Pengukuran Karakteristik Sel Surya Fitri Rahayu dan Ridwan Ramdhani* Jurusan Juru san Fisik Fi sik a Fak ultas ult as Sains Sa ins dan d an Tek nol ogi UIN Suna n Gunu ng Djati Jl. A. H N asut ion No.105 No .105 Ba ndu ng 4061 4 061 4 * Email: frahayu Email: frahayu 81@g mail.co m ini bertujuan untuk menghitung efisiensi sel sury a, men men ganalisa ganalisa pengaruh p anjan anjan g gelomb gelomb ang dan Abstrak. Eksperimen ini perubahan intensitas cahay cahay a matahari yang diterima terhadap efisiensi efisiensi dar i sel s ury a. Eksperimen ini dilakuk dilakuk an den gan gan memanfaatkan cahaya lampu yang dapat menghasilkan energi listrik dengan menggunakan panel surya. Sel surya merupakan alat semikonduktor penghantar aliran listrik yang dapat secara langsung mengubah energi surya menjadi bentuk tenaga tenaga listrik secara efisien. Dalam m enganalisis enganalisis efisiensi sel sury a y aitu dengan dengan membagi antara jumlah d aya yang masuk dengan jumlah daya yang keluar dari sel surya. Prinsip kerja sel surya adalah cahaya yang jatuh pada sel surya menghasilkan elektron yang bermuatan positif dan hole yang bermuatan negative kemudian elektron dan hole mengalir membentuk arus listrik. Pada percobaan pengaruh panjang gelombang, mika biru yang memiliki panjang gelombang 470 nm memiliki efesiensi 0.069% dan mika merah yang memiliki panjang gelombang 780 nm memiliki efesiensi efesiensi 0.019%. Pada p ercobaan pengaruh intensitas cahaya, ket ika intensitas intensitas cahayanya bertambah maka efesiensinya berkurang, rata-rata efesiensinya efesiensinya adalah 0.0145%. Dengan demik demik ian, besarnya nilai efesiensi efesiensi sel sury a berbanding berbanding terbalik dengan panjang gelombang gelombang dan intens itas cahayany a. kto r, arus, teganga tegangan, n, intensitas intens itas cahaya Kata kunci : Efesiensi, semikondu ktor,
PENDAHULUAN Sel surya merupakan salah satu piranti elektronik yang dapat mengubah secara langsung energi radiasi matahari menjadi energi listrik. Sel surya merupakan sumber energi yang tidak akan pernah habis, selama matahari memancarkan sinarnya ke bumi. Diperkirakan bahwa sel surya akan menjadi sumber pembangki pembang kitt listrik list rik andalan and alan di masa as a datang dat ang karena pengguna pen ggunaannya annya yang s angat praktis terutam terut amaa unt uk suplai energi di daerah-daerah terpencil yang sulit terjangkau oleh PLN. Selain itu, sumber energi ini ramah lingkungan karena dalam proses konversinya tidak menghasilkan polutan sama sekali. Karena sel surya ini mudah pecah dan berkarat sehingga sel ini dibuat dalam bentuk panel-panel dengan ukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air air dan panel ini dikenal dengan panel su rya. Salah satu sistem peralatan yang sangat diperlukan dalam kegiatan riset terkait pengembangan sel surya adalah system pengukur karakteristik sel surya dan pros edur penentuan pen entuan parameter parameter -param -para meter karakter istik sel surya berdasarkan data-data hasil pengukuran yang didapatnya. Dalam pengukuran karaketristik sel surya bertujuan bertu juan unt uk menghitun eng hitung g efisiensi efisiens i sel se l su rya, menganalisa pengaruh panjang gelombang dan perub ahan intensitas intensitas cahaya matah ari yan g diterima terhadap efisiens efisiens i dari sel surya . Prinsip kerja sel surya adalah cahaya yang jatuh pada pad a s el surya menghas eng has ilkan ilkan e lektron yang yan g bermuatan
positif po sitif dan hole yang yan g bermuatan negative neg ative kemudian elektron dan hole mengalir membentuk arus listrik. Prinsip ini di kenal sebagai prinsip photoelectric.Sel surya dapat tereksitasi karena terbuat dari semikonduktor yang mengandung unsur silikon. Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan sensitif: lapisan negatif (tipe-n) dan lapisan positif (tipe-p). Seperti terlihat pada gambar berikut :
GAMBAR 1. Prinsip kerja sel surya
Total pengeluaran listrik (wattage) dari sel surya adalah sebanding dengan Voltase/tegangan operasi dikalikan dengan arus operasi saat ini. Sel surya dapat menghas ilkan ilkan arus dari voltase yang berbeda-beda.
METODE EKSPERIMEN Alat dan Bahan 1. Panel surya 2. sumber cahaya (lampu) 3. pot ens iometer 4. amperemeter 5. voltmeter 6. mika berwarna 7. kabel penghubu ng.
Prosedur Percobaan Penguk uran Efesiensi Sel S urya 1. Siapkan semua bahan dan alat eksperimen 2. Susun lah rangkaian sep erti pada g ambar 3. Aturlah potensiometer RV sehingga tegangan pada voltmeter b ernilai n ol (V=0). 4. Catatlah arus yang terbaca pada amperemeter seb agai Isc (arus s ingkat). 5. Putarlah potensiometer sehingga diperoleh pas angan nilai V – I. Ulangi langkah ini untuk berbagai nilai V – I. 6. Aturlah potensiometer RV sehingga arus pada amperemeter bernilai nol (I=0). Catatlah tegangan yang terbaca pada voltmeter sebagai Voc (tegangan terbuka). Pengaruh Panjang Gelombang 1. Siapkan semua bahan dan alat eksp erimen 2. Tutupi sel surya menggunakan mika berwarna (merah, kuning, biru, dll). 3. Ulangi langkah selanjutnya seperti pada pengukuran efisiens i sel surya. Pengaruh Intensitas Cahaya 1. Siapkan semua bahan dan alat eksp erimen 2. Ulangi langkah sebelumnya dengan memvariasikan ketinggian sumber cahaya terhadap sel surya
GAMBAR 1. Rangkaian percobaan sel sury a
HASIL DAN DISKUSI Eksperimen ini dilakukan dengan memanfaatkan cahaya lampu yang dapat menghasilkan energi listrik
dengan menggunakan panel surya. Sifat elektrik dari sel surya dalam menghasilkan energi listrik dapat diamati dari karakteristik listrik sel tersebut, yaitu berdasarkan arus dan tegangan yang dihas ilkan sel surya pada kondisi cahaya yang berbeda-beda. Dalam menganal isis efisiens i sel s urya yaitu dengan me mbagi antara jumlah daya yang masuk dengan jumlah daya yang keluar d ari sel surya. Secara matematis : .
Pout Pin
100%
(1)
Untuk menghitung daya yang keluar sebag ai berikut : . Pout I V Untuk menghitung daya yang masuk adalah : . Pin
(2)
Luas Intensitascahaya (3)
Panel surya yang digunakan dalam percobaan ini memiliki luas 1.5x10-3 m2 dan tegangannya sebesar 3 Volt. Percobaan menghitung efisiensi sel surya, dilakukan dengan memutarkan potensio untuk memvariasikan nilai hambatan sehingga arus dan tegangan yang keluar berbeda-beda tetapi dengan intensitas cahaya yang sama. Intensitas cahaya yang digunakan yaitu 7.2 W/m2 .Arus dan tegangan yang dihasilkan dapat kita lihat pada table dibawah ini : TABEL 1. Pengukuran efesiensi sel sury a R(kΩ) I (A) V(Volt) 21.8 1.2x10-4 2.62 17.4 1.5x10-4 2.61 15.3 1.7x10-4 2.6 13.6 1.9x10-4 2.59 11.7 2.2x10-4 2.57 10.2 2.5x10-4 2.55 9.4 2.7x10-4 2.54 8.7 2.9x10-4 2.52 7.3 3.4x10-4 2.47 6.4 3.8x10-4 2.43
Ƞ (%) 0.029 0.036 0.041 0.046 0.052 0.059 0.064 0.068 0.078 0.086
Semakin kecil hambatannya semakin besar nilai arus dan semakin kecil tegangan yang keluar, hal ini sesuai dengan teori dimana hambatan (R ) berbanding lurus dengan tegangan(V) dan berbanding terbalik dengan arus (A). Daya yang keluar jika hambatan R semakin kecil maka daya yang keluar semakin kecil pula karena berbanding lurus dan berbanding terbalik dengan nilai efisiensinya. Besar rata-rata nilai efesiensinya adalah 0.056%. Percobaan pengaruh panjang gelombang dilakukan dengan memvariasikan panjang gelombang sinar dari sumber dengan menambahkan mika plastic berbeda warna sehingga panjang gelombangnya berbeda. Adap un warna mika y ang kami gunakan adalah merah,
kuning, biru. Pada percobaan mika merah dengan panjang gelombang 780 n m dan intens itas cahaya 5.6 w/m2 didapatkan nilai efisiensi rata-ratanya adalah 0.019 %. TABEL 2. Pengaruh p anjang gelombang (merah) R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%) 0.72 2.5x10-4 0.18 0.005 1.41 2.4x10-4 0.34 0.009 2.13 2.3x10-4 0.49 0.013 2.60 2.3x10-4 0.6 0.016 3.27 2.2x10-4 0.72 0.018 4.19 2.1x10-4 0.88 0.021 5.47 1.9x10-4 1.04 0.023 6.66 1.8x10-4 1.2 0.025 7.94 1.7x10-4 1.35 0.027 9.50 1.6x10-4 1.52 0.028
Pada percobaan mika kuning dengan panjang gelombang 590 nm dan intensitas cahaya 9.1 w/m2 didapatkan nilai rata-rata efisiensinya adalah 0.056 %. TABEL 3. Pengaruh p anjang gelombang (kunin R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%) 0.31 9.2x10-4 0.29 0.019 1.18 8.9x10-4 1.05 0.068 2.78 6.7x10-4 1.86 0.091 4.56 5.0x10-4 2.28 0.083 6.15 4.0x10-4 2.46 0.072 7.67 3.3x10-4 2.53 0.061 9.1 2.8x10-4 2.56 0.052 10.8 2.4x10-4 2.59 0.045 12.4 2.1x10-4 2.61 0.040 13.8 1.9x10-4 2.62 0.036
Pada percobaan mika biru dengan panjang gelombang 470 nm dan intensitas cahaya 9.1 w/m2 didapatkan nilai rata-rata efisiens inya 0.069 %. TABEL 4. Pengaruh p anjang gelombang ( Biru) R(kΩ) I (A) V(Volt) Ƞ (%) 0.4 4.0x10-4 0.16 0.011 2.46 3.5x10-4 0.86 0.053 3.61 3.3x10-4 1.19 0.069 4.58 3.1x10-4 1.42 0.077 5.45 2.9x10-4 1.58 0.080 6.41 2.7x10-4 1.73 0.082 7.56 2.5x10-4 1.89 0.083 9.55 2.2x10-4 2.10 0.081 1.04 2.1x10-4 2.18 0.080 1.73 2.3x10-4 2.25 0.075
Dari hasil tersebut dapat di simpulkan bahwa nilai panjang gelombang akan me mpengaruh i nilai e fisiensi sel surya, se makin kecil nilai panjang gelo mbangn ya maka nilai efisiensi sel surya semakin besar. Hal ini dipengaruhi oleh warna mika dan panjang gelombang dari berbagai sp ektrum warna mika. Ketika panjang gelomban g
sp ektrum warnanya kecil, maka besar efisiensinya besar, dan sebaliknya.
Percobaan pengaruh intensitas cahaya ini dilakukan dengan memvariasikan intensitas cahaya dari su mber, yaitu dengan memvariasikan tinggi sumber cahaya terhadap sel surya. Dengan demikian , maka akan diperoleh arus dan tegangan output yang berbeda. Apabila jumlah energi cahaya matahari yang diperoleh sel surya ( photovoltaic) berkurang atau intensitas cahayanya melemah, maka besar tegangan dan arus listrik yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunan tegangan relatif lebih kecil dibandingkan penurunan arus listriknya.
Ketika arusnya semakin kecil maka tegangannya pun semakin kecil, seperti terlihat pada table dibawah ini : TABEL 5. Pengaruh Int ensitas Cahaya h(m) I (A) V(Volt) Int (W/m2) 0.25 1.1x102.65 8.6 0.2 1.2x102.74 11 0.15 1.3x10- 2.84 17.2 0.1 1.4x102.94 27.4 0.05 1.5x10-4 3.14 78
Ƞ (%)
0.025 0.020 0.014 0.010 0.004
Dapat kita lihat bahwa jumlah intensitas cahaya yang masuk mempengaruhi pengukuran efisiensi dari sel surya, ketika intensitas cahayanya semakin kecil maka efisiensinya semakin besar. Hal ini dikarenakan Intensitas cahaya berbanding lurus dengan daya yang masuk dan daya yang keluar. Besarnya intensitas cahaya berbanding terbalik terhadap efisiensi dari sel surya tersebut. Semakin besar intensitas cahayanya, maka akan semakin kecil nilai efisiensinya.
KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulakan bahwa untuk n ila i karakteristik sel su rya, bes ar efisiensi rata-ratan ya adalah 0.056%. Untuk pen garuh pan jang gelombang pada mika , bes ar nilai efisiensi dari ketiga mika tersebut juga berbeda. Pada mika biru besar efisiensinya adalah 0.06 9%, pada mika kuning bes ar efisiens inya 0.56% dan pad a mika merah bes ar efisiensinya 0.019%. Perbedaan bes arnya nilai efisiens i in i dipengaruhi oleh warna mika dan p anjang gelombang d ari berbagai spektrum warna mika. Ketika pan jang gelombang sp ektru m warnanya kecil, maka bes ar efisiens inya bes ar, dan sebaliknya. Untuk pen garuh perub ahan intensitas cahaya terhadap efisiens i pada s el su rya didapatkanr nila i efisiensi rataratanya ad alah seb esar 0.014% . Ketika jarak antara s el surya dengan sumber cahaya semakin dekat, maka intensitas cahayanya lebih besar,dan sebaliknya. Tetapi besarnya intensitas cahaya berbanding terbalik terhadap efisiensi dari sel surya tersebut. Semakin
bes ar intensitas cahayan ya, maka akan se makin kecil nilai efisiensinya.
UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih kepada Bapak Ridwan Ramdhani, S.Si selaku dosen Eksperimen Fisika 2, Evi marlina dan Nurul Hikmah Fauziah selaku asisten praktikum Eksperimen Fisika 2, dan rekan-rekan sekelompok yaitu Fiyka Wandira P, Fuji Astuti, Halimahtus Sa’diah, Husni Taufik dan Iin Musyfioh yang ikut bekerja sama dalam p elaksanaan eksperimen ini.
REFERENSI 1. Al Fattah, Faisal M. Analisa Daya Dan Heat Stress Pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan. Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatra U tara M edan. 2008 2. Fuchs, D., Sigmund, H., Analysis of The Current-Voltage Characteristics of Solar Cells , Solid State Electron., 29, 791-795 I. 1986 3. http://teknologisurya.files.wordpress.com/2011/10/solarmodule-compilation diakses pada tanggal 06 november 2014 4. http://www.panelsurya.com/ diakses pada tanggal 06 november 2014 5. Martil, G. Gonzalez Diaz, Determination of the Dark and illuminated Characteristic Parameters of a Solar Cell from I-V Characteristic, Eur. J. Phys, 13, 193-197. 1992 6. Mialhe, P., Charette J., 1983, Experimental Analysis of IV Characteristics of Solar Cells , Am. J. Phys., 51, 68-70 7. Nury adin, B. W,. Pengukuran Karakteristik Sel Surya. Bandung: Universitas Islam Ne geri Sunan G unun g Djati. 2014 8. Ouaschning, V. Understanding Renewable Energy Systems. Earthscan London. 2005 9. S. Nema, R. K. Nema, G. Agnihotri, Matlab/Simulink Based Study of Photovoltaic Cells/ Modu les/ Array and Their Experimental Verification. International Journal of Energy and Environment. Volume 1, Issue 3, pp.487500. 2010 10. S. Wijoyo, Upaya Peningkatan Kapasitas Daya Output Photovoltaic melalui proses pendinginan, Surabaya: Universitas Kristen Petra, 2000.
