Solar Cell

Energi Surya adalah salah satu jenis dari energi terbarukan (Renewable  Energy).  Matahari  (Surya)  adalah  sumber  energi  yang  dijumpai dalam sistem  galaksi,  yang  menghasilkan  energi  sepanjang  usia  Matahari. Maksud  energi  surya  adalah  energi  yang  didapatkan  langsung  dari cahaya matahari.

Sebelum  membahas  sistem,  pertama – tama  akan  dijelaskan  secara  singkat  komponen  penting  dalam  sistem  ini  yang berfungsi sebagai  pengubah  energi  cahaya  matahari  menjadi  energi  listrik. Listrik  tenaga  matahari  dibangkitkan  oleh  komponen  yang  disebut  solar  cell yang besarnya  sekitar  10  –  15  cm  persegi. Komponen ini mengkonfirmasikan energi  dari  cahaya  matahari  menjadi  energi listrik.  Solar  cell  merupakan komponen vital yang umumnya terbuat dari bahan semi konduktor.

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh satu solar cell sangat kecil maka beberapa solar  cell  harus  digabungkan  sehingga  terbentuklah  satuan  komponen  yang disebut  module.  Produk  yang dikeluarkan  oleh  industri-industri solar cell adalah dalam bentuk module yang ditunjukan pada Gambar Panel Surya. Pada aplikasinya,  tenaga listrik yang dihasilkan  oleh  satu  module   masih  cukup  kecil  (rata-rata  maksimum  tenaga listrik  yang  dihasilkan  130  W) maka  dalam  pemanfaatannya  beberapa  module digabungkan  dan  terbentuklah apa  yang  disebut  array.  Sebagai   contoh untuk menghasilkan listrik sebesar 3 kW dibutuhkan array seluas kira-kira 20 – 30 meter persegi.

Panel Surya
Gambar Panel Surya
Spesifikasi sel surya

Sel Surya diproduksi  dari bahan semikonduktor yaitu silikon yang berperan sebagai insulator pada temperatur rendah dan sebagai konduktor bila ada energi dan panas. Sebuah Silikon Sel Surya adalah sebuah diode yang terbentuk dari 3 lapisan atas silikon tipe n (silicon doping of “phosphorous”), dan lapisan bawah silikon tipe p (silicon doping of “boron”).

Elektron-elektron bebas terbentuk dari milion photon atau benturan atom pada lapisan penghubung (junction=  0.2-0.5 micron ) menyebabkan terjadinya aliran listrik.
Perkembangan sel surya (solar cell)

Pengembangan Sel Surya Silikon secara Individu (chip) :

a.  Mono-crystalline (Si)  

Dibuat dari silikon kristal tunggal yang didapat dari peleburan silikon dalam bentuk bujur. Sekarang  Mono-crystalline dapat dibuat setebal 200 mikron, dengan nilai effisiensi sekitar 24%.

b.  Poly-crystalline/Multi-crystalline (Si)  

Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian pendinginan perlahan  untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang akn timbul diatas lapisan silikon.  Sel ini  kurang efektif dibanding dengan sel Poly crystalline (efektivitas 18%), tetapi beayalebih murah.

c.  Gallium Arsenide (GaAs)  

Sel Surya III-V semikonduktor yang sangat efisien sekitar 25%.
Energi listrik

Sebuah Sel Surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari menjadi photon) tidak tergantung pada besaran luas bidang Silikon, dan secara konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 volt — max. 600 mV pada 2 amp , dengan  kekuatan radiasi solar matahari 1000 W/m2 = “1 Sun” akan menghasilkan arus listrik (I) sekitar 30 mA/cm2 per sel surya. Pada Gambar grafik I-V Curve dibawah yang menggambarkan keadaan sebuah Sel Surya beroperasi secara normal. Sel Surya akanmenghasilkan energi maximum jika nilai  Vm dan  Im  juga maximum. Sedangkan  Isc  adalah arus listrik maximum pada nilai volt = nol;  Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari.  Voc  adalah volt maximum pada nilai arus  nol;  Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan Sel Surya untuk mengisi accu.

Grafik kurva I-V
Gambar Grafik  kurva I-V

Keterangan:

Isc  =  Short-circuit current

Vsc  =  Open-circuit voltage

Vm  =  Voltage maximum power

Im  =  Current maximum power

Pm  =  Power maximum-output dari PV array (watt)
Faktor pengoperasian sel surya

Pengoperasian maximum Sel Surya sangat tergantung pada :

a. Ambient air temperature

Sebuah Sel Surya dapat beroperasi secara maximum jika temperatur sel tetap normal (pada 25 derajat Celsius), kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperature normal pada PV sel akan melemahkan voltage (Voc).  Setiap kenaikan temperatur Sel Surya1 derajat celsius (dari 25 derajat) akan berkurang sekitar 0.4 % pada total tenaga  yang dihasilkan  atau akan melemah 2x lipat untuk kenaikkan temperatur Sel per 10 derajad C.

b.  Radiasi solar matahari (insolation)  

Radiasi solar matahari di bumi dan berbagai lokasi bervariable, dan sangat tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current (I) sedikit pada volt

c.  Kecepatan angin bertiup

Kecepatan tiup angin disekitar lokasi PV array dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur kaca-kaca  PV array.

d.  Keadaan  atmosfir bumi  

Keadaan atmosfir bumi—berawan, mendung,jenis partikel debu udara, asap, uap air udara(Rh), kabut dan polusi sangat mementukan hasil maximum arus listrik dari deretan PV.

e.  Orientasi panel atau array PV  

Orientasi dari rangkaian PV (array)  ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel/deretan PV dapat menghasilkan energi maximum. Selain  arah orientasi, sudut  orientasi (tilt angle) dari panel/deretan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maximum (lihat penjelasan tilt angle).Sebagai guidline: untuk lokasi yang terletak di belahan Utara  latitude, maka panel/deretan PV sebaiknya diorientasikan ke Selatan,orientasi ke Timur—Barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panel/deretan PV, tetapi tidak akan mendapatkan energi matahari optimum.

Posisi letak sel surya (array) terhadap matahari (tilt angle)   Tilt Angle (sudut orientasi Matahari), Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara tegaklurus akan mendapatkan energi maximum 1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat mempertahankan ketegak lurusan antara sinar matahari dengan bidang PV, maka extra luasan bidang panel PV dibutuhkan (bidang panel PV terhadap sun altitude yang berubah setiap jam dalam sehari).

Solar Panel PV pada Equator (latitude  0 derajat) yang  diletakkan mendatar (tilt angle =0) akan menghasilkan energi maximum, sedangkan untuk lokasi  dengan latitude berbeda harus dicarikan “tilt angle” yang optimum (maksimal)

Leave a Reply