2 Sel Surya fotovoltaik Analisa Daya dan Heat Stress pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan

2. 2 Sel Surya fotovoltaik

Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi-konduktor jenis-P dan jenis-N terbuat dari campuran Silikon untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir tebuat dari logam tipis untuk mengirim elektron ke instrumen elektronik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi- konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan jumlah gaya-gaya pada bahan. Arus listrik Cahaya Tipe-n Tipe-p Konduktor Gambar 1. Struktur Sel surya jenis PN Abou El-Maaty, 2005 Al Fattah Faisa M : Analisa Daya dan Heat Stress pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan, 2008. USU Repository©2008 Gaya tolak antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik efek fotovoltaik dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada instrumen Ridha, 2006. Kutub Positip Lubang bekas elektron Aliran arus Aliran Elektron Kutub Negatif Gambar 2. Proses alir foton – elektron pada sel surya Semua sel surya memerlukan cahaya untuk menyerap foton-foton ke dalam struktur sel sehingga menghasilkan elektron-elektron via efek fotovoltaik. Pada bagian silikon tipe-n, elektron sebagai pembawa arus, sedangkan di silikon tipe-p, lubang merupakan pembawa arus. Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber penyerap, meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi dari sel surya. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis gelombang elektromagnetik yang secara spectrum radiasi panas matahari mempunyai Al Fattah Faisa M : Analisa Daya dan Heat Stress pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan, 2008. USU Repository©2008 panjang gelombang 10 -7 sd 10 -5 , frekuensi 10 14 sd 10 15 Hz dan energi foton 10 -1 sd 10 1 eV. Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin solar radiation yang berasal dari cahaya matahari Beisser, 1968. Energi panas matahari hanya tersedia 10 – 11 jam per hari. Sel surya merupakan suatu bahan semikonduktor, yang mengabsorbsi energi cahaya matahari secara langsung menjadi energi listrik, melalui 3 tahapan, yaitu : a Absorpsi cahaya matahari oleh material semikonduktor b Membangkitkan dan memisahkan daerah bebas positip dan negatip dari sel surya sehingga menghasilkan beda potensial. c Mentransfer hasil pemisahan melalui terminal listrik ke beban berupa arus listrik. Sinar matahari yang terdiri dari foton-foton, jika menimpa permukaaan bahan sel surya absorber, 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. Untuk membebaskan elektron dari ikatan kovalennya, energi foton hcv harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi pembebas elektron. Jika energi foton terlalu besar dari pada energi pembebasan elektron, maka ekstra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel. Umumnya koefisien temperatur, yang menggambarkan sensitivitas terhadap temperatur, diberikan oleh pembuat pabrik modul fotovoltaik untuk 3 buah parameter, yakni arus hubung-singkat, I sc ampere A o C, tegangan rangkaian- Al Fattah Faisa M : Analisa Daya dan Heat Stress pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan, 2008. USU Repository©2008 terbuka, V oc volt V o C, dan tahanan seri, R ohm o C. Koefisien-koefisien temperatur tersebut diukur menggunakan modul fotovoltaik bentuk datar dan pada intensitas cahaya 100 mWcm 2 yang diasumsikan mempunyai nilai yang konstan pada selang panjang-gelombang spektrum cahaya yang digunakan. Tentu saja agar efisiensi dari sel surya bisa tinggi maka foton yang berasal dari sinar matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan rekombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya. Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya, maka absorber harus memiliki energi pembebas elektron dengan range yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi yang bermacam – macam tersebut Widodo, 2008 .

2.3 Energi Ramah Lingkungan

Penggunaan energi fosil yang eksesif telah menimbulkan dampak negatif perubahan iklim yang disebabkan oleh emisi gas rumah kaca terutama karbondidoksida, lebih dari 6 giga ton per tahun saat ini dan pada tahun 2050 diperkirakan sampai 15 giga ton per tahun bila tanpa tindakan mitigasi. Kondisi ini akan membawa dampak yang ekstrim bagi kehidupan kita. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, perlu adanya pendekatan yang holistik dalam pengelolaan energi yaitu energi berkelanjutan sustainable energy, yang meliputi tiga dimensi, sosial, ekonomi dan lingkungan dan tidak hanya mementingkan kebutuhan energi saat ini namun juga mempertimbangkan kebutuhan generasi. Konsep energi berkelanjtuan Al Fattah Faisa M : Analisa Daya dan Heat Stress pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan, 2008. USU Repository©2008 menggunakan prinsip hirarki energi dalam memprioritaskan penyelesaian berdasarkan tingkat keberlanjutan suatu aktivitas yaitu: konservasi energi – merubah perilaku dalam menurunkan permintaan energi, efisiensi energi – menggunakan teknologi untuk mereduksi permintaan energi dan emisi polutan, energi terbarukan – sebagai sumber energi berkelanjutan untuk mengganti bahan bakar fosil, energi konvensional minyak, gas dan batubara - dengan menggunakan teknologi energi energi rendahbebas karbon dan eksploitasi energi konvensional – seperti yang kita kerjakan saat ini Widodo, 2008. Tidak diragukan lagi bahwa sel surya adalah salah satu sumber energi yang ramah lingkungan dan sangat menjanjikan pada masa yang akan datang, karena tidak ada polusi yang dihasilkan selama proses konversi energi bersih lingkungan, tidak memerlukan fluida air dan gas untuk mentransfer, memicu dan menimbulkan energi yang di hasilkannya. Karena fluida merupakan media pembawa polutan dari suatu tempat ke tempat lain, sehingga polutan yang dikeluarkandiemisikan semakin menyebar dan berakumulasi dengan polutan lain ke lokasi yang jauh dari sumber energi. Hal inilah yang menyebabkan energi yang bersumber bahan bakar batu bara, minyak dan lain-lain menjadi tidak ramah lingkungan. Sel surya juga mempunyai sumber energi yang banyak tersedia di alam, yaitu sinar matahari, terlebih di negeri tropis semacam Indonesia yang menerima sinar matahari sepanjang tahun. Biaya energi yang dihasilkan dari sel surya per kWH pada masa yang akan datang dapat berkompetisi dengan energi terbarukan lainnya dan juga dengan sumber energi konvensional, seperti batubara Wenas, 2008. Al Fattah Faisa M : Analisa Daya dan Heat Stress pada Metode Efesiensi Sel Surya Sebagai Energi Alternatif Ramah Lingkungan, 2008. USU Repository©2008 Indonesia menerima sinar matahari rata-rata 250 – 300 Wm² pertahun, dan 14 jamhari, potensi ini yang harus bisa dimanfaatkan untuk penggunaan energi alternatif sel surya ini. Permasalahan mendasar dalam teknologi sel surya adalah efisiensi yang sangat rendah dalam merubah energi surya menjadi energi listrik, yang sampai saat ini efisiensi tertinggi yang dicapai tidak lebih dari 20, itupun pada skala laboratorium Astawa, 2007.

2. 4 Lensa Tipis