11
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Matahari Sebagai Sumber Energi Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dan semakin menipisnya
cadangan minyak bumi memaksa manusia untuk mencari sumber-sumber energi alternatif. Negara-negara maju juga telah bersaing dan berlomba membuat
terobosan-terobosan baru untuk mencari dan menggali serta menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan minyak bumi sebagai sumber energi.
Semakin menipisnya persediaan energi dan juga ketergantungan pada salah satu jenis energi dimana hingga saat ini pemakaian bahan bakar minyak sangat besar
sekali dan hampir semua sektor kehidupan menggunakan bahan bakar ini, sementara itu bahan bakar merupakan komoditi ekspor bagi surya yang dominan
untuk pendapatan negara. Dalam upaya pencarian sumber energi baru sebaiknya memenuhi syarat
yaitu menghasilkan jumlah energi yang cukup besar, biaya ekonomis dan tidak berdampak negatif terhadap lingkungan. Oleh karena itu pencarian tersebut
diarahkan pada pemanfaatan energi matahari baik secara langsung maupun tidak langsung dengan menggunakan panel surya yang dapat merubah energi matahari
menjadi energi listrik yang dinamakan Solar Cell. Teknologi Solar Cell telah lama dikenal oleh manusia penangkap panas yang dibawa sinar matahari untuk diubah
menjadi sumber energi listrik. Penggunaannya juga sudah cukup luas dari menggerakkan mobil hingga menggerakkan robot.
Pada umumnya, Solar Cell merupakan sebuah hamparan semi konduktor yang dapat menyerap photon dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi
listrik. Sinar matahari yang mampu diserap oleh Solar Cell berkisar antara 30 hingga 50. Setiap jenis semikonduktor yang berbeda hanya dapat menyerap
photons pada tingkat energi tertentu saja yang dikenal dengan istilah handgap. Sekarang ini, Solar Cell yang baik adalah Cell dengan dua semikonduktor
berbeda yang disatukan untuk menyerap sinar matahari pada tingkat energi yang berbeda pula. Meski demikian daya serapnya tetap berkisar 30 hingga 50 dari
energi sinar matahari.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
12 Solar Cell merupakan suatu panel yang terdiri dari beberapa sel dan
beragam jenis. Penggunaan Solar Cell ini telah banyak digunakan di negara- negara berkembang dan negara maju dimana pemanfaatannya tidak hanya pada
lingkup kecil tetapi sudah banyak digunakan untuk keperluan industri sehingga energi matahari dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif.
Energi matahari mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan energi lain. Keuntungan yang dapat diperoleh adalah jumlahnya cukup besar tidak
menimbulkan polusi terdapat dimana-mana dan tidak ada biaya penggunaan Solar Cell ini juga sangat cocok digunakan di pedesaan dimana didaerah terpencil yang
belum terjangkau arus listrik maupun dimanfaatkan untuk alat dengan konsumsi listrik skala kecil sehingga dapat membantu masyarakat yang membutuhkan.
Intensitas radiasi matahari akan berkurang oleh penyerapan dan pemantulan oleh atmosfer saat sebelum mencapai permukaan bumi. Ozon di
atmosfer menyerap radiasi dengan panjang gelombang pendek ultraviolet sedangkan karbondioksida dan uap air menyerap sebagian radiasi dengan panjang
gelombang yang lebih panjang infra merah. Selain pengurangan radiasi bumi langsung sorotan oleh penyerapan tersebut, masih ada radiasi yang dipancarkan
oleh molekul-molekul gas, debu dan uap air dalam atmosfer. Ada dua macam cara radiasi matahari surya sampai ke permukaan bumi
yaitu: 1.
Radiasi langsung Beam Direct Radiation Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau radiasi
yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar datang. 2.
Radiasi Hambur Diffuse Radiation Adalah Radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan dan
penghamburan.
Misalnya data untuk suatu permukaan miring yang menghadap tanah tertutup salju serta menerima komponen radiasi karena pemantulan harus dirinci
dulu, kondisi saljunya yaitu sifat pantulannya reflektansi. Karena itu radiasi total pada suatu permukaan bidang miring biasanya dihitung.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
13 Matahari adalah suatu bola gas yang berpijar dan merupakan sumber
energi yang sangat besar, kita ketahui jarak surya ke bumi kira-kira 93 juta mil. Jarak ini dipakai satuan astronomi. Bila energi surya bergerak dari lapisan dalam
permukaan fotosfir melalui medium yang transparan. Selajutnya suhu turun sampai 6000
K. Suhu permukaan ini dijaga konstan oleh sumber energi yang terletak dibagian dalam sebagai akibat reaksi itu.
Nucleur Furnace Trichoderma = 10 K.
Gambar 2.1. Model Sederhana dari Sinar Matahari
Sampai sekarang sumber energi berasal dari bahan bakar yang tak terbaharui unrenewable seperti batu bara, gas bumi, dan minyak bumi yang
jumlahnya makin lama semakin berkurang, sementara penggunaan tenaga air hidroelektrik terbatas. Oleh sebab itu para ilmuwan telah mulai meneliti
kegunaan energi surya, sebab tanpa kita sadari bahwa energi surya merupakan sumber energi utama bagi seluruh permukaan bumi.
2.2. Karakteristik Radiasi Sinar Surya Energi Sinar Surya dipancarkan dalam bentuk radiasi gelombang
elektromagnetik yang terdistribusi atas radiasi energi surya dan energi foton. Energi Sinar Surya sampai ke bumi dalam spectrum radiasi infra merah, sinar
tampak dan radiasi ultraviolet. Di luar atmosfer spectrum distribusi radiasi sinar
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
14 surya ini sebagian diserap oleh lapisan troposat dan berdebu, dan awan.
Sedangkan sebagian lagi dipantulkan kembali ke ruang angkasa. Besar tenaga radias sinar pada umumnya didasarkan jarak rata-rata antara
bumi dan surya. Tenaga radiasi sinar surya persatuan waktu yang diterima pada satu-satuan luas permukaan yang tegak lurus pada arah datangnya radiasi, pada
jarak rata-rata bumi dan surya disebut Solar Konstan Tetapan Surya. Pada dasarnya gelombang elektromagnetik tersebut adalah radiasi thermal. Adapun
jenis radiasi itu selalu merambat dengan kecepatan cahaya. Secara fisik perambatan radiasi diperoleh dengan mengganggap setiap
kuantum sebagai suatu partikel yang memiliki energi, massa, dan momentum. Jadi pada hakekatnya, radiasi dapat digambarkan sebagai suatu partikel foton yang
dapat bergerak dari suatu medium ke medium lain. Sebagai contoh: Rapat daya dari setiap satuan panjang gelombang
dinyatakan dalam rumus radiasi plank sebagai berikut: E
λ =
1 2
2
−
kt eh
E S
h C
λ
λ π
Wattm
3
Ir. Astu Pudjanarsa, MT. Mesin Konversi Energi…………………..2.1 Dimana:
h = Konstanta plank 6,625 x 10
- 34
Joule-det λ
= Panjang Gelombang C
= Kecepatan Cahaya = 3 x 10
8
mdt k
= 1,38 x 10
-23
JouleK konstanta Boltmann
Persamaan diatas dapat diperoleh menjadi
E λ =
1
2
5 1
−
C
e C
λ
Wattm
3
Dimana C
1
= 3,74 x 10
-16
C
2
= 1,4 x 10
-2
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
15 Berdasarkan ini maka dapat di hitung berapa besar energi yang akan digunakan
untuk menghasilkan arus minoritas pada sumbernya Solar Cell. Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian dari
radiasi itu: •
Dipantulkan refleksi •
Diserap absorsi •
Diteruskan transmisi
Ada dua fenomena refleksi yang dapat diambil bila menimpa suatu permukaan yakni:
1. Jika sudut jatuhnya sama dengan refleksi, maka di katakan refleksi itu
spekular. 2.
Bila berkas yang jatuh tersebar secara merata sesudah refleksi, maka refleksi itu disebut difusi atau baur.
2.3. Sel Surya Sel surya tersebut dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi
bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel sury. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang terbuat dari irisan bahan
semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt. Sel Surya merupakan elemen aktif semi
konduktor yang memanfaatkan efek fotovoltaic untuk merubah energi surya menjadi energi listrik.
Pada sel surya terdapat sambungan function antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing yang diketahui sebagai
semikonduktor jenius “P” positif dan semikonduktor jenis “N” Negatif. Semikonduktor jenis –N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah
material lain umumnya posfor dalam batasan bahan material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas.
Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis –N Negatif.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
16 Semikonduktor jenis –“P” juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya
terdapat sejumlah kecil materi lain umumnya posfor dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebiha elektron bebas.
Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semi konduktor jenis “N” Negatif.
Semikonduktor jenis P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain umumnya boron yang mana menyebabkan material
tersebut kekurangan satu elektron bebas. Kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang hole. Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan
listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis “P” Positif.
2.4. Semikonduktor Semikonduktor adalah suatu kelompok bahan-bahan kristal yang bukan
penghantar konduksi maupun penghambat isolator. Kedua bahan ini mempunyai empat buah elektron pada kulit terluarnya dan atom-atomnya
tersususn dalam bentuk kristal tetrahedron. Jika keadaan kristal ini murni ditinjau dari segi kimianya artinya tidak terdapat kerusakan pada susunan kristalnya
disebut dengan semikonduktor instrinsik. Untuk mendapat gambaran tentang
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
17 mekanisme hantaran listrik yang terjadi dalam bahan semikonduktor ini dapat
dilihat pada gambar 2.3.
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa masing-masing atom memberikan satu elektron kepada atom-atom yang ada di dekatnya dan
membentuk ikatan kovalen untuk mencapai gas mulia. Jika suhu kristal naik dan energi melebihi energi ikatan elektron, maka elektron dapat keluar dari ikatan
kovalen ini disebut dengan lubang hole yang bermuatan positif. Lubang ini akan diisi oleh elektronnya bergerak dari ikatan kovalen yang satu ke ikatan kovalen
yang lain dan demikian juga halnya dengan elektron. Jadi, semikonduktor intrinsik ini dapat bersifat konduktor jika suhu dinaikkan untuk membentuk
elektron bebas dari lubang, dimana jumlah keduanya sama dan bersifat sebagai pembawa muatan.
Semikonduktor ekstrinsik tidak murni diperoleh dengan menambahkan doping atom-atom asing ke bahan semikonduktor intrinsik. Tujuan doping ini
adalah untuk memperoleh semikonduktor intrinsik dengan hanya pembawa suatu jenis muatan elektron atau lubang yang dilakukan dengan cara doping dengan
atom yang berbeda. Misalnya atom yang bervalensi V lima untuk mendapatkan semikonduktor tipe N, contohnya posfor, arsen dan antimon sedangkan untuk
memperoleh semikonduktor dengan pembawa muatan dilakukan dengan doping atom yang bervalensi IIItiga, misalnya Boron, Alumunium. Semikondutor
dengan pembawa muatan seperti ini semikonduktor tipe P.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
18 Dengan doping atom bervalensi lima, maka akan tersisa satu elektron yang
tidak membentuk suatu ikatan kovalen dan sebagai elektron bebas. Sedangkan doping dengan atom bervalensi juta akan terjadi kekurangan satu elektron
sehingga terbentuk lubang.
2.5. Prinsip Kerja Solar Cell Susunan sebuah Solar Cell sama dengan sebuah dioda, terdiri dari lapisan
yang dinamakan PN Junction. PN Junction itu diperoleh dengan jalan menodai sebatang bahan semikonduktor silikon murni valensinya 4 dengan impuriti yang
bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang disebelah kanan dinodai dengan impuriti bervalensi 5. Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak
murni lagi dan dinamakan silikon jenis N. Didalam silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang seimbang. Pembawa muatan listrik yang
positif dinamakan hole, sedangkan yang negatif dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penodaan itu. Didalam silikon jenis P terbentuk hole pembawa
muatan listrik positif dalam jumlah yang sangat besar dibandingkan dengan elektronnya. Oleh karena itu didalam silikon jenis P hole merupakan pembawa
muatan mayoritas, sedangkan elektron merupakan pembawa muatan minoritas. Sebaliknya didalam silikon jenis N terbentuk elektron dalam jumlah yang sangat
besar sehingga disebut pembawa muatan mayoritas dan hole disebut pembawa muatan minoritas.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
19 Didalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan bagian
N. Oleh karena itu dinamakan PN Junction. Bila sekarang, bagian P dihubungkan dengan kutub positif dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatifnya
dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan “Forward Bias”. Dalam keadaan forward bias, didalam rangkaian itu timbul arus listrik yang
disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang mengalir di dalam PN Junction disebabkan oleh gerakan hole, tapi berlawanan arah dengan
gerakan elektron. Sekedar untuk lebih menjelaskan, elektron yang bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik. Dan energi listrik inilah
yang disebut sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah dengan gerakan elektron.
Tapi, bila bagian P dihubungkan dengan kutub negatip dari baterai dan bagian N dihubungkan dengan kutub positipnya, maka sekarang terbentuk
hubungan yang dinamakan “reverse bias”. Dengan keadaan seperti ini maka hole pembawa muatan positip dapat tersambung langsung ke kutub positip,
sedangkan elektron juga langsung ke kutub positip. Jadi, jelas di dalam PN Junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun P
bergerak berusaha untuk mencapai kutub positipnya baterai, demikian pula pembawa muatan minoritas hole didalam bagian N juga bergerak berusaha
mencapai kutub negatip. Karena itu dalam keadaan reserver bias didalam PN Junction ada juga arus yang timbul meskipun dalam jumlah yang sangat kecil
mikro ampere. Arus ini sering disebut dengan reserve saturation current atau leakage current arus bocor.
Ada yang menarik dalam keadaan reverse bias itu. Bila suhu PN Junction tersebut dinaikkan ternyata dapat memperbesar arus bocor yang timbul itu. Bearti
bila diberi energi panas, pembawa muatan minoritas di dalam PN Junction bertambah banyak. Karena cahaya itu merupakan salah satu bentuk energi, maka
bila ada cahaya yang menimpa suatu PN Junction dapat juga menghasilkan pembawa muatan. Gejala seperti ini dinamakan fotokonduktif. Berdasarkan gejala
fotokonduktif itu maka dibuat komponen lektronik fotodioda dari PN Junction itu. Dalam keadaan reverse bias dengan memperbesar intensitas cahaya yang
menimpa fotodioda dapat meningkatkan arus-arus bocornya. Arus bocor dapat
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
20 juga diperbesar dengan memperbesar tegangan baterai tegangan reserve, tapi
penambahan arus bocornya itu tidak signifikan. Bila baterai dalam rangkaian reserve bias itu dilepas dan diganti dengan bahan tahanan, maka pemberian
cahaya itu dapat menimbulkan pembawa muatan baik kole maupun elektron. Jika iluminasi cahaya itu ditingkatkan ternyata arus yang timbul semakin besar. Gejala
seperti ini dinamakan photovoltare. Cahaya dapat meneruskan energi yang cukup besar untuk memperbesar jumlah hole pada bagia P dan jumlah elektron pada
bagian N. Berdasarkan gejala Photovaltaic ini maka dapat diciptakan komponen elektronik photovoltaie cell karena biasanya matahari sebagai sumber cahaya
maka photovoltaie cell sering juga disebut solar cell sel surya atau solar energi converter.
Jadi sel surya itu pada dasarnya sebuah foto dioda yang besar dan dirancang dengan mengacu pada gejala Photovaltaic sedemekian rupa sehingga
dapat menghasilkan daya yang sangat besar mungkin. Silikon jenis P merupakan lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat
menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positip. Dibawah bagian P terdapat
bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran negatip. Untuk mendapatkan daya yang cukup besar diperlukan banyak sel surya
biasanya sel-sel surya itu sudah disusun sehingga berbentuk panel dan dinamakan panel photovoltaire PV. PV sebagai sumber daya listrik pertama kali digunakan
di satelit, kemudian dipikirkan pula PV sebagai sumber energi untuk modul, sehingga ada modul listrik surya sekarang di luar negeri, PV sudah mulai
digunakan sebagai digunakan sebagai atap atau dinding rumah. Sel surya di Indonesia sudah mulai banyak dimanfaatkan terutama sebagai energi penerangan
di malam hari, juga sudah dilakukan uji coba untuk membuat modul tenaga surya. Sekarang pemerintah sedang memikirkan untuk mengembangkan pemanfaatan sel
surya ke daerah-daerah transmigrasi. Semikonduktor tipe N memiliki kecepatan yang besar dan kerapatan
lubang yang kecil. Oleh karena itu elektron akan digunakan mudah mengalir melalui bahan ini. Semikonduktor tipe P memiliki kerapatan lubang yang besar
dan kerapatan elektron yang kecil lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
21 yang terdiri dari foton-foton, jika menimpa permukaan bahan solar cell akan
diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja, dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan membebaskan elektron dari ikatan atomnya sehingga
mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band-gap yang di defenisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan
elektron dari ikatan kovalennya, sehingga terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan elektron dari ikatan kovalennya, energi foton harus sedikit lebih
besar diatas energi band-gap, maka ekstra energi tersebut akan diubah dalam bentuk panas solar cell. Karena sangatlah penting pada solar cell untuk mengatur
bahan yang akan dipergunakan, yaitu dengan momodifikasi struktur molekul dari semikonduktor.
Tentu saja agar efisiensi dari solar sel bisa tinggi maka foton yang berasal dari matahari harus bisa diserap sebanyak-banyaknya, maka solar cell harus
memiliki energi band-gap dengan range lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari, yang mempunyai energi bermacam-macam
tersebut. Suatu solar cell silikon elementer dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5. Photovaltaic Silikon Elementer
Pada gambar diatas terlihat bahwa bahan dasar sisi kanan adalah dibuat dari silikon tipe P yang dibentuk dengan menambahkan Boron, kemudian
dibentuk suatu lapisan tipis bahan silikon tipe N dengan menambahkan doping posfor. Lapisan tipe N ini sangat tipis walaupun kelihatan tidak tembus cahaya,
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
22 namun cahaya matahari dapat juga menembus agak ke dalam. Sesungguhnya
cahaya menembus batas lapis antara tipe N dan tipe P dan disinilah dibentuk pasangan lubang elektron.
Pasangan lubang elektron ini umumnya sangat pendek yaitu kira-kira seperjuta detik. Elektron akan kembali lagi kedalam lubang tempat asalnya
didalam kristal kedalam yang tembus oleh silikon didsalam lubang terbantung pada besarnya energi yang diterimanya, ini paling mudah dijelaskan dengan teori
gelombang dari cahaya karena cahaya memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dari yang dihasilkan foton yang memiliki energi yang besar.
Untuk semikonduktor silikon Si dan Germanium Ge memiliki energi GAP energi pita terlarang FG yaitu jumlah energi yang dibutuhkan untuk
menaikkan sebuah elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Energi ini juga dapat disertakan dengan energi yang dibutuhkan untuk melepaskan sebuah
elektron dari ikatannya. Energi dari ionisasi dapat diperoleh dari radiasi sinar matahari dalam
berbentuk energi foton. Energi foton bergantung pada frekuensi dari gelombang sinar matahari, yang besarnya dapat dilihat dari persamaan berikut:
E= h x f………2,4 Dimana:
E = Energi Foton J H = Konstanta plank 6,625 x 10
-34
J.det F = Frekuensi Gelombang Sinar Hz
Frekuensi gelombang sinar matahari sama dengan perbandingan kecepatan-kecepatan cahaya dengan panjang gelombang cahaya yaitu;
F = λ c
……….2.5 Dengan: c = cepat rambat cahaya 3 x 10
8
mdt λ = panjang gelombang m
Dengan mensubstitusi persamaan 2.4 dengan 2.5 akan diperoleh suatu persamaan untuk menentukan besarnya energi foton yaitu:
E = h λ c
……..2.6
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
23 2.6. Karakteristik Solar Cell
Berdasarkan pengukuran-pengukuran yang dilakukan maka karakteristik solar cell dapat digambarkan seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.6, dimana
voc adalah tegangan rangkaian terbuka solar cell dan isc adalah merupakan arus hubungan singkat solar cell.
2.7. Faktor Pengisian dan Efisiensi Solar Cell Dua buah parameter solar cell telah dibicarakan yaitu arus hubungan
singkat dan tegangan rangkaian terbuka. Pada kurva tegangan arus solar cell, Isc merupakan perpotongan kurva dengan sumber arus V=0 dan Vac adalah
perpotongan kurva dengan sumber tegangan 1=0 seperti pada gbr. 2.7. berikut.
Dengan meneliti kurva diatas terlihat bahwa titik-titik pengoperasian dari solar cell terletak sepanjang kurva, dari sekian banyak titik-titik pengoperasian,
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
24 diharapkan satu titik pengoperasian khusus yang menghasilkan daya output solar
cell maksimum, yaitu pada titik Vm ,Im. Daya outputnya solar cell. Sama dengan luas empat persegi yang diarsir di gbr ini bearti bahwa titik
Vm Im merupakan penentu dan terletak pada kurva. Daya output akan maksimum bila letak VmIm pada kurva mempunyai luasan yang lebih besar
pada empat persegi panjang yang diarsir tersebut. Titik Vm. Im akan dipergunakan untuk mendefenisikan parameter solar
cell yaitu pengisian fill factor. Faktor pengisian adalah perbandingan antara daya maksimum dengan hasil kali tegangan terbuka dan arus hubungan singkat pada
solar sell. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: FF =
Isc Voc
Vm .
Im .
Zuhal. 1998. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya Jakarta. Gramedia.
Karena; FF =
Isc Voc
Pm .
Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya Jakarta, Gramedia
Efisiensi konversi energi radiasi sinar matahari menjadi energi listrik adalah perbandingan dari daya output dari solar sell dengan daya input. Daya
input solar cell adalah daya total sinar matahari yang masuk ke solar cell, yang secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut;
n =
Pin Pout
………………2.10 dengan;
Pout = daya output solar cell watt Pin = daya input solar sell watt
Efisiensi maksimum solar cell adalah: n.m =
Pin Pm
………………2.11
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
25 Besarnya daya output solar sell yang dihasilkan bergantung pada intensitas
cahaya matahari yang diterima solar sell dan juga tergantung pada luas yang luas cahaya ultraviolet, cahaya tampak sampai cahaya infra merah.
2.8. Faktor – faktor yang Mempengaruhi Penggunaan Solar Cell Faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan solar cell adalah keadaan
iklim dan tingkat radiasi sinar matahari. Keadaan iklim disuatu tempat dapat mempengaruhi jumlah energi yang dibangkitkan oleh solar cell. Penggunaan solar
cell akan lebih menguntungkan pada daerah yang memiliki musim kemarau lebih panjang dari musim hujan ataupun pada musim lainnya.
Kedudukan bumi yang selalu berubah terhadap matahari dengan adanya rotasi dan revolusi dengan lintasan yang berbentuk elips akan mempengaruhi
tingkat radiasi sinar matahari yang sampai ke bumi. Suatu pandangan umum dari sistem revolusi bumi yang berpusat pada matahari diperlihatkan pada gbr. 2.8.
Jarak matahari dan bumi berubah sesuai dengan lintasan edar bumi mengelilingi matahari yang berbentuk elips, jarak terjauh bumi dengan matahari adalah sekitar
tanggal 5 Juli Alphelium dan jarak terdekat adalah sekitar tanggal 4 Januari Perihelium. Fluks matahari diluar atmosfer bumi adalah lebih kurang 1.353
kwm
2
. Kuantitas ini dikenal sebagai konstanta matahari solar konstanta. Jadi banyaknya radiasi matahari yang diserap oleh suatu permukaan disuatu tempat
dibumi tergantung pada: 1.
Konstanta matahari, absorbsi penyerapan dan refleksi pemantulan atmosfer bumi.
2. Jarak antara bumi dengan matahari
3. Sudut jauh sinar matahari
4. Sifat-sifat permukaan yang dikenai sinar matahari
5. Lamanya penyinaran sinar matahari.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
26 2.9. Baterai
Pembangkit listrik tenaga matahari pada umumnya hanya aktif pada saat siang hari pada saat sinar matahari ada. Sehingga untuk keperluan malam hari
solar cell tidak dapat digunakan. Untuk mengatasi hal tersebut, maka energi yang dihasilkan solar cell pada siang hari disimpan sebagai energi cadangan pada saat
matahari tidak tampak. Untuk menyimpan energi tersebut dipakai suatu baterai sebagai penyimpanan muatan energi.
Baterai digunakan untuk sistem pembangkit tenaga listrik matahari mempunyai fungsi yang ganda. Disuatu sisi baterai berfungsi sebagai
penyimpanan energi, sedang disisi lain baterai harus dapat berfungsi sebagai satu daya dengan tegangan yang konstan untuk menyuplai beban.
Menurut penggunaan baterai dapat diklasifikasikan menjadi: 1 Baterai Primer
2.Baterai Sekunder Baterai primer hanya digunakan dalam pemakaian sekali saja. Pada waktu
baterai dipakai, material dari salah satu elektroda menjadi larut dalam elektrolik dan tidak dapat dikembalikan dalam keadaan semula.
Baterai sekunder adalah baterai yang dapat digunakan kembali dan kembali dimuati. Pada waktu pengisian baterai elektroda dan elektrolik
mengalami perubahan kimia, setelah baterai dipakai, elektroda dan elektrolit dapat dimuati kembali, kondisi semula setelah kekuatannya melemah yaitu dengan
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
27 melewatkan arus dengan arah yang berlawanan dengan pada saat baterai
digunakan. Pada saat dimuati energi listrik diubah dalam energi kimia. Jadi, dapat kita ketahui bahwa fungsi baterai pada rancangan pembangkit
tenaga surya ini adalah untuk menyimpan energi yang dihasilkan solar cell pada siang hari, tujuannya adalah untuk menyimpan energi listrik cadangan ketika
cuaca mendung atau hujan serta pada malam hari. Dengan demikian dapat bekerja sesuai dengan kebutuhan. Baterai yang digunakan adalah jenis asam timbale
baterai basah yang dapat diisi ulang cairan kimia dan energi listrik.
2.10. Kapasitas Baterai Pada baterai yang baru dibeli dipasaran, elektronik dimasukkan kedalam
baterai sampai tiap-tiap lempeng terdalam. Kesanggupan sebagai solar cell mengeluarkan sejumlah aliran listrik dinamakan kapasited kapasitas Besarnya
kapasitas dinyatakan dalam Ampere hours Ah, maka dapat ditulis; Kapasitas Akumulator = Ampere x jam
Bila sebuah akumulator mengeluarkan aliran listrik sebesar 10 Ampere dalam 10 jam, maka besarnya kapasitas baterai tersebut adalah 10 x 10 = 100 Ah.
Kapasitas Akumulator yang beredar di pasaran pada umumnya adalah; Auto Mobil Standar
35 – 60 Ah Auto Mobil Menengah
70 – 90 Ah Auto Mobil Berat
180 - 200 Ah Sepeda Motor
3 – 20 Ah
Tabel 2.1. Spesifikasi Baterai
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
28 Jumlah ampere hour hanya dapat dikeluarkan oleh baterai, diisi oleh arus
listrik dari luar atau dengan kata lain yaitu dicas charger. Sebagai contoh:
Sebuah baterai dengan kode 120 Ah 100Hr artinya baterai mampu bekerja selama 100 jam dengan jumlah arus yang dikeluarkan sekitar 1,2 ampere dalam setiap
jam. Hal ini diperoleh dengan
h Ah
100 120
= 1,2 A setiap jam selama 100 jam, dengan demikian diperkirakan baterai dengan kondisi penuh dapat menyuplai beban
sebesar 1,2 A x 12 Volt = 14,4 watt. Baterai tersebut mampu menyuplai beban sebesar 14,4 watt selama 100 jam, akan sekitar 4 hari hingga baterai kosong.
2.11. Pengisian Baterai Waktu yang diperlukn untuk mengisi baterai dapat ditentukan dengan
mengetahui perbandingan jumlah arus yang dihasilkan oleh solar cell dengan kapasitas baterai yang akan diisi.
h = er
ch baterai
arg 1
1 …………………..2.12
Tegangan output untuk setiap pengisi baterai harus lebih besar dari tegangan baterai. Misalkan solar cell menghasilkan arus sebesar 3 A dalam
keadaan puncak, baterai yang diisi memiliki kapasitas 10 Ah, maka waktu yang akan dibutuhkan adalah:
h = er
ch baterai
arg 1
1 =
Amp Amp
3 10
= 3,3 Jam Dengan demikian hanya diperlukan waktu 3,3 jam untuk pengisian
konstan baterai.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
29
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Kategori