1

PENGARUH FILTER WARNA KUNING

TERHADAP EFESIENSI SEL SURYA

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh filter warna kuning

terhadap efesiensi Sel surya. Dalam penelitian ini menggunakan metode

eksperimen untuk mendapatkan parameter-parameter yang dihasilkan oleh sel

surya silikon dengan melakukan pengukuran intensitas cahaya. Data diambil

dengan melakukan pengukuran Sel surya tanpa filter warna dengan filter warna

kuning. Hasil penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal

1, 487 watt dengan effisiensi alat 14,4 %. Pada penelitian dengan filter warna

kuning diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat () sebesar 10,4%. Dengan demikian filter warna kuning mempengaruhi besarnya

daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Dari hasil penelitian diperoleh

daya maksimum (Pmax) Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan daya

maksimum Sel surya dengan filter warna. Kemudian diperoleh besarnya efisiensi

Sel surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata rata Sel surya dengan filter warna kuning.

Key Words: daya, sel surya

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Sumber energi yang besar dan bersifat kontinyu tersedia adalah energi

surya. Energi ini dalam bentuk energi elektromagnetik yang dipancarkan

oleh matahari.

Sementara pada saat ini energi surya belum dipakai sebagai sumber energi

primer bahan bakar. Penelitian dan pengembangan besar-besaran sedang

dijalankan untuk mencari sistem pembangkit listrik secara ekonomis untuk

memanfaatkan energi surya sebagai sumber utama bahan bakar.

Energi surya bersifat non-polutif dan tidak dapat habis. Berdasarkan

2

karakteristik gelombangnya energi ini sangat halus dan tetapi intensitasnya

tidak konstan. Energi surya memiliki arus yang rendah, akibatnya dipakai

sistem dan kolektor yang luas permukaanya besar untuk mengumpulkan

dan mengkonsentrasikan energi tersebut. Sistem kolektor ini harganya cukup

mahal. Hanya saja sistem ini tidak dapat menyimpan persediaan energi surya

dalam waktu lama. Hal ini berarti diperlukan sistem penyimpanan energi atau

konversi lain untuk menyimpan energi pada malam hari serta pada saat cuaca

mendung.

Energi surya dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi lain

melalui tiga proses, yaitu: proses helochemical, proses helioelectrical, dan

proses heliothermal. Reaksi heliochemical yang utama adalah proses fotosintesa.

Proses ini merupakan sumber dari semua bahan bakar fosil. Proses

helioelectrical yang utama adalah produksi listrik oleh sel-sel surya. Proses

heliothermal adalah penyerapan radiasi matahari dari pengkonversian energi ini

menjadi energi termal.

Dalam laporan penelitian ini akan dikaji tentang analisa karakteristik sel

surya yang diawali dengan latar belakang masalah, rumasan masalah, hipotesis

penelitian dan tujuan penelitian. Pada bagian selanjutnya dibahas tentang dasar

teori sel surya dan metodologi penelitian. Pada bagian akhir akan dibahas hasil

penelitian.

2. Rumusan Masalah

Masalah dalam penelitian ini adalah:

a. Mengidentifikasi daya maksimum sel surya.

b. Bagaimana filter warna kuning mempengaruhi daya sel surya?

3. Hipotesis

Pengaruh filter warna terhadap penyerapan intensitas cahaya dan

efesiensi sel surya.

3

4. Tujuan Penelitian

Tujuan dalam penelitian ini adalah:

a. Untuk mengetahui efesiensi sel surya dalam membangkitkan tenaga

listrik.

b. Untuk mengetahui pengaruh filter warna kuning terhadap daya solar sel.

B. DASAR TEORI

1. Pengertian

Sel surya merupakan salah satu produk teknologi fotovoltaik yang

dikembangkan pada bahan semikonduktor (silikon multikristal, monokristal dan

amorf) yang mampu menyerap gelombang elektromagnetik dan mengkonversi

energi cahaya (photon) menjadi energi listrik secara langsung. Prinsip kerja sel

surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktir p-n junction.

Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur dari

golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar.

Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan

III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika dua

tipe material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n

berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan

area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi antara

keduanya mendorong electron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada

proses ini telah terbentuk p-n junction.

Dengan menambahkan kontak logam pada area p dan n maka telah

terbentuk dioda. Pada saat junction disinari, photon yang mempunyai energi yang

sama atau lebih besar dari lebar pita energi material tersebut akan menyebabkan

eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan akan meninggalkan hole

pada pita valensi. Elektron dan hole ini dapat bergerak dalam material sehingga

menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada

terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga

4

menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Seperti terlihat dalam

gambar 1. di bawah ini.

Gambar 1. Physics of Photovoltaic Generation

2. Prinsip Kerja Sel surya

Prinsip kerja sel surya efek sel photovoltaik terjadi akibat lepasnya

elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenai logam. Logam-logam

yang tergolong golongan 1 pada sistem periodik unsur-unsur seperti Lithium,

Natrium, Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron valensinya.

Selain karena reaksi redoks, elektron valensi logam-logam tersebut juga mudah

lepas oleh adanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Di antara

logam-logam di atas cessium adalah logam yang paling mudah melepaskan

elektronnya, sehingga lazim digunakan sebagai foto detektor.

Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik adalah sebanding

dengan frekuensi gelombang cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin

ke arah warna cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan. Tingginya

intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi

beban maka arus listrik dapat dihasilkan tergantung dari intensitas cahaya yang

5

mengenai permukaan semikonduktor.

Gambar 2. Photoelektrik

3. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya

Dalam suatu rangkaian, ketika sel surya mendapat cahaya maka perangkat

sel surya tersebut akan menghasilkan tegangan dan arus Kemampuan ini

direpresentasikan dalam grafik arus-tegangan (I-V)

Gambar 3. Grafik Karakteristik Arus-Tegangan (I-V) Sel Surya

Nilai maximum Power Point (Vmpp dan Impp) adalah titik operasi dimana

nilai maksimum pengeluaran (output) yang dihasilkan oleh sel surya saat kondisi

bekerja. Dengan kata lain, Vmp dan Imp dapat diukur pada saat sel surya diberi

beban. Open Circuit Voltage (Voc) adalah nilai tegangan maksimum yang dapat

6

dicapai pada saat tidak adanya arus (current). Short Circuit Current (Isc) adalah

nilai maksimum output arus dari sel surya yang dapat dikeluarkan (output) dengan

kondisi tidak ada resistansi atau short circuit.

Secara teoritis besarnya daya yang dihasilkan:

SCOCth IVP (1)

sedangkan daya keluaran maksimumnya:

mpmpmpp IVP (2)

Hambatan dalam Sel surya dapat dihitung dari:

SCOC IVr / (3)

4. Faktor Pengisian (fill factor) dan Efisiensi Sel Surya

Faktor pengisian sel surya merupakan perbandingan antara daya keluaran

maksimum terhadap daya teoritisnya atau dapat dinyatakan sebagai berikut :

SCOC

mpmp

th

mpp

IV

IV

P

Pff (4)

Kualitas dari sel surya biasanya dinyatakan dengan nilai fill factor (ff) yang

menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang diterimanya.

Dengan menggunakan fill faktor maka maksimum daya dari sel surya didapat dari

persamaan:

ffIVP SCOCMAX (5)

Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari

sel (PMAX ) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (PCAHAYA ) :

%100CAHAYA

MAX

P

P (6)

7

Efesiensi ideal sel surya yang ada di pasaran memiliki efisiensi sekitar 12-15%.

C. METODE

Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Eksperimen dilakukan

dalam mendapatkan parameter-parameter yang dihasilkan oleh sel surya silikon.

Dengan membuat rangkaian pengukuran arus dan tegangan keluaran pada sel

surya seperti terlihat dalam gambar 1.

Gambar 4: Rangkaian Eksperimen

Eksperimen dilakukan dengan melakukan pengukuran Intensitas cahaya

awal, tegangan yang terukur tanpa resistor (Voc) dan mengganti R (hambatan)

dengan kabel penghubung (short circuit) untuk mengukur arus yang terukur (Isc).

Pengukuran selanjutnya dilakukan dengan mengganti resistor R dengan

resistor-resistor seperti pada gambar 5.

Gambar 5: Jenis-jenis resistor

8

Dari hasil pengukuran arus dan tegangan yang melalui pada resistor-

resistor pada tabel maka akan diperoleh pasangan nilai V I. Untuk

membandingkan intensitas cahaya selama dalam pengukuran maka sebelum

mengakhiri eksperimen maka dilakukan pengukuran intensitas cahaya akhir.

Kualitas dari sel surya dapat diketahui dengan menentukan nilai fill factor

(ff) yang menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang

diterimanya dengan menggunakan persamaan (5). Sehingga dari persamaan (5)

dapat menentukan efesiensi sel surya. Untuk menentukan nilai efesiensi (Pers. 6)

maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran arus dan tegangan yang melalui

resistor-resistior pada tabel 1 dengan memberikan filter warna hijau, biru dan

merah pada modul surya.

Untuk mendapatkan data yang akurat maka eksperimen dilakukan dengan

selang waktu satu jam dan menggunakan sel solar tanpa filter serta filter warna

merah, kuning dan biru. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 6. berikut di bawah

ini.

Gambar 6. Penyerapan Intensitas Cahaya Oleh Filter Warna

9

D. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari penelitian Sel surya diperoleh hasil berupa grafik, seperti yang

ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 7. Grafik hubungan antara Arus dan Tegangan pada Sel surya

mendatar Tanpa Filter

Berdasarkan gambar 7 di atas, menunjukkan grafik hubungan antara arus

dan tegangan pada sel surya tanpa filter hasilnya mendekati keadaan ideal pada sel

surya. Sedangkan pada bagian awal terdapat kondisi yang tidak ideal sebagaimana

terlihat dalam grafik. Hal tersebut terjadi karena adanya perubahan intensitas

cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya awan yang menutup

sinar yang mengenai Sel surya dapat dilihat dalam tabel.1., sebagaimana

terlampir.

10

Gambar 8. Grafik hubungan antar Tegangan dan Arus pada Sel surya

dengan Filter Kuning

Dari gambar 8 di atas, tentang grafik hubungan antara tegangan dan arus

pada Sel surya dengan filter Kuning, menunjukkan bahwa hasilnya mendekati

keadaan ideal pada Sel surya. Sedangkan pada bagian akhir dari grafik terdapat

kondisi yang tidak ideal, karena Voc < Vmax. Hal tersebut terjadi karena adanya

perubahan intensitas cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya

awan yang menutup sinar yang mengenai sel surya dapat dilihat dalam tabel 4.

sebagaimana terlampir.

Dari data-data hasil percobaan diperoleh daya yang dihasilkan (Pth), Daya

keluaran maksimum (Pmpp ), faktor pengisian () Daya maksimum (P max ) dan

Efisiensi Sel surya untuk setiap perlakuan sebagaimana terlihat dalam tabel 1.

berikut ini.

Tabel 1. Hasil perhitungan Daya yang dihasilkan (Pth), Daya keluaran maksimum

(Pmpp ), faktor pengisian () Daya maksimum (P max ) dan Efisiensi Sel

surya

No. Sel surya Pth Pmpp Pmax

1 Tanpa Filter 2,2836 500,926 0,65 1,487 14,4%

2. Filter Kuning 0,7011 528,992 0,7545 0,5289 10,4%

11

Dari penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal 1,

487 watt dengan effisiensi alat 14,4 % mendekati ideal. Hasil ini didapat dengan

kondisi cuaca yang berubah ubah.

Pada Sel surya tanpa filter warna diperoleh daya maksimal (Pmax) yang

lebih besar dibandingkan Sel surya dengan filter warna Kuning. Demikian juga

effisiensi diperoleh efisiensi Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan

dengan filter warna Kuning. Hal ini dapat dilihat dari hasil efisiensi Sel surya

tanpa filter lebih besar dari efisiensi rata-rata Sel surya dengan filter warna

kuning.

Pada penelitian Sel surya dengan filter warna yang berbeda diperoleh daya

maksimum filter Pkuning. Demikian juga efisiensi Sel surya pada filter warna

diperoleh kuning. Hal ini terjadi karena perbedaan intensitas cahaya ketika

penelitian.

E. KESIMPULAN

Pada penelitian sel surya tanpa filter diperoleh daya maksimal 1, 487 watt

dengan effisiensi alat 14,4 %, sedangkan daya maksimal (Pmax) sebesar 0.3616

Watt. Pada penelitian dengan filter warna kuning diperoleh daya maksimal (Pmax)

sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat () sebesar 10,4%.

Berdasarkan data-data di atas, dari penelitian dapat disimpulkan bahwa

daya maksimum (Pmax) sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan daya

maksimum Sel surya dengan filter warna kuning. Sedangkan daya maksimum

dengan filter warna diperoleh Pmax kuning. Kemudian diperoleh besarnya efisiensi

Sel surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata rata Sel surya dengan

filter warna kuning. Demikian juga efisiensi Sel surya dengan filter warna

diperoleh hasil kuning. Hal ini terjadi karena perubahan intensitas cahaya ketika

penelitian.

12

F. REKOMENDASI

1. Agar diperoleh data yang valid perlu dilakukan penelitian dengan kondisi

intensitas cahaya yang maksimum dan kontinyu dan warna selain dari

warna kuning.

2. Hendaknya alat digunakan memiliki ketelitian yang tepat karena

berpengaruh terhadap hasil penelitian.

3. Mengingat pentingnya sel surya sebagai sumber energi alternatif, maka

perlu dikembangkan pemanfaatannya secara luas.

G. DAFTAR PUSTAKA

Ihsanto. Eko (2012). Tranduser, Pusat Pengembangan Bahan Ajar, Universitas

Mercu Buana

Jack. AB (2012). Cara Membuat Panel Surya http://kesatriasejati.blogspot.com/2012/01/.

html

Miftahul, M.N. 2013. Analisis Karakter Sel surya. Makalah tidak dipublikasikan,

ITB. Bandung.

Sugiyono, A. (2000). Prospek Penggunaan Teknologi Bersih untuk Pembangkit

Listrik dengan Bahan Bakar Batubara di Indonesia, Jurnal

Teknologi Lingkungan, Vol.1, No.1, hal. 90-95,

Timotious. C (2009). Perancangan dan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga

Surya, UPI, Bandung

13

Lampiran : Lampiran Penelitian

Tabel.1. Sel surya mendatar

No Jam R() I V Intensitas 1 14.00 1000 13,2 13,2 450

2 14.00 680 19,6 13,04 455

3 14.00 470 28 12,93 475

4 14.00 390 33,2 12,87 470

5 14.00 330 39,2 12,78 464

6 14.00 270 47,2 12,56 456

7 14.00 180 69,8 12,42 456

8 14.00 150 82,2 11,95 461

9 14.00 100 112 11,51 453

10 14.00 82 136,3 10,77 462

11 14.00 68 155,3 9,66 465

12 14.00 56 157,6 8,37 472

13 14.00 47 169,1 5,76 472

14 14.00 33 168 4,96 476

15 14.00 27 166 3,81 463

16 14.00 22 160 5,64 445

17 14.00 20 162 3,07 449

18 14.00 18 162 2,77 448

19 14.00 15 159 2,2 440

20 14.00 12 159,1 1,99 438

21 14.00 10 167 1,66 461

22 14.00 8,2 168 1,42 462

23 14.00 6,8 167 1,21 462

14

24 14.00 5,6 165,9 1,04 457

25 14.00 4,7 163 0,91 448

26 14.00 3,9 154 0,78 437

27 14.00 3,3 154 0,69 427

28 14.00 2,7 153 0,5 425

29 14.00 1,5 147 0,44 418

30 14.00 1,2 144 0,26 405

31 14.00 0,1 - - 386

Waktu Pengamatan pukul 14.00

Voc = 13,26 volt Isc I = 0 Intensitas = 188 W/m2

Isc = 173 mA V = 0

= 0,143961

Tabel 2. Sel surya dengan Filter Warna Kuning

No Jam R() I V Intensitas P=IxV

(0) (12,3)

1 14.00 1000 12,2 12,14 208 148,108

2 14.00

680 18,1 12,12 208 219,372

3 14.00

470 25,5 11,81 208 301,155

4 14.00

390 29,9 11,68 208 349,232

5 14.00

330 35 11,49 209 402,15

6 14.00

270 41,2 11,19 209 461,028

7 14.00

180 54,2 9,76 209 528,992

8 14.00

150 56,4 8,53 209 481,092

9 14.00

100 57 6,07 209 345,99

10 14.00

82 57 4,81 209 274,17

11 14.00

68 56,2 3,9 208 219,18

12 14.00

56 55,3 3,06 192 169,218

15

13 14.00

47 55,1 2,72 200 149,872

14 14.00

33 54,4 1,86 197 101,184

15 14.00

27 54,1 1,52 185 82,232

16 14.00

22 53 1,26 193 66,78

17 14.00

20 52,9 1,19 197 62,951

18 14.00

18 54,4 1,03 198 56,032

19 14.00

15 54,1 0,94 197 50,854

20 14.00

12 53,9 0,75 198 40,425

21 14.00

10 54,3 0,63 197 34,209

22 14.00

8,2 53 0,52 196 27,56

23 14.00

6,8 52,8 0,44 194 23,232

24 14.00

5,6 52,7 0,38 193 20,026

25 14.00

4,7 52,4 0,3 192 15,72

26 14.00

3,9 52,1 0,28 191 14,588

27 14.00

3,3 48,5 0,24 191 11,64

28 14.00

2,7 48,2 0,21 189 10,122

29 14.00

1,5 47,9 0,15 177 7,185

30 14.00

1,2 47,7 0,14 175 6,678

31 14.00

0,1 47,6 0,08 174 3,808

Waktu Pengamatan pukul 14.00

Voc = 12,36 Isc I = 0 Intensitas = 188

Isc = 57

V = 0