BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Matahari Matahari adalah salah satu contoh dari energi terbarukan (renewable energy) dan merupakan salah satu energi yang penting dalam kehidupan manusia. Berikut ini adalah tabel persentase total sumber energi primer dunia pada tahun 2011. Tabel 2.1 Persentase sumber energi primer dunia pada tahun 2011 [1] No. Sumber Jumlah 1. Minyak 31.4% 2. Gas alami 21.3% 3. Batubara 28.9% 4. Nuklir 5.2% 5. Energi terbarukan 13.2% Tabel 2.1 memperlihatkan jumlah energi terbarukan sebesar 13.2 % dari total energi primer dan minyak sebesar 31.4 % dari total sumber energi terbarukan pada tahun 2011. Gambar 2.1 Sumber energi terbarukan pada kapasitas kelistrikan dunia 2011 [1] Gambar 2.1 memperlihatkan jumlah energi dari matahari sebesar 1.4% dari total sumber energi terbarukan pada tahun 2011. Jumlah tertinggi yaitu pada sumber energi dari air (hydro) sebesar 78%. Matahari menghasilkan energi dalam bentuk radiasi. Energi dihasilkan dalam inti matahari melalui proses perpaduan antara atom hidrogen dan helium. Bagian dari massa hidrogen dikonversi menjadi energi. Dengan kata lain, matahari adalah reaktor fusi nuklir yang sangat besar dengan masa hidup (umur) sekitar 4,5 x 10 9 tahun [2]. Karena matahari jauh dari 3

bumi, maka hanya sebagian kecil radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi. Ada beberapa jenis radiasi matahari yaitu radiasi langsung (direct radiation), radiasi tersebar (diffuse radiation), radiasi pantulan (albedo), dan radiasi total (total radiation) [3]. Gambar 2.2 Komponen radiasi matahari [3] Gambar 2.2 memperlihatkan tentang peristiwa radiasi dan jenis radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari dari atmosfer bumi tergantung pada jarak antara matahari dan bumi. Dalam setahun variasi jarak ini antara 1,47 x 10 8 km dan 1,52 x 10 8 km. Sebagai hasilnya, fluktuasi intensitas radiasi matahari antara 1325 W/m 2 dan 1412 W/m 2. Nilai rata-rata yang dibuat sebagai ketetapan intensitas radiasi matahari yaitu 1367 W/m 2 [4]. Tingkat intensitas tersebut tidak tercapai pada permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi tingkat intensitas tersebut melalui refleksi (pemantulan), penyerapan (oleh ozon, uap air, oksigen dan karbon dioksida) dan penyebaran (disebabkan oleh molekul udara, partikel debu atau polusi). Pada saat cuaca yang baik di tengah hari, tingkat intensitas radiasi matahari dapat mencapai 1000 W/m 2 pada permukaan bumi. Nilai tersebut relatif tergantung pada lokasi. Tingkat intensitas radiasi matahari maksimum terjadi pada saat cuaca berawan sebagian dan hari yang cerah. Radiasi matahari secara langsung dapat diukur menggunakan pyranometer. Gambar 2.3 Pyranometer [4] 4

Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk alat ukur pyranometer. Pyranometer adalah sensor dengan presisi tinggi yang digunakan untuk mengukur radiasi matahari. Pada pyranometer, terdapat pelat logam hitam sebagai permukaan penyerap dan di bawahnya terdapat elemen panas dan logam putih. Radiasi matahari adalah energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang gelombang, maka energi total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolut atau sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann: (1) Dimana G adalah energi yang diradiasikan persatuan waktu dan persatuan luas (Watt/m 2 ), dan adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( ) = 5,669 x 10-8 W/m 2.K 4. Penukaran panas netto secara radiasi termal adalah: Watt (2) Dimana adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( ) = 5,669 x 10-8 W/m 2.K 4. A adalah luas permukaan (m 2 ) dan T adalah temperatur derajat kelvin pangkat empat (K 4 ). Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari (G s ) adalah sama dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Boltzmann ( ) dengan pangkat empat temperatur permukaan absolut (T 4 s ) dan dengan luas permukaan (πd 2 s ) atau dengan persamaan: G s = π d 2 4 s T s Watt (3) Dimana adalah konstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya 5,67 x 10-8 W/(m 2.K 4 ), Ts adalah temperatur permukaan dalam satuan Kelvin, dan d s adalah diameter matahari dalam satuan meter. Pada radiasi ke semua arah, energi yang diradiasikan mencapai luas permukaan bola dengan matahari sebagai titik tengahnya. Jari-jari (R) sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Luas permukaan bola adalah 4πR 2, dan fluks radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan iradiansi, menjadi sebagai berikut: (4) (5) (6) 5

2.2 Fotovoltaik Fotovoltaik adalah peristiwa konversi langsung dari cahaya menjadi listrik. Hal ini menggunakan material yang menyerap foton dari cahaya. Hal tersebut dapat digunakan untuk membuat pembangkit listrik tenaga surya. Elemen dasar dari sebuah sistem fotovoltaik adalah sel surya yang mengkonversi energi matahari menjadi arus searah. Iradiansi adalah kuantitas yang menggambarkan fluks radiasi matahari yang sampai pada suatu permukaan (kw/m 2 ). Kepadatan iradiansi dari matahari di atmosfer luar adalah 1.373 kw/m 2 tetapi kepadatan puncak hanya 1 kw/m 2 saat penyinaran akhir sinar matahari pada permukaan bumi [5]. Iradiansi mengukur energi radiasi matahari yang diterima oleh suatu area permukaan pada waktu tertentu. Gambar 2.4 Model rangkaian sel surya [6] Gambar 2.4 menunjukkan model rangkaian sel surya sederhana yang terdiri dari dua buah dioda. Sebuah sel surya tipikal terdiri dari sambungan p-n yang dibentuk dari material semikonduktor yang mirip dioda. Gambar 2.5 Struktur sel surya [7] Gambar 2.5 memperlihatkan struktur sel surya yang terdiri dari beberapa elemen seperti lapisan depan, lapisan belakang, dan lain-lain. Untuk mengetahui pembentukan panel surya, dapat melihat gambar di bawah ini. Gambar 2.6 Susunan dioda, sel surya dan panel surya [5] 6

Gambar 2.6 menunjukkan bahwa susunan material dioda dapat membentuk sel surya, dan susunan sel surya dapat digunakan untuk membentuk panel surya. Untuk lebih memahami bagaimana arus dan tegangan dihasilkan dari modul PV, maka diperlukan model rangkaian PV. Model tersebut bermanfaat untuk digunakan pada tingkat kerumitan tertentu, dapat melakukan input ke dalam rangkaian, melakukan simulasi dan program komputasi menggunakan perangkat lunak seperti PSIM, SPICE and MATLAB/Simulink [8]. Alasan utama mengapa teknologi PV sedang populer adalah karena fakta bahwa teknologi PV tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca, tidak memiliki bagian yang berputar, memiliki umur yang panjang dan hanya memerlukan sedikit perawatan [9]. Daya yang dihasilkan dari sebuah panel surya tidak selalu konstan tergantung waktu dan lingkungan. Untuk kalkulasi data panel surya, diperlukan persamaan matematis. Berikut adalah rumus matematis yang berhubungan dengan panel surya terkait faktor pengisian, daya keluaran, daya masukan, dan efisiensi. (7) (8) (9) (10) Keterangan : P out = Daya keluaran panel surya (W) P in = Daya masukan panel surya (W) η = Efisiensi panel surya ( ) V oc = Tegangan rangkaian terbuka (V) I sc = Arus hubung singkat (A) G = Intensitas radiasi matahari (W/m 2 ) A = Luas penampang panel surya (m 2 ) 7

Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen sederhana sel surya Gambar 2.7 merupakan rangkaian ekivalen sederhana sel surya yang terdiri dari sumber arus dan dioda. Persamaan umum dari arus sel surya (I) berdasarkan tegangan sel surya (V=V D ) dengan arus saturasi (I S ) dan faktor diode (m) yaitu: ( ( ) ) (11) V T adalah tegangan termal dimana pada temperature 25 0 C nilainya adalah V T = 25.7 mv. Magnitude dari arus saturasi (I S ) adalah diantara 10-10 10-5 A. Sedangkan m adalah faktor dioda dari sebuah diode ideal yang nilainya adalah 1. Persamaan untuk nilai V T pada kondisi temperatur tertentu yaitu: (12) Dengan k (konstanta Boltzmann) = 1.380658 x 10-23 J/K, T (temperatur) dalam Kelvin ( o C + 273.15), dan e (charge of electron) = 1.60217733 x 10-19 Columbs. ( ) Ketergantungan temperatur pada arus saturasi I s1 dan I s2 dengan koefisien c s1 dan c s2 dan band gap (E g ) dapat dilihat pada persamaan berikut. (13) ( ) (14) ( ) Pada rangkaian ekivalen sederhana sel surya, sebuah sumber arus dihubungkan pararel dengan dioda. Sumber arus menggambarkan arus cahaya / photocurrent / I ph yang tergantung pada iradiansi (E) dan koefisien temperatur (c o ). (16) (15) Dengan menggunakan koefisien c 1 dan c 2 pengaruh temperatur pada photocurrent: ). E (17) Dari hukum pertama Kirchhoff, maka didapat persamaan arus sebagai berikut. 8

( ( ) ) (18) Tegangan dari sel surya yang dihubung singkat adalah 0. Dalam hal ini arus hubung singkat (I sc ) sama dengan arus cahaya (photocurrent) I ph. Karena photocurrent sebanding iradiansi (E), maka arus hubung singkat juga demikian. (19) Arus hubung singkat meningkat dengan bertambahnya temperatur. Temperatur standar untuk kondisi arus hubung singkat yaitu biasanya T = 25 0 C. Koefisien temperatur α isc dari arus hubung singkat berdasarkan nilainya untuk dapat dihitung pada nilai temperatur lain yaitu menggunakan persamaan berikut: (20) Untuk sel surya jenis silikon, koefisien dari arus hubung singkat adalah diantara α isc = +10-3 / o C dan α isc = +10-4 / o C. Jika tegangan bernilai nol, maka persamaan arus hubung singkat yaitu. Jika arus sel surya adalah nol, maka sel surya pada kondisi rangkaian terbuka. Tegangan sel akan menjadi tegangan rangkaian terbuka (Voc). Persamaan I-V dari rangkaian ekivalen sederhana untuk nilai Voc saat arus bernilai nol yaitu: ( ) (21) Atau dapat menggunakan persamaan lainnya yaitu: ( ) (22) Atau saat I sc lebih besar daripada I s, maka: (23) Karena I sc sebanding dengan iradiansi (E), maka V oc sebanding dengan: (24) Koefisien temperatur dari Voc mempunyai kemiripan dengan I sc. Koefisien tersebut mempunyai tanda negatif. Untuk sel surya silikon, koefisien temperatur diantara α voc = -3.10-3 / o C dan -5.10-3 / o C. Jadi disimpulkan bahwa untuk menyederhanakan proses, maka I ph dapat diasumsikan sama dengan I sc. Faktor dioda m dari dioda ideal yaitu 1. Jadi, dua parameter telah diestimasi. Arus saturasi dioda dapat dihitung sesuai persamaan sebelumnya. 9

( ) ( ) (25) Sel surya memiliki kurva karakteristik (I-V dan P-V) yang memiliki titik maksimum. Titik tersebut dinamakan titik daya maksimum (maximum power point / MPP). (26) Parameter lain dari sebuah sel surya yaitu faktor pengisian (fill factor). Fill factor adalah kriteria kualitas dari sel surya yang menggambarkan seberapa baik kurva I- V sesuai dengan bentuk persegi V oc dan I sc. Nilainya selalu lebih kecil dari 1 dan biasanya diantara 0.75-0.85 untuk sel surya jenis silikon kristal, serta 0.5 0.7 untuk sel surya jenis amorphous/thin film. Gambar 2.8 Daya maksimum pada karakteristik arus-tegangan Gambar 2.8 merupakan karakteristik yang menunjukkan titik daya maksimum. Fill factor juga merupakan pembagian nilai daya maksimum terhadap tegangan rangkaian terbuka dan arus hubung singkat. Fill factor dapat dijelaskan sebagai hubungan antara daerah B terhadap daerah A seperti pada gambar berikut. (27) Gambar 2.9 Faktor pengisian pada sel surya 10

Gambar 2.9 menunjukkan bentuk kurva yang terdiri dari area B dan area A yang menggambarkan fill factor. Arus hubung singkat (I sc ) dapat dikalkulasi untuk temperatur yang diberikan (T j ), untuk variasi temperatur kecil, yaitu: (28) [ ] (29) Dimana α sc adalah koefisien temperatur relatif dari arus hubung singkat (/ o K) yang diperoleh dari data sheet, T jref adalah temperatur referensi dari sel PV ( o K), I sc-tjref adalah arus hubung singkat pada temperatur referensi. Begitu juga dengan tegangan rangkaian terbuka, untuk variasi temperatur kecil dapat juga dengan persamaan: [ ] (30) Dimana V oc-tjref adalah tegangan rangkaian terbuka pada temperatur referensi dan β oc adalah koefisien temperatur relatif dari tegangan (/ o K) yang didapat dari data sheet. Bahkan, data sheet juga memberikan koefisien temperatur dari P MPP. [ ] (31) Dimana P MPP-Tjref adalah daya maksimum pada temperatur referensi, γ mpp adalah koefisien temperatur daya maksimum relatif (/ o K) yang diperoleh dari data sheet. Berikut ini akan dijelaskan lebih detail apa saja yang mempengaruhi efisiensi sel surya, dengan persamaan berikut. (32) (33) (34) (35) adalah efisiensi koleksi eksternal dan adalah efisiensi koleksi internal. adalah photocurrent maksimum yang mungkin dapat dihasilkan jika semua photon dengan E > E G yang terbentuk dan pasangan electron-hole yang berkumpul. adalah arus light-generated, yang menggambarkan akan menajdi apa arus hubung singkat jika setiap photon yang diserap dikumpulkan dan terdistribusi ke arus hubung singkat. E g adalah energi band gap atau energy 11

maksimum yang dapat diekstrak dari photon yang diserap. Nilai bandgap tergantung dari jenis material semikonduktor yang digunakan. (36) Efisiensi photon menghitung photon yang tidak direfleksikan, ditransmisikan, atau tidak diserap oleh sel surya. Berikut adalah persamaan hubungan antara fill factor dan tegangan rangkaian terbuka. * + (37) Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa FF bertambah secara perlahan seiring pertambahan tegangan rangkaian terbuka. Efisiensi tegangan adalah perbandingan tegangan rangkaian terbuka terhadap tegangan bandgap. (38) Secara empiris, sel surya terbaik mempunyai tegangan rangkaian terbuka 0.4V lebih kecil daripada tegangan bandgap. Untuk silikon, η v = 0.643. Berikut adalah persamaan tegangan rangkaian terbuka. (39) Dari persamaan, dapat dilihat bahwa tegangan rangkaian terbuka berbanding lurus dengan logaritma arus hubung singkat, dan berbanding terbalik dengan arus saturasi. Oleh karena itu, mengurangi arus saturasi akan menambah tegangan rangkaian terbuka. 2.3 Prinsip Kerja Fotovoltaik Berikut akan dijelaskan bagaimana prinsip kerja dari sel surya, dimana jenis sel surya silikon kristal sebagai contohnya. Silikon yang memiliki tingkat kemurnian tinggi dan juga kualitas kristal yang tinggi, diperlukan untuk membuat sel surya. Atom silikon membentuk kisi kristal yang stabil dimana masing-masing atom silikon mempunyai empat elektron yang berikatan (elektron valensi) di kulit terluarnya. Untuk membentuk sebuah konfigurasi elektron yang stabil di kisi kristal, dua elektron dari dua atom yang berdekatan membentuk ikatan pasangan elektron. Dengan membentuk ikatan pasangan elektron dengan empat elektron yang berdekatan, silikon mencapai konfigurasi gas mulia yang stabil dengan 12

delapan elektron terluar. Ikatan elektron ini dapat dipisahkan oleh cahaya atau panas. Elektron tersebut kemudian bebas bergerak dan meninggalkan suatu rongga (hole) di dalam kisi yang disebut sebagai konduktivitas intrinsik. Gambar 2.10 Struktur kristal silikon dan konduktivitas intrinsik [4] Gambar 2.10 merupakan kondisi struktur kristal silikon dan konduktivitas intrinsik saat elektron bergerak. Konduktivitas intrinsik tidak dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Agar material silikon dapat digunakan untuk menghasilkan energi, pengotoran (doping) sengaja dilakukan ke dalam kisi kristal [4]. Ini dikenal sebagai atom doping. Atom-atom ini memiliki satu elektron lebih (fosfor) atau satu elektron kurang (boron) dari silikon di kulit elektron terluarnya. Dengan demikian, atom doping menghasilkan 'atom pengotor' dalam kisi kristal. Gambar 2.11 Konduksi ekstrinsik di dalam silikon dengan doping p dan n [4] Gambar 2.11 memperlihatkan konduksi ekstrinsik di dalam silikon dengan doping p dan n. Pada kondisi fosfor sebagai doping n, maka ada kelebihan elektron untuk setiap atom fosfor di kisi. Elektron ini dapat bergerak dengan bebas di dalam kristal dan oleh karena itu mengangkut muatan listrik. Dengan boron sebagai doping p, maka ada lubang (ikatan elektron yang hilang) untuk setiap atom boron dalam kisi. Elektron dari atom silikon tetangga (terdekat) dapat mengisi lubang ini, menciptakan sebuah lubang (hole) baru di tempat lain. Metode konduksi 13

berdasarkan atom doping dikenal sebagai konduksi pengotor atau konduksi ekstrinsik. Dengan mempertimbangkan material doping p atau n, muatan bebas tidak memiliki arah yang untuk pergerakan mereka. Jika lapisan semikonduktor dengan doping p dan n dibawa bersama, sebuah sambungan p-n (positif-negatif) terbentuk. Pada sambungan (junction) ini, elektron yang berlebih dari semikonduktor n berdifusi ke dalam lapisan semikonduktor p. Hal ini menciptakan suatu daerah dengan beberapa pembawa muatan bebas. Wilayah ini dikenal sebagai daerah muatan ruang. Atom doping bermuatan positif tetap di wilayah n dan atom doping bermuatan negatif tetap di wilayah p dalam periode transisi. Medan listrik yang diciptakan berlawanan dengan gerakan pembawa muatan, akibatnya difusi tidak berlanjut terus menerus. Gambar 2.12 Bentuk daerah ruang muatan pada sambungan p-n [4] Gambar 2.12 memperlihatkan bentuk daerah ruang muatan pada sambungan p-n. Jika semikonduktor p-n (sel surya) terkena cahaya, foton diserap oleh elektron. Energi yang masuk tersebut memecah ikatan elektron sehingga elektron yang terlepas ditarik melalui medan listrik ke wilayah n. Lubang yang terbentuk bermigrasi dalam arah yang berlawanan ke wilayah p. Proses ini secara keseluruhan disebut efek fotovoltaik. Penyebaran pembawa muatan ke kontak listrik menyebabkan tegangan timbul pada sel surya. Pada keadaan tanpa beban, tegangan rangkaian terbuka (Voc) timbul pada sel surya. Jika rangkaian listrik tertutup, maka arus listrik akan mengalir. 2.4 Material Sel Surya Ada berbagai macam material semikonduktor yang dapat digunakan untuk membuat sel surya. Material semikonduktor tersebut yang paling banyak 14

digunakan dalam sel surya adalah silikon. Masing-masing material mempunyai tingkat efisiensi yang berbeda. Adapun material sel surya yaitu sebagai berikut: 1. Silikon Silikon dapat ditemukan terutama dari pasir kuarsa (SiO 2 ) yang mengalami proses reduksi dengan temperatur sekitar 1800 0 C (3272 0 F) [10]. Hasil dari proses tersebut disebut Metallurgical-Grade Silicon (MG-Si) dengan kemurnian mencapai 98%. Proses lain untuk mengekstraksi silikon yaitu reduksi aluminothermic. Silikon yang digunakan oleh industri komputer disebut Electronic-Grade Silicon (EG-Si) untuk memproduksi perangkat semikonduktor. Tingkat kemurnian yang tinggi tersebut tidaklah diperlukan dalam produksi sel surya namun yang digunakan yaitu Solargrade Silicon (SOG-Si). Akan tetapi proses pemurnian diperlukan untuk memproduksi SOG-Si. Silikon dicampur dengan Hydrogen Chloride atau Chloric Acid (HCl) dalam proses silan. Sebuah reaksi eksotermik menghasilkan Trichlorosilane (SiHCl 3 ) dan Hydrogen (H 2 ). Trichlorosilane bersifat cairan jika pada temperatur 30 0 C. Proses Chemical Vapour Deposition (CVD) digunakan untuk melapisi silikon. Silikon diendapkan sebagai batang silikon tipis pada temperatur 1350 C (2462 F). Saat trichlorosilane dicampur dengan hidrogen dengan tingkat kemurnian yang tinggi, maka dihasilkan batang silikon dengan kemurnian tinggi dengan diameter mencapai 30 cm (12 inch) dan panjang mencapai 2 m (80 inch). Silikon kristal terdiri dari 2 jenis yaitu silikon monokristal dan silikon polikristal. Efisiensi tertinggi dari sel surya silikon adalah sekitar 25% dengan pengaruh beberapa material semikonduktor lainnya dapat mencapai 30%, yang tergantung pada panjang gelombang dan semikonduktor bahan. Gambar 2.13 Struktur dan tampilan depan sel surya silikon kristal [10] Gambar 2.13 merupakan gambar struktur dan tampilan depan sel surya silikon kristal. Material silikon kristal telah membuat hampir 90% perkembangan sel 15

surya dibelahan dunia. Dominasi terjadi karena teknologi silikon telah diuntungkan oleh perkembangan sistem mikroelektronika, sementara peneliti sel thin film harus mengembangkan peralatan manufaktur sendiri [6]. 2. Thin film Selain silikon kristal, material lain seperti thin film juga digunakan dalam pembuatan sel surya. Thin-film solar cell (TFSC) adalah sel surya yang dibuat dari bahan thin film. TFSC didasarkan pada bahan-bahan yang sangat menyerap sinar matahari sehingga sel dapat dibuat menjadi sangat tipis [6]. Thin film terbuat dari amorphous silicon, cadmium telluride (CdTe) atau copper indium diselenide (CuInSe 2 atau CIS). Karena penyerapan yang tinggi dari material ini, ketebalan lapisan < 0,001 mm dimana secara teoritis cukup untuk mengkonversi cahaya matahari. Material tersebut lebih tahan terhadap kontaminasi oleh atom asing. Gambar 2.14 Perbandingan sel thin film (kiri) dan silikon kristal (kanan) [4] Gambar 2.14 merupakan perbandingan sel thin film (kiri) dan silikon kristal (kanan). Modul thin film dapat dihasilkan dengan menggunakan sebagian kecil dari bahan semikonduktor yang diperlukan untuk modul kristal dan ini menjanjikan biaya produksi yang lebih rendah dalam jangka menengah. Oleh karena itu potensi perkembangan modul thin film sangat tinggi. Dasar untuk membuat modul surya amorphous silicon adalah substrat, yang dalam kebanyakan kasus adalah kaca atau metal foil. Material amorphous silicon kebanyakan digunakan pada aplikasi kecil seperti kalkulator dan jam [10]. Gambar 2.15 Struktur modul surya amorphous silicon [10] 16

Gambar 2.15 merupakan gambar struktur modul surya amorphous silicon yang terdiri dari aluminium, silicon, dan tin oxide. 2.5 Celah Pita (Band Gap) Celah pita adalah perbedaan energi elektron pada pita valensi dan subkulit terluar pita konduksi. Band gap tergantung panjang gelombang radiasi matahari [1]. (40) Dimana : E = energi band gap (ev) h = konstanta planck = 6,625 x 10-34 J.s c = kecepatan cahaya = 3 x 10 8 m/s = panjang gelombang (m) 1 ev = 1,6 x 10-19 J Tabel 2.2 Nilai celah pita dari beberapa material sel PV [1] Material Band Gap (ev) Material Band Gap (ev) Si 1.11 CuInTe 2 0.90 SiC 2.60 InP 1.27 CdAs 2 1.00 In 2 Te 3 1.20 CdTe 1.44 In 2 O 3 2.80 CdSe 1.74 Zn 3 P 2 1.60 CdS 2.42 ZnTe 2.20 CdSnO 4 2.90 ZnSe 2.60 GaAs 1.40 AlP 2.43 GaP 2.24 AlSb 1.63 Cu 2 S 1.80 As 2 Se 3 1.60 CuO 2.00 Sb 2 Se 3 1.20 Cu 2 Se 1.40 Ge 0.67 CuInS 2 1.50 Se 1.60 CuInSe 2 1.01 Tabel 2.2 adalah daftar material dengan disertai nilai celah pita atau band gap. 17

Gambar 2.16 Efisiensi berdasarkan nilai celah pita semikonduktor [6] Gambar 2.16 menunjukkan efisiensi maksimum yaitu 48% terhadap nilai celah pita (Eg) sebesar 1.1 ev, mendekati nilai celah pita silikon meskipun nilai celah pita diantara 1.0 dan 1.6 ev memiliki efisiensi yang sebanding. 2.6 Karakteristik Sel Surya Karakteristik sel PV secara umum direpresentasikan oleh kurva arus vs tegangan (I-V) dan daya vs tegangan (P-V). Kurva karakteristik I-V bergantung pada beberapa hal, salah satunya yaitu tingkat intensitas cahaya. Rata-rata nilai intensitas cahaya pada batas luar atmosfer bumi adalah sekitar 1.366 kw/m 2. Pada permukaan bumi, standar tes kondisi untuk tingkat intensitas cahaya yaitu sebesar 1 kw/m 2 (berdasarkan tipe spektrum AM1.5) dan temperatur sel yaitu 25 0 C [11]. Gambar 2.17 Kurva karakteristik I-V dan P-V dengan titik daya maksimum [10] Gambar 2.17 memperlihatkan kurva karakteristik I-V dan P-V dengan titik daya maksimum. Gambar 2.18 Pengaruh intensitas cahaya pada kurva karakteristik I-V [8] 18

Gambar 2.18 memperlihatkan pengaruh intensitas cahaya pada kurva karakteristik I-V. Kita mencatat bahwa I sc bertambah secara linear terhadap iradiansi dan bahwa V oc bertambah dengan sedikit. 2.7 Powersim (PSIM) Powersim adalah perangkat yang digunakan untuk simulasi dalam bidang teknik elektro dan perancangan peralatan untuk penelitian dan perkembangan produk seperti catu daya, motor listrik, konversi daya dan sistem kontrol [12]. Beberapa contoh modul yang ada di perangkat PSIM yaitu penggerak motor, kontrol digital, energi terbarukan, motor control design suite rangkaian perancangan kontrol motor, dan lain-lain. Modul energi terbarukan terdiri dari modul surya dan angin. PSIM menyediakan dua model PV yaitu: 1. Model Fungsional yaitu model sederhana dan mudah digunakan. 2. Model Fisik yaitu model yang memperhitungkan efek dari intensitas cahaya dan suhu. Model fisik ini memungkinkan pengguna untuk memasukkan parameter yang lebih rinci dari data sel surya. 19