BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Sel Sel sury suryaa meru merupa paka kan n sebu sebuah ah pira pirant ntii yang yang mamp mampu u meng mengub ubah ah secara secara langsu langsung ng energi energi cahaya cahaya menjad menjadii energi energi listrik listrik.. Proses Proses pengub pengubaha ahan n energi energi ini terjad terjadii melalu melaluii efek fotoli fotolistri strik. k. Efek Efek fotoli fotolistri strik k adalah adalah peristi peristiwa wa terpen terpentaln talnya ya 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 ) I ) dan tegangan(V tegangan( V )) yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva hubungan I dan I danV. V. Untuk mengetahui karakteristik sel surya berupa arus (I) dan tegangan (V) yang dihasilkan dari sel surya diperlukan pecobaan mengenai sel surya. 1.2 Tujuan
1. Menget Mengetahu ahuii arus yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh sel sel surya. surya. 2. Mengetahui Mengetahui tegangan tegangan yang yang dihasil dihasilkan kan oleh oleh sel sel surya surya 3. Menjelaskan Menjelaskan hubuga hubugan n arus dan dan tegangan tegangan yang dihasil dihasilkan kan sel surya surya dengan dengan berbagai perlakuan.
1
BAB II LANDASAN TEORI
Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics. Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net meterin. Listrik tenaga surya diperoleh dengan melalui sistem photo-voltaic. Photo-voltaic terdiri dari photo dan voltaic. Photo berasal dari kata Yunani phos yang berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745 – 1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-voltaic dapat berarti listrik-cahaya. Belakangan ini, photovoltaic lebih sering disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya yang dijadikan energi listrik adalah sinar matahari. Sel surya merupakan suatu pn junction dari silikon kristal tunggal. Dengan menggunakan photo-electric effect dari bahan semikonduktor, sel surya dapat langsung mengkonversi sinar matahari menjadi listrik searah (dc). Bila sel surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus listrik yang mengalir melalui beban. Aplikasinya pada kehidupan sehari-hari dapat dilihat pada trafict light dijalan raya yang mana dugunakan sumber dari energy sinar matahari.
2
Sistem sel surya menggunakan energi sinar matahari untuk menghasilkan listrik, tanpa memerlukan bahan bakar. Tanpa ada bagian yang berputar, maka sistem sel surya hanya memerlukan sedikit perawatan. Sehingga sistem sel surya itu boleh dibilang cost effective dan cocok untuk stasiun telekomunikasi daerah terpencil, pelampung navigasi di tengah laut, alat pemantau permukaan air bendungan, atau untuk penerangan rumah yang jauh dari jangkauan jaringan PLN. Biaya operasional sistem sel surya jelas rendah.(poohdadan.2010) Karena tidak memerlukan bahan bakar dan tidak ada bagian yang berputar, sistem sel surya itu bersih dan tidak bersuara. Ramah lingkungan ini sangat penting, mengingat pilihan untuk mendapatkan energi dan penerangan itu biasanya dari generator diesel atau lampu minyak tanah. Kalau kita semakin prihatin dengan gas rumah kaca (greenhouse gas) dan pengaruhnya yang merusak terhadap ekosistem planet kita ini, maka energi bersih yang diproleh dari sistem sel surya merupakan pilihan yang tepat sekali. Sistem sel surya dapat dibangun dalam berbagai ukuran atas dasar kebutuhan energinya. Selanjutnya sistem sel surya itu dapat dikembangkan dan ditingkatkan dengan mudah. Misalnya, bila kebutuhan energi semakin meningkat, cukup dengan jalan menambahkan modul sel surya, tentunya jika sumber dananya memungkinkan. Selain itu, sistem sel surya gampang untuk dipindahkan bila dipandang perlu. Misalnya untuk menggerakkan pompa untuk pengairan sawah. Sistem sel surya dapat dirancang untuk penggunaan di ruang angkasa, atau penggunaan di permukaan bumi. Sistem sel surya untuk di permukaan bumi terdiri dari modul sel surya, kontroler pengisian (charge controller), dan aki (batere) yang maintenance free. Modul sel surya yang digunakan dapat diperoleh dalam berbagai ukuran dan kapasitas. Yang sering digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya menghasilkan daya yang proporsional dengan luas permukaan modul yang terkena sinar matahari. Dalam penggunaan skala agak besar, aki (batere) dalam sistem sel surya kadang-kadang dihubungkan dengan sebuah inverter, untuk mengkonversi listrik searah (dc) menjadi listrik bolak-balik (ac). Sistem sel surya biasanya ditempatkan di dekat yang memerlukan listrik. Sehingga untuk tempat-tempat yang terpencil hanya memerlukan kabel yang lebih
3
pendek dibandingkan jika menarik kabel dari jaringan PLN misalnya. Selain itu, jelas sistem sel surya menjadi murah karena tidak memerlukan transformator. Maka kesimpulannya, keunggulan sistem sel surya itu keandalannya tinggi, biaya operasinya rendah, ramah lingkungan, berbentuk modul, dan biaya konstruksinya rendah. 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. 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. Pada umumnya sel surya terbuat dari bahan semikotor. 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 ( E g ) 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
4
aliran arus listrik.Deskripsi matematis yang merupakan syarat agar elektron berpindah dari pita valensi ke pita energi dinyatakan dalam bentuk
dengan h dan U masing-masing adalah konstanta Planck ( Js) dan frekuensi cahaya yang jatuh pada permukaan sel surya. Frekuensi ini dapat dinyatakan sebagai hubungan
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 pemawa 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
5
BAB III METODE PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan
1. Panel sel surya. 2. Sumber cahaya (lampu pancar) 3. Catu daya AC 220 volt 4. Hambatan geser 5. Amperemeter dan Voltmeter 6. Kabel Penghubung 7. Rel Mistar
3.2 Cara Kerja
1. Siapkan alat dan bahan 2. Susunlah rangkaian alat seperti pad gambar 3.1
Gambar 3.1 Rangkaian pecobaan solar sell 3. Atur hambatan geser pada 9 mΩ, hidupkan lampu pancar arahkan sejajar dengan solar cell. 4. Buatlah variasi jarak lampu pancar dengan solar sell kemudian baca nilai arus dan tegangan yag dihasilkan pada voltmeter dan amperemeter kemudian catat hasilnya. 5. Berilah perlakuan berupa hembusan angin dari hair dryer dengan intensitas lemah dn kencang.Kemudian baca nilai arus dan tegangan yang dihasilkan catat hasilnya. 6. Buatlah variasi hambatan dengan jarak yang sama. kemudian baca nilai arus dan tegangan yag dihasilkan pada voltmeter dan amperemeter kemudian catat hasilnya.
6
7. Buatlah grafik hubungan arus dan tegangan dengan berbagai perlakuan. 8. Jelaskan hubungan arus dan tegangan yang dihasilkan.
7
BAB 1V ANALISA DAN PEMBAHASAN
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Berdasarakan data tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya dengan variasi jarak sumber cahaya (lampu) terhadap sel surya disertai pengaruh intensitas angin yang digambarkan dalam gambar 4.1 dan 4.2 diperoleh semakin jauh sumber cahaya (lampu) , maka tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya semakin kecil. Selain itu, semakin besar intensitas angin maka semakin kecil arus dan tegangan yang dihasilkan. Hal ini menunjukan bahwa jarak sumber cahaya dan besarnya intensitas angin berpengaruh terhadap tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya serta menunjukan hubungan berbanding tebalik.
8
Gambar 4.3
Berdasarkan data tegangan dan arus yang dihasilkan sel surya dengan variasi hambatan dimana jarak sumber cahaya (lampu) terhadap sel surya tetap (40 cm) seperti pada gambar 4.3, diperoleh semakin besar besar hambatan maka semakin kecil arus dan tegangan yang dihasilkan sel surya.
9
BAB V KESIMPULAN
1. Jarak sumber cahaya dan faktor cuaca (intensitas angin) berpengaruh tehadap arus dan tegangan yang dihasilkan sel surya. Menunjukan hubungan berbanding terbalik. 2. Variasi hambatan berbanding terbalik terhadap arus dan tegangan yang dihasilkan sel surya. 3. Arus dan tegangan yang dihasilkan sel surya menunjukan hubungan berbanding lurus.
10
DAFTAR PUSTAKA
Fuchs, D., Sigmund, H., 1986, Analysis of The Current-Voltage Characteristics of Solar Cells, Solid State Electron., 29, 791-795
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta: UI Press.Beaser, Arhtur. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.
Suhandi, A., Y.R Tayubi., Hikmat., A. Eliyana , Penentuan Parameter – Parameter Karakteristik Sel Surya untuk Kondisi Gelap dan Kondisi Penyinaran dari Kurva Karakteristik Arus – Tegangan ( I – V )
http://osaka-u.academia.edu/WilmanSeptina/Papers/576072/ Pembuatan_ Prototipe_ Solar _ Cell_Murah_dengan_Bahan_OrganikInorganik_Dye-sensitized_Solar_Cel.( Diakses tanggal 15 Mei 2012 pukul 17.15 wib) http://poohdandan.wordpress.com/2010/07/29/laporan-praktikumkarakteristik-sel-surya/ (Diakses tanggal 15 Mei 2012 pukul 17.00 wib)
11
Lampiran
1. Data Tegangan dan Arus yang dihasilkan sel surya dengan variasi jarak sumber cahaya (lampu) terhadap sel surya dengan pengaruh angin. Angin Jarak (cm)
Tanpa Angin Tegan gan (mV)
30 32 35 40 45
23,8 23,6 22,5 21,5 19,6
Arus (mA)
91,7 91 87,7 83,6 77,6
Angin Lemah Tegan gan (mV)
22,9 22,5 22 20,8 19,3
Arus (mA)
90,3 89,7 86,6 82,6 76,1
Kencang Tegan gan (mV)
22,5 21,9 21 20 18,2
Arus (mA)
89,3 87,5 85,3 81,1 75
2. Data Tegangan dan Arus yang dihasilkan sel surya dengan variasi hambatan dimana jarak sumber cahaya (lampu) terhadap sel surya tetap (40 cm). Hambatan (mΩ) 28 26 23 20 17 13 9
Teganga n mV 4,3 5,2 7,3 9,4 18 42,9 43,5
Arus mA 5,8 19,3 37 51 72 83,1 83,6
12
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN III
“SEL SURYA”
oleh
Muhammad Syifa’ul Fuad Alhamidi 1108102010046
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAM, BANDA ACEH 2012
13
14
