PENGUKURAN KARAKTERISTIK SEL SURYA

Transkripsi

1 PENGUKURAN KARAKTERSTK SEL SURYA Ridwan Setiawan ( ) Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UN Sunan Gunung Djati Bandung Tahun ABSTRAK Eksperimen ini yaitu tentang sel surya. Sel surya yaitu suatu perangkat atau alat yang dapat merubah tenaga/energi matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip fotovoltak. Eksperimen kali ini ada tiga percobaan yaitu pengukuran efisiensi sel surya, pengaruh panjang gelombang dan perubahan intensitas cahaya matahari. Secara garis besar, eksperimen ini bertujuan untuk menghitung efisiensi sel surya dan menganalisa pengaruh panjang gelombang dan perubahan intensitas cahaya matahari yang diterima terhadap efisiensi dari sel surya. Dalam eksperimen didapatkan besar nilai arus dan tegangan, serta kurva tegangan-arus terhadap intensitas. Kata Kunci : Sel Surya, Arus, Tegangan, Hambatan, dan ntensitas. Ridwan Setiawan 1

2 1. Dasar Teori 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 (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() dan tegangan(v) yang dihasilkan ketika sel memperoleh penyinaran merupakan karakteristik setiap sel surya. Karakteristik ini selalu disajikan dalam bentuk kurva hubungan dan V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik sel surya dipengaruhi oleh intensitas cahaya dan suhu permukaan sel. Dalam praktikum ini akan akan dilakukan pengamatan untuk membuktikan ketergantungan karakteristik sel surya pada suhu kamar terhadap variasi intensitas cahaya. Salah satu sistem peralatan yang sangat diperlukan dalam kegiatan riset terkait pengembangan sel surya adalah sistem pengukur karakteristik sel surya dan prosedur penentuan parameter-parameter karakteristik sel surya berdasarkan datadata hasil pengukuran yang didapatnya. Sebenarnya beberapa sistem pengukuran serupa telah dikembangkan oleh beberapa kelompok peneliti (Kammer et. al., 1997, Muoy et. al., 1981, Mialhe et. al., 1983, dan Khoury et. al., 1984), akan tetapi sistem-sistem ini tidak dapat secara langsung dapat menentukan parameterparameter karakteristik sel surya dari data hasil pengukuran, sehingga dinilai kurang praktis. Prinsip kerja sel surya, Sel Surya terbuat dari berbagai jenis bahan terutama material elektronik dimana bagian utamanya berupa bahan semikonduktor (misalnya silikon). Akibatnya, prinsip kerja sel surya pun berbagai macam, untuk sel surya generasi pertama dan kedua ada yang berbasiskan sambungan (junction) p-n. Schottky Barrier, sambungan p-i-n. Sel surya yang paling sederhana prinsip kerjanya adalah yang berbasiskan sambungan p-n seperti pada sel surya silikon (kristalin). Pada sel surya tersebut silikon yang membentuk sel surya terdiri dari dua tipe material, yaitu Ridwan Setiawan 2

3 silikon tipe-p dan silikon tipe-n. Cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang masuk ke dalam bahan semikonduktor tersebut dapat menimbulkan pairgeneration yang menghasilkan muatan positif (hole) dan muatan negatif (elektron) pada suatu perangkat PV (fotovoltaik). Muatan positif menyebar pada lapisan-p dan elektron-elektron menyebar pada lapisan-n dan mengalir ke masing-masing elektroda. Tujuan dari praktikum ini yaitu memahami prinsip pengukuran dengan menggunakan panel surya, menghitung efisiensi sel surya, menganalisa panjang gelombang, menganalisa perubahan intensitas cahaya matahari yang diterima terhadap efisiensi dari sel surya. 2. Metode Percobaan a. Waktu dan Tempat Eksperimen ini dilaksanakan pada hari Selasa, pukul WB bertempat di Laboratorium Fisika Material UN Sunan Gunung Djati Bandung. b. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan adalah panel sel surya, sumber cahaya (disambungkan ke sumber listrik), potensiometer, voltmeter, amperemeter, kabel penghubung, luxmeter, mistar, dan plastik mika berwarna (biru, hijau, serta merah). c. Prosedur percobaan Dalam eksperimen ini dilakukan tiga macam perhitungan, yaitu : 1. Pengukuran Sel Surya Dalam pengukuran ini, alat dan bahan dirangkai. Kemudian mencari nilai intensitas cahaya menggunakan luxmeter. Lalu, potensiometer diatur agar tegangan pada voltmeter bernilai nol atau lebih dari nol. Ketika potensiometer terus menerus diatur maka besar tegangan pun akan berubah-ubah, sehingga dapat menimbulkan arus listrik (V > 0) sampai mendapatkan 10 data. 2. Pengaruh Panjang Gelombang Pengukuran ini hampir sama dengan pengukuran pertama, hanya dalam mencari nilai intensitasnya berbeda, karena menggunakan mika berwarna. 3. Perubahan ntensitas Cahaya Matahari Pengukuran ini sama dengan pengukuran pertama (sel surya), hanya ditambahkan variasi ketinggian sumber cahaya terhadap sel surya. Ridwan Setiawan 3

4 No No (W/m 2 ) 1 2,2 2 2,2 3 2,2 4 2,2 5 2,2 6 2,2 7 2,2 8 2,2 9 2,2 10 2,2 Ʃ 2,2 3. Data dan Pembahasan A. Data Pengamatan (A) ,10 E ,00 E ,90 E ,80 E ,70 E ,50 E ,10 E ,10 E ,70 E ,20 E- 12 4,61 E- Diketahui : Luas Sel Surya = 1,50E- m 2 Tabel 1. Pengukuran sel Surya Tabel 2. Pengaruh Panjang Gelombang Mika Biru (A) V (Volt) R (Ω) Pin Pout ƞ(%) 0,86 1,41E+ 1,8E 5,246E 2,914E ,08 1,80E+ 1,8E 6,480E 3,600E ,24 2,10E+ 1,8E 7,316E 4,064E ,48 2,55E+ 1,8E 8,584E 4,769E ,67 2,93E+ 1,8E 9,519E 5,288E ,95 3,55E+ 1,8E 1,073E 5,958E ,2 4,31E+ 1,8E 1,122E 6,233E ,45 7,90E+ 1,8E 7,595E 4,219E ,6 1,53E+ 1,8E 4,420E 2,456E ,71 2,26E+ 1,8E 3,252E 1,807E ,824 6,44E+ 1,8E 7,436E 4,131E V (Volt) 0,16 0,52 0,84 1,28 1,76 1,98 2,12 2,28 2,34 2,36 1,56 4 R (Ω) Pin Pout ƞ (%) 6,96E+ 02 2,36E+ 3,82E+ 6,10E+ 9,26E+ 1,16E+ 1,41E+ 1,90E+ 2,13E+ 2,15E+ 1,10E ,680E -05 1,144E - 1,848E - 2,688E - 3,344E - 3,366E - 3,180E - 2,736E - 2,574E - 2,596E - 2,384-2,30E- 2,20E- 2,20E- 2,10E- 1,90E- 1,70E- 1,50E- 1,20E- 1,10E- 1,10E- 1,73E- 1,115E- 3,467E- 5,600E- 8,145E- 1,013E- 1,020E- 9,636E- 8,291E- 7,800E- 7,867E- 7,225E- Mika Merah No Mika Hijau (A) V R (Volt) (Ω) 0,35 2,19 E+ 0,74 4,93 E+ 1,12 8,00 E+ 1,25 8,93 E+ 1,45 1,12 E+ 1,56 1,20 E+ 1,75 1,46 E+ 1,84 1,67 E+ 2 2,22 E+ 2,02 2,24 1,40 8 V (Volt) E+ 1,23 E+ 0,28 6,83E+ 02 0,48 1,20E+ 0,8 2,00E+ 1,18 3,E+ 1,33 3,50E+ 1,49 3,92E+ 1,72 4,78E+ 1,84 5,26E+ Pin Pout Ƞ (%) N o (A) 1 3,2 1,60E- 2 3,2 1,50E- 3 3,2 1,40E- 4 3,2 1,40E- 5 3,2 1,30E- 6 3,2 1,30E- 7 3,2 1,20E- 8 3,2 1,10E- 9 3,2 9,00E ,2 9,00E- 05 Ʃ 3,2 1,26E- 5,600E- 05 1,110E- 1,568E- 1,750E- 1,885E- 2,028E- 2,100E- 2,024E- 1,800E- 1,818E- 1,664E- 1,167E- 2,313E- 3,267E- 3,646E- 3,927E- 4,225E- 4,375E- 4,217E- 3,750E- 3,788E- 3,467E- R (Ω) Pin Pout (%) 1 3,7 4,10E- 2 3,7 4,00E- 3 3,7 4,00E- 4 3,7 3,90E- 5 3,7 3,80E- 6 3,7 3,80E- 7 3,7 3,60E- 8 3,7 3,50E- 1,148E - 1,920E - 3,200E - 4,602E - 5,054E - 5,662E - 6,192E - 6,440E - 2,068E - 3,459E - 5,766E - 8,292E - 9,106E - 1,020E - 1,116E - 1,160E - Ridwan Setiawan 4

5 Tabel 3. Perubahan ntensitas Cahaya Matahari No (A) V (Volt) R (Ω) 1 84,1 1,11E-02 0,69 6,20E ,8 4,97E- 0,3 6,E ,9 2,96E- 0,18 6,08E ,9 2,00E- 0,12 6,00E ,5 1,41E- 0,08 5,67E ,5 1,26E- 0,07 5,56E ,5 1,00E- 0,06 6,00E ,5 6,90E- 0, 5,80E ,10E- 0, 4,92E ,7 4,60E- 0,02 4,35E+01 Ʃ 19,94 2,65E- 0,159 5,66E+01 Grafik Tabel 3. Hubungan Tegangan (V) B. Pembahasan dengan Arus () Eksperimen ini yaitu tentang sel surya. Sel surya yaitu suatu perangkat atau alat yang dapat merubah tenaga/energi matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip fotovoltak. Pada eksperimen kali ini ada 3 percobaan yaitu, pengukuran efisiensi sel surya, pengaruh panjang gelombang dan perubahan intensitas cahaya matahari. Percobaan pertama, pengukuran efisiensi sel surya. Besar nilai efisiensi yang dihasilkan semakin besar ketika hambatan yang diberikan semakin besar. Dalam hal ini arus berbanding terbalik dengan tegangan, hal ini disebabkan karena intensitas yang diberikan bernilai tetap. Meskipun tegangan semakin besar, namun jika intensitas tetap atau tidak sebanding dengan besar tegangan, maka arus yang didapatkan akan semakin kecil. Karena kurangnya penyerapan energi cahaya lampu, sedangkan kebutuhan untuk energi listrik semakin besar. Sehingga keluaran arus yang dihasilkanpun akan sesuai dengan apa yang diperoleh (energi cahaya lampu). Besar efisiensi dipengaruhi oleh lebar panel sel surya, intensitas, arus, serta tegangan. Percobaan kedua, pengaruh panjang gelombang. Namun dalam percobaan kedua digunakan mika berwarna untuk mengetahui pengaruh panjang gelombang terhadap intensitas cahaya. Diketahui panjang gelombang biru sebesar 460 nm, hijau 532 nm, dan merah 638 nm. Percobaan ketiga, perubahan intenstas cahaya matahari. Dalam mencari nilai keluaran arus dan tegangan, intensitas cahaya divariasikan Ridwan Setiawan 5

6 dengan jarak yang berbeda-beda. Semakin dekat sumber cahaya dengan luxmeter, maka intensitasnya pun akan semakin besar. Percobaan ini berbeda dengan percobaan sebelumnya, jika percobaan 1 dan 2 arus berbanding terbalik dengan arus, maka dipercobaan ini arus dan tegangan berbanding lurus. Karena intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya semakin besar, sehingga meskipun tegangan diperbesar maka keluaran arus pun akan semakin besar pula. Hal tersebut bisa dilihat grafik atau kurva tegangan (V) terhadap arus () yang bersifat linear yaitu V = R. dimana V sebagai sumbu-y, sebagai sumbu-x, dan m sebagai R. Pada grafik V-, didapatkan hambatan dalam sebesar 62,474 Ω. 4. Kesimpulan Pada eksperimen tentang karakteristik sel surya ini dapat disimpulkan bahwa: karakteristik sel surya sipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan sel, semakin banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel surya maka arus yang dihasilkan pun akan semakin besar dan besar hambatan sel surya pada kurva V terhadap adalah sebesar 62,474Ω. DAFTAR PUSTAKA Beiser, Arthur Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga. Krane, Kenneth S Fisika Modern. Jakarta : U Press. Suhandi, Y. R, dkk. Penentuan Parameter-Paremeter Karakteristik Sel Surya untuk Kondisi Gelap dan Kondisi Penyinaran dari Kurva Karakteristik Arus-Teganga (-V). Jurnal Jurusan Pendidikan Fisika FPMPA UP. No Name. Pengembangan Sistem Pengukur Karakteristik -V Sel Surya Dalam Keadaan Penyinaran dan Tanpa Penyinaran. Program Studi Fisika Jurusan Pendidikan Fisika FPMPA UP. Karakteristik Arus dan Tegangan Sel Surya. (Available from 013/07/karakteristik-arus-dantegangan-sel.html WB 30 November 2014). Ridwan Setiawan 6