EFEK FOTOVOLTAIK

BAB  1

PENDAHULUAN

1.1  LATAR BELAKANG

Sel surya pada dasarnya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik.Pada umumnya satu keping sel surya mempunyai ketebalan 3 mm, tersusun atas kutub positif dan negatif yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor.Prinsip kerja suatu sel surya dalah dengan memanfaatkan efek fotovoltaik, yaitu suatu efek yang dapat mengubah secara langsung cahaya matahari menjadi suatu energi listrik.

            Dalam aplikasi suatu sel surya yang terintegrasi biasanya diperlukan sutu accumulator untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya tersebut pada waktu sel surya mendapatkan cahaya matahari. Sehingga dengan menyimpan energi yang dihasilkan pada waktu siang tersebut akan menghasilkan cadangan energi pada waktu tidak ada sinar matahari. Dalam percobaan ini,kita akan mengetahui prinsip kerja dari sel surya.

            Teknologi yang memanfaatkan matahari dengan sel surya dinamakan sel surya di sebut fotovoltaik, sel surya terbuat dari bahan silikon yang dilapisi bahan kimi khusu.krtika sinar matahari menyinari sel maka elektron elektron dilepaskan dan mengaliri ke seluruh lapisan lapisan kimia yang ada di permukaan sel sehingga menghasilkan arus listrik yang kecil yang di himpun di dalam konduktor logam.apabila banyak sel surya maka akan menghasilakn arus listrik yang besar. Di indonesia penggunaan atau pembangkit listrik tenaga matahari sudah mulai berkembang hanya di desa pedalaman saja yang sulit di jangkau oleh orang maka dengan menggunakan pemanfaatan energi matahari ini sebagai pembangkit sangart berguna sekali dan mendorong unttuk mengurangi bahan bakar fosil.

1.2 TUJUAN

1. Untuk mengetahui pengaruh variasi resistor terhadap besar tegangan yang dihasilkan solar cell.

2.  Untuk mengetahui aplikasi dari efekvoltaik.

3.  Untuk mengetahui prinsip kerja dari solar cell.

4. Untuk mengetahui  pengaruh variasi jarak dai sumber cahaya ke solar cell terhadap     tegangan yang dihasilkan solar cell.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Sel surya fotovoltaik merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi sinar matahari secara langsung menjadi energy listrik. Pada sasnya sel tersebut merupakan suatu diosda semi konduktor  yang bekerja menurut suatu proses kusus  yang dinamakan proses tidak seimbang (non-equilibium process) dan berlandaskan efek (photovoltaic effect).Dalam penggunaannya,sel-sel surya itu dihubungkan satu sama lain,sejajar dan atau dalam seri,tergantung dari apa yang diperlukan untuk menghasilkan daya dengan kombinasi tegangan dan arus yang dikehendaki.

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar diodep-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energilistrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic.Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.

Sel surya memiliki banyak aplikasi.Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.

Untuk apa yang agak besar,gagasan ini menghadapi keterbatasa-keterbatasan yang pada asasnya berlandaskan intensitas yang terkandung dalam seminar surya yang rendah pada saat mencapai permukaan bumi yang,yang berjumlah sekitar 100 watt per m². Daya guna konversi energy radiasi surya menjadi energy listrik berdasarkan efek fotofoltaik pada saat ini sudah mencapailebihkurang 25%.Dengan demikian maka produksi daya listrik yang maksimal dapat dihasilkan oleh sel surya berjumlah 250 watt per m^2.

Untuk memperoleh daya sebesar 1000 watt atau 1kW,diperlukan luas sebanyak 4 m².Untuk 1000 kW atau 1 MW diperlukan 4000 m². Belim terhitung keperluan tanah bagi alat-alat pembantu dan lain sebagainya. Satu ha (10.000 m²)akan dapat menghasilkan 2,5 MW. Untuk mendapatkan 100 MW,diperlukan 40 ha,sedangkan 1000 MW (1GW)akan memakai tanah seluas 400 ha! Tanah demikian luas mungkin tersedia di padang pasir. Lepas dari soal harga,sel surya fotovoltaik pada umumnya tidak akan dapat dimanfaatkan untuk sistem-sistem besar bagi penggunaannya  di permukaan bumi,karena memerlukan luas wilayah yang terlampau besar. Untuk pemakaian demikian sel surya fotovoltaik akan terbatas pada system-sistem relatifkecil terutama di tempat terpencil atau untuk penggunaan-penggunaan khusus.Pembatasan yang dikemukakan sebelumnya,kiranya dapt diatasi,bilamana listrik tenaga surya ituditempatkan pada sebuah satelit yang berada pada suatu orbit. Dalam gagasan ini,pada sebuah satelit,yang diperkirakan bergerak di luar geosfer secara sikron dengan gerakan bumi,terpasang pusat listrik tersebut. Dengan cara ini diperoleh tiga keuntungan. Pertama,bahwa intensitas radiasi surya di luar geosfer jauh lebih tinggi,yaitu sampai enam kali daripada di permukaan bumi.

Keuntungan ke dua adalah, bahwa persoalan luas tempat tidak lagi menjadi masalah. Manfaat ke tiga adalah,bahwa dapat di atur sedemikian rupa,bahwa satelit menerima energy matahari hampir 24 jam sehari. Dalam pemasokan listrik menggunkan panel surya ini merupakan salah satu jawaban untuk membantu pemerintah dalam pemasokan listrik untuk masyarakat.  Padamakalah ini kita menggunakan panel surya yang bertype dimana pemanfaatan panelsurya ini untuk menyimpan energi matahari yang kemudian diproses menjadi energilistrik DC didalam panel surya yang kemudian disimpan dalam battery dan untukpenerangan rumah miniatur dengan menggunakan lampu Led. Menurut pemikiran ini,pusat listrik tenaga surya satelit (PLTSS) itu mentransmisikan energy yang di terima =nya ke sebuah stasiun tertentu yang terletak di permukaan bumi,untuk dikonversi menjadi tenaga listrik. Sel-sel surya pada PLTSS mengubah energy matahari menjadi energy listrik,yang kemudian diubah lagi menjadi energy dalam bentuk gelombang mikro (microwave) atau laser.

Energi gelombang mikro atau laser itu diterima oleh sebuah stasiun bumi,yang kembali mengubahnya menjadi energy listrik,untuk selanjutnya ditransmisikan dan di trisbusikan seterusnya. Riset dan pengembangan secara intensif dilakukan oleh berbagai lembaga,antara lain Amerika Serikat oleh DOE (Department of Energy) dan NASA (National Aeronautics and Space Administrasi),²yang mempelajari pembuatan sebuah PLTSS raksasa dengan daya terpasang 5000 MW (5GW). Dalam PLTSS ini,sel-sel surya dijajarkan pada suatu tempat seluas 1k 60 km²,yang akan menangkap sebanyak 800 juta kW daya surya. Dengan efisiensi 20% maka 160 juta MW yangdapat ditansmisikan ke bumi. Dalam desai ini energy listrik diubah menjadi energy gelombang mikro,yang ditransmisikan melalui antenna-antena raksasa yang mempunyai garis tengah sebesar 1 kilometer.

Stasiun bumi akan mempunyai antenna penerima khusus,berbentuk elips, yang menyearahkan. Antenna penerima ini dinamakan rektena (receiving-rectifyng antenna,rectenna). Dengan areal seluas 1k 40 km² stasiun bumi akan dapat mengkonversikan 5 sampai 10 MW daya listrik.Beberapa hal yang menarik dalam desain ini :

1.      Ketersediaan energy surya untuk ditransmisikan,akan mendekati 100% sehingga cocok untuk memikul beban dasar listrik.

2.      Satu PTLSS akan mempunyai daya terpasang sebesar 5 GW.

3.      Daya guna transmisi AS-AS (arus searah ke arus searah melalui gelombang mikro) akan melampaui 60%.

     Energy matahari yang diterima sel-sel surya diubah menjadi energy listrik arus searah.Energy listrik itu perlu disesuaikan sebelum dimasukkan kedalam generator gelombang mikro. Sebagian dari energy yang terbuang di generator,dapat diolah kembali,untuk meningkatkan daya guna. Antena mengirimkan pancaran gelombang mikro ke satelit bumi,yang diterima oleh rektena. Dari satelit bumi dikirim sutu pancaran kendali,untuk mengatur letak antenna terhadap rektena,supaya penerimaan energy dari angkasa itu tepat arah pancaran. Melalui satelit bumi,energy yang diterima oleh rektena dikonversi menjadi energy listri dan dimasukkan ke dalam jaringan.

 Sementara itu NASA telah membuat sebuah proyek demonstrasi sebesar 30 kW,yang cukup berhasil. Daya guna transmisi AS-AS (arus searah kea rah searus) proyek percontohan ini mencapai 54 %. Di antara persoalan yang masih dihadapi PLTSS ini adalah pengruh lingkungan disebabkan transmisi gelombang mikro,yang mungkin akan memakai frekuensi 2,45 GHz,yaitu yang menyangkut :

1.      Interferensi pada siaran radio.

2.      Pemanasan setempat ionesfer (ionosphere) yang akan mengganggu hubungan satelit komunikasi yang ada.

3.      Pancarangelombang makro itu dapat mempunyai efek biologis yang kurang baik.

            Selain dari pada itu,sinar gelombang makro atau laser itu pada asanya merupakan suatu pancar energy dengan daya 5 MW mungki sekali tidak akn dapat dilewati oleh sebuah pesawat terbang,tanpa menjadi hancur lebur.^[1]                          

            Struktur sebuah atom yang disederhanakan dan melihat bahwa atom tersebut terdiri dari pembawa muatan negatif (elektron – elektron) dan pembawa muatan postif(proton – proton) Masing – masing elektron membawa satu – satuan muatan listrik negatif sedangkan proton masing – masingnya memiliki satu satuan muatan listrik positif. Karena atom umumnya memiliki jumlah proton dan elektron yang sama, muatan totalnya akan menjadi nol. Sebagi contoh,jika sebuah atom memiliki sebelas elektron, atom tersebut juga akan memiliki sebelas proton. Hasil akhirnya adalah muatan negatif dari elektron akan diimbangi oleh muatan positif dari proton.

            Elektron – elektron akan bergerak dengan konstanta saat mereka mengorbit di sekeliling inti atomnya. Jumlah elektron maksimum yang ada pada kulit pertama adalah 2, pada kulit kedua adalah 8 dan pada kulit ketiga,keempat dan kelima masing – masing adalah 18,32, dan 50. Dalam elektronika hanya kulit elektron yang terjauh dari inti atom sajalah yang memainkan peranan penting.Kita perlu mengingatkan bahwa pergerakkan elektron hanya melibatkan elektron – elektron yang berada pada kulit valensi terluar ^[2]

            Susunan semikonduktor serupa dengan susunan isolator kecuali bahwa dalam semikonduktor celah pita lebih sempit. Celah pita untuk semikonduktor biasanya berkisar dari 0,2 eV sampai 2,5 eV, sedangkan celah pita isolator khas seperti intan sekitar 6 eV. Akibatnya, tidak seperti dalam isolator, semikonduktor menunjukkan hantaran listrik sedang pada temperatur kamar..

             Umumnya istilah semikonduktor digunakan untuk segolongan bahan yang penghantarannya (konduktivitas) berada di antara penghantar dan isolator. Pada temperatur kamar, tahanan penghantar yang baik sekitar 10^-6 Wcm, sedangkan tahanan semikonduktor berkisar dari 10^-3 sampai 10⁶Wcm. Isolator yang baik, sebaliknya mempunyai tahanan sekitar 10¹²Wcm. Di samping itu, semikonduktor memiliki sifat-sifat berikut:

(i)       Semikonduktor murni mempunyai koefisien temperatur yang negatif dengan resistansi tidak seperti logam yang memiliki resistansi dengan koefisien temperatur positif.

(ii)     Semikonduktor memberikan daya termolistrik yang tinggi dengan tanda yang positif atau negatif relatif terhadap logam bersangkutan.

(iii)   Hubungan (junction) antara semikonduktor jenis-p dan semikonduktor jenis-n menunjukkan sifat-sifat penyearahan.

(iv)   Semikonduktor bersifat peka cahaya, membangkitkan baik tegangan foto maupun perubahan resistansi akibat penyinaran cahaya.

   Unsur-unsur germanium (Ge) dan silikon (Si) dianggap sebagai semikonduktor dasar.Germanium telah digunakan untuk hampir semua peralatan benda padat, seperti transistor, tetapi baru-baru ini hampir semua diganti oleh silikon, karena tersedianya silikon yang tidak terbatas.Di samping itu, rangkaian terpadu (IC) pada elektronika saat ini dibuat dari silikon.

   Di samping unsur-unsur semikonduktor, masih ada semikonduktor senyawa yang dengan berhasil digunakan untuk pembuatan peralatan elektronika. Senyawa semikonduktor yang penting adalah sulfide cadmium (CdS), sulfida timah (PbS), tellurida timah (PbTe), antimonida indium (InSb), arsenida gallium (GaAs), fosfida indium (InP) dan sebagainya. Di antara senyawa-senyawa ini, CdS telah digunakan sebagai pengukur cahaya; PbS dan PbTe digunakan dalam detektor inframerah. GaAs telah digunakan dalam pembuatan transistor, laser benda padat dan beberapa peralatan frekuensi tinggi khusus.

            Beberapa senyawa semikonduktor membentuk campuran (alloy) yang mempunyai sifat-sifat semikonduktor yang penting.Mereka dikenal sebagai semikonduktor alloi.Di antara semikonduktor alloi, arsenide indium gallium (Ga_xIn_1-xAs) digunakan pada alat-alat frekuensi tinggi dan alat-alat optika, tellurida cadmium merkuri (Hg_{1 - x}Cd_xTe) digunakan untuk pembuatan detektor inframerah yang efisien dan fosfida arsenida gallium (GaAs_xP_{1 – x}) digunakan untuk pembuatan diode pemancar cahaya (LED).

   Penghantaran semikonduktor terutama hanya ditentukan oleh pembawa yang dibangkitkan panas, maka semikonduktor ini disebut semikonduktor murni atau intrinsik. Kalau semikonduktor murni dijaga tetap pada 0^oK, pita valensinya terisi penuh dan pita hantaran sama sekali kosong karena energi panas dari electron sama dengan nol. Karena itu, pada 0^oK semikonduktor murni bersifat isolator. Sebaliknya, kalau semikonduktor murni dijaga pada temperatur kamar, beberapa elektron pita valensi memperoleh cukup energi, melompat ke dalam pita hantaran dan menjadi bebas.

   Tempat-tempat kosong yang terbentuk dalam pita valensi dari semikonduktor kalau beberapa elektron pita valensi melompat ke dalam pita hantaran diberi istilah lobang (hole). Lobang membawa muatan yang besarnya sama dengan muatan elektron dan jumlah elektron terbangkitkan panas selalu sama dengan jumlah lobang. Jadi, kalau ni dan pi berturut-turut menunjukkan konsentrasi elektron dan lobang, maka ni = pi. Persamaan ni (atau pi) dinamakan konsentrasi pembawa intrinsik.

            Elektron dalam pita hantaran dan lobang-lobang dalam pita valensi bebas dan bergerak dalam kristal secara acak akibat energi panas. Tegangan luar yang diberikan ke semikonduktor digabung dengan gerakan panas acak elektron dan lobang menghasilkan kecepatan simpangan (drift).Kecepatan ini menaikkan aliran arus.Jadi, kalau semikonduktor dihubungkan ke baterai, arus disusun oleh elektron-elektron bebas dalam pita hantaran dan lobang-lobang bebas dalam pita valensi.Elektron bergerak menuju elektroda positif sedangkan lobang-lobang bergerak menuju elektroda negatif dari baterai.Arus yang disebabkan oleh gerakan kebalikan dari dua pembawa muatan ini saling menambahkan karena lobang membawa muatan positif.

Dalam perisitiwa semikonduktor kovalen seperti Ge dan Si, pembangkitan elektron dan lobang dan gerakannya dapat dimengerti dengan menganggap susunan kristal, seperti yang diterangkan di bawah ini.

Gambar menunjukkan gambaran dua dimensi dari kristal germanium. Germanium merupakan unsur grup IV dari tabel periodik, sehingga masing-masing atom mempunyai empat elektron valensi.Elektron-elektron valensi ini dipegang oleh ikatan-ikatan kovalen dengan elektron-elektron valensi dari empat atom germanium berdekatan.Kalau satu elektron valensi menerima energi panas yang cukup maka elektron tersebut memutuskan ikatan kovalennya dan menjadi bebas.Satu pasangan elektron lobang dengan demikian muncul, seperti ditunjukkan dalam Gambar.Kalau satu lobang terbentuk, maka elektron valensi yang berdekatan yang mempunyai energi panas yang cukup dapat melompat ke dalam lobang tersebut dan terbentuk kembali ikatan.Dalam hal ini, elektron tersebut membuat lobang pada kedudukan sebelumnya. Keadaan tersebut ditunjukkan dalam Gambar dimana elektron valensi pada kedudukan B bergerak ke dalam kedudukan Adan lobang. Hal ini mengakibatkan gerakan lobang dari kedudukan A ke kedudukan B. Jadi, gerakan lobang terjadi menurut arah yang berlawanan dengan arah elektron valensi.     

            Rekombinasi Elektron dan Lobang,Setiap saat beberapa elektron bebas pada waktu bergerak secara acak di dalam kristal semikonduktor bertemu dengan lobang dan bergabung (kombinasi) kembali dengan lobang. Proses ini dinamakan rekombinasi. Kalau elektron dan lobang bergabung mereka hilang.Laju rekombinasi secara kasar sebanding dengan hasil kali konsentrasi elektron dan konsentrasi lobang. Catatan bahwa energi minimum yang diperlukan

Penghantaran semikonduktor terutama hanya ditentukan oleh pembawa yang dibangkitkan panas, maka semikonduktor ini disebut semikonduktor murni atau intrinsik. Kalau semikonduktor murni dijaga tetap pada 0^oK, pita valensinya terisi penuh dan pita hantaran sama sekali kosong karena energi panas dari electron sama dengan nol. Karena itu, pada 0^oK semikonduktor murni bersifat isolator. Sebaliknya, kalau semikonduktor murni dijaga pada temperatur kamar, beberapa elektron pita valensi memperoleh cukup energi, melompat ke dalam pita hantaran dan menjadi bebas.

   Tempat-tempat kosong yang terbentuk dalam pita valensi dari semikonduktor kalau beberapa elektron pita valensi melompat ke dalam pita hantaran diberi istilah lobang (hole). Lobang membawa muatan yang besarnya sama dengan muatan electron.

untuk pembangkitan pasangan elektron lobang sama dengan energi celah pita. Energi tersebut biasanya diperoleh dari sumber-sumber panas. Demikian pula, kalau elektron melompat dari pita hantaran ke dalam pita valensi dan bergabung dengan lobang, energi minimum yang dikeluarkan ke dalam bentuk radiasi elektromagnetik sekali lagi sama dengan energi celah pita. Frekuensi radiasi elektromagnetis yang dipancarkan, v, mengikuti hubungan:

                                    E_g = h¶                                                                                                   (2.1)

dimanaE_g adalah celah pita, dan h adalah konstanta Planck. Panjang gelombang radiasi sama dengan:

                                    l =  =                                                                             (2.2)

dimanac kecepatan cahaya dalam ruangan bebas.

   Perlu diingat bahwa pada saat elektron bebas dan lobang hilang karena rekombinasi, pasangan elektron dan lobang baru dibangkitkan oleh energi panas.Untuk semikonduktor murni pada temperatur tertentu, konsentrasi elektron dan konsentrasi lobang mencapai harga kesetimbangan panas dimana laju rekombinasi sampai dengan laju pembangkitan. Karena temperatur kristal dinakikkan harga kesetimbangan konsentrasi elektron dan konsentrasi lobang juga naik.  

            Semikonduktor Tidak Murni (Tercampur) atau Ekstrinsik,Elektron-elektron dan lobang-lobang dapat dibangkitkan dalam kristal semikonduktor dengan merupakan panas atau cahaya. Namun, metode yang paling efisien dan mudah untuk membangkitkan elektron bebas atau lobang bebas adalah dengan menambahkan sejumlah kecil pencampur (impurities) yang dipilih ke dalam kristal.

            Penambahan atom-atom pencampur dalam jumlah sedikit ke dalam semikonduktor dinamakan peresapan (doping).Pencampuran yang ditambahkan dinamakan resapan (dopant).Semikonduktor yang mengandung atom pencampur dinamakan semikonduktor teresapi, tercampur atau ekstrinsik.Penghantaran (konduktivitas) semikonduktor ekstrinsik ditentukan oleh kelebihan elektron atau lobang akibat atom-atom pencampur.Pencampur yang sering digunakan untuk Ge dan Si adalah unsur-unsur grup III dan V dari tabel periodik. Umumnya boron, gallium, indium dan aluminium dari grup III, dan fosfor, antimon dan arsenik dari grup V. Dalam semikonduktor senyawa seperti InSb, indium (In) unsur dari grup III, dan antimoni (Sb), unsur dari grup V. Dalam hal ini, pencampur biasanya digunakan tellurium (Te), unsur dari grup V dan seng (Zn), unsur dari grup II. Tergantung pada jenis resapan (dopant) yang ada, semikonduktor ekstrinsik selanjutnya dibedakan atas semikonduktor jenis n dan semikonduktor jenis p.^[3]

Yang disebut efek fotolistrik adalah gejala yang bersangkutan denga penyinaran cahaya pada permukaan logam terhadap sifat-sifat kelistrikan logam.Ada tiga hal yang dapat kita bicarakan disini yaitu efek foto-emisi, efek fotokonduksi, dan efek fotovoltaik.Pada efek fotolistrik ini, pengaruh cahaya terhadap sifat kelistrikan bahan bukannya disebabkan karena sifat cahaya selaku gelombang elektromagnetik semata-mata, melainkan sikap cahaya selaku pembawa energy/ tenaga.

      Meskipun gelombang elektromagnetik adalah juga pembawa energy, namun dalam hal ini tidak dapat digunakan untuk menerangkan efek fotolistrik.Albert Einstein mengemukakan hipotese bahwa cahaya harus dipandang pula sebagai pancaran uni-unit tenaga atau kuantum-kuantum tenaga yang lalu disebut sebagai foton.

      Foton tersebut bukannya zarah dalam arti mempunyai massa, namun bersikap seperti zarah dalam hal tumbukannnya.Cahaya yang frekuensinya v dipandang sebagai arus foton yang tenaganya adalah hv untuk setiap foton. Jadi tenaga foton hanya ditentukan oleh frekuensi cahaya yang bersangkutan, sedangkan intensitas cahaya menentukan banyaknya foton.

            Efek Fotoemisi Kalau ada suatu permukaan logam dikenakan cahaya, maka foton cahaya sewakti menumbuk permukaan logam dapat mementalkan electron bebas dari permukaan logam. Jelaslah bahwa untuk dapat melepaskan electron bebas dari permukaan logam, tenaga foton tersebutharus sekurang-kurangnya harus sama dengan fungsi kerja logam,  dan kalau tenaga foton tersebut melebihi fungsi kerja logam, maka sisa tenaga foton tersebut akan dipakai sebagai ganti energy kinetic electron yang lepas dari permukaan.

            Dengan E selaku tenaga kinetic electron sewaktu lepas dari permukaan logam. Apabila di atas permukaan logam kita tempatkan keping logam yang lain yang berpotensial positif terhadap permukaan logam tersebut, maka electron-elektron yang dipancarkan itu terkumpul pada keping permukaan logam dan selanjutnya akan memberikan atus listrik.

            Pada efek fotokonduksi, peningkatan daya hantar semikonduktor sebagai akibat bertambah banyaknya jumlah electron yang melompat dari pita valensi ke pita konduksi adalah disebakan oleh suatu penyinaran cahaya yang berarti penyinaran font-foton; tenaga foton yang mengenai nya dipindahkan kepada electron di pita valensi untuk meloncatkan electron tersebut ke pita konduksi.

Maka agar dapat terjadi efek fotokonduksi, tenaga fotonnya sekurang-kurangnya harus sama dengan sela tenaga yaitu beda tinggi tingkat tenaga antara bagian bawah pita konduksi dan bagian atas pita valensi.

            Efek Fotovoltaik, kalau pada persambungan antara bahan konduktor dan bahan semkikonduktor, ataupun antara dua bahan semikonduktor yang jenisnya berbeda, dikenakan sinar cahaya, maka akan timbul suatu e.m.f. Gejala demikian yaitu timbulnya tegangan volta yang diakibatkan oleh foton, disebut efek fotovoltaik.

     Besarnya tegangan fotovoltaik ternyata sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai persambungan.Maka efek fotovoltaik dapat dipakai sebagai dasar pembuatan alat pengukur intensitas cahaya, misalnya dalam teknik fotografi.Sel fotovoltaik yakni fotosel yang berdasarkan efek fotovoltaik sering juga disebut photronic.

     Sel tersebut dibuat dengan melekatkan lapisan tipis satu bahan pada bahan lain sehingga penyinaran pada persambungan dapat dilaksanakan lewat lapisan bahan yang karena tipisnya adalah transparan ( tembus cahaya).

     Kalau pada perbatasan kedua semikonduktor diberikan sinar cahaya yakni yang berarti dikenai foton-foton, maka oleh tumbuhan foton dengan electron, tenaga foton ini akan dipindahkan ke semikonduktor A untuk meloncatkan electron lebih banyak dari tingkat tenaga impuritas ke pita konduksi yang kemudian menyebabkan mendifusinya electron lebih lanjut.^[4]

            Sel Fotovoltaik Mengkonversi Sinar Matahari Menjadi Listrik.Sel fotovoltaik, yang biasa disebut sel surya atau PV, adalah teknologi yang digunakan untuk mengubah energi matahari langsung menjadi tenaga listrik.Sel fotovoltaik adalah perangkat nonmekanis yang biasanya terbuat dari silicon alloy.
            Foton membawa energy matahari.Sinar matahari terdiri dari foton, atau partikel energi surya.Foton ini mengandung sejumlah energi yang bervariasi sesuai dengan panjang gelombang dari spectrum matahari.
            Ketika foton menerpa sel fotovoltaik, mereka dapat terpantul, menembus, atau diserap.Hanya foton yang diserap yang memberikan energi untuk menghasilkan listrik.Ketika sinar matahari yang cukup (energi) diserap oleh bahan (semikonduktor), elektron lepas dari atom material.
            Aliran listrik ketika elektron meninggalkan posisi mereka, ruang kosong terbentuk. Ketika banyak elektron, masing-masing membawa muatan negatif, bergerak ke permukaan depan sel, terjadi ketidakseimbangan muatan antara permukaan depan dan permukaan belakang sel yang menciptakan tegangan potensial seperti pada terminal positif dan negatif baterai. Ketika dua permukaan terhubung melalui beban eksternal, seperti peralatan, mengalirlah arus listrik.

            Bagaimana Sel fotovoltaik Menghasilkan Listrik.Panel surya yang sering Anda lihat disebut panel fotovoltaik.Setiap panel terdiri dari beberapa sel fotovoltaik, yang terbuat dari suatu jenis silikon.Setiap sel mampu menghasilkan muatan listrik kecil bila terkena sinar matahari.
            Karena sel-sel fotovoltaik masing-masing hanya menghasilkan sejumlah kecil listrik, mereka harus digunakan bersama.Mereka umumnya saling terhubung untuk menciptakan panel surya yang sudah sering Anda temui. Setiap panel, dapat digunakan untuk menghasilkan energi lebih banyak dan lebih banyak daya listrik untuk menjalankan alat rumah tangga atau untuk kepentingan bisnis pada beberapa kasus.Bagaimana Sel Fotovoltaik Dibuat sebenarnya ada beberapa jenis fotovoltaik meskipun sebagian besar dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu:

·       Sel Monocrystalline

·       Sel Polycrystalline

·       Sel Amorphous

            Monocrystalline adalah sel-sel fotovoltaik yang paling efisien tetapi juga yang paling mahal.Sel-sel ini terdiri satuan kristal, yang dipotong-potong dari apa yang disebut sebagai silicon ingot. 

            Sedikit kurang efisien, tetapi jauh lebih terjangkau adalah sel-sel Polycrystalline.Alih-alih menggunakan ingot silikon, sel-sel ini dibuat sedikit berbeda. Silikon ini terdiri dari sejumlah kristal kecil yang membuat mereka lebih terjangkau meskipun mereka sedikit kurang efisiensi.Yang lebih murah daripada sel-sel polycrystalline, tapi juga efisiensi yang lebih rendah, adalah sel amorphous yang dibuat dengan menyebarkan silikon di atas meterial alternative seperti stainless steel.
            Jika Anda akan mulai memanfaatkan tenaga surya, penting untuk mempertimbangkan jenis sel surya yang terbaik bagi Anda. Faktor utama yang harus Anda perhatikan adalah seberapa banyak ruang yang Anda miliki untuk panel surya. Jika Anda tidak memiliki banyak ruang, Anda mungkin akan perlu berinvestasi pada panel polycrystalline ataumonocrystalline. Di sisi lain, jika Anda memiliki ruang yang cukup untuk panel surya Anda, Anda bisa memanfaatkan sel amorphous yang lebih murah untuk mendapatkan jumlah energi yang sama.
            Arus yang dihasilkan dari sel surya umumnya adalah Direct Current (DC), tetapi dengan penambahan konverter, arus ini dapat diubah menjadi Alternating Current (AC).Yang memungkinkan Anda untuk melakukan hampir setiap kegiatan dengan energi surya yang anda dapatkan.

            Untuk pertama kalinya, efek fotolistrik diketahui oleh Hertz lama sebelum ditemukannya electron.Ia pada waktu itu sebenarnya sedang mengadakan percobaan mengenai gelombang elektromagnetik yang secara teori telah diramalkan adanya oleh Maxwell. Ia menimbulkan gelombang-gelombang itu dengan lucutan-lucutan listrik di antara dua buah kutub dan ingin melihat apakah satu sama lain, yang distel beresonansi dengan system yang pertama itu, dapat menimbulkan loncatan-loncatan lucutan listrik juga pada kutub-kutubnya. Loncatan resonansi ternyata mudah sekali timbul apabila cahaya dari lucutan-lucutan system yang pertama dapat mengenai kutub-kutub yang beresonansi itu.Penemuan yang tidak terduga-duga ini menarik banyak sekali perhatian dari para penyelidik ilmiah lainnya.

            Setelah ditemukan electron oleh Thomson, penyelidikan-penyelidikan mengenai foto-listrik ini menjadi semakin intensif.Salah satu eksperimen yang dibicarakan disini adalah yang pernah dikerjakan oleh Lenard.Sebuah tabung yang dapat dibuat vakum melalui pipa P mempunyai katoda K dan anoda A. Anoda ini dihubungkan dengan tanah dan tengahnya berlobang, sedangkan katoda K diberi muatan positif atau negative. Di samping itu terdapat elektroda-elektroda E₁ dan E₂ yang berhubungan dengan electrometer-elektrometer dan sebuah jendela d yang dipergunakan untuk memasukkan cahaya dari sebuah sumber cahaya S.
            Untuk meningkatkan output daya, sel elektrik terhubung dalam modul. Modul dapat saling terhubung untuk membentuk array.Terminologi "array" mengacu pada instalasi keseluruhan perangkat, apakah itu terdiri dari satu atau beberapa ribu modul. Jumlah modul terhubung bersama-sama dalam array tergantung pada jumlah output daya yang dibutuhkan.
            Cuaca mempengaruhi fotovoltaik.Kinerja array fotovoltaik tergantung pada sinar matahari.Kondisi iklim (seperti awan atau kabut) memiliki pengaruh yang signifikan pada jumlah energi matahari yang diterima oleh array fotovoltaik dan, pada gilirannya, mempengaruhi kinerjanya.Efisiensi dari modul fotovoltaik yang tersedia secara komersial dalam mengkonversi sinar matahari menjadi listrik maksimal berkisar dari 5% sampai 15%.

            Para peneliti di seluruh dunia sedang mencoba untuk mencapai efisiensi sampai 30%.
Aplikasi komersial system fotovoltaik.Keberhasilan PV di luar angkasa mendorong aplikasi komersial untuk teknologi ini. Sistem fotovoltaik paling sederhana banyak ditemukan pada kalkulator kecil dan jam tangan yang digunakan sehari-hari. Sistem yang lebih rumit menyediakan listrik untuk memompa air, listrik peralatan komunikasi, dan bahkan menyuplai listrik untuk rumah kita.Beberapa keuntungan dari sistem fotovoltaik adalah:

·       Konversi dari sinar matahari menjadi listrik terjadi secara langsung, sehingga sistem      pembangkit mekanis yang besar tidak diperlukan.

·       Array PV dapat diinstal dengan cepat dan dalam berbagai ukuran.

·       Dampak lingkungan yang minimal, tidak membutuhkan air untuk pendinginan sistem dan      tidak menghasilkan produk sisa.

            Sel fotovoltaik, seperti baterai, menghasilkan arus searah (DC), yang umumnya digunakan untuk beban kecil (peralatan elektronik). Ketika DC dari sel fotovoltaik digunakan untuk aplikasi komersial atau dijual kepada utilitas listrik menggunakan jaringan listrik, maka harus dikonversi ke alternating current (AC) dengan menggunakan inverter, perangkat yang mengkonversi daya DC ke AC.^[5]

  

BAB  3

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  PERALATAN

1.      Solar cell

       Fungsi: Sebagai bahan semikonduktor yang dapat mengubah energi cahaya menjadi                        sumber listrik

2.      Multimeter Digital (Voltmeter)

Fungsi :Untuk mengukur tegangan

3.      Lampu pijar 100 W

Fungsi: Sebagai sumber cahaya yang difokuskan

4.      Kabel penghubung

Fungsi: Untuk menghubungkan rangkaian

5.      Statif

Fungsi: Sebagai penyangga lampu pijar

6.      Pipa paralon

Fungsi: Untuk memfokuskan cahaya

7.      Mistar 60 cm

Fungsi: Untuk mengukur jarak lampu dari solar cell

8.      Stopwatch

Fungsi : Untuk menghitung waktu percobaan

3.2 BAHAN DAN KOMPONEN

1.Resistor  220Ώ; 2K2Ώ; 0,1M Ώ; 1MΏ ( masing-masing 1 buah)

Fungsi: sebagai hambatan

3.3 PROSEDUR PERCOBAAN

I. Efesiensi Solar Cell

1. Dirangkai peralatan seperti berikut

2. Digantungkan lampu pada statif,lalu diukur jarak lampu ke solar cell sejauh 15 cm.

3. Diletakkan pipa paralon pada statif sehingga statif tertutup.

4. Disambungkan lampu ke sumber arus PLN.

5. Diberikan hambatan sebesar 220Ω pada rangkaian.

6. Dilihat tegangan yang dihasilkan selama 1 menit kemudian dicatat.

7. Diulangi percobaan dengan mengganti hambatan sebesar 220Ω,2K2Ω,0,1MΩ,1MΩ.

8. Diulangi percobaan dengan mengganti jarak lampu sejauh 30 cm, 25 cm, 20 cm

II. Arus Balik sebagai Fungsi Intensitas

1. Disediakan semua peralatan.

2. Diatur peralatan pada statis yaitu lampu pijar ke solar cell dengan jarak 20cm.

3. Digantung  pipa paralon pada statif pada posisi lampu berada didalam pipa paralon..

4. Dihubungkan kaki positif multimeter ke salah satu kaki resistor dan kaki yang lain     kepositif solar cell. Kaki negetif multimeter dihubungkan kenegatif solar cell.

5. Diberikan hambatan sebesar 220Ω pada rangkaian.

6. Dinyalakan lampu bersamaan dengan stopwatch selama 1 menit.

7. Dicatat tegangan yang ditunjukkan pada multimeter digital.

8. Dimatikan lampu.

9. Diulangi percobaan dengan mengganti hambatan sebesar 220Ω,2K2Ω,0,1MΩ,1MΩ.

4.2    ANALISA DATA

1.    Menghitung arus listrik tiap – tiap data (pada arus balik dan efisiensi solar sel).

I = V/ R

a.    Efisiensi solar sel:

R = 220Ώ

·      Untuk jarak, D = 15 cm

·      Untuk jarak, D = 20 cm

·      Untuk jarak, D = 25 cm

·      Untuk jarak, D = 30 cm

b.    Arus balik sebagai fungsi intensitas:

D = 20 cm

·      Untuk resistor, R = 1 MΩ

·      Untuk resistor, R = 0,1 MΩ

·      Untuk resistor, R = 2K2 Ω

·      Untuk resistor, R = 220 Ω

2.    Menghitung daya dari masing– masing data. (Pada arus balik dan efisiensi solar sel).

P =  I  V

a.    Efisiensi solar sel:

·      Untuk jarak, D = 15 cm

P =  (0,0178 A) (3,92 V) = 0,069776 W

·      Untuk jarak, D = 20 cm

P =  (0,0176 A) (3,87 V) = 0,068112 W

·      Untuk jarak, D = 25 cm

P =  (0,0166 A) (3,65 V) = 0,06059 W

·      Untuk jarak, D = 30 cm

·      P =  (0,0163 A) (3,59 V) = 0,058517 W

b.    Arus balik sebagai fungsi intensitas :

·      Untuk resistor, R = 1 MΩ

P =  ( ) (1,59 V) = 2,5281  W

·      Untuk resistor, R = 0,1 MΩ

P =  ( ) (3,68 V) = 1,35424  W

·      Untuk resistor, R = 2K2 Ω

P =  ( ) (3,86 V) = 6,755  W

·      Untuk resistor, R = 220 Ω

P =  ( ) (3,87 V) = 6,8112  W

3.    Menghitung intensitas cahaya untuk masing – masing data. (Pada arus balik dan efisiensi solar sel).

L = P / A                     A = (0,06  0,06) m²

a.     Efisiensi solar sel sebagai fungsi intensitas:

·      Untuk jarak, D = 15 cm

·      Untuk jarak, D = 20 cm

·      Untuk jarak, D = 25 cm

·      Untuk jarak, D = 30 cm

b.    Arus balik sebagai fungsi intensitas:

·      Untuk resistor, R = 1 MΩ

·      Untuk resistor, R = 0,1 MΩ

·      Untuk resistor, R = 2K2 Ω

 

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN                                                                   

1.      Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan  bahwa pengaruh variasi resistor terhadap besar tegangan yang dihasilkan solar cell adalah tegangan semakin kecil jika jarak lampu pada solar sell semakin jauh.

2.      Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan  bahwa aplikasi dari fotovoltaik adalah

 -Pada bidang kedokteran dapat digunakan pada sterilisasi bahan atau peralatan  kedokteraan,dapat juga partikel – partikel sinar beta mengionisasi sel – sel kanker sehingga  dapat memantulkan sell kanker,sinar beta juga dapat digunakan untuk mendeteksi penyakit    yang ada dalam tubuh manusia biasanya pada radioisotop kedokteran.

- Semikonduktor yang sensitif terhadap sinar matahari secara mikroskopis memiliki pita energi yakni pita valensi dan pita konduksi. Disaat sinar matahari diserap oleh sel menyebabkan elektron pada pita valensi tereksitasi menuji pita konduksi. Proses eksitasi ini menyebabkan terjadinya hole, sehingga mengalirlah arus listrik. Terbentuknya hole yang kontinu menyebabkan aliran arus listrik terjadi terus menerus tanpa batas sampai akhirnya terhenti saat tidak ada lagi sinar matahari yang diserapnya.

3.      Dari percobaan yang telah dilakukan  dapat disimpulkan bahwa prinsip kerja dari solar cell adalah mengubah secara langsung energi cahaya menjadi energi listrik.

4.      Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan  bahwa pengaruh variasi jarak dari sumber cahaya cell terhadap tegangan yang dihasilkan adalah semakin jauh jaraknya maka tegangan yang dihasilkan semakin kecil.

5.2 SARAN

1. Agar praktikum selanjutnya mengetahui prosedur percobaan.

2. Agar praktikum selanjutnyateliti dalam menggunakan multimeter digital dan stopwatch.

3. Agar praktikum selanjutnyamengetahui prinsip kerja solar cell.

4. Agar praktikum selanjutnya teliti dalam mengukur variasi jarak lampu ke solar cell.

DAFTAR REFERENSI

[1] Abdul Kadir.1995.Energi Sumber Daya,Inovasi,Tenaga Listrik Dan Potensi Ekonomi.

                    Edisi kedua.Jakarta:UI Press

                    Halaman:269-273

[2] Chattopadhyay,D.1989.Dasar Elektronika.Jakarta:UI Press

                   Halaman:84-91

[4] Tooley,Michael.1998.Rangkaian Elektronik Prinsip dan Aplikasi.

                  Edisi kedua.Jakarta:Erlangga

                  Halaman:81-87

[3] Soedojo Peter.Asas – Asas Ilmu Fisika .

                   Edisi kedua.yogyakarta:Universitas Press

                   Halaman:259-263

[5] http://www.indoenergi.com/2012/07/menghasilkan-listrik-dengan-sel.html

                                                                           Medan,  9 November  2013

Asisten,                                                               Praktikan,

       (Suhartina Malau )                                                      ( rinto pangrib )