1
PENGARUH FILTER WARNA KUNING TERHADAP EFESIENSI SEL SURYA
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh filter warna kuning 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 dengan filter warna kuning. Hasil penelitian sel surya tanpa filter diperoleh dihasikan daya maksimal 1, 487 watt dengan effisiensi alat 14,4 %. 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. Kemudian diperoleh besarnya efisiensi Sel surya tanpa warna lebih besar daripada efisiensi rata – rata Sel surya dengan filter warna kuning.
Key Words: daya, sel surya
A. PENDAHULUAN 1. 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.
2
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.
Energi surya dapat dikonversi secara langsung menjadi bentuk energi lain melalui tiga proses, yaitu: proses helochemical, proses helioelectrical, dan 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 dibahas tentang dasar teori sel surya dan metodologi penelitian. Pada bagian akhir akan dibahas hasil penelitian.
2. Rumusan Masalah
Masalah dalam penelitian ini adalah:
a. Mengidentifikasi daya maksimum sel surya.
b. Bagaimana filter warna kuning mempengaruhi daya sel surya?
3. Hipotesis
3 4. Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah:
a. Untuk mengetahui efesiensi sel surya dalam membangkitkan tenaga listrik.
b. Untuk mengetahui pengaruh filter warna kuning terhadap daya solar sel.
B. DASAR TEORI 1. Pengertian
Sel surya merupakan salah satu produk teknologi fotovoltaik yang dikembangkan pada bahan semikonduktor (silikon multikristal, monokristal dan amorf) yang mampu menyerap gelombang elektromagnetik dan mengkonversi energi cahaya (photon) menjadi energi listrik secara langsung. Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktir p-n junction. Semikonduktor tipe-n didapat dengan mendoping silikon dengan unsur dari golongan V sehingga terdapat kelebihan elektron valensi dibanding atom sekitar.
Pada sisi lain semikonduktor tipe-p didapat dengan doping oleh golongan III sehingga elektron valensinya defisit satu dibanding atom sekitar. Ketika dua tipe material tersebut mengalami kontak maka kelebihan elektron dari tipe-n berdifusi pada tipe-p. Sehingga area doping-n akan bermuatan positif sedangkan area doping-p akan bermuatan negatif. Medan elektrik yang terjadi antara keduanya mendorong electron kembali ke daerah-n dan hole ke daerah-p. Pada proses ini telah terbentuk p-n junction.
4
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
Prinsip kerja sel surya efek sel photovoltaik terjadi akibat lepasnya elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenai logam. Logam-logam yang tergolong golongan 1 pada sistem periodik unsur-unsur seperti Lithium, Natrium, Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron valensinya. Selain karena reaksi redoks, elektron valensi logam-logam tersebut juga mudah lepas oleh adanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Di antara logam-logam di atas cessium adalah logam yang paling mudah melepaskan elektronnya, sehingga lazim digunakan sebagai foto detektor.
5 mengenai permukaan semikonduktor.
Gambar 2. Photoelektrik
3. Karakteristik Arus-Tegangan Sel Surya
Dalam suatu rangkaian, ketika sel surya mendapat cahaya maka perangkat sel surya tersebut akan menghasilkan tegangan dan arus Kemampuan ini direpresentasikan dalam grafik arus-tegangan (I-V)
Gambar 3. Grafik Karakteristik Arus-Tegangan (I-V) Sel Surya
6
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
P (1) 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.
Dengan menggunakan fill faktor maka maksimum daya dari sel surya didapat dari persamaan:
ff I V
PMAX OC SC (5) Sehingga efisiensi sel surya yang didefinisikan sebagai daya yang dihasilkan dari sel (PMAX ) dibagi dengan daya dari cahaya yang datang (PCAHAYA ) :
7
Efesiensi ideal sel surya yang ada di pasaran memiliki efisiensi sekitar 12-15%.
C. 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 1.
Gambar 4: Rangkaian Eksperimen
Eksperimen dilakukan dengan melakukan pengukuran Intensitas cahaya awal, tegangan yang terukur tanpa resistor (Voc) dan mengganti R (hambatan) dengan kabel penghubung (short circuit) untuk mengukur arus yang terukur (Isc).
Pengukuran selanjutnya dilakukan dengan mengganti resistor R dengan resistor-resistor seperti pada gambar 5.
8
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.
Untuk mendapatkan data yang akurat maka eksperimen dilakukan dengan selang waktu satu jam dan menggunakan sel solar tanpa filter serta filter warna merah, kuning dan biru. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 6. berikut di bawah ini.
9 D. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari penelitian Sel surya diperoleh hasil berupa grafik, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 7. Grafik hubungan antara Arus dan Tegangan pada Sel surya mendatar Tanpa Filter
10
Gambar 8. Grafik hubungan antar Tegangan dan Arus pada Sel surya dengan Filter Kuning
Dari gambar 8 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 Efisiensi Sel surya untuk setiap perlakuan sebagaimana terlihat dalam tabel 1. berikut ini.
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
11
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 Sel surya tanpa filter warna diperoleh daya maksimal (Pmax) yang lebih besar dibandingkan Sel surya dengan filter warna Kuning. Demikian juga effisiensi diperoleh efisiensi Sel surya tanpa filter lebih besar dibandingkan dengan filter warna Kuning. Hal ini dapat dilihat dari hasil efisiensi Sel surya tanpa filter lebih besar dari efisiensi rata-rata Sel surya dengan filter warna kuning.
Pada penelitian Sel surya dengan filter warna yang berbeda diperoleh daya maksimum filter Pkuning. Demikian juga efisiensi Sel surya pada filter warna diperoleh ηkuning. Hal ini terjadi karena perbedaan intensitas cahaya ketika penelitian.
E. 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. Pada penelitian dengan filter warna kuning diperoleh daya maksimal (Pmax) sebesar 0.5289 Watt, dan effisiensi alat (η) sebesar 10,4%.
12 F. REKOMENDASI
1. Agar diperoleh data yang valid perlu dilakukan penelitian dengan kondisi intensitas cahaya yang maksimum dan kontinyu dan warna selain dari warna kuning.
2. Hendaknya alat digunakan memiliki ketelitian yang tepat karena berpengaruh terhadap hasil penelitian.
3. Mengingat pentingnya sel surya sebagai sumber energi alternatif, maka perlu dikembangkan pemanfaatannya secara luas.
G. 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,
13 Lampiran : Lampiran Penelitian
Tabel.1. Sel surya mendatar
14 24 14.00 5,6 165,9 1,04 457 25 14.00 4,7 163 0,91 448 26 14.00 3,9 154 0,78 437 27 14.00 3,3 154 0,69 427 28 14.00 2,7 153 0,5 425 29 14.00 1,5 147 0,44 418 30 14.00 1,2 144 0,26 405 31 14.00 0,1 - - 386
Waktu Pengamatan pukul 14.00
Voc = 13,26 volt Isc I = 0 Intensitas = 188 W/m2 Isc = 173 mA V = 0
η = 0,143961
Tabel 2. Sel surya dengan Filter Warna Kuning
No Jam R(Ω) I V Intensitas P=IxV
15 13 14.00 47 55,1 2,72 200 149,872 14 14.00 33 54,4 1,86 197 101,184 15 14.00 27 54,1 1,52 185 82,232 16 14.00 22 53 1,26 193 66,78 17 14.00 20 52,9 1,19 197 62,951 18 14.00 18 54,4 1,03 198 56,032 19 14.00 15 54,1 0,94 197 50,854 20 14.00 12 53,9 0,75 198 40,425 21 14.00 10 54,3 0,63 197 34,209 22 14.00 8,2 53 0,52 196 27,56 23 14.00 6,8 52,8 0,44 194 23,232 24 14.00 5,6 52,7 0,38 193 20,026 25 14.00 4,7 52,4 0,3 192 15,72 26 14.00 3,9 52,1 0,28 191 14,588 27 14.00 3,3 48,5 0,24 191 11,64 28 14.00 2,7 48,2 0,21 189 10,122 29 14.00 1,5 47,9 0,15 177 7,185 30 14.00 1,2 47,7 0,14 175 6,678 31 14.00 0,1 47,6 0,08 174 3,808 Waktu Pengamatan pukul 14.00
Voc = 12,36 Isc I = 0 Intensitas = 188
