SEL SURYASitti Hidayatul Hikma (140310130025)

Program Studi Fisika, FMIPA Universitas PadjadjaranSelasa, 20 Oktober 2014Asisten : Heri Fernando

AbstrakEnergi terbaharukan adalah energi yang sangat dicari untuk dimanfaatkan saat ini. Salah satunya

adalah cahaya matahari yang tidak pernah habis. Cahaya matahari menjadi alah satu energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan energy listrik. Sel surya atau solar sel yang merupakan piranti elektronik untuk mengubah cahaya matahari menjadi tegangan listrik mempunyai berbagai karakteristik yang perlu diketahui. Salah satunya adalah efek fotovoltaik.

Pada eksperimen ini diperoleh karakteristik dari sel surya berupa grafik I – V, fill factor dan efisiensi. Nilai fill factor dan efisiensi sel surya yang diperoleh sebesar 18.27% dan 11.04% dari eksperimen tanpa penghalang, 37.78% dan 11.20% dari eksperimen dengan penghalang berwarna merah, 4.20% dan 0.57% dari eksperimen dengan penghalang berwarna hijau. Dari nilai fill factor secara keseluruhan cukup efisien. Namun dari eksperimen dengan penghalang, menggunakan warna merah lebih efisien.

Kata kunci : Cahaya matahari, Sel Surya, Efek fotovoltaik, fill factor, Efisiensi.

I. PendahuluanKebutuhan akan energi saat ini

sangat tinggi. Energi listrik yang bisa dikatakan energi paling mendasar semakin dibutuhkan dalam berbagai segi kehidupan. Dengan semakin berkembangnya zaman, untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut konversi energi dari berbagai macam energi alam gencar dikembangkan. Salah satunya adalah energi dari cahaya matahari yang tidak bisa dihilangkan. Konversi energi cahaya tersebut bisa menggunakan sel surya.

Tujuan utama eksperimen ini adalah untuk mempelajari efek fotovoltaik, menentukan karakteristik sel surya, dan mengoptimisi konversi energi surya menjadi energi listrik. Tiga tujuan utama ini bisa memberikan informasi mengenai sel surya yang baik sehingga bisa dimaksimalkan pengembangan sel suryanya.

II. Teori DasarSel surya merupakan salah satu

produk teknologi yang dikembangkan pada bahan semikonduktor yang mampu menyerap gelombang electromagnet dan konversi energi cahaya (photon) menjadi energi listrik

secara langsung. Ketika energi photon yang datang lebih besar dari celah energi ini maka photon akan diserap oleh semikonduktor untuk membentuk pasangan electron-hole sebagai pembawa muatan (carrier). Selanjutnya elektron dan hole bergerak berturut – turut ke arah lapisan p dan n sehingga timbul beda potensial dan photocurrent (arus yang dihasilkan cahaya) ketika kedua muatan melintasi daerah sambungan p-n.[1]

Gambar 1. Skema Photocurrent Pada Sel Surya

Karakteristik Sel Surya Arus – Tegangan

Gambar 2. Karakteristik V – I Sel Surya

Cahaya mengakibatkan kurva V – I dioda pada gambar 2 turun dari kuadran pertama ke kuadran empat dimana daya dapat dihasilkan dari dioda melalui arus bocor pada kuadran empat. Dari gambar 2 dapat disimpulkan bahwa persamaan sel surya dapat diambil dari persamaan dioda yaitu :

I=I o(e

qVnkT−1)−I L

…………….(1)

Dimana I adalah arus pada sel surya, Io adalah arus saturasi dioda, IL

adalah arus cahaya, q muatan elektron, V tegangan sel surya, n faktor kualitas dioda, k konstanta Boltzman dan T suhu ambien.

Faktor Pengisian (Fill Factor)Faktor pengisian sel surya

merupakan perbandingan antara daya keluaran maksimum terhadap daya teoritisnya atau dapat dinyatakan sebagai berikut :

FF=Pmax

V oc . I sc

…………………..(2)

Kualitas sel surya biasanya dinyatakan dengan nilai fill factor (FF) yangmenunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang diterimanya. Atau sering juga dinyatakan dengan nilai efisiensi. Semakin besar nilai fill factor atau efisiensi maka sel surya tersebut semakin baik. Modul sel surya

komersial berbahan Kristal saat ini memiliki efisiensi 14% – 16%. Pengaruh bahan adalah dominan dalam hal ini. Contohnya sel surya berbahan polimer/organik (η = 4% - 5%), armophous silicon (η = 6%), dan multijunction (η = 30%).[2]

III. PercobaanAlat dan Bahan

Gambar 3. Susunan peralatan pengukuran kurva karakteristik solar sel

Metode EksperimenDalam eksperimen ini dilakukan

beberapa praktikum diantaranya menentukan intensitas dari berbagai variasi jarak dengan penghalang dan tanpa penghalang. Selanjutnya dilakukan percobaan menentukan tegangan dan arus dari berbagai variasi jarak baik menggunakan penghalang maupun tidak. Eksperimen terakhir dengan menambahkan pengaruh suhu terhadap eksperimen.

IV. Data dan AnalisisData PercobaanGrafik Percobaan 1

Grafik Percobaan 2

Tabel 1. Fill Factor dan Efisiensi Intensitas Cahaya dengan Variasi Jarak yang BerbedaKeadaan FF (%) η (%)Tanpa Penghalang

18.27 11.04

Penghalang Merah

37.78 11.20

Penghalang Hijau

4.20 0.57

Grafik Percobaan 3

Grafik Percobaan 4

Grafik Percobaan 5

AnalisaBerdasarkan tabel 1 dapat dilihat

perbandingan fill factor dan efisiensi saat eksperimen baik tanpa penghalang maupun menggunakan penghalang warna merah dan hijau. Berdasarkan fill factor diperoleh nilai terbesar saat tanpa penghalang yaitu sebesar 18.27% karena sumber cahaya langsung mengenai sel surya tanpa mengalami pengurangan intensitas oleh penghalang berwarna. Nilai efisiensi terbesar terdapat pada eksperimen dengan menggunakan penghalang merah yaitu sebesar 11.20%. Hal ini berhubungan dengan panjang gelombang antara kedua warna tersebut. Panjang gelombang merah yang lebih panjang membuat energinya menjadi lebih rendah dibandingkan dengan gelombang

hijau. Sehingga terhalang lebih kuat. Berdasarkan seluruh grafik arus terhadap tegangan menunjukkan bahwa hubungan linier dan berbanding terbalik. Pada grafik percobaan tiga menunjukkan bahwa semakin jauh jarak sumber cahaya dengan sel surya maka arus dan tegangan yang diperoleh akan semakin kecil.

V. SimpulanEfek fotolistrik adalah efek yang

mendasari sistem kerja sel surya yaitu mengubah cahaya menjadi besaran listrik. Dari praktikum ini diperoleh nilai fill factor terbesar saat tanpa penghalang yaitu sebesar 18.27% dan efisiensi efisiensi terbesar terdapat pada eksperimen dengan menggunakan penghalang merah yaitu sebesar 11.20% yang menunjukkan bahwa sel surya cukup efisien, kecuali saat diberi penghalang hijau. Optimalisasi sel surya bisa dilakukan untuk menambah efisiensi dari sel surya. Optimalisasi ini bisa dilakukan dengan memfokuskan cahaya langsung pada sel surya agar intensitas sinar yang ditangkap sel surya besar.

Daftar Pustaka[1] Diputra, Wibeng. 2008. Sel Surya. FT UI.[2] Ramadhan, Firman. 2010. Karakteristik Sel Surya.http://mfirmanramadhan.files.wordpress.com (diakses 02 Oktober 2014 Pukul 05.01 WIB)