ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
3. Thick-Film Silicon
Teknologi multicrytalline yang lain dimana silikon disimpan dalam proses yang berlanjut diatas sebuah material dasar memberikan urat yang baik, penampilan yang
berkilau. Seperti semua PV cyrstalline, ini dikapsulkan dalam sebuah penutup tempered glass dan biasanya dibatasi dengan bingkai aluminium yang kuat.
4. Amorphous Silicon
Amorphous silicon cells terdiri dari atom-atom silikon dalam sebuah layer homogen tipis daripada sebuah struktur kristal. Amorphous silicon menyerap cahaya lebih
efektif daripada crystalline silicon, jadi selnya dapat menjadi lebih tipis. Untuk alasan ini, amorphous silicon juga dikenal dengan teknologi PV “film tipis”. Amorphous
silicon dapat disimpan pada sebuah substrat tingkat yang luas, kaku dan fleksibel, yang membuatnya ideal untuk permukaan lengkung dan modul lipat. Amorphous cell
adalah kurang efisien daripada sel yang berasal dari cyrstaline, dengan efisiensi khususnya sekitar 6 tetapi lebih mudah dan bagaimanapun lebih murah untuk
diproduksi. Harganya yang murah membuatnya cocok untuk banyak aplikasi dimana efisiensi tinggi tidak dibutuhkan dan biaya rendah dibutuhkan.
5. Film Tipis lainnya
Sejumlah material menjanjikan lainnya seperti cadmium telluride CdTe dan copper indium diselenide CIS sekarang digunakan untuk modul PV. Menariknya teknologi
ini adalah mereka dapat dimanufaktur oleh proses industri yang relatif tidak mahal. 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 lebih kurang 0,5 volt-max 600 mV pada 2 ampere, dengan kekuatan radiasi
sinar matahari 1000 Wm
2
= 1 ‘sun’ akan menghasilkan arus listrik sekitar 30 mAcm
2
per sel surya Mintorogo,2000.
3.4.3. Cara Kerja Solar Sel
Solar sel adalah perangkat fisisi yang berfungsi untuk mengubah energi cahaya matahari menjadi daya listrik efek photovoltaic. Solar sel terbuat dari sambunganjunction
p-n semikonduktor dioda. Suatu kristal semikonduktor intrinsik murni bila dicampur dengan atom ketidakmurnian tertentu golongan IIIAdan IVA dapat berubah menjadi
semikonduktor tipe p positf dan tipe n negatif. Bila kedua tipe ini diletakkan berdekatan
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
maka akan diperoleh junction p-n semikonduktor. Daerah sambungan junction ini akakn mengalami deplesi, yait suatu daerah yang tidak memiliki muatan bebas elektron dan Hole.
Pada batas ujung daerah deplesi dijatuhkan seberkas cahaya partikel foton maka partikel foton akan lenyap dan berubah menjadi dua partikel baru yang bermuatan berlawanan yaitu
elektron dan hole. Muatan bebas ini segera dihanyutkan oleh medan listrik internal, hole bergerak dari tipen ke tipe p dan elektron bergerak pada arah sebaliknya. Konsentrasi
pembawa muatan didalam bahan akan bertamabah sehingga dapat terjadi aliran arus difusi dan terjadi pula aliran arus drift karena pada daerah deplesi terdapat medan listrik internal.
Akibatnya sistem junction p-n semikonduktor dapat berfungsi sebagai sumber daya listrik, dimana tipe p berfungsi sebagai kutub positif dan tipe n sebagai kutub negatif.
Sebuah sel PV silikon tipikal tersusun dari sebuah lapisan tipis yang terdiri dari sebuah layer ultra-tipis silikon phosphorous-doped tipe-N di puncak layer yang lebih tebal
dari silikon boron-doped tipe-P. Sebuah medan listrik tercipta dekat puncak permukaan sel dimana terjadi kontak antara kedua material ini, yang disebut P-N junction. Ketika cahaya
matahari mengenai permukaan sel PV, medan listrik ini menghasilkan momentum dan arah pada elektron stimulasi-cahaya, menghasilkan aliran arus ketika sel surya dihubungkan pada
beban listrik.
Gbr.3.1 cara kerja solar
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
Proceeding International Seminar on Sustainable Environment and archtecture ITB Pengaturan Sel-Sel Surya Dalam Modul Secara Panel atau Deretan.
Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperatur sel tetap normal pada 25ºC, kenaikan temperatur lebih tinggi dari temperatur normal pada PV sel akan
melemahkan voltage Voc. Setiap kenaikan temperatur sel surya 1 C dari 25
C akan berkurang sekitar 0,4
c pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah 2x kali lipat untuk kenaikan temperatur sel per 10
C. A.
Sel-sel surya dalam modul Sebuah sel surya akan secara konstan dan tidak terlalu berpengaruh pada besaran
dimensi sebuah sel surya akan menghasilkan kira-kia 0,5 volt. Tujuan dari penggabungan sel-sel surya dalam suatu rentetan baik secara vertikal maupun
horizontal adalah untuk mendapatkan sutau tegangan “ voltage “, aliran listrik dan tenaga “power” watt yang cukup besar dan efisien dalam suatu bentuk “ Modul ”.
sedangkan penggabungan antara satu sel dengan sel surya lainnya dapat dilakukan secara paralel atau serial.
Untuk peningkatan voltase dapat dilakukan dengan penggabungan sel-sel surya dalam suatu “Modul” ke Modul lainnya secara serial + ke -; sebaliknya untuk mendapat
aliran listrik amper yang besar, maka setiap sel surya dalam sebuah Modul dihubungkan secara paralel. Sel-sel surya dalam modul akan kemudian dinamakan
“generator” yang dihubungkan antara satu modul dengan modul berikutnya menjadi “panel” lihat gambar 2; kemudian panel-panel ‘photovoltaics’ PV dapat
dilipatgandakan secara horizontal dan vertikal dalam deretan-deretan, yang model deretannya sangat tergantung temapat atau lahan untuk penempatan PV tersebut
B. Sel-sel surya dalam PanelDeretan
Orientasi dari rangkaian PV array ke arah matahari secara optimum adalah penting agar panel deretan PV dapat menghasilkan energi maksimum. Selain arah orientasi,
sudut orientasi tilt angle dari panelderetan PV juga sangat mempengaruhi hasil energi maksimum. Untuk lokasi yang terletak dibelahan utara latitude, maka
panelderetan PV sebaiknya diorientasikan ke selatan. Orientasi ke timur-barat walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel-panelderetan PV,
tetapi tidak akan mendapatkan energi optimum. Mempertahankan sinar matahari jatuh ke sebuah permukaan panel PV secara
tegak lurus akan mendapatkan energi maksimum 1000wm
2
atau 1 kWhm
2
. kalau
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
tidak dapat mempertahankan ketegaklurusan 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. Agar dapat memperoleh sejumlah voltage atatu ampere yang dikehendaki,
maka umumnya masing-masing sel surya dikaitkan satu sama lain baik secara hubungan seri atatupun secara paralel untuk membentuk suatu rangkaian PV yang
disebut modul. Sebuah modul PV umumnya terdiri dari 36 sel surya atau 33 sel, dan 72 sel. Beberapa modul PV dihubungkan untuk membentuk satu rangkaian tertentu
disebut panel, sedangkan jika berderet-deret modul PV dihubungkan secara baris dan kolom disebut PV array.
Aliran listrik yang didapat dari panel PV akan berupa listrik DC-direct current, kemudian disimpan ke accu, dan sebagian listrik DC diubah ke AC-alternating current
dengan alat inverter untuk dipakai dengan peralatan listrik seperti AC, lampu, pompa air, dsb. Kemudian sebagian DC dapat dipakai langsung sebagai alat dan spesifikasi
DC. Insolation solar matahari akan banyak berpengaruh pada current, sedikit pada volt.
Ada 3 sistem rangkaian PV: 1.
sistem DC semua 2.
Sitem DC dan AC 3.
Sistem interaktif DC, AC, dan jaringan listrik lokal PLN Terdapat 5 cara perletakan modul PV:
Fixed Array
Deretan modul PV diletakkan pada struktur penyangga PV rangka tersendiri atau menyatu ke struktur atap. Perhitungan sudut kemiringan pada suatu lokasi
berdasarkan latitude optimum pada posisi 21 Maret dan 21 September. Ada 2 macam cara pemasangan photovoltaic pada atap, yaitu single module, deretan modul
dikaitkan diatas penutup atap, dan integral Roof Modules; deretan modul dipasang secara integral dengan struktur rangka atap. Sedangkan pada lisplank overstack. Pada
wall-cladding dipakai silikon efisiensi tinggi yaitu “Mono-crystalline”, dan sebagai glass cladding dipakai silikon amorphous dan “crystalline”. PV bisa dipasang pada
bangunan yang telah ada, atau bisa diletakkan terpisah dari bangunan tapi dihubungkan oleh kabel untuk mensuoly power ke bangunan wikipedia.org
Seasonly Adjusted Tilting
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
Deretan modul PV dapat diubah secara manual sesuai waktu yang dikehendaki untuk pengoptimalan tilt angle.
One Axis Tracking
Panel modul PV dapat mengikuti lintasan pergerakan matahari dari timur ke barat secara otomatis, akan mendapatkan efisiensi 20 dibandingkan dengan fixed arrays.
Two Axis Tracking
Panel modul PV dapat mengikuti lintasan pergerakan matahari darai timur ke barat serta orientasi Utara-Selatan secara otomatis; akan mendapatkan efsiensi 40
dibandingkan fixed arrays.
Concetrator Deretan lensa optik dan cermin yang memfokuskan pada suatu area sel surya efisiensi
tinggi.
Iklim tropis memilki karakteristik temperatur dan kelembapan yang tinggi. Temperatur udara berkisar antara 22
C-32 C. Temperatur udara yang dicatat BMG
mengidentifikasikan peningkatan temperatur tiap tahunnya. Kelembapan sangat tinggi, lebih dari 75. Perubahan cuaca sulit ditebak karena adanya tutupan awan. Radiasi matahari
tersaring tapi masih cukup kuat dan juga menghasilkan silau. Daerah tropis memiliki durasi penyinaran matahari yang tidak mengalami perbedaan
yang signifikan sepanjang tahun. Rata-rata durasi penyinaran matahari didaerah tropis adalah 66. Maksimum pada bulan Maret dan April adalah 72, minimum di bulan Juni 61.
Awan dimusim panas memotong intensitas radiasi matahari Olgyay, 1992
Kondisi Sinar Matahari Terhadap Hasil Solar Energi
Berbicara mengenai kualitas dan keadaan tersedianya matahari perbulan dalam satu tahun dari suatu lokasi dari sumber energi matahari terhadap PV sama pentingnya terhadap
penentuan suatu sistem PV yang hendak dipakai. Hasil output listrik dari suatu modul atau deretan PV akan berbanding langsung terhadap
jumlah sinar matahari yang jatuh paada permukaan bidang datar suatu modul atau deretan PV dimana sudut datang sinar matahari = 0.
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
Ada 5 hal yang harus dipertimbangkan untuk mengahsilkan listrik surya optimal dari suatu modul, panel, deretan PV adalah:
Pemasangan panel-panel PV dalam deretan pada umumnya dipasang pada bingkai- bingkai besi lihat gambar 4 secara statis. Ada pula pemasangan modul-modul PV pada
suatu alat yang dapat melacakmengikuti lintasan matahari untuk mendapatkan arus listrik maksimal yang umumnya disebut “Azimuth Trackers” atau “Solar Sun Tracker” lihat
gambar 5 .
1. Orientasi dari modul PV terhadap matahari
Bidang modul PV yang tegak lurus terhadap sinara matahari sudut datang = 0 akan mengasilkan lebih banyak energi listrik daripada bidang modul PV yang
mempunyai sudut datang sinar matahari. Dari hasil observasi oleh NASA dari udara yang dekat pada lintasan bumi, bahwa
nilai intensitas energi listrik dari matahari terbit sampai terbenam hampir tidak banyak berbeda yaitu 1,35 kilowatt per meter persegi. Sedangkan pengukuran di muka bumi
pada solar siang hari didapatkan 1 KW per meter persegi. Hal ini dikarenakan ada bantuan dari pantulan dan absorbsi dari atmosfer udara. Maka dapat juga dikatakan
standar rata-rata”Full Sun Power = 1 kWm2” Tetapi jika permukaan bidang dari panel PV membentuk sudut terhadap sinar datang matahari, maka nilai 1 kWm2
dikalikan cox sudut tersebut lihat gamba 6.
Gbr.3.2 modul solar
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
2. Untuk daerah belahan bumi ekuator, maka normalnya pemasangan modul-modul PV
diarahkan ke Selatan dan panel-panel PV diarahkan dekat dengan sudut lebih kurang 15 derajat dari latitut di daerah tersebut.
3. Keadaan Debu pada bidang datar modul, panel, deratan PV.
Sifat dari debu adalah menyerap sinar matahari; jika banyak debu pada permukaan datar kaca modul, panel sel-sel surya akan menghalangi sinar matahari mencapai sel-
sel surya. Output listrik akan tidak optimal dari standar normal pengoperasian.
4. Pembayangan oleh obyek lain atau penempatan deretan-deretan PV.
Terjadinya pembayangan oleh benda-benda seperti: pohon-pohon, antena, bangunan tinggi sekitarnya dan bahkan akibat tidak cermatnyasalah prosedur dalam
penempatan deratn-deratan PV, akan sangat mempengaruhi hasil tenaga listrik yang optimal. Jika jarak antar deretan PV di perbesar menghindari pembayangan, akan
memperbesar biaya karena lahan pemasangan PV meluas. Maka dibutuhkan suatu kaidah untuk menentukan Jarak Optimum antar PV Optimum Separation.
Gbr.3.3 orientasi PV
ARSITEKTUR HIGH-TECH `
Rudolf Bastian Sijabat : Medan Science Center Arsitektur Hightech Science Fisika, 2010.
5. Refleksi Sinar Matahari
Memperkuat dari pantulan sinar matahari dari sekitar penempatan PV akan sangat mempengaruhi hasil output listrik optimal. Elemen-elemen yang dapat dipakai untuk
memperbesar solar insolasi seperti: awan, pasir, putih, cermin, atau salju, dan benda- benda berwarna ringan sekitar PV pemantulan lingkungan.
3.4.4. BIPV BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAIC