Nama :Antonius Rafael Manurung NIM : 121130015
Kelas : EL-1 TUGAS MTE
1. Jelaskan prinsip kerja dari sel surya yang menggunakan silikon dan sel surya dengan tipe DSSC (Dye-Sensitized Solar Cell)?
Jawab :
PRINSIP KERJA SEL SURYA SILIKON [1]
I. Penyerapan Cahaya dan Pembebasan Elektron:
Cahaya matahari terdiri dari foton, yaitu partikel kecil energi cahaya. Ketika foton menghantam sel surya silikon, mereka dapat diserap oleh atom silikon. Energi foton harus cukup tinggi untuk melepaskan elektron dari atom. Energi minimum ini disebut band gap. Jika energi foton lebih besar dari band gap, elektron tereksitasi ke pita konduksi, meninggalkan lubang (kekosongan elektron) di pita valensi.
II. Pergerakan Elektron dan Lubang:
Daerah Tipe-N dan Tipe-P: Sel surya silikon terbuat dari dua jenis silikon:
Tipe-N: Memiliki kelebihan elektron, diciptakan dengan doping fosfor.
Tipe-P: Memiliki kekurangan elektron, diciptakan dengan doping boron.
Sambungan P-N: Batas antara tipe-N dan tipe-P disebut sambungan P-N.
Gerakan Elektron:
Elektron yang dibebaskan di daerah tipe-P oleh foton bergerak ke daerah tipe-N karena tarikan muatan positif.
Pergerakan elektron ini menciptakan arus listrik.
Gerakan Lubang:
Lubang yang tercipta di daerah tipe-N karena pelepasan elektron bergerak ke daerah tipe-P karena tarikan muatan negatif.
Pergerakan lubang ini juga mendukung aliran arus listrik.
III. Pembentukan Medan Listrik:
Pergerakan elektron dan lubang membentuk medan listrik di sekitar sambungan P-N. Medan listrik ini menahan aliran elektron dan lubang lebih lanjut, menciptakan daerah muatan ruang di sekitar sambungan. Potensial Listrik: Medan listrik ini menghasilkan potensial listrik antara dua sisi sambungan P-N.
IV. Sirkuit Listrik:
Dua kontak logam dipasang pada sisi atas dan bawah sel surya. Ketika beban (seperti resistor atau perangkat elektronik) dihubungkan antara kontak, sirkuit listrik tertutup. Arus listrik mengalir dari kontak bermuatan negatif (tipe-N) ke kontak bermuatan positif (tipe-P) melalui beban.
PRINSIP KERJA SEL SURYA DENGAN TIPE DSCC (DYE-SENSITIZED SOLAR CELL) [2]
Berbeda dengan sel surya silikon konvensional, DSSC memisahkan fungsi penyerapan cahaya dari transportasi pembawa muatan (elektron dan lubang). Molekul pewarna (dye sensitizer) menyerap cahaya matahari dan menggunakan energi cahaya untuk memicu reaksi transfer elektron vektorial.
I. Penyerapan Cahaya dan Eksitasi Elektron:
Menyerap cahaya matahari (foton) dengan energi yang cukup untuk memicu eksitasi elektron. Elektron yang tereksitasi pada pewarna berpindah ke pita konduksi semikonduktor TiO2 nanoporos.
II. Pemisahan Muatan dan Aliran Arus Listrik:
Elektron yang berpindah ke pita konduksi TiO2 meninggalkan "lubang"
(kekosongan elektron) pada pewarna. Elektron mengalir dari TiO2 ke elektroda pengumpul muatan melalui sirkuit eksternal, menghasilkan arus listrik. Lubang pada pewarna diisi oleh elektron dari pasangan redoks dalam elektrolit, biasanya I3- menjadi I-.
III. Siklus Konversi Energi:
Proses penyerapan cahaya, eksitasi elektron, transfer elektron, regenerasi pewarna, dan aliran arus listrik terus berulang selama ada cahaya matahari. Energi cahaya matahari diubah menjadi energi listrik melalui pergerakan elektron dan reaksi kimia.
Semikonduktor adalah bahan yang memiliki konduktivitas listrik antara konduktor (seperti logam) dan isolator. Sifat semikonduktornya dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, antara lain:
Dioda: Dioda adalah komponen elektronik dua terminal yang memungkinkan aliran arus listrik dalam satu arah. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan sambungan p-n, yaitu pertemuan antara semikonduktor tipe-p (kelebihan lubang) dan tipe-n (kelebihan elektron).
Sel Surya Silikon: Sel surya silikon mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan efek fotovoltaik, yaitu pelepasan elektron dari atom silikon ketika terkena cahaya matahari. Elektron yang lepas kemudian mengalir melalui sirkuit dan menghasilkan arus listrik.
Isolator adalah bahan yang memiliki konduktivitas listrik sangat rendah, hampir tidak ada aliran arus listrik yang dapat melewatinya. Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Hampir seluruh bahan non logam adalah isolator Dalam bahan isolator , elektron-elektron tidak bebas bergerak . Hal ini karena setiap atom dari bahan isolator terikat dengan kuat. Pada isolator, setiap muatan electron dipegang erat oleh inti atomnya, sehingga pada suhu ruangan/normal tidak mungkin adanya pengaliran arus listrik. Sifat isolatornya dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, antara lain:
Kabel Listrik: Isolator digunakan sebagai lapisan pelindung pada kabel listrik untuk mencegah kebocoran arus listrik. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan hambatan listrik yang sangat tinggi dari bahan isolator, sehingga arus listrik tidak dapat mengalir melaluinya.
Transformer: Transformer mengubah tegangan listrik. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan induksi elektromagnetik antara dua kumparan yang dililitkan pada inti besi.
Peralatan Medis: Isolator digunakan dalam peralatan medis untuk mencegah kebocoran arus listrik yang dapat membahayakan pasien. Prinsip kerjanya sama seperti pada kabel listrik.
Superkonduktor adalah bahan yang memiliki konduktivitas listrik sempurna (nol hambatan) pada temperatur tertentu. Superkonduktifitas adalah suatu sifat yang dimiliki oleh bahan konduktor/penghantar yang dapat menghantarkan arus listrik dengan nilai kerapatan arus yang sangat besar persatuan luasnya. Hal ini menjanjikan terlaksananya penyaluran daya listrik dalam jumlah yang sangat besar melalui penghantar berpenampang kecil, sehingga dapat mengurangi biaya, terutama biaya rugi-rugi energi.
Sifat superkonduktivitasnya dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, antara lain:
Medan Magnet Kuat: Superkonduktor digunakan dalam magnet kuat untuk berbagai aplikasi, seperti MRI, penelitian ilmiah, dan fusi nuklir. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan efek Meissner-Ochsenfeld, di mana medan magnet eksternal ditolak oleh superkonduktor, sehingga memungkinkan terciptanya medan magnet yang sangat kuat.
Transportasi: Superkonduktor digunakan dalam kereta maglev, yang bergerak tanpa menyentuh rel karena gaya tolak magnet. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan gaya tolak magnet antara magnet superkonduktor pada kereta dan elektromagnet pada rel.
Penyimpanan Energi: Superkonduktor dapat digunakan untuk menyimpan energi listrik dalam medan magnetnya. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan sifat superkonduktivitas yang memungkinkan penyimpanan energi listrik tanpa kehilangan.
Prinsip Kerja:
Semikonduktor:
o Konduksi intrinsik: Pada suhu normal, terdapat sedikit elektron yang memiliki energi yang cukup untuk melompat ke pita konduksi dan menjadi pembawa muatan. Hal ini menyebabkan konduktivitas listrik yang rendah.
o Konduksi ekstrinsik: Dengan doping, impuritas ditambahkan ke dalam material semikonduktor untuk meningkatkan konduktivitasnya. Doping jenis n menambahkan elektron donor, yang meningkatkan jumlah pembawa muatan negatif. Doping jenis p menambahkan akseptor elektron, yang menciptakan lubang (kekosongan elektron) yang bertindak sebagai pembawa muatan positif.
o Pengaruh medan listrik dan panas: Medan listrik dan panas dapat memberikan energi tambahan kepada elektron, sehingga memungkinkan mereka untuk melompat ke pita konduksi dan meningkatkan konduktivitas listrik.
Isolator:
o Elektron pada material isolator terikat kuat pada atomnya dan tidak mudah berpindah tempat. Hal ini karena energi yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron dari atomnya (energi gap) sangat besar.
o Konduktivitas listrik yang sangat rendah pada isolator disebabkan oleh minimnya pembawa muatan bebas.
Superkonduktor:
o Superkonduktivitas terjadi pada suhu rendah tertentu. Di bawah suhu kritis (Tc), material superkonduktor mengalami transisi fase ke keadaan superkonduktor, di mana hambatan listriknya menjadi nol.
o Mekanisme superkonduktivitas yang paling umum adalah teori BCS (Bardeen- Cooper-Schrieffer), yang menjelaskan bagaimana pasangan elektron (yang disebut kuasipartikel) dapat mengalir tanpa hambatan melalui kisi atom superkonduktor.
Perbedaan Semikonduktor P dan N
Cara Doping:
Tipe P: Didapatkan dengan menambahkan atom akseptor (memiliki 3 elektron valensi) ke dalam material semikonduktor intrinsik. Atom akseptor ini akan menciptakan lubang (kekosongan elektron) pada pita valensi. Lubang ini bertindak sebagai pembawa muatan mayoritas (bermuatan positif).
Tipe N: Didapatkan dengan menambahkan atom donor (memiliki 5 elektron valensi) ke dalam material semikonduktor intrinsik. Atom donor ini akan memberikan elektron
bebas tambahan ke pita konduksi. Elektron bebas ini bertindak sebagai pembawa muatan mayoritas (bermuatan negatif).
2. Pembawa Muatan Mayoritas:
Tipe P: Punya lubang (kekosongan elektron) sebagai pembawa muatan mayoritas dan elektron bebas sebagai pembawa muatan minoritas.
Tipe N: Punya elektron bebas sebagai pembawa muatan mayoritas dan lubang (kekosongan elektron) sebagai pembawa muatan minoritas.
3. Sifat Konduktivitas:
Tipe P: Konduktivitasnya bergantung pada jumlah lubang (kekosongan elektron).
Semakin banyak lubang, semakin tinggi konduktivitasnya. Aliran arus listrik terjadi karena pergerakan lubang dari satu atom ke atom lain.
Tipe N: Konduktivitasnya bergantung pada jumlah elektron bebas. Semakin banyak elektron bebas, semakin tinggi konduktivitasnya. Aliran arus listrik terjadi karena pergerakan elektron bebas dari satu atom ke atom lain.
ISOLATOR PADAT, CAIR, dan GAS
Isolator padat adalah bahan yang memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah, hampir tidak ada aliran arus listrik yang dapat melewatinya. Hal ini karena elektron pada material isolator terikat kuat pada atomnya dan tidak mudah berpindah tempat.
Sifat-sifat Isolator Padat:
Konduktivitas Listrik Rendah: Hambatan listriknya sangat tinggi, sehingga arus listrik tidak dapat mengalir dengan mudah.
Kekuatan Mekanik Tinggi: Memiliki kekuatan mekanik yang cukup tinggi untuk menahan beban dan tekanan.
Ketahanan Terhadap Panas: Tahan terhadap panas dan tidak mudah meleleh.
Ketahanan Kimia: Tahan terhadap korosi dan reaksi kimia.
Sifat Isolasi Termal: Mampu menghambat aliran panas, sehingga cocok untuk digunakan sebagai bahan isolasi termal.
Isolator padat keramik adalah material yang memiliki konduktivitas listrik yang sangat rendah, kekuatan mekanik yang tinggi, ketahanan terhadap panas, dan ketahanan kimia. Sifat-sifat ini menjadikan isolator padat keramik ideal untuk berbagai aplikasi dalam berbagai bidang, antara lain:
1. Isolasi Listrik:
Kabel Listrik: Isolator padat keramik digunakan sebagai bahan pembungkus kabel listrik tegangan tinggi untuk mencegah kebocoran arus listrik.
Komponen Elektronik: Digunakan sebagai komponen dalam berbagai peralatan elektronik, seperti transistor, dioda, kapasitor, dan busi.
Panel Listrik: Digunakan sebagai bahan isolasi dalam panel listrik untuk mencegah korsleting.
Isolasi Cair
Fungsi dari isolasi cair adalah untuk memisahkan bagian-bagian yang mempunyai beda tegangan agar diantara bagian-bagian tersebut tidak terjadi lompatan bunga api atau percikan. Selain itu isolasi cair juga dapat berfungsi sebagai media pendingin. Isolasi cair biasanya digunakan pada peralatan listrik seperti pemutus tenaga, transformator dan lain sebagainya.
Beberapa alasan penggunaan isolasi cair
Isoalasi cair (dalam hal ini sering disebut sebagai Minyak Transformator) mempunyai tingkat kerapatan yang tinggi, yaitu lebih dari 1000 kali dibandingkan dengan udara.
Bahan isolasi cair dapat mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara sekaligus menyerap dan menghilangkan panas yang timbul akibat rugi-rugi energi melalui proses konveksi.
Isolasi cair memiliki kecenderungan untuk memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge).
Pemeliharaan Minyak Transformator Supaya tidak terjadi pengotoran atau untuk memperlambat proses penuaan minyak transformator akibat dari oksidasi maka dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:
Pada saat pengisian, Tanki peralatan harus bersih dan rapat
Tidak mempergunakan selang karet pada saat penuangan
Filter harus berfungsi dengan baik
Hindari kontak langsung dengan udara
ISOLATOR GAS
Gas SF6 sebagai media pemutus daya. Mengapa digunakan gas SF-6 sebagai isolasi gas ? Gas Sulfur Heksafluorida (SF-6) banyak digunakan sebagai isolasi gas pada berbagai peralatan tegangan tinggi, seperti pemutus sirkuit, transformator, dan kabel bawah tanah. Hal ini karena SF-6 memiliki beberapa sifat yang membuatnya ideal untuk aplikasi isolasi, antara lain:
1. Kekuatan Dielektrik Tinggi:
SF-6 memiliki kekuatan dielektrik sekitar 5 kali lebih tinggi daripada udara pada tekanan yang sama. Artinya, SF-6 dapat menahan medan listrik yang lebih kuat tanpa mengalami breakdown (kebocoran arus listrik).
Hal ini memungkinkan penggunaan peralatan tegangan tinggi yang lebih kompak dan efisien.
2. Sifat Pendinginan yang Baik:
SF-6 memiliki kemampuan pendinginan yang baik, sekitar 10 kali lebih baik daripada udara.
Hal ini membantu menghilangkan panas yang dihasilkan oleh konduksi dan konveksi dalam peralatan tegangan tinggi, sehingga menjaga temperatur peralatan tetap stabil dan mencegah kerusakan.
3. Stabilitas Kimia:
SF-6 adalah gas yang inert dan tidak mudah bereaksi dengan bahan lain.
Hal ini membuatnya tahan terhadap korosi dan kerusakan akibat reaksi kimia, sehingga memperpanjang umur peralatan.
4. Keamanan:
SF-6 tidak beracun dan tidak mudah terbakar.
Hal ini membuatnya aman untuk digunakan di lingkungan manusia dan tidak menimbulkan risiko kebakaran.
5. Sifat Fisik Lainnya:
SF-6 tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak bereaksi dengan air.
Sifat-sifat ini membuatnya mudah untuk digunakan dan dirawat dalam peralatan tegangan tinggi.
Karakteristik :
Tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar.
Pada temperatur 20°C dan pada tekanan 760 mmHg gas SF6 memiliki kerapatan 6,135, yaitu 5 kali kerapatan udara
Titik didihnya - 60 ° C pada tekanan 760 mmHg.
Koefisien tranfe r panasnya termasuk efek pancaran adalah 0,034 atau 1,6 kali koefisien udara
Kecepatan suara gas SF6 pada temperatur 30 °C dan tekanan 700 mmHg adalah 138,5 m/s.
Elektronegativitas adalah kemampuan dari suatu molekul untuk membentuk molekul yang bermuatan negative dengan mengikat elektron bebas. Semakin bersifat elektronegatif, maka suatu molekul tersebut akan cenderung mengikat elektron untuk membentuk molekul yang bermuatan negatif.
