LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN II

KARAKTERISTIK ARUS DAN TEGANGAN SEL SURYA

Oleh :

1. Riyanto H1C004006

2. M. Teguh Sutrisno H1C004007

3. Indri Kurniasih H1C004003

4. Gita Anggit H1C004014

Tanggal Praktikum :

17 April 2007

Asisten :

Drs. Agus Yanto M.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS JENDRAL SOEDIRMAN

PROGRAM SARJANA MIPA

PURWOKERTO

2007

KARAKTERISTIK ARUS DAN TEGANGAN SEL SURYA

Oleh :

Riyanto, M Teguh Sutrisno, Indri Kurniasih, Gita Anggit

Abstrak

Praktikum karakteristik arus dan tegangan sel surya bertujuan mendapatkan kurva karakteristik sel surya yaitu hubungan antara arus (I) dan tegangan (V) untuk berbagai intensitas cahaya. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa arus yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai sel surya dan dari kurva karakteristik sel surya dapat diketahui besarnya gaya gerak listrik (Ess) dari sel surya yaitu sebesar 1,75 volt dan hambatan-dalam sel surya (r) adalah 3,43 – 5,83 kΩ .

Kata kunci: karakteristik sel surya, gaya gerak listrik, hambatan-dalam.

Abstract

Characteristic current and voltage solar cell experiment aim to get characteristic curve of solar cell that is relation between current ( I) and voltage ( V) to various light intensity. The result indicate that proportional yielded current with light intensity which hitting of solar cell and from characteristic curve of solar cell obtained value electro motive force ( Ess) of solar cell that is equal to 1,75 volt and internal resistance of solar cell ( r) equal to 3,43 – 5,83 kΩ.

Keyword: solar cell characteristic, electro motive force, internal resistance.

BAB I

PEDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sel surya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung

energi cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi melalui

efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya sejumlah elektron pada

permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya (Krane, 1992). Gejala efek

fotolistrik dapat diterangkan melalui teori kuantum Einstein. Menurut teori kuantum

Einstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paket energi (foton) yang besar energinya

bergantung pada frekuensi cahaya. Pada sel surya energi foton akan diserap oleh

elektron sehingga elektron akan terpental keluar menghasilkan arus dan tegangan

listrik.

Arus(I) dan tegangan(V) yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran

merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam

bentuk kurva hubungan I dan V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik

sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu permukaan sel. Dalam

praktikum ini akan akan dilakukan pengamatan untuk membuktikan ketergantungan

karakteristik sel surya pada suhu kamar terhadap variasi intensitas cahaya.

1.2 Tujuan Praktikum

Praktikum Karakteristik Arus dan Tegangan Sel Surya bertujuan untuk:

1. Melakukan pengukuran karakteristik sel surya terhadap variabel

intensitas cahaya dan menggambarkannya dalam bentuk kurva hubungan I

dan V.

2. Menentukan gaya gerak listrik (ggl) yang dihasilkan dari sel surya.

3. Menentukan hambatan dalam (r) dari sel surya.

1.3 Dasar Teori

Pada umumnya sel surya terbuat dari bahan semikontor. Salah satu bahan sel

surya adalah kristal silikon (c-Si). Bahan ini merupakan silikon murni (elektron

valensi 4) yang diberi pengotoran (impuriti) bervalensi 3 sehingga menjadi silikon tak

murni (kekurangan sebuah elektron). Silikon jenis ini kemudian diberi nama silikon

tipe-p. sebuah silikon murni yang diberi pengotoran bervalensi 5 (kelebihan sebuah

elektron) juga menghasilkan silikon tipe-n. Sambungan kedua jenis silikon ini akan

membentuk persambungan (junction) PN. Pada batas sambungan akan timbul sebuah

celah energi atau energy gap (Eg) yang membatasi pita valensi dengan pita konduksi.

Pada semikonduktor c-Si, energi-gapnya sebesar 1,11 eV, artinya bila elektron

pada pita valensi Si memperoleh energi foton yang lebih besar dari 1,11 eV maka

elektron tersebut akan mampu melewati celah energi dan berpindah menuju pita

konduksi (Beaser, 1992). Perpindahan elektron-elektron ini menyebabkan terjadinya

aliran elektron pada pita konduksi hingga terjadilah aliran arus listrik.

Deskripsi matematis yang merupakan syarat agar elektron berpindah dari pita

valensi ke pita energi dinyatakan dalam bentuk

υhE = > gE (1)

dengan h dan υ masing-masing adalah konstanta Planck ( 341063,6 −× Js) dan

frekuensi cahaya yang jatuh pada permukaan sel surya. Frekuensi ini dapat

dinyatakan sebagai hubungan

λυ c= (2)

untuk c dan λ masing-masing menyatakan laju dan panjang-gelombang cahaya.

Perpindahan elektron-elektron dari pita valensi ke pita konduksi menimbulkan

dua macam gerak pembawa muatan, yaitu gerak elektron-elektron pada pita konduksi

dan gerak hole (lubang) pada pita valensi dengan arah gerak kedua pembawa muatan

tersebut saling berlawanan. Total gerak pembawa muatan tersebut menimbulkan arus

listrik pada rangkaian luar yang secara sederhana dilukiskan pada Gambar 1.

Gambar 1. Proses pembangkitan arus listrik pada sel surya

Arus keluaran (I) serta tegangan (V) yang dihasilkan ketika sel memperoleh

penyinaran merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan

dalam bentuk kurva hubungan I dan V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

karakterisrik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu permukaan sel.

Kurva I-V yang merupakan karakteritik tersebut tersaji dalam Gambar 2.

Gambar 2. Pengaruh intensitas cahaya terhadap karakteristik arus-tegangan sel surya

Dari gambar 2 terlihat bahwa arus keluaran (I) berbanding lurus dengan

intensitas cahaya, sedangkan tegangan (V) berubah secara logaritmik. ISC menyatakan

arus hubung singkat dan VOC menyatakan tegangan listrik rangkaian terbuka. Arus

dan tegangan maksimun terjadi pada saat sel surya menghasilkan daya ( jumlah watt )

maksimum.

Rangkaian alat

Susunan rangkaian alat pada praktikum ini dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Skema susunan peralatan uji arus dan tegangan sel surya

Bila dirunut secara matematis berdasar konsep hukum Ohm, maka dapat

ditentukan besarnya kuat arus I yang mengalir dalam rangkaian, yaitu

rVE

I SS −= (3)

dengan Ess adalah ggl sel surya ketika dikenai cahaya. r adalah hambatan dalam sel

surya. V adalah beda tegangan yang besarnya diatur oleh hambatan geser (Rs) dan I

adalah arus keluaran sel surya.

Sebagai catatan, jika

Rs besar, maka nilai ssoc EVV ≅= sehingga I = 0,

Rs kecil, maka nilai V = 0 sehingga I = Isc

V

A

Rs

BAB II

METODE

2.1 Waktu dan Tempat Percobaan

Percobaan pada tanggal 17 April 2007 di Laboratorium Fisika Eksperimen II,

Jurusan Fisika Program Sarjana MIPA, Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto.

2.2 Alat Dan Bahan

Alat dan bahan yang diperlukan dalam praktikum ini adalah:

1 Unit sel photovoltaic ( ukuran 20 mm x 20 mm )

1 Buah Metra Max 2 untuk Voltmeter

1 Buah MMD untuk Ammeter

1 Rheostat ( tahanan geser )

1 Buah lampu Philip ( 23 Watt )

Beberapa kabel penghubung .

2.3 Prosedur Kerja

1. Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3.

2. Menempatkan lampu philip di depan sel surya pada jarak 25 cm.

3. Menyalakan lampu.

4. Mengatur tahanan geser Rs hingga diperoleh arus dan tegangan sel surya.

5. Mencatat nilai tegangan yang terbaca pada voltmeter.

6. Mencatat nilai arus yang terbaca pada ampermeter.

7. Menggambarkan kurva V terhadap I.

8. Mengulangi semua prosedur diatas untuk intensitas cahaya yang berbeda.

Diagram Alir

Mulai

Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3

Menempatkan lampu di depan sel surya pada jarak 25 cm

Menyalakan lampu dan mengatur intensitas cahaya

Mengatur tahanan geser Rs

Mencatat nilai tegangan yang terbaca pada voltmeter

Mencatat nilai arus yang terbaca pada ampermeter

Apakah tahanan geser ( Rs) sudahmaksimal?

Apakah sudah dilakukan untuk 3intensitas yang berbeda ?

Selesai

Ya

Ya

Tidak

Tidak

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Praktikum

intensitas1 intensitas2 intensitas3V (volt) I (mA) I (mA) I (mA)

0 0,51 0,43 0,30,05 0,51 0,43 0,30,1 0,51 0,44 0,3

0,15 0,5 0,43 0,290,2 0,5 0,43 0,29

0,25 0,5 0,43 0,290,3 0,5 0,43 0,29

0,35 0,5 0,42 0,290,4 0,5 0,42 0,29

0,45 0,5 0,42 0,290,5 0,5 0,42 0,29

0,55 0,49 0,42 0,280,6 0,49 0,41 0,28

0,65 0,48 0,41 0,280,7 0,48 0,41 0,28

0,75 0,46 0,4 0,270,8 0,46 0,39 0,26

0,85 0,45 0,38 0,260,9 0,43 0,36 0,24

0,95 0,42 0,34 0,231 0,4 0,33 0,22

1,05 0,38 0,311,1 0,36 0,3

1,15 0,33 0,261,2 0,3 0,25

1,25 0,27Keterangan: intensitas1 > intensitas2 > intensitas3

Kurva Karakteristik Sel Surya

--- y1 = -0.241x2 + 0.1403x + 0.4915

--- y2 = -0.1981x2 + 0.104x + 0.4216

--- y3 = -0.1305x2 + 0.0642x + 0.2895

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,5 1 1,5 2Tegangan (volt)

Aru

s (m

A)

Poly. (Intensitas-1)Poly. (Intensitas-2)Poly. (Intensitas-3)

Gambar 4. Kurva karakteristik sel surya untuk berbagai intensitas cahaya

Penentuan ggl sel surya

Besarnya ggl sel surya dapat diperoleh dari kurva karakteristik sel surya. Nilai

ggl sel surya adalah tegangan ketika tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian sel

surya (gambar 3). Berdasarkan kurva karakteristik nilai tegangan sel surya pada saat

arus sama dengan nol adalah 1,75 volt.

Penentuan hambatan-dalam sel surya

Hambatan-dalam sel surya diperoleh dengan menggunakan formula,

ss

sc

ErI

=

dengan Ess adalah ggl sel surya yaitu sebesar 1,75 volt dan Isc adalah arus keluaran

sel surya ketika V = 0. Nilai Isc bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai

permukaan sel surya sehingga besarnya hambatan-dalam sel surya juga bergantung

pada intensitas cahaya. Nilai hambatan-dalam sel surya untuk berbagai tingkat

intensitas cahaya diperlihatkan pada tabel berikut:

3.2 Pembahasan

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan diperoleh kurva karakteristik sel

surya yaitu seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. Kurva tersebut memperlihatkan

hubungan antara arus keluaran terhadap tegangan sel surya untuk tiga intensitas

cahaya yang berbeda-beda. Dari gambar 4 terlihat bahwa arus keluaran sel surya

sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai sel surya. Semakin besar

intensitas cahaya maka arus yang dihasilkan sel surya semakin besar. Arus listrik

yang dihasilkan cenderung konstan dari tegangan 0 volt hingga 0.5 volt, sedangkan

untuk tegangan diatas 0.5 volt arus menurun secara tajam sampai tidak ada arus yang

mengalir (I = 0). Fenomena ini menunjukkan bahwa sel surya optimal digunakan

pada tegangan 0.5 volt karena pada tegangan ini sel surya menghasilkan daya

maksimum.

Besarnya ggl sel surya (Ess) merupakan tegangan maksimum yang dihasilkan

sel surya ketika sel surya disinari cahaya. Dari gambar 4 nilai ggl sel surya adalah

1,75 volt. Berdasarkan kurva tersebut nilai ggl tidak dipengaruhi oleh intensitas

cahaya. Sedangkan nilai hambatan-dalam sel surya tergantung pada intensitas cahaya.

Berdasarkan praktikum besarnya hambatan-dalam sel surya adalah 3,43 – 5,83 kΩ.

BAB IV

KESIMPULAN

Ess (volt) Isc (mA) r (kΩ)intensitas1 1.75 0.51 3.43intensitas2 1.75 0.43 4.07intensitas3 1.75 0.30 5.83

Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1. 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.

2. Besarnya ggl sel surya (Ess) adalah 1,75 volt.

3. Besarnya hambatan-dalam sel surya (r) adalah 3,43 – 5,83 kΩ

DAFTAR PUSTAKA

Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta: UI Press.

Beaser, Arhtur. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

http://ec.europa.eu/research/energy/nn/nn_rt/nn_rt_pv/article_1105_en.htm

http://www.solarserver.de/wissen/photovoltaik-e.html

http://www.apec_vc.or.jp/feature-e/index.html