BAB
II Sel Surya. II.1 PENDAHULUAN Sel Surya atau sel fotovoltaik berasal dari bahasa Inggris “ photovoltaic ”. ”. kata berasal dari dua kata kata “pho berasal dari kata kata Yunani Yunani yakni yakni Photov Photovolt oltaic aic berasal “photo to”” berasal yang berarti cahaya; dan kata “volt” adalah nama satuan pengukuran “phos” yang arus listrik yang diambil diambil dari nama penemu penemu Alessandro Alessandro olta !"#$%&"'(#)* !"#$%&"'(#)* sebagai sebagai pionir pionir dalam mempela+ari mempela+ari teknologi teknologi kelistrikan. kelistrikan. ,adi secara harfiah “photo “photovol voltai taic” c” mempun mempunyai yai arti arti -ahaya -ahaya&i &istr strik* ik* dan itu yang yang dilaku dilakukan kan Sel Surya Surya yaitu yaitu merubah merubah energi energi cahaya cahaya men+ad men+adii listri listrik* k* penemu penemunya nya /dmond /dmond Bec0uerel dan ka1an&ka1an pada abad ke "'. Bagaimana sel surya bekerja Apabila suatu bahan semikonduktor seperti misalnya bahan silikon disimpan diba diba1a 1ah h sinar sinar ma mata taha hari ri** ma maka ka baha bahan n sili siliko kon n ters terseb ebut ut akan akan mele melepa pask skan an se+umlah kecil listrik yang biasa disebut efek fotolistrik . Yang Yang dimaks dimaksud ud efek efek fotoli fotolistr strik ik adalah adalah pelepa pelepasan san elektr elektron on dari dari permuk permukaan aan metal metal yang diseba disebabka bkan n penumb penumbuka ukan n cahaya. cahaya. /ffek /ffek ini merupak merupakan an proses proses dasar fisis dari fotovoltaik merubah energi cahaya men+adi listrik. -ahaya matahari terdiri dari partikel&partikel yang disebut sebagai “ photons ” yang mempunyai se+umlah energi yang besarnya tergantung dari pan+ang gelombang pada “solar “solar spectrum ”. ”. 2ada ada
saat saat photo hoton n
menu menumb mbuk uk sel sel
sury surya a
maka ma ka caha cahay ya
ters terseb ebut ut akan akan
dipa dipant ntul ulka kan n atau atau dise disera rap p atau atau mung mungki kin n hanya hanya dite diterus ruskan kan.. -ahay -ahaya a yang yang diserap membangkitkan listrik. 2ada saat ter+adinya tumbukan energi yang dikandung oleh photon ditransfer pada elektron yang terdapat pada atom sel surya yang merupakan bahan semikonduktor.
3engan energi yang didapat dari photon* elektron melepaskan diri dari ikatan normal bahan semikonduktor dan men+adi arus listrik yang mengalir dalam rangkaian listrik yang ada. 3engan melepaskan dari ikatannya* elektron tersebut menyebabkan terbentuknya lubang atau “hole”.
Gambar II.1 Sel surya merubah energi matahari menjadi listrik
II. !ENIS SEL SU"#A Bermacam&macam teknologi telah diteliti oleh para ahli di dunia untuk merancang dan membuat sel fotovoltaik yang lebih baik* murah* dan efisien diantaranya adalah4 II.2.1 Generasi $ertama %ristal &Single %ristal' 5onfigurasi normal untuk Sel 6otovoltaik terdiri p&n Junction 7ono 5ristal Silikon
material
mempunyai
kemurnian
yang
tinggi
yaitu
88*8889.
3itumbuhkan dengan sistem yang paling terkenal 7etode -:ochralski dapat dilihat di gambar.8* hasil berbentuk silinder dengan pan+ang "( cm* diameter tertentu ( % inch* alat pemotong yang terbaru adalah gerga+i yang mampu memotong dua sisi sekaligus dengan kapasitas $<<< 1afer per&+am
Gambar II. (et)da Penumbuhan %ristal ()n) *+),hralski dan $r)duk ing)t
!a) Gambar II.-
&a' Sel surya Single %ristal
!b) &b' m)dul surya single kristal.
/fisiensi sel surya +enis Single 5ristal Silikon mempunyai efisiensi konversi yang cukup tinggi yaitu sekitar "= 9 sampai dengan "# 9. II.. Generasi %edua %ristal &P)likristal' 7aterial 7ono 5ristal harga per kilogram masih mahal* untuk menurunkan harga material* dikembangkan material lain yang disebut 2olikristal. 2embuatan 1afer dengan material ini menggunakan 7etode -asting !gambar "")* kemudian dipotong dengan ukuran $< > $< cm(. /fisiensi modul fotovoltaik polikristal yang komersial mencapai "(9 s?d "$ 9.
Gambar II./. (et)da *asting Pembuatan 0ahan P)likristal
&a' Gambar II.
&a' Sel Surya P)likristal
&b' &b' ()dul surya $)likristal
II..- Generasi %etiga2 E3G the Edge De4ined 3ilm Gr)5th "ibb)n, 2roses ini menumbuhkan 1afer 7ono 5ristal seperti pita langsung dari cairan silikon dengan menggunakan pita kapiler* dapat menghasilkan dengan lebar % "< cm. 2ada proses ini penumbuhan ter+adi % m?menit dengan ketebalan (%< @%< mikrometer* dengan efisiensi "@9.
Gambar II.6. Pr)ses $embuatan E3G the Edge De4ined 3ilm Gr)5th "ibb)n &Sumber "7E S,h)t S)lar Germany'
&a'
&b'
Gambar II.8. &a' ()dul dan &b' Sel Surya !enis P)likristal dengan met)de E3G
II../ Generasi ke Em$at &9hin 3ilm' enerasi ke&empat apisan ipis atau hin 6ilm* mempunyai ketebalan sekitar "< mm di atas substrat kaca?steel !ba+a) atau disebut advanced sel fotovoltaik. ipe yang paling ma+u saat ini adalah Amorphous Silikon dengan Cetero+uction dengan stack atau tandem sel. /fisiensi Sel Amorphous Silikon berkisar =9 sampai dengan 89.
Gambar. II.:. Am)r$h)us Silik)n dengan Heter)ju,ti)n dengan Stack atau Tandem Sel.
II.-
DA39A" PUS9A%A
[2.1] 7artin.A.reen* Solar -ells* Dperating 2rinciples* echnology and System Applications* Eniversity of Fe1 South Gales *5ensington* FSG (<@@ Australia* "88'. H(.( G Shockley and C., Jueisser* “detailed Balanced imit of /fficiency of p&n ,unction Solar -ells*” ,ournal of Applied 2hysics @( !"8=")*%"<&%"8. H(.@ C.B. Serre:e* “Dptimi:ing Solar -ells 2erformance by Simultaneous -onsideration of rid 2attern 3esign and Interconnect -onfiguration* “ conference
record*
"@th
I///
2hotovoltaic
Specialist
-onfrence*
Gashington*3.-* "8#'* pp =<8&="$. H(.$ ,.A 7annucci et al* “Silicon Solar -ells 1ith high open&-ircuit oltage*Kconference
record*
"$th
I///
2hotovoltaic
Specialist
-onference* San 3iego* "8'<* pp 8@&8=. H(.% 7artin.A.reen* Solar -ells* Dperating 2rinciples* echnology and System Applications* Eniversity of Fe1 South Gales *5ensington* FSG (<@@ Australia* "88'.
BAB
III ()dul Surya. III.1 PENDAHULUAN Entuk mendapatkan daya* dan tegangan listrik yang diinginkan* sel surya dihubungkan secara seri dan parallel kemudian dilaminasi dan diberi frame dan disebut men+adi Modul Surya . Emumnya modul surya mempunyai sistem tegangan ker+a "( olt dan ($ olt* serta mempunyai daya yang bervariasi mulai dari "< Gp sampai dengan @<< Gp.
Gambar III.1. ()dul surya Sumber4
http4??reslab.com.au?resfiles?pv?te>t.html
III. %A"A%9E"IS9I% (;DUL SU"#A 5iner+a modul surya digambarkan dengan karakteristik Kurva I-V * atau kurva Arus istrik !I) terhadap egangan !) seperti terlihat pada gambar III.( diba1ah ini. 7odul surya akan menghasilkan arus listrik maksimum apabila tidak ada komponen ahanan !L) pada rangkaian* dengan kata lain kita akan menghubung&singkatkan kutub positif dan kutub negatif. Arus maksimum biasa disebut sebagai Arus Cubung Singkat !Isc) dimana ter+adi pada saat egangan 7odul Surya sama dengan nol ! M <).
Sebaliknya tegangan maksimum dihasilkan pada saat rangkaian tidak terhubung. egangan ini disebut sebagai egangan erbuka !oc)* pada kondisi ini tahanan L sangatlah besar dan tidak ada sama sekali arus yang mengalir karena rangkaian listrik tidak terhubung atau dengan kondisi terbuka. 3ari kedua kondisi tahanan beban yang ekstrim* dan kondisi diantaranya digambarkan seperti pada gambar 5urva I& diba1ah ini* Arus istrik !I) ditun+ukkan dengan sumbu Y dengan satuan Ampere* sedangkan egangan !) ditun+ukkan sebagai sumbu N dengan satuan olt. Seperti terlihat pada gambar arus hubung singkat !I sc ) ter+adi pada saat tegangan sama dengan nol* dan tegangan terbuka ! oc ) ter+adi pada saat arus listrik sama dengan nol. Besaran daya listrik dari modul surya terletak pada semua titik sepan+ang kurva dengan satuan Gatt. Gatt didapatkan dengan cara mengalikan tegangan dan arus listrik !!att " olt # $mpere ). 2ada titik I sc daya yang dihasilkan adalah nol dikarenakan tegangannya sama dengan nol. 3emikian pula pada titik oc daya listrik sama dengan nol dikarenakan arus listrik sama dengan nol. 3aya maksimum yang dihasilkan ter+adi pada “lutut” kurva. 2ada gambar diba1ah terlihat bah1a daya maksimum ter+adi pada saat tegangan mencapai "# olt dan arus listrik (*% Ampere* Dleh karena itu daya maksimum yang dihasilkan adalah "# volt dikalikan dengan (*% Ampere adalah $(*% Gatt. 3aya maksimum umumnya disebut dengan daya puncak dengan notasi mp* +adi arus listrik pada posisi maksimum dituliskan sebagai I mp dan tegangan sebagai mp
Gambar III. %ur
5urva arus&tegangan setiap produk modul surya haruslah dibuat pada kondisi standard intensitas cahaya matahari dan temperature modul surya* dikarenakan keluaran daya dari modul surya ini sangatlah tergantung kepada intensitas cahaya matahari dan temperatur modul surya tersebut. 2engaruh intensitas cahaya matahari terhadap keluaran daya modul surya semakin besar* intensitas cahaya matahari yang +atuh dipermukaan modul surya akan semakin besar arus listrik yang dihasilkan* dengan kata lain intensitas cahaya matahari berbanding lurus dengan keluaran arus listrik. ! lihat gambarIII.@ a). Sedangkan temperature modul surya akan berbanding terbalik dengan keluaran tegangan yang dihasilkan* +adi semakin besar temperature modul surya* tegangannya akan semakin menurun !lihat gambar [email protected]) Standar 5urva I& suatu modul surya dibuat pada kondisi Intensitas -ahaya "<<< G?m( dan emperature 7odul Surya (% <-elcius.
!a) !b) Gambar III.- &a' Pengaruh intensitas ,ahaya terhada$ keluaran arus &b' Pengaruh tem$erature m)dul surya terhada$ keluaran tegangan.
III.% $&&$' &"ANG%AIAN' (;DUL SU"#A Sistem&sistem fotovoltaik atau lebih dikenal dengan Sistem 2embangkit istrik enaga Surya !2S) dibuat berdasarkan kebutuhan catu daya dan sistem tegangan yang diinginkan oleh beban. Entuk
membuat
rangkaian
modul
surya
dilakukan
dengan
cara
menghubungkan modul surya secara seri dan parallel III./ HU0UNGAN (;DUL SU"#A SE*A"A PA"ALEL . Entuk mendapatkan arus listrik yang lebih besar dari pada keluaran arus listrik dari setiap modul surya* maka modul surya dihubungkan secara parallel* dengan cara menghubungkan kutub&kutub yang sama !kutub negatif saling dihubungkan dan kutub postif +uga saling dihubungkan)* seperti terlihat pada gambar III.$. Apabila masing&masing modul surya mempunyai tegangan ker+a "% olt dan menghasilkan arus listrik
sebesar
masing&masing @
Amper*
kemudian
ketiganya dihubungkan secara parallel maka akan didapatkan arus listrik total sebesar 8 Ampere sedangkan tegangan
total akan sama dengan tegangan masing&masing modul surya yaitu "% olt.
Gambar III./. 9iga buah m)dul surya dihubungkan s e,ara $arallel Sumber> P? design assistan,e ,enter Sandia Nati)nal lab)rat)ry 1@@1
III. HU0UNGAN (;DUL SU"#A SE*A"A SE"I Entuk mendapatkan tegangan yang diinginkan modul surya dihubungkan secara seri yaitu dengan cara menghubungkan kutub positif dan kutub negatif seperti terlihat pada gambar III.% diba1ah ini. egangan total yang didapatkan dengan
cara
menghubungkan
seri
tiga
buah
modul
masingmasing
mempunyai tegangan % olt adalah merupakan +umlah yaitu "% olt* tetapi arus listrik total yang dihasilkan adalah sama dengan masing arus setiap modul yaitu @ Ampere.
Gambar III. 9iga buah m)dul surya dihubungkan s e,ara seri Sumber> P? design assistan,e ,enter Sandia Nati)nal lab)rat)ry 1@@1
III.6 HU0UNGAN (;DUL SU"#A SE*A"A SE"I DAN PA"ALEL Entuk mencatu daya sistem&sistem 2S yang diinginkan* maka perlu untuk menggabungkan se+umlah modul surya secara seri maupun parallel seperti terlihat pada gambar III.=. 2ada gambar terlihat bah1a array atau rangkaian modul surya untuk menacatu daya sistem terdiri dari @ buah modul surya yang dihubungkan secara seri dan $ buah modul surya yang dihubungkan secara parallel. egangan ker+a sistem tersebut adalah "% olt dan arus listrik yang dibutuhkan adalah sebesar "( Ampere.
Gambar III.6 Array atau "angkaian ()dul Surya Sumber> P? design assistan,e ,enter Sandia Nati)nal lab)rat)ry 1@@1
III.8 DA39A" PUS9A%A. 1.
Prof Abubakar Lubis & Adjat Sudradjat, Pembangkit Listrik tenaga Surya Fotovotaik, !PP" Press, 2##$.
2.
%."omas,!,'ro(oski, and ).*itt +-L/, *.!o0er +Sandia ationa Laboratory/ Progress in Potovotais )om(onents and Systems34 Presented at 1$t uro(ean Potovotai Soar nergy onferene and e5ibitions, 6asgo0,Sotand, 7', 2###.
2.
8artin.A.6reen, Soar )es, 9(erating Prini(es, "enoogy and System A((iations, 7niversity of e0 Sout *aes ,'ensington, S* 2#:: Austraia, 1;;<.
