelombang dan frekuensi photon V dirumuskan dengan persamaan:

E = h.c/ Makalah Poster FISIKA DASAR 2 6

Dengan h adalah konstanta Plancks (6.62 x 10-34 J.s) dan c adalah kecepatan cahaya dalam vakum (3.00 x 108 m/s). Persamaan di atas juga menunjukkan bahwa photon dapat dilihat sebagai sebuah partikel energi atau sebagai gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi tertentu. Dengan menggunakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe p dan n, cahaya yang datang akan mampu dirubah menjadi energi listrik. Pada prinsipnya, sel surya adalah identik dengan piranti semikonduktor dioda. Hanya saja dewasa ini strukturnya menjadi sedikit lebih rumit karena perancangannya yang lebih cermat untuk meningkatkan efisiensinya. Untuk penggunaan secara luas dalam bentuk arus bolak-balik, masih diperlukan peralatan tambahan seperti inventer, baterei penyimpanan dan lainlain. Kemajuan dari penelitian akan material semikonduktor sebagai bahan inti sel surya, telah menjadi faktor kunci bagi pengembangan teknologi ini. Dalam teknologi sel surya, terdapat berbagai pilihan penggunaan material intinya. Kristal tunggal silikon sebagai pioner dari sel surya memang masih menjadi pilihan sekarang karena teknologinya yang sudah mapan sehingga bisa mencapai efisiensi lebih dari 20 % untuk skala riset. Sedangkan modul/panel sel surya kristal silikon yang sudah diproduksi berefisiensi sekitar 12 %. Namun demikian, penggunaan material ini dalam bentuk lempengan (waver) masih digolongkan mahal dan juga volume produksi lempeng silikon tidak dapat mencukupi kebutuhan pasar bila terjadi penggunaan sel surya ini secara massal. Sehingga untuk penggunaan secara besar-besaran harus dilakukan uasaha untuk mempertipis lapisan silikonnya dari ketebalan sekarang yang mencapai ratusan mikron.

Proses KonversiProses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. 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.


7

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 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 semikonduktorMakalah Poster FISIKA DASAR 2 8

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 muatanminoritas (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 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 denganMakalah Poster FISIKA DASAR 2 9

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.


10

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.

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.


11

1.6 Performance Panel Surya Total pengeluaran listrik (wattage) dari solar cells panel adalah sebanding dengan voltase/ tegangan operasi dikalikan dengan arus operasi saat ini. Solar cells panel dapat menghasilkan arus dari voltase yang berbeda-beda. Hal ini berbeda dengan baterai, yang menghasilkan arus dari voltase yang relatif konstan. Karakteristik output dari solar cells panel dapat dilihat dari kurva performansi, disebut I-V curve. I-V curse menunjukkan hubungan antara arus dan voltase.

Gambar diatas menunjukkan tipikal kurva I-V. Voltase (V) adalah sumbu horizontal. Arus (I) adalah sumbu vertikal. Kebanyakan kurva I-V diberikan dalam Standar Test Conditions (STC) 1000 watt per meter persegi radiasi (atau disebut satu matahari puncak/ one peak sun hour) dan 25 derajat Celcius/ 77 derajat Fahrenheit suhu solar cells panel. Sebagai informasi STC mewakili kondisi optimal dalam lingkungan laboratorium. Kurva I-v terdiri dari 3 hal yang penting: 1. Maximum Power Point (Vmp dan Imp) 2. Open Circuit Voltage (Voc) 3. Short Circuit Current (Isc) Maximum Power Point (Vmp&Imp) Pada kurva I-V, Maximum Power Point Vmp dan Imp, adalah titik operasi, dimana maksimum pengeluaran/ output yang dihasilkan oleh solar cells panel saat kondisi operasional. Dengan kata lain, Vmp dan Imp dapat diukur pada saat solar cells panel diberi beban pada 25 derajat Celcius dan radiasi 1000 watt per meter persegi. Pada kurva di atas voltase 17 volts adalah Vmp, dan Imp adalah 2,5 ampere. Jumlah watt pada batas maksimum ditentukan dengan mengalikan Vmp dan Imp, maksimum jumlah watt pada STC adalah 43 watt.


12

Output berkurang sebagaimana voltase menurun. Arus dan daya output dari kebanyakan modul solar cells panel menurun sebagaimana tegangan/ voltase meningkat melebih maximum power point.

Open Circuit Voltage (Voc) Open Circuit Voltage Voc, adalah kapasitas tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus (current). Pada kurva I-V, Voc adalah 21 volt. Daya pada saat Voc adalah 0 watt. Voc solar cells panel dapat diukur dilapangan dalam berbagai macam keadaan. Saat membeli modul, sangat direkomendasikan untuk menguji voltase untuk mengetahui apakah cocok dengan sepisifikasi pabrik. Saat menguji voltase dengan multimeter digital dari terminal positif ke terminal negatif. Open Circuit Voltage (Voc) dapat diukur pada pagi hari dan sore hari. Short Circuit Current (Isc) Short Circuit Current Isc, adalah maksimum output arus dari solar cells panel yang dapat dikeluarkan (output) di bawah kondisi dengan tidak ada resistansi atau short circuit. Pada kurva I-V diatas menunjukkan perkiraan arus 2,65 Ampere. Daya pada Isc adalah 0 watt. Short circuit current dapat diukur hanya pada saat membuat koneksi langsung terminal positif dan negatif dari modul solar cells panel. Label Spesifikasi Solar Cell Panel Semua nilai ditemukan pada kurva I-V digunakan untuk menciptakan label yang spesifik untuk setiap modul solar cells panel. Semua model ditera di bawah standar kondisi tes. Label Spesifikasi dapat ditemukan di bagian belakang dari module solar cells panel: Electrical rating at 1.000 Watt/m2 AM 1.5, Temperature Cell 25 degree Celcius Max. Power: 43 W Voc: 21.4 V Vmp: 17.3 V Isc: 2.65 A Imp: 2.5 A Faktor-faktor yang Mempengaruhi Solar Cells Panel Lima hal utama yang mempengaruhi unjuk kerja/ performansi dari modul solar cells panel: 1. Bahan pembuat solar cells panel 2. Resistansi beban 3. Intensitas cahaya matahariMakalah Poster FISIKA DASAR 2 13

4. Suhu/ temperatur solar cells panel 5. Bayangan/ shading.

Resistansi Beban Tegangan baterai adalah tegangan operasi dari solar cell panel module, apabila baterai dihubungkan langsung dengan solar cell panel modul. Sebagai contoh, umumnya baterai 12 Volt, voltase/ tegangan baterai biasanya antara 11.5 sampai 15 Volts. Untuk dapat mencharge baterai, solar cell panel harus beroperasi pada voltase yang lebih tinggi daripada voltase baterai bank. Effisiensi paling tinggi adalah saat solar panel cell beroperasi dekat pada maximum power point. Pada contoh di atas, tegangan baterai harus mendekati tegangan Vmp. Apabila tegangan baterai menurun di bawah Vmp, ataupun meningkat di atas Vmp, maka effisiensi nya berkurang.

Intensitas Cahaya Matahari Semakin besar intensitas cahaya matahari secara proposional akan menghasilkan arus yang besar. Seperti gambar berikut, tingkatan cahaya matahari menurun, bentuk dari kurva I-V menunjukkan hal yang sama, tetapi bergerak ke bawah yang mengindikasikan menurunnya arus dan daya. Voltase adalah tidak berubah oleh bermacam-macam intensitas cahaya matahari. Suhu solar cell panel Sebagaimana suhu solar cell panel meningkat diatas standar suhu normal 25 derajat Celcius, efisiensi solar cell panel modul effisiensi dan tegangan akan berkurang. Gambar di bawah ini mengilustrasikan bahwa, sebagaimana, suhu sel meningkat diatas 25 derajat Celcius (suhu solar cell panel module, bukan suhu udara), bentuk kurva I-V tetap sama, tetapi bergeser ke kiri sesuai dengan kenaikan suhu solar cell panel, menghasilkan tegangan dan daya yang lebih kecil. Panas dalam kasus ini, adalah hambatan listrik untuk aliran elektron. Untuk itu aliran udara di sekeliling solar cell panel module sangat penting untuk menghilangkan panas yang menyebabkan suhu solar cell panel yang tinggi.


14

Shading/ Teduh/ Bayangan Solar cell panel, terdiri dari beberapa silikon yang diserikan untuk menghasilkan daya yang diinginkan. Satu silikon menghasilkan 0.46 Volt, untuk membentuk solar cell panel 12 Volt, 36 silikon diserikan, hasilnya adalah 0.46 Volt x 36 = 16.56. Shading adalah dimana salah satu atau lebih sel silikon dari solar cell panel tertutup dari sinar matahari. Shading akan mengurangan pengeluaran daya dari solar cell panel. Beberapa jenis solar cell panel module sangat terpengaruh oleh shading dibandingkan yang lain. Tabel di bawah ini menunjukkan efek yang sangat ekstrim pengaruh shading pada satu sel dari modul panel surya single crystalline yang tidak memiliki internal bypass diodes. Untuk mengatasi hal tersebut solar cell panel dipasang bypass diode, bypass diode untuk arus mengalir ke satu arah, mencegah arus ke silikon yang kena bayangan. Persentase dari bayangan pada satu sel 0% 25% 50% 75% 100% 3 sel terkena bayangan* data diambil dari buku Photovoltaics Design and Installation Manual

Persentase dari loss solar panel module 0% 55% 50% 66% 75% 93

Hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan adalah agar solar cell panel tidak terhalang/ shading.


15

1.7 Aplikasi Panel Surya Tenaga surya yang diserap bumi adalah sebanyak 120 ribu terawatt.Pada prinsipnya tenaga surya sebagai pembangkit listrik dengan dua cara: Produksi uap dengan ladang cermin yang digunakan untuk menggerakkan turbin Pembangkit listrik tenaga surya besar. Mengubah sinar surya menjadi listrik dengan panel surya photovoltaik. Pembangkit listrik tenaga surya portabel / kecil.

Tenaga surya dapat diaplikasikan sebagai berikut: Tenaga surya untuk penerangan di rumah. Tenaga surya untuk penerangan lampu jalan (PJU) Tenaga surya untuk penerangan lampu taman Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk kamera CCTV. Tenaga surya sebagai sumber listrik untuk instalasi wireless (WIFI), radio pemancar, perangkat komunikasi. Tenaga surya untuk perangkat signal kereta api, kapal. Tenaga surya untuk rumah walet, irigasi, pompa air. Tenaga surya sebagai portable power supply Tenaga surya sebagai pemanas untuk menggerakkan turbin sebagai pembangkit listrik tenaga surya seperti di Nevada Amerika. Tenaga surya sebagai sumber tenaga untuk perangkat satelit.


16

1.8 Instalasi Panel Surya Untuk instalasi listrik tenaga surya sebagai pembangkit listrik, diperlukan komponen sebagai berikut: 1. Panel surya/ solar cells/ solar panel 2. Charge controller 3. Inverter 4. Battery

a. Panel surya/ solar cells/ solar panel: panel surya menghasilkan energi listrik tanpa biaya, dengan mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cells) yang disinari matahari/ surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cells menghasilkan kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun). b. Charge controller, digunakan untuk mengatur pengaturan pengisian baterai. Tegangan maksimun yang dihasilkan panel surya pada hari yang terik akan menghasilkan tegangan tinggi yang dapat merusak baterai. c. Inverter, adalah perangkat elektrik yang mengkonversikan tegangan searah (DC - direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC - alternating current).Makalah Poster FISIKA DASAR 2 17

d. Baterai, adalah perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga surya. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari. Diagram instalasi pembangkit listrik tenaga surya ini terdiri dari panel surya, charge controller, inverter, baterai.

Dari diagram pembangkit listrik tenaga surya diatas: beberapa panel surya di paralel untuk menghasilkan arus yang lebih besar. Combiner pada gambar diatas menghubungkan kaki positif panel surya satu dengan panel surya lainnya. Kaki/ kutub negatif panel satu dan lainnya juga dihubungkan. Ujung kaki positif panel surya dihubungkan ke kaki positif charge controller, dan kaki negatif panel surya dihubungkan ke kaki negatif charge controller. Tegangan panel surya yang dihasilkan akan digunakan oleh charge controller untuk mengisi baterai. Untuk menghidupkan beban perangkat AC (alternating current) seperti Televisi, Radio, komputer, dll, arus baterai disupply oleh inverter. Instalasi pembangkit listrik mengenai kebutuhan daya: Jumlah pemakaian Jumlah panel surya Jumlah baterai Contoh daya:

dengan

tenaga

surya

membutuhkan

perencanaan

perhitungan keperluan Penerangan rumah: 10 lampu CFL @ 15 Watt x 4 jam sehari = 600 Watt hour. Televisi 21": @ 100 Watt x 5 jam sehari = 500 Watt hour Kulkas 360 liter : @ 135 Watt x 24 jam x 1/3 (karena compressor kulkas tidak selalu hidup, umumnya mereka bekerja lebih sering apabila kulkas lebih sering dibuka pintu) = 1080 Watt hour Komputer : @ 150 Watt x 6 jam = 900 Watt hour Perangkat lainnya = 400 Watt hour Total kebutuhan daya = 3480 Watt hour

Jumlah panel surya yang dibutuhkan, satu panel kita hitung 100 Watt (perhitungan adalah 5Makalah Poster FISIKA DASAR 2 18

jam maksimun tenaga surya): Kebutuhan panel surya : (3480 / 100 x 5) = 7 panel surya. Jumlah kebutuhan batere 12 Volt dengan masing-masing 100 Ah: Kebutuhan batere minimun (batere hanya digunakan 50% untuk pemenuhan kebutuhan listrik), dengan demikian kebutuhan daya kita kalikan 2 x lipat : 3480 x 2 = 6960 Watt hour = 6960 / 12 Volt / 100 Amp = 6 batere 100 Ah. Kebutuhan batere (dengan pertimbangan dapat melayani kebutuhan 3 hari tanpa sinar matahari): 3480 x 3 x 2 = 20880 Watt hour =20880 / 12 Volt / 100 Amp = 17 batere 100 Ah. 1.9 Perhitungan Ekonomis Harga energi per-kWh dari panel surya masih tergolong mahal. Sebuah panel surya berkapasitas 50 Wp lengkap dengan battere penyimpan, controller, 3 titik lampu dan satu titik untuk kulkas atau televisi hitam putih dijual dengan harga ratarata satu seperempat juta rupiah. Panel ini didesain untuk beroperasi selama 20 tahun. Baterai panel biasanya harus diganti setiap 5 tahun. Biasanya perusahaan penjual memberikan garansi selama 10 tahun untuk panel dan 1 tahun untuk battere. Daya yang dihasilkan panel tersebut, dalam pemakaian di Indonesia, berkisar 150 - 250 Wh per hari. Bila panel tersebut digunakan dalam kondisi normal dan bertahan selama 20 tahun maka daya total yang dihasilkan selama 20 tahun adalah 20 tahun dikalikan 365 hari/tahun dikalikan antara 150 - 250 kWh, yaitu antara 1095000 Wh (1.095 kWh) sampai 1825000 Wh (1825 kWh). Jadi investasi yang dikeluarkan untuk per kWh listrik yang dihasilkan adalah antara Rp. 685,- sampai Rp.1142,-(nilai ini belum termasuk penggantian battere setiap lima tahun serta biaya perawatan). Dengan memasukkan faktor-faktor tersebut harga per-kWh energi surya mencapai sekitar Rp.1800,-. Bandingkan harga listrik PLN untuk skala rumah tangga 450 Watt sebesar Rp. 125,- per kWh. Perlu dicatat bahwa ada subsidi pemerintah di dalam harga listrik PLN untuk rumah tangga. Subsidi ini tidak ada dalam penggunaan listrik energi surya yang dihitung di atas. Harga di atas juga merupakan harga satuan panel sampai di tempat konsumen (asal tempatnya tidak terlalu jauh) di Indonesia. Mungkin ada potongan harga untuk pemakaian panel yang lebih banyak dan skala yang lebih besar. Sekarang, panel-panel surya masih diimpor. Artinya harga yang harus dibayar konsumen juga sudah termasuk pajak bea masuk dan pajak pertambahan nilai. Suatu saat ketika ditemukan teknologi yang lebih efisien dan Indonesia dapat membuat panel suryanya sendiri harga panel surya sangat mungkin bisa turun. Sekedar gambaran adalah harga panel surya di Jerman pernah turun sekitar 40% dalam dua bulan.


19

KesimpulanSel surya sangat baik digunakan pada saat ini. Ini dikarenakan sel surya hanya menggunakan cahaya matahari yang dapat diubah menjadi suatu energy yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari-hari, misalnya energy listrik. sel surya ini juga mengurangi tingkat polusi yang terjadi belakangan ini, khususnya pada kota-kota besar. Sel surya akan menguntungkan sebagai peubah energy, karena sel surya mengubah sinar matahari yang jumlahnya tidak terbatas dan tidak akan habis, dan tentunya akan menghemat biaya yang dibutuhkan. selain itu, sel surya juga ramah lingkungan. Sel surya terbuat dari rangkaian dua atau lebih lapisan semikonduktor yang didukung oleh piranti lain untuk meningkatkan efisiensinya. Berdasarkan konfigurasi semikonduktor yang menyusunnya, secara umum sel surya digolongkan menjadi dua macam yaitu: 1. Tipe p-n junction Pada tipe ini sel surya terdiri dari dua lapisan semikonduktor yaitu tipe n (sebagai window) dan tipe p (sebagai adsorber). Tebal lapisan window berkisar antara 0,6 1 m sedangkan tebal lapisan adsorber berkisar antara 1 2 m. 2. Tipe p-i-n junction Pada tipe ini sel surya terdiri dari tiga lapisan semikonduktor yaitu tipe n (sebagai window), tipe I (sebagai buffer) dan tipe p (sebagai adsorber). Sangat banyak kegunaan dari sel surya ini, terutama pada sesuatu yang membutuhkan daya listrik. Aplikasi dari sel surya ini dapat dilihat misalnya pada listrik di rumah-rumah, lampu penerangan jalan, CCTV, dan lain sebagainya yang berhubungan dengan kelistrikan.


20

Daftar PustakaPierret, Robert F. (1996). Semiconductor Device Fundamentals. Addison-Wesley Publishing Company. United States of America. Boylestad Robert, Louis Nashelsky.(1992). Electronic Devices and Circuits Theory 5ed. Prentice Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ.


21

Panel Surya - Jonathan Martin Limbong 1006706845

Documents

Transcript of Panel Surya - Jonathan Martin Limbong 1006706845