PENGEMBANGAN SISTEM PENGUKUR KARAKTERISTIK I-V SEL SURYA DALAM KEADAAN PENYINARAN DAN TANPA PENYINARAN

Transkripsi

1 Program Studi Fisika Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA PENGEMBANGAN SISTEM PENGUKUR KARAKTERISTIK I-V SEL SURYA DALAM KEADAAN PENYINARAN DAN TANPA PENYINARAN

2 Latar Belakang Rumusan Masalah Lingkup Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian -Pengembangan sel surya yang sangat potensial sebagai sumber energi. -Penelitian-penelitian sel surya masih didominasi oleh kegiatan simulasi. Mengingat keterbatasan alat yang kurang memadai, sehingga hasilnya kurang optimal terutama dalam menentukan parameter-parameter karakteristik sel surya dari data hasil pengukuran, sehingga kurang praktis untuk keperluan praktikum. Pengembangan sistem pengukur karakteristik I-V sel surya dan pengukuran paramater-parameter karakteristik sel surya dalam keadaan penyinaran dan tanpa penyinaran. Keadaan tanpa penyinaran: R s dan R sh, I OR dan I OD. Keadaan penyinaran: I sc, V oc, fill factor (FF), dan efisiensi ( ). 1. Pengembangan sistem pengukur parameterparameter karakteristik sel surya dengan konstruksi dan komponen peralatan yang sederhana dan memiliki akurasi pengukuran yang cukup baik 2. Untuk mengetahui gambaran karakteristik sel surya berdasarkan parameter-parameter yang diukur. Dapat digunakan untuk kegiatan praktikum maupun untuk kepentingan riset yang terkait dengan pengembangan piranti sel surya

3

4 Tinjauan Umum Tentang Sel Surya Keuntungan (Wolf, 1991): 1. Mengkonversi langsung energi radiasi matahari menjadi energi listrik. 2. Ramah lingkungan, tanpa emisi saat dioperasikan, dan tidak memerlukan bahan bakar. 3. Dapat digunakan di mana-mana dan dapat diintegrasikan pada bangunan ataupun konstruksi yang lain. 4. Berbentuk modular sehingga jumlah sel surya yang dipakai dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Material Sel Surya Silikon Amorf (a-si) Kelebihan: 1. Koefisien absorpsi optik yang lebih tinggi ( > 10 5 cm -1 ). 2. Celah pita optik yang lebih lebar (~ 1,7 ev). 3. Temperatur penumbuhannya jauh lebih rendah (~250 o C) sehingga dapat difabrikasi di atas berbagai jenis substrat seperti stainless steel, gelas atau plastik. 4. Teknologi pembuatannya lebih sederhana dengan bahan baku yang melimpah. Kekurangan: Memilki struktur dan sifat listrik yang kurang baik dibanding c-si, sehingga efisiensi konversinya lebih rendah

5 Mekanisme Konversi Fotovoltaik Gambar 2.2. Ilustrasi proses konversi fotovoltaik dalam sel surya berbasis silikon amorf (Takahashi dan Konagai, 1986). Gambar 2.6. Mekanisme transport arus dioda p-i-n (Takahashi dan Konagai, 1986)

6 (a) Gambar 2.5. Mekanisme pembawa muatan dalam sel surya, (a) sebelum diberi panjar, (b) setelah diberi panjar (Reka Rio, 1999). (b)

7 Gambar 2.8. Karakteristik I-V sel surya tanpa disinari dan ketika disinari, yang menghasilkan parameter dasar: arus penyinaran (I L ), arus hubungan singkat (I sc ) dan tegangan rangkaian terbuka (V oc ), (Hans Joachim Möller, 1992).

8 Lampu (a) Kotak gelap hυ Konektor listrik (b) Sel surya Gambar 3.1. Rangkaian listrik untuk sistem pengukur karakteristik I-V dalam keadaan tanpa penyinaran (a) dan keadaan diberi penyinaran (b), (Martil dan Gonzalez Diaz, 1992). Gambar 3.2. Rancangan sistem pengukur karakteristik sel surya

9 Pembuatan sistem Pengukur parameter karakteristik sel surya Uji coba pengukuran Proses pengukuran parameterparameter karakteristik keadaan penyinaran dan tanpa penyinaran Analisis Data Kesimpulan dan Rekomendasi

10 Teknik Pengolahan dan Analisis Data Karakteristik I-V sel surya dalam keadaan tanpa penyinaran: Karakteristik I-V sel surya dalam keadaan penyinaran : 1. Plot kurva Arus terhadap Tegangan (I-V) sel surya dari data hasil pengukuran. 2. Menentukan nilai R s dan R sh dari kurva I-V. 3. Menentukan I j dan V j. 4. Plot kurva I terhadap V j untuk menentukan I OR dan I OD. 1. Plot kurva karakteristik Arus terhadap Tegangan (I-V) sel surya dari data hasil pengukuran. 2. Menentukan V oc, I sc, dan V m I m dari kurva karakteristik I-V. 3. Menentukan faktor pengisian (FF) dan efisiensi ( ) sel surya.

11 Rangkaian listrik untuk sistem pengukur karakteristik I-V dalam keadaan tanpa penyinaran (a) dan keadaan diberi penyinaran (b), (Martil dan Diaz, 1992).

12 Gambar 4.1. Sistem pengukur karakteristik I-V sel surya Gambar 4.2. Rangkaian Sistem Pengukur karakteristik I-V Sel Surya

13 Karakteristik I-V sel surya dalam keadaan tanpa penyinaran No V (V) I (A)

14 I V IR R sh s I OR exp q V IR 2kT s 1 I OD exp q V IR kt s 1 (2.1) Hubungan arus-tegangan untuk sel surya dalam keadaan tanpa penyinaran. Nilai-nilai pada keadaan tegangan (V) tinggi I q V IRs IOD exp (2.2) kt V j V IR s (2.3) I VJ qvj qv J IOR exp 1 IOD exp 1 (2.4) R 2kT kt sh Nilai-nilai pada keadaan tegangan (V) rendah I V R J sh (2.5) I J I V R J sh (2.6) I J I OR exp qvj 2kT 1 I OD exp qvj kt 1 2.7

15 Rangkaian ekivalen untuk sel surya silikon (Martil dan Diaz, 1992).

16 1E-3 R s R sh = 571.1x10 4 Ω R s = x10 4 Ω 1E-4 1E-5 Arus (A) 1E-6 1E-7 R sh 1E Tegangan (V)

17 Tabel 2. Nilai-nilai tegangan yang lebih tinggi untuk menentukan nilai R s No V (V) I (A) R s = x10 4 Ω

18 1E-3 1E-4 Arus (A) 1E Tegangan (V) Gambar 2. Kurva karakteristik I-V sel surya untuk menentukan R s

19 Tabel 3. Nilai-nilai tegangan yang lebih rendah untuk menentukan nilai R sh No V (V) I (A) R sh = Ω

20 1E-7 Arus (A) Tegangan (V) Gambar 3. Kurva karakteristik I-V sel surya untuk menentukan R sh

21 Tabel 4. Hasil Perhitungan nilai V j dan I j No V (V) I (A) Vj (V) Ij (A) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-04

22 1E-4 1E-5 1E-6 1E-7 I (A) 1E-8 1E-9 1E-10 1E-11 1E Vj (V) Kurva karakteristik I terhadap V j, yang menunjukan nilai arus saturasi difusi (warna kuning), arus saturasi rekombinasi (warna biru), dan hambatan shunt (warna magenta). I OR = x 10-9 A I OD = x A

23 Karakteristik sel surya dengan memperhitungkan hambatan seri dan hambatan shunt (Sze, 1981).

24 Tabel 5. Data yang diperhitungkan dalam eksperimen Daya Lampu (P L ) Tegangan maksimum lampu (V L ) Tegangan yang digunakan pada sel surya (V c ) Jarak lampu terhadap sel surya (r) 250 watt 24 V 15 V 10 cm Luas Sel surya (A ss ) (3.5x1.4) cm 2 = 4.9 cm 2

25 Karakteristik I-V sel surya dalam keadaan penyinaran No R ( ) V (V) I (A)

26 Dalam keadaan penyinaran, karakterisatik I-V sel surya menjadi (S. M. Sze, 1981): V IR q V IR q V s s s I IOR exp 1 IOD exp 1 Rsh 2kT kt IR I L (2.8) I I m m FF (2.10) sc V V oc p P out in 100% I sc V oc FF A 100% (2.11)

27 I SC (ma) V OC (V) V m I m (mw) FF % 10 Arus (ma) Tegangan (V)

28 X (V) Y (I) XY (VI) Tabel 7. Perkalian arus dan tegangan (luasan) di bawah kurva I-V sel surya V m I m

29 Arus (ma) Tegangan (V) Gambar 7. Kurva karakteristik I-V dengan luasan di bawah kurva I-V (V m I m )

30 untuk menentukan intensitas cahaya yang sampai ke sel surya, dapat menggunakan persamaan-persamaan di bawah ini: R V P 2 L W L 24V Vc 15V pc W R P c A 97.66W 4 10cm mw cm 2

31 Tabel 8. Parameter-parameter karakteristik I-V sel surya silikon amorf dalam keadaan penyinaran yang diperoleh dari eksperimen. I SC (ma) V OC (V) V m I m (mw) FF %

32 Kesimpulan Rekomendasi 1. Dari hasil pengukuran karakteristik I-V sel surya diperoleh nilai R sh dan R s berturut-turut bernilai 571.1x10 4 Ω dan x10 4 Ω, FF bernilai dan efisiensinya sebesar 7.193%. Nilai efisiensi dari sel surya ini cukup baik untuk material silikon amorf. Berdasarkan penelitianpenelitian yang telah dilakukan pada silikon amorf, efisiensi yang terukur berkisar (6-9)% (Shahidul I khan,). 2. Pengembangan sistem pengukur karakteristik sel surya yang dihasilkan memiliki akurasi pengukuran yang cukup baik, sehingga hasil yang didapat menggambarkan keadaan riil dari karakteristik bahan yang diukur, dan kedepannya benar-benar dapat digunakan untuk kegiatan praktikum maupun penelitian mahasiswa yang terkait dengan pengembangan piranti sel surya. Untuk pengukuran intensitas sebaiknya menggunakan Intensitimeter dalam satuan W/m 2 dan pengukuran alat (amperemeter) menggunakan alat dengan ketelitian yang cukup tinggi, sehingga dapat mendeteksi arus keluaran yang sekecil mungkin.

33