|
Ashari Alfiyahya / M0210013
JURNAL PRAKTIKUM
SEL SURYA
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, photo-voltaic 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.
Sebuah sel surya tunggal
dapat menghasilkan listrik searah 3 volt dan 3 ampere. Sel-sel ini dapat dibuat
dalam berbagai ukuran yang diinginkan dengan jalan menghubungkan seri sel-sel
yang sama untuk membentuk modul sel surya dengan keluaran yang diperlukan.
Sel-sel itu dikemas sedemikian rupa dengan bahan khusus sehingga modul dapat
bertahan dalam kondisi yang terjelek tanpa kehilangan efisiensinya.
Sistem sel surya pada
mulanya dikembangkan untuk penggunaan pada satelit di ruang angkasa. Perawatan
atau perbaikaan di ruang angkasa itu pekerjaan sangat mahal, untuk tidak
mengatakan tidak mungkin. Oleh karena itu, semua satelit yang mengelilingi bumi
mendapatkan energi listriknya dari sistem sel surya. Sistem sel surya dapat
bekerja dengan andal untuk jangka waktu yang lama dan hampir tanpa memerlukan
perawatan. Sehingga sel surya dapat dikatakan mempunyai keandalan yang tinggi.
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.
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 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 (Eg) 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 aliran arus listrik.
