1
PERBEDAAN EFISIENSI DAYA SEL SURYA ANTARA
FILTER WARNA MERAH, KUNING DAN BIRU DENGAN
TANPA FILTER
Oleh: Muhammad Anwar Widyaiswara BDK ManadoABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan efisiensi daya sel surya antara filter warna merah, kuning dan biru dengan tanpa warna, dan juga mengetahui pengaruh filter warna terhadap efesiensi Sel surya. Dalam penelitian ini menggunakan metode eksperimen untuk mendapatkan parameter-parameter yang dihasilkan oleh sel surya silikon dengan melakukan pengukuran intensitas cahaya. Data diambil dengan melakukan pengukuran Sel surya tanpa filter warna dan dengan filter warna merah, kuning dan biru. Hasil penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal 1, 487 watt dengan effisiensi alat 14,4 %. Pada penelitian dengan filter warna merah diperoleh daya maksimal (Pmax)
sebesar 0.3616 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 7,23%. Dengan demikian filter warna merah mempengaruhi besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Pada penelitian dengan filter warna biru diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.2898 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 5,47%. Dengan
demikian filter warna biru mempengaruhi besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Pada penelitian dengan filter warna kuning diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 10,4%.
Dengan demikian filter warna kuning mempengaruhi besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Dari hasil penelitian diperoleh daya maksimum (Pmax) Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan daya maksimum Sel surya
dengan filter warna. Sedangkan daya maksimum dengan filter warna diperoleh Pmax kuning > Pmax merah > Pmax biru. Kemudian diperoleh besarnya efisiensi Sel
surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata – rata Sel surya dengan filter warna. Demikian juga efisiensi Sel surya dengan filter warna diperoleh hasil ηkuning > ηmerah > ηbiru.
2 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sumber energi yang besar dan bersifat kontinyu tersedia adalah energi surya. Energi ini dalam bentuk energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari.
Sementara pada saat ini energi surya belum dipakai sebagai sumber energi primer bahan bakar. Penelitian dan pengembangan besar-besaran sedang dijalankan untuk mencari sistem pembangkit listrik secara ekonomis untuk memanfaatkan energi surya sebagai sumber utama bahan bakar.
Energi surya bersifat non-polutif dan tidak dapat habis. Berdasarkan karakteristik gelombangnya energi ini sangat halus dan tetapi intensitasnya tidak konstan. Energi surya memiliki arus yang rendah, akibatnya dipakai sistem dan kolektor yang luas permukaanya besar untuk mengumpulkan dan mengkonsentrasikan energi tersebut. Sistem kolektor ini harganya cukup mahal. Hanya saja sistem ini tidak dapat menyimpan persediaan energi surya dalam waktu lama. Hal ini berarti diperlukan sistem penyimpanan energi atau konversi lain untuk menyimpan energi pada malam hari serta pada saat cuaca mendung.
3
proses heliothermal. Reaksi heliochemical yang utama adalah proses fotosintesa. Proses ini merupakan sumber dari semua bahan bakar fosil. Proses helioelectrical yang utama adalah produksi listrik oleh sel-sel surya. Proses heliothermal adalah penyerapan radiasi matahari dari pengkonversian energi ini menjadi energi termal.
Dalam laporan penelitian ini akan dikaji tentang analisa karakteristik sel surya yang diawali dengan latar belakang masalah, rumasan masalah, hipotesis penelitian dan tujuan penelitian. Pada bagian selanjutnya dihabas tentang dasar teori sel surya dan metodologi penelitian. Pada bagian akhir akan dibahas hasil penelitian.
B. Rumusan Masalah
Masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Mengidentifikasi daya maksimum sel surya.
2. Bagaimana filter warna mempengaruhi efesiensi sel surya?
C. Hipotesis
Pengaruh efisiensi filter warna terhadap penyerapan intensitas cahaya dan efisensi sel surya.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui perbedaan tingkat efesiensi sel surya dalam membangkitkan tenaga listrik.
4 BAB II
KERANGKA TEORITIK, METODE, TEMUAN DAN PEMBAHASAN
A. Kerangka Teori 1. Pengertian Sel Surya
5
material sehingga menghasilkan pasangan elektron-hole. Apabila ditempatkan hambatan pada terminal sel surya, maka elektron dari area-n akan kembali ke area-p sehingga menyebabkan perbedaan potensial dan arus akan mengalir. Seperti terlihat dalam gambar 1. di bawah ini.
Gambar 1. Physics of Photovoltaic Generation
2. Prinsip Kerja Sel surya
6
Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik adalah sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin ke arah warna cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan. Tingginya intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat dihasilkan tergantung dari intensitas cahaya yang mengenai permukaan semikonduktor.
Gambar 2. Photoelektrik
3. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya
7
direpresentasikan dalam grafik arus-tegangan
(I-Gambar 3. Grafik Karakteristik Arus-Tegangan (I-V) Sel Surya
Nilai maximum Power Point (Vmpp dan Impp) adalah titik operasi dimana nilai maksimum pengeluaran (output) yang dihasilkan oleh sel surya saat kondisi bekerja. Dengan kata lain, Vmp dan Imp dapat diukur pada saat sel surya diberi beban. Open Circuit Voltage (Voc) adalah nilai tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus (current). Short Circuit Current (Isc) adalah nilai maksimum output arus dari sel surya yang dapat dikeluarkan (output) dengan kondisi tidak ada resistansi atau short circuit.
Secara teoritis besarnya daya yang dihasilkan:
SC OC
th V I
8
sedangkan daya keluaran maksimumnya:
mp mp
mpp V I
P (2)
Hambatan dalam Sel surya dapat dihitung dari:
SC OC I
V
r / (3)
4. Faktor Pengisian (fill factor) dan Efisiensi Sel Surya
Faktor pengisian sel surya merupakan perbandingan antara daya keluaran maksimum terhadap daya teoritisnya atau dapat dinyatakan sebagai berikut :
SC OC mp mp th mpp I V I V P P ff (4)
Kualitas dari sel surya biasanya dinyatakan dengan nilai fill factor (ff) yang menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang diterimanya.
9
Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari sel (PMAX ) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (PCAHAYA ) :
% 100 CAHAYA MAX P P (6)
Efesiensi ideal sel surya yang ada di pasaran memiliki efisiensi sekitar 12-15%.
B. METODE
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Eksperimen dilakukan dalam mendapatkan parameter-parameter yang dihasilkan oleh sel surya silikon. Dengan membuat rangkaian pengukuran arus dan tegangan keluaran pada sel surya seperti terlihat dalam gambar 4.
Gambar 4: Rangkaian Eksperimen
Eksperimen dilakukan dengan melakukan pengukuran Intensitas cahaya awal, tegangan yang terukur tanpa resistor (Voc) dan mengganti R (hambatan)
10
Pengukuran selanjutnya dilakukan dengan mengganti resistor R dengan resistor-resistor seperti pada gambar 5.
Gambar 5: Jenis-jenis resistor
Dari hasil pengukuran arus dan tegangan yang melalui pada resistor-resistor pada tabel maka akan diperoleh pasangan nilai V – I. Untuk membandingkan intensitas cahaya selama dalam pengukuran maka sebelum mengakhiri eksperimen maka dilakukan pengukuran intensitas cahaya akhir.
Kualitas dari sel surya dapat diketahui dengan menentukan nilai fill factor (ff) yang menunjukkan besarnya kemampuan sel surya menyerap cahaya yang diterimanya dengan menggunakan persamaan (5). Sehingga dari persamaan (5) dapat menentukan efesiensi sel surya. Untuk menentukan nilai efesiensi (Pers. 6) maka terlebih dahulu dilakukan pengukuran arus dan tegangan yang melalui resistor-resistior pada tabel 1 dengan memberikan filter warna hijau, biru dan merah pada modul surya.
11
merah, kuning dan biru. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 6. berikut di bawah ini.
Gambar 6. Penyerapan Intensitas Cahaya Oleh Filter Warna
C. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari penelitian Sel surya diperoleh hasil berupa grafik, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
12
Berdasarkan gambar 7 di atas, menunjukkan grafik hubungan antara arus dan tegangan pada sel surya tanpa filter hasilnya mendekati keadaan ideal pada sel surya. Sedangkan pada bagian awal terdapat kondisi yang tidak ideal sebagaimana terlihat dalam grafik. Hal tersebut terjadi karena adanya perubahan intensitas cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya awan yang menutup sinar yang mengenai Sel surya dapat dilihat dalam tabel.1., sebagaimana terlampir.
.
Gambar 8. Grafik hubungan antara Tegangan dan Arus pada Sel surya dengan menggunakan Filter Merah
13
cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya awan yang menutup sinar yang mengenai Sel surya dapat dilihat dalam tabel 2., terlampir.
Gambar 9. Grafik hubungan antara Tegangan dan Arus pada Sel surya dengan Filter Biru
14
Gambar 10. Grafik hubungan antar Tegangan dan Arus pada Sel surya dengan Filter Kuning
Dari gambar 10 di atas, tentang grafik hubungan antara tegangan dan arus pada Sel surya dengan filter Kuning, menunjukkan bahwa hasilnya mendekati keadaan ideal pada Sel surya. Sedangkan pada bagian akhir dari grafik terdapat kondisi yang tidak ideal, karena Voc < Vmax. Hal tersebut terjadi karena adanya
perubahan intensitas cahaya matahari yang tidak stabil yang disebabkan adanya awan yang menutup sinar yang mengenai sel surya dapat dilihat dalam tabel 4. sebagaimana terlampir.
Dari data-data hasil percobaan diperoleh daya yang dihasilkan (Pth), Daya
keluaran maksimum (Pmpp ), faktor pengisian (∫∫) Daya maksimum (P max ) dan
15
Tabel 1. Hasil perhitungan Daya yang dihasilkan (Pth), Daya keluaran maksimum
(Pmpp ), faktor pengisian (∫∫) Daya maksimum (P max ) dan Efisiensi Sel
surya
No. Sel surya Pth Pmpp ∫∫ Pmax Η
1 Tanpa Filter 2,2836 500,926 0,65 1,487 14,4% 2. Filter Kuning 0,7011 528,992 0,7545 0,5289 10,4% 3 Filter Merah 0,4906 361,55 0,7369 0,3616 7,23 % 4. Filter Biru 0,3946 289,872 0,7245 0,2898 5,47%
Dari penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal 1, 487 watt dengan effisiensi alat 14,4 % mendekati ideal. Hasil ini didapat dengan kondisi cuaca yang berubah – ubah.
Pada penelitian dengan filter warna merah diperoleh daya maksimal (Pmax)
sebesar 0.3616 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 7,23%. Dengan demikian filter warna merah mempengaruhi besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Pada penelitian dengan filter warna biru diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.2898 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 5,47%. Dengan
demikian filter warna biru mempengaruhi besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh Sel surya. Pada penelitian dengan filter warna kuning diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 10,4%.
16
Pada Sel surya tanpa filter warna diperoleh daya maksimal (Pmax) yang
lebih besar dibandingkan Sel surya dengan filter warna (merah, biru dan Kuning). Demikian juga effisiensi diperoleh efisiensi Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan dengan filter warna (merah, biru dan Kuning). Hal ini dapat dilihat dari hasil efisiensi Sel surya tanpa filter lebih besar dari efisiensi rata-rata Sel surya dengan filter warna.
Pada penelitian Sel surya dengan filter warna yang berbeda diperoleh daya maksimum filter Pkuning > Pmerah > Pbiru. Demikian juga efisiensi Sel surya pada
filter warna diperoleh ηkuning > ηmerah > ηbiru. Hal ini terjadi karena perbedaan
17 BAB III
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
A. KESIMPULAN
Pada penelitian sel surya tanpa filter diperoleh daya maksimal 1, 487 watt dengan effisiensi alat 14,4 %, sedangkan daya maksimal (Pmax) sebesar 0.3616
Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 7,23% menggunakan filter warna merah. Pada penelitian dengan filter warna biru diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar
0.2898 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 5,47%. Pada penelitian dengan filter warna kuning diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi
alat (η) sebesar 10,4%.
Berdasarkan data-data di atas, dari penelitian dapat disimpulkan bahwa daya maksimum (Pmax) sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan daya
maksimum Sel surya dengan filter warna. Sedangkan daya maksimum dengan filter warna diperoleh Pmax kuning > Pmax merah > Pmax biru. Kemudian diperoleh
besarnya efisiensi Sel surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata – rata Sel surya dengan filter warna. Demikian juga efisiensi Sel surya dengan filter warna diperoleh hasil ηkuning > ηmerah > ηbiru. Hal ini terjadi karena perubahan
intensitas cahaya ketika penelitian.
B. REKOMENDASI
18
2. Hendaknya alat digunakan memiliki ketelitian yang tepat karena berpengaruh terhadap hasil penelitian.
19
DAFTAR PUSTAKA
Ihsanto. Eko (2012). Tranduser, Pusat Pengembangan Bahan Ajar, Universitas Mercu Buana
Jack. AB (2012). cara membuat panel surya http://kesatriasejati.blogspot.com/2012/01/. html
Miftahul, M.N. 2013. Analisis Karakter Sel surya. Makalah tidak dipublikasikan, ITB. Bandung.
Sugiyono, A. (2000). Prospek Penggunaan Teknologi Bersih untuk Pembangkit
Listrik dengan Bahan Bakar Batubara di Indonesia, Jurnal
Teknologi Lingkungan, Vol.1, No.1, hal. 90-95,
20
Lampiran : Lampiran Penelitian
Tabel.1. Sel surya mendatar
21
Tabel.2. Sel surya dengan Filter Warna Merah
No Jam R(Ω) I V Intensitas P=IxV22
Tabel.3. Sel surya Dengan Filter warna Biru
No Jam R(Ω) I V Intensitas P=IxV
23
Tabel.4. Sel surya dengan Filter Warna Kuning
No Jam R(Ω) I V Intensitas P=IxV
(0) (12,3) 1 14.00 1000 12,2 12,14 208 148,108 2 680 18,1 12,12 208 219,372 3 470 25,5 11,81 208 301,155 4 390 29,9 11,68 208 349,232 5 330 35 11,49 209 402,15 6 270 41,2 11,19 209 461,028 7 180 54,2 9,76 209 528,992 8 150 56,4 8,53 209 481,092 9 100 57 6,07 209 345,99 10 82 57 4,81 209 274,17 11 68 56,2 3,9 208 219,18 12 56 55,3 3,06 192 169,218 13 47 55,1 2,72 200 149,872 14 33 54,4 1,86 197 101,184 15 27 54,1 1,52 185 82,232 16 22 53 1,26 193 66,78 17 20 52,9 1,19 197 62,951 18 18 54,4 1,03 198 56,032 19 15 54,1 0,94 197 50,854 20 12 53,9 0,75 198 40,425 21 10 54,3 0,63 197 34,209 22 8,2 53 0,52 196 27,56 23 6,8 52,8 0,44 194 23,232 24 5,6 52,7 0,38 193 20,026 25 4,7 52,4 0,3 192 15,72 26 3,9 52,1 0,28 191 14,588 27 3,3 48,5 0,24 191 11,64 28 2,7 48,2 0,21 189 10,122 29 1,5 47,9 0,15 177 7,185 30 1,2 47,7 0,14 175 6,678 31 0,1 47,6 0,08 174 3,808 Jam Pengamangatan 14.00
Voc = 12,36 Isc I = 0 Intensitas = 188
