“SOLAR CELL”

Disusun Oleh : Fika Irvansyah

TEKNIK ELEKTRONIKA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2011

PENGERTIAN

Solar cell atau sel surya adalah perangkat yang mengubah energi cahaya

menjadi listrik. Pada sel surya terdapat sambungan ( junction ) antara dua lapisan tipis

yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagaI

semikonduktor jenis “P”(positif)  dan  semikonduktor jenis  “N” ( negatif ) Semikonduktor

jenis-N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain ( umumnya

posfor ) dalam batasan bahwa 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 boron ) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu

elektron bebas. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif tumbul

daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal dari sisi positif ke

sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke

semikonduktor n. Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka

elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari

semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Sehingga terjadi pergerakan

elektron yang menghasilkan arus listrik.

Kontruksi

SIMBOL DAN RANGKAIAN PENGGANTI

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya solar cell merupakan gabunga dari dia buah silicon tipe P (campuran boron) dan silicon tipe N (campuran fosfor) yang digabungkan

Diatas merupakan simbol dan rangkaian pengganti dari solar cell. Dari Rangkaian tersebut memerlukan lima parameter yang harus diketahui, yaitu :

Iph : Arus cahaya (light current)

Id : Diode reverse saturation current

Rs : Series resistance

Rsh : Shunt resistance

KELUARAN TEGANGAN

Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt.

Spesifikasi yang biasa ada dipasaran adalah

Ukuran panel surya : 80 Watt Peak(WP), Jumlah watt untuk pengisian accu ( 5jam sehari ) 400 Watt, 33.33 Ampere.Output Power 80 Watt, Open Circuit voltage (Voc) 21.6, Short Circuit voltage (Isc) 5.15Max Power Voltage 17.3 Vpm, Max Power Current 4.63 Ipm, Max system voltage 600 VoltDimension ( Panjang x Lebar x Tinggi ) : 1214 x 545 x 35 mm, Berat 9 kg.

CARA KERJA

Proses 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.

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 di-doping.

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.

Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron 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.

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.

Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.

Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

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).

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.

KARAKTERISTIK

Di atas merupakan karakteristik dari solar sell. Besarnya arus tegangan tergantung dari intensitas radiasi cahaya semakin besar radiasi cahaya semakin besar tingkat arus dan tegangan yang dihasilkan

Besaran arus yang dihasilkan berbanding terbalik dengan besaran tegangan yang dihasilkan. Sehingga besarnya daya maksimun yang dihasilkan adalah pada saat MPP yaitu Saat curva berada pada perubahan yang tajam.

APLIKASI SEHARI-HARI

Solar cell saat ini sudah banyak digunakan untuk sebagai sumber alternatif. Solar cell selain digunakan untuk fasilitas umum seperti sebagai sumber daya untuk lampu umum dijalan raya ataupun jembatan juga sudah banyak digunakan untuk rumah tangga sebagai sumber listrik alternatik.

Selain itu dipedesaan yang belum terjamah oleh jaringan PLN sudah mulai banyak menggunakan solar cell sebagai sumber daya listrik. Selain itu sudah banyak perangkat elektronik yang menjadikan solar cell sebagia sumber energinya contohnya pada kalkulator.

KESIMPULAN

1. Solar cell atau sel surya adalah perangkat yang mengubah energi cahaya menjadi listrik

2. 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.

DAFTAR PUSTAKA

Boylestad,Robert.,Nashelsky,Louis.2007.Electronic Devices and Circuit Theory.Ohio:Prentice Hallhttp://ec.europa.eu/research/energy/nn/nn_rt/nn_rt_pv/article_1105_en.htmhttp://www.solarserver.de/wissen/photovoltaik-e.htmlhttp://www.apec_vc.or.jp/feature-e/index.html