solar sel.doc

24
TEKNOLOGI SOLAR SEL UNTUK ENERGI MASA DEPAN Disusun Oleh: Ragil Tri Indrawati, 0806316726 Departemen Teknik Mesin

Transcript of solar sel.doc

TEKNOLOGI SOLAR SEL

UNTUK ENERGI MASA DEPAN

Disusun Oleh:

Ragil Tri Indrawati, 0806316726

Departemen Teknik Mesin

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, 2009

ABSTRAK

Belakangan ini, pengkonversian energi merupakan suatu hal yang sangat bermanfaat bagi

kehidupan. Ada beberapa macam teknologi yang prinsip kerjanya melakukan

pengkonversian seperti itu, misalnya yaitu solar sel. Prinsip kerja dari solar sel adalah

mengubah energi matahari atau cahaya yang dipancarkan menjadi energi listrik. teknologi

solar sel terdiri dari tiga macam generasi dan masing – masing generasi atau jenis dari solar

sel dapat diaplikasikan pemanfaatannya. Misalnya pada alat elektronik yang dalam

pengoperasiannya membutuhkan energi surya.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat, hidayah

serta inayahnya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan

baik dan tepat pada waktunya. Makalah yang berjudul “Teknologi Solar Sel untuk Energi

Masa Depan” ini diharapakan dapat memberi informasi lebih dalam mengenai solar sel

dalam kehidupan sehari – hari.

Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Isom

Mudzakir, S.Si, selaku dosen mata kuliah Fisika Dasar 1, yang telah membimbing penulis.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman – teman serta semua pihak yang

telah membantu memberikan informasi selama penyusunan makalah ini, hingga

terselesaikannya makalah ini.

Akhir kata, tiada gading yang tak retak, begitu juga dengan penyusunan makalah ini

yang jauh dari sempurna. Untuk itu, saran dan kritik yang sifatnya membangun dari para

pembaca sangat diharapkan.

Depok , 8 Mei 2009

Penulis

DAFTAR ISI

Abstrak………………………………………………………………………….i

Kata Pengantar…………………………………………………………………ii

Daftar Isi……………………………………………………………................iii

Bab I. Pendahuluan

I.1 Latar Belakang Masalah……………………………………………1

I.2 Tujuan Penulisann………………………………………………......1

I.3 Metodologi Penulisan………………………………………………2

I.4 Sistematika Penulisan………………………………………………2

Bab II. Pembahasan

II.1 Pengertian Solar Sel……………………………………………….3

II.2 Prinsip Kerja Solar Sel…………………………………………….3

II.3 Jenis – Jenis Solar Sel…………………………………………......4

II.4 Aplikasi Penggunaan Solar Sel dalam Kehidupan Sehari – Hari....7

Bab III. Penutup

III.1 Kesimpulan………………………………………………………10

III. 2 Saran…………………………………………………………….10

Daftar Pustaka

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah

Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh

permukaan bumi sebesar 69% dari total energi pancaran matahari. Suplai

energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat

luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 10 joule pertahun, energi ini setara

dengan 2 x 1017 Watt. Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali

konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain, dengan menutup

0.1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi

10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat

ini. Melalui teknologi solar sel, energi yang dipancarkan oleh sinar matahari

dapat dimanfaatkan dengan cara diubah ke dalam energi listrik. Cara

tersebut disebut konversi energi. Pemanfaatan solar sel dapat dilakukan

dengan mengaplikasikannya ke dalam berbagai bentuk alat elektronik yang

cara kerjanya memanfaatkan energi matahari.

I.2 Tujuan Penulisan

Penulisan makalah ini memiliki beberapa tujuan, antara lain :

1. Mengetahui apa sebenarnya yang dimaksud dengan solar sel.

2. Menjelaskan prinsip kerja dari solar sel.

3. Mengetahui jenis – jenis solar sel.

4. Mengetahui aplikasi penggunaan solar sel dalam kehidupan sehari – hari.

I.3 Metodologi Penulisan

Setiap penulisan suatu karya tulis ataupun laporan seyogyanya harus tertera

metode dalam penyusunan tersebut. Dalam penyusunan makalah ini,

dilakukan dengan menggunakan beberapa metode penulisan antara lain:

1. Metode literatur

- studi pustaka dengan metode kualitatif

2. Sumber data

- internet dan buku literatur

I.4 Sistematika Penulisan

Bab I Pendahuluan

Pada bagian ini menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan

penulisan, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

Bab II Pembahasan

Bagian ini membahas mengenai pengertian solar sel, prinsip kerja

solar sel, jenis-jenis solar sel dan aplikasi penggunaan solar sel dalam

kehidupan sehari – hari.

Bab III Penutup

Inti makalah ini adalah membahas mengenai penggunaan teknologi

solar sel dalam kehidupan masyarakat.

BAB II

PEMBAHASAN

II.1 Pengertian Solar Sel

Solar sel atau sering disebut dengan sel surya merupakan suatu komponen

semikonduktor yang berfungsi mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik.

Cahaya Matahari sebagai sumber energi primer tersedia sepanjang tahun di semua

tempat di muka bumi, pemasangannya mudah dan bebas polusi. Solar Sel

menghasilkan tegangan dan arus searah, sehingga diperlukan dua tingkat konverter

yaitu konverter dc ke dc sebagai regulator dan konverter dc ke ac atau dikenal

sebagai inverter agar diperoleh tegangan ac 220 V, 50 Hz. Sebuah rangkaian

pengontrol konverter dengan penelusuran titik daya maksimum (MPPT) diperlukan

untuk mendapatkan daya yang maksimal dari Solar sel ke beban. MPPT mengubah

arus dan tegangan Solar sel sedemikian sehingga diperoleh daya keluaran (output)

yang maksimum. Keadaan titik daya maksimum ini digunakan sebagai acuan

(reference) untuk membangkitkan sinyal modulasi lebar pulsa(PWM) bagi

Konverter tipe Buck dan Inverter.

II.2 Prinsip Kerja Solar Sel

Pada dasarnya prinsip kerja dari solar sel dapat terlihat dari pengertian yang telah

dijelaskan di ats, yaitu cara kerja dari solar sel adalah dengan memanfaatkan teori

cahaya sebagai partikel. Selanjutnya cahaya tersebut dikonverter menjadi tenaga

listrik. 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 λ dan frekuensi V, dapat dirumuskan dengan persamaan:

Λ E = h cDengan 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 [3]. 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 dasarnya kerja solar sel sangat berpedoman pada thermodinamik efisiensi

tanpa batas yang mana dikarenakan solar sel beroperasi sebagai perangkat konversi

energi.

Efisiensi konversi energi (η, "eta") merupakan persentase konversi suatu daya dari

cahaya menjadi energi listrik yang terhubung ke salah satu sirkuit listrik. Hal ini

dapat ditunjukkan melalui persamaan :

Istilah ini dihitung dengan menggunakan rasio maksimum power point, P m, dibagi dengan masukan cahaya irradiance (E, dalam W / m 2) di bawah standar tes kondisi (STC) dan daerah permukaan dari solar sel (A c di m 2).

II.3 Jenis – Jenis Solar Sel

Pada dasarnya, solar sel dibagi menjadi tiga generasi atau tiga jenis menurut tingkat

kepentingannya.

1. Generasi pertama

Pada generasi pertama solar sel ini dibagi lagi menjadi dua jenis solar sel, yaitu:

Jenis solar sel pertama yang berhasil dikembangkan oleh para peneliti

adalah jenis wafer (berlapis) silikon kristal tunggal. Tipe ini dalam

perkembangannya mampu menghasilkan efisiensi yang sangat tinggi.

Masalah terbesar yang dihadapi dalam pengembangan silikon kristal

tunggal untuk dapat diproduksi secara komersial adalah harga yang

sangat tinggi sehingga membuat solar sel panel yang dihasilkan menjadi

tidak efisien sebagai sumber energi alternatif. Sebagian besar silikon

kristal tunggal komersial memiliki efisiensi pada kisaran 16-17%,

bahkan silikon solar sel hasil produksi SunPower memiliki efisiensi

hingga 20%.

Jenis solar sel yang kedua adalah tipe wafer silikon poli kristal. Saat ini,

hampir sebagian besar panel solar sel yang beredar di pasar komersial

berasal dari screen printing jenis silikon poli cristal ini. Wafer silikon

poli kristal dibuat dengan cara membuat lapisan lapisan tipis dari batang

silikon dengan metode wire-sawing. Masing-masing lapisan memiliki

ketebalan sekitar 250・50 micrometer. Jenis solar sel tipe ini memiliki

harga pembuatan yang lebih murah meskipun tingkat efisiensinya lebih

rendah jika dibandingkan dengan silikon kristal tunggal.

Kedua jenis silikon wafer di atas umumnya memiliki ketebalan pada kisaran 180

hingga 240 mikro meter.

2. Generasi kedua

Generasi kedua solar sel adalah solar sel tipe lapisan tipis (thin film). Pembuatan

jenis solar sel lapisan tipis adalah untuk mengurangi biaya pembuatan solar sel

mengingat tipe ini hanya menggunakan kurang dari 1% dari bahan baku silikon

jika dibandingkan dengan bahan baku untuk tipe silikon wafer. Dengan

penghematan yang tinggi pada bahun baku seperti itu membuat harga per KwH

energi yang dibangkitkan menjadi bisa lebih murah.

Metode yang paling sering dipakai dalam pembuatan silikon jenis lapisan tipis

ini adalah dengan PECVD dari gas silane dan hidrogen. Lapisan yang dibuat

dengan metode ini menghasilkan silikon yang tidak memiliki arah orientasi

kristal atau yang dikenal sebagai amorphous silikon (non kristal). Selain

menggunakan material dari silikon, solar sel lapisan tipis juga dibuat dari bahan

semikonduktor lainnya yang memiliki efisiensi solar sel tinggi seperti Cadmium

Telluride (Cd Te) dan Copper Indium Gallium Selenide (CIGS).

Efisiensi tertinggi saat ini yang bisa dihasilkan oleh jenis solar sel lapisan tipis

ini adalah sebesar 19,5% yang berasal dari solar sel CIGS [5]. Keunggulan

lainnya dengan menggunakan tipe lapisan tipis adalah semikonduktor sebagai

lapisan solar sel bisa dideposisi pada substrat yang lentur sehingga

menghasilkan divais solar sel yang fleksibel.

3. Generasi ketiga

Teknologi generasi ketiga ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja generasi

kedua (tipis-film teknologi) dengan tetap menjaga biaya produksi sangat rendah.

Pada generasi ketiga dilakukan konversi efisiensi dari 30-60%, sementara tetap

mempertahankan biaya rendah dan bahan-bahan teknik manufaktur. Hal ini

dapat melebihi teori solar efisiensi batas konversi untuk satu bahan energi

ambang, yaitu 40,8% di bawah sinar matahari maksimal konsentrasi. Ada

beberapa pendekatan untuk mencapai efisiensi tinggi ini termasuk penggunaan

Multijunction sel fotovoltaik, konsentrasi kejadian spektrum, penggunaan

thermal generasi oleh cahaya UV untuk meningkatkan tegangan atau operator

koleksi, atau menggunakan inframerah spektrum untuk waktu operasi malam

hari.

II.4 Aplikasi Penggunaan Solar Sel dalam Kehidupan Sehari – Hari

Solar sel merupakan energy listrik yang sangat bermanfaat untuk kehidupan

manusia. Pada awalnya pemanfaatan solar sel hanya terfokus pada sector rumah

tangga, namun pada akhir-akhir ini beberapa aplikasi baru dari solar sel

bermunculan. Aplikasi baru tersebut tidak lain berupa terobosan-terobosan produk

elektronik yang memanfaatkan solar sel sebagai sumber tenaganya. Adanya

terobosan atau inovasi produk yang didukung oleh solar sel diyakini didorong oleh

karakteristik unik solar sel yang memilki mobilitas tinggi serta akses mudah hampir

setiap sudut bumi terhadap sinar matahari, yang ujung-ujungnya membawa serta

celah-celah pasar baru untuk produk inovasi teknologi. Beberapa contoh aplikasi

dari solar sel yaitu:

1. Pompa air bertenaga surya (solar powered water pump)

Sebagaimana namanya, pompar air yang berfungsi menyedot air dari dalam tanah

ini digerakkan dengan tenaga surya. Secara fisik, fungsi maupun instalasi pompa air

ini tidak ubahnya pompa air konvensional. Hanya saja, perbedaan mencolok ada

pada panel surya silikon yang menggenapi sistem pompa air sebagai sumber listrik

yang menggerakkan pompa, sebagaimana terlihat di Gambar 1 berikut. Konsep dari

pompa air bertenaga surya ini ialah sebuah pompa yang diperuntukkan bagi daerah

yang terisolasi atau jauh dari jaringan instalasi listrik. Konsep ini dirasakan efektif

mengingat penggunaan secara kolektif pompa air bertenaga surya ini akan

mereduksi beban biaya akibat keberadaan panel surya yang tidak murah.

Gambar 1. Contoh produk pompa air bertenaga surya.

Dibandingkan dengan pompa air dengan tenaga listrik konvensional, pompa air

bertenaga surya ini menggunakan arus searah (arus DC) tidak seperti pompa

konvensional yang berarus bolak balik (AC). Hal ini mengingat panel surya yang

digunakan sebagai sumber listrik memiliki output arus DC dan tidak memilki

pengubah arus DC-AC sebagaimana listrik yang terinstalasi di perumahan. Pada

umumnya pompa air ini memerlukan panel surya dengan daya keluaran 75-100

Watt dan didukung oleh baterei 12 volt agar pompa dapat bekerja di malam hari

pula. Kedalaman air yang dapat dicapai secara efektif oleh pompa ini berkisar 50-70

m dengan debit air maksimum hingga 275 liter per jam. Kapasitas pompa beserta

panel surya yang digunakan sangat tergantung dari kondisi operasi semisal

kedalaman air di bawah tanah, berapa banyak debit air yang dibutuhkan serta tentu

saja biaya. Penempatan pompa air bertenaga surya ini di Indonesia sudah dicoba di

daerah kering minim hujan seperti di Nusa Tenggara Barat mapupun daerah Bantul

DIY.

2. Kulkas bertenaga surya (Solar powered refrigerator)

Kulkas bertenaga surya merupakan sebuah peralatan medis yang berfungsi sama

dengan lemari pendingin, dimana berfungsi untuk menyimpan vaksin maupun obat-

obatan dan makanan. Lemari pendingin yang “portable” plus “mobile”yang dibawa

oleh tim medis tanpa perlu bergantung pada ada atau tiadanya suplai listrik. Suplai

listrik yang menopang beroperasinya lemari pendingin ini berasal dari sel surya

pula, yang dapat dibawa dan dipasang dengan mudah (lihat Gambar 2)..

Gambar 2. Lemari pendingin bertenaga surya untuk keperluan medis di daerah terpencil.

Sistem lemari pendingin bertenaga surya ini terdiri atas empat komponen utama;

yakni panel surya, baterei, lemari pendingin dan kontrol pengisian listrik (”charge

controller”). Panel surya yang dipergunakan biasanya berdaya 800 Watt untuk

lemari pendingin berdaya 600 Watt. Baterei cadangan yang dipergunakan memiliki

105 Ah sebanyak 6-8 buah.

Kedua alat teersebut merupakan contoh nyata dari pemanfaatan solar sel

dalam kehidupan sehari – hari yang dapat membantu kelangsungan hidup manusia.

Namun, masih banyak aplikasi dalam beberapa penggunaan alat elektronika lainnya

maupun selain benda elektronik.

Bab III

Penutup

III.1 Kesimpulan

Dari penulisan makalah ini dapat disimpulkan bahwa:

a. Solar sel merupakan suatu komponen semikonduktor yang berfungsi mengkonversi

energi cahaya menjadi energi listrik.

b. Prinsip kerja dari solar sel yaitu langsung mengkonversi energi cahaya matahari

menjadi energi listrik.

c. Ada tiga generasi dalam solar sel dan masing – masing generasi memiliki jenis solar

sel tersendiri yang memiliki karakteristik dan sifat yang berbeda – beda.

d. Solar sel dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang termasuk yang berhubungan

dengan elektronika, misalnya yaitu pompa air bertenaga surya dan kulkas bertenaga

surya.

III. 2 Saran

Masyarakat seharusnya memanfaatkan solar sel semaksimal mungkin demi

kesejahteraan hidupnya.

Solar sel seharusnya lebih dikembangkan lagi agar menjadi energy masa depan.

DAFTAR PUSTAKA

Yulianto, Brian. 1998. Sel Surya untuk Kehidupan. Jakarta : Erlangga.

http://en.wikipedia.org/wiki/solar_cell

http://bloger.org/aplikasi_solarsel

S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices 2nd edition, Chapter 14, John Wiley

and Sons 1981.