PENGGUNAAN ELEKTRODA KARBON DALAM SEL FOTOVOLTAIK SEMI KONDUKTOR CuO DENGAN ELEKTROLIT Na2SO4.
PENGGUNAAN ELEKTRODA KARBON DALAM SEL
FOTOVOLTAIK SEMI KONDUKTOR CuO DENGAN
ELEKTROLIT Na2SO4
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh FITRIA SARI NO.BP : 0810413122
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG 2012
(2)
PENGGUNAAN ELEKTRODA KARBON DALAM SEL
FOTOVOLTAIK SEMI KONDUKTOR CuO DENGAN
ELEKTROLIT Na2SO4
Oleh Fitria Sari
Skripsi ini diajukan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG 2012
(3)
LEMBARAN PENGESAHAN
PENGGUNAAN ELEKTRODA KARBON DALAM SEL FOTOVOLTAIK SEMI KONDUKTOR CuO DENGAN ELEKTROLIT Na2SO4, skripsi oleh
Fitria Sari (0810413122) diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S1) Kimia Fisika pada jurusan kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Andalas.
Disetujui oleh :
Pembimbing I Pembimbing II
Prof. Dr. Admin Alif, Msc Olly Norita Tetra, Msi NIP. 195308081980031005 NIP. 132308938
Mengtahui Ketua Jurusan Kimia FMIPA Universitas Andalas
Dr. Adlis Santoni NIP.196212031988111002
(4)
PENGGUNAAN ELEKTRODA KARBON DALAM SEL FOTOVOLTAIK SEMI KONDUKTOR CuO DENGAN ELEKTROLIT Na2SO4
Oleh Fitria Sari
Dibimbing oleh Prof. Dr. Admin Alif, Olly Norita Tetra, M. Si
Didalam penelitian ini dipelajari secara eksperimental penggunaan elektroda karbon dan semikonduktor CuO dalam sel fotovoltaik yang berbentuk tabung dengan larutan elektrolit Natrium Sulfat (Na2SO4). Adapun tujuan yang ingin dicapai yaitu untuk melihat kondisi
optimum elektroda dan elektrolit sehingga dapat menghasilkan arus dan tegangan yang relatif besar sebagai sumber energi alternatif, selain itu juga mengamati gelembung gas yang diperoleh. Arus dan tegangan diukur pada pukul 09.00 – 15.00 WIB. Hasil penelitian menunjukkan arus dan tegangan mencapai optimum pada konsentrasi 0.5 N dan waktu optimum pukul 12.00 WIB, didapatkan daya untuk rangkaian tunggal adalah 8.185×10-4 Watt/cm2, dan daya rata-rata adalah 6.675×10-4 Watt/cm2.Berdasarkan hasil pengamatan, arus dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari, dan tegangan berbanding terbalik dengan temperatur. Gelembung gas hidrogen lebih banyak di hasilkan pada konsentrasi Na2SO4 0.5N dan pada konsentrasi Na2SO4 1N dihasilkan
gas hidrogen lebih rendah namun belum bisa di analisa secara akurat baik secara kualitatif maupun kuantitatif.
(5)
DAFTAR ISI
Kata Pengantar……….... i
Abstrak………... iii
Abstract ……… iv
Daftar Isi………... v
Daftar Tabel……….... vii
Daftar Gambar……….... viii
Daftar Lampiran………... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ………... 1
1.2Perumusan Masalah ………... 2
1.3Tujuan Penelitian ………... 2
1.4Manfaat Penelitian ………... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sel Fotovoltaik ………... 4
2.2 Prinsip Fotovoltaik……….... 5
2.3 Semi Konduktor ………... 6
2.4 karbon………. 8
2.5 Tembaga (Cu) ……….... 9
2.6 Na2SO4……….. 10
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu penelitian ………... 13
3.2 Alat dan Bahan ... 13
3.3 Prosedur Kerja ... 13
3.3.1 Penyiapan elektroda ... 13
3.3.2 Penyiapan tabung sel Fotovoltaik... 13
3.3.3 Penyiapan larutan elektrolit ... 14
3.3.4 Pengaruh konsentrasi larutan elektrolit Na2SO4 terhadap kuat arus dan voltase sel fotovoltaik pasangan CuO/C... 14
3.3.5 Pengaruh waktu pengukuran terhadap kuat arus dan voltase dari sel fotovoltaik pasangan elektroda cuo/C ... 14
(6)
3.3.6Pembentukan gas hidrogen pada sel fotovoltaik rangkaian tunggal dan paralel pada berbagai konsentrasi dalam waktu yang
bersamaan... 15
3.3.7 Penentuan Nilai Daya Kuat Arus dan Voltase Sel Fotovoltaik Pasangan Elektroda CuO /C ……….. 15
BAB IV HASIL DAN DISKUSI 4.1 Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan Elektrolit Na2SO4 Terhadap Kuat Arus dan Voltase yang Dihasilkan dari pasangan elektroda Cu/C dalam Sel Fotovoltaik ……….. 16
4.2 Pengaruh Variasi Waktu Pengukuran Terhadap Kuat Arus dan Voltase Sel Fotovoltaik Pasangan Elektroda CuO/C dalam larutan elektrolit Na2SO4... 17
4.3 Pembentukan gas hidrogen pada sel fotovoltaik rangkaian paralel dan rangkaian tunggal secara visual... 19 4.4 Penentuan Nilai Daya Sel Fotovoltaik Pasangan Elektroda CuO/C ………. 22
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ………... 24
5.2 Saran ………... 24
DAFTAR KEPUSTAKAAN………... 25
(7)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap, angin, biogas, batu bara, dan minyak bumi. Teknik pemanfaatan energi surya mulai muncul pada tahun 1839, dan ditemukan oleh A.C. Becquerel. Ia menggunakan kristal silikon untuk mengkonversi radiasi matahari.(1)
Sel fotovoltaik secara langsung mengubah energi surya ke energi listrik. Fotovoltaik merupakan teknologi yang memanfaatkan matahari sebagai sumber energi. Sel fotovoltaik biasanya digunakan pada tempat-tempat yang tidak mungkin menggunakan beberapa sumber energi lain, misalnya pada satelit, pada rambu-rambu jalan, dan lain-lain Selain itu sel fotovoltaik digunakan untuk menjalankan peralatan-peralatan kecil seperti kalkulator saku.(2)
Sel fotovoltaik memerlukan kombinasi dari beberapa bahan dengan alat yang didesain sedemikian rupa sehingga dapat dihasilkan energi/listrik yang besar tanpa menimbulkan polusi, seperti alat sel fotovoltaik. Fotovoltaik berdasarkan bentuk dapat dibagi dua, yaitu fotovoltaik padat dan fotovoltaik cair. Fotovoltaik padat masih terbatas penggunaannya di Indonesia. Hal ini dikarenakan alat atau bahan sel fotovoltaik masih terbilang cukup mahal dibandingkan dengan listrik yang dibangkitkan dengan sumber energi lain (3). Prinsip kerjannya fotovoltaik cair hampir mirip dengan prinsip sel elektrovolta atau sel galvani yaitu sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan. Perbedaannya dengan sel fotovoltaik adalah tidak adanya reaksi redoks yang terjadi melainkan terjadinya eksitasi elektron saat terjadi penyinaran oleh cahaya matahari dari pita valensi (keadaan dasar) ke pita konduksi (keadaan elektron bebas) yang mengakibatkan terjadinya perbedaan potensial dan akhirnya menimbulkan arus.(4)
Penelitian tentang sel fotovoltaik cair dalam bentuk tabung, dengan menggunakan elektroda CuO/Cu dan Cuo/stanless steel telah dilaporkan Riana Marta (2011) dimana didapatkan bahwa pasangan elektroda CuO/Cu dan CuO/stainless steel hanya bisa digunakan selama tiga hari secara berturut-turut, hal ini karena pasangan elektroda akan teroksidasi dan
(8)
tidak dapat menghasilkan arus lagi. Dalam hal ini kestabilan Cu terhadap larutan elektrolit Na2SO4 sangat mempengaruhi arus dan tegangan yang dihasilkan (5).
Mia Firahayu (2011) juga telah menggunakan larutan elektrolit NaCl dalam sel fotovoltaik dan diperoleh nilai efisiensi sebesar 2.09x10-3 watt/cm2.(6) Berdasarkan hasil tersebut maka dalam penelitian ini penggunaan elektroda Cu digantikan dengan C dengan menggunakan elektrolit Na2SO4.
Untuk itu dalam penelitian ini dipelajari sel fotovoltaik cair menggunakan elektroda CuO/C dalam elektrolit Na2SO4, dengan sel fotovoltaik dalam bentuk tabung dan juga diamati
adanya gas hidrogen yang dihasilkan dari proses fotovoltaik tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah:
1. Apakah elektroda pasangan CuO/C dapat digunakan sebagai sel fotovoltaik cair dalam larutan elektrolit Na2SO4?
2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi larutan elektrolit Na2SO4 terhadap besarnya
kuat arus dan voltase yang dihasilkan?
3. Bagaimana pengaruh variasi waktu terhadap sel fotovoltaik elektroda pasangan CuO/C? 4. Bagaimana pembentukan gas hidrogen pada sel fotovoltaik rangkaian tunggal dan
rangkaian paralel dari berbagai konsentrasi secara visual?
5. Bagaimana pengaruh konsentrasi elektrolit, terhadap pembentukan gas hidrogen selama penyinaran ?
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi optimum penggunaan pasangan elektroda CuO/C dalam sel fotovoltaik dengan elektrolit Na2SO4 agar dapat menghasilkan arus yang
relatif besar, atau menghasilkan gas hidrogen selama penyinaran.
(9)
Manfaat dari penelitian ini yaitu didapatkannya energi alternatif yang lebih ramah lingkungan dan juga memberikan inspirasi bagi peneliti selanjutnya bahwa dengan bahan yang tersedia di alam kita dapat memanfaatkannya untuk menghasilkan energi dan didapatkan gas hidrogen dari H2O secara fotovoltaik.
(1)
PENGGUNAAN ELEKTRODA KARBON DALAM SEL FOTOVOLTAIK SEMI KONDUKTOR CuO DENGAN ELEKTROLIT Na2SO4
Oleh Fitria Sari
Dibimbing oleh Prof. Dr. Admin Alif, Olly Norita Tetra, M. Si
Didalam penelitian ini dipelajari secara eksperimental penggunaan elektroda karbon dan semikonduktor CuO dalam sel fotovoltaik yang berbentuk tabung dengan larutan elektrolit Natrium Sulfat (Na2SO4). Adapun tujuan yang ingin dicapai yaitu untuk melihat kondisi
optimum elektroda dan elektrolit sehingga dapat menghasilkan arus dan tegangan yang relatif besar sebagai sumber energi alternatif, selain itu juga mengamati gelembung gas yang diperoleh. Arus dan tegangan diukur pada pukul 09.00 – 15.00 WIB. Hasil penelitian menunjukkan arus dan tegangan mencapai optimum pada konsentrasi 0.5 N dan waktu optimum pukul 12.00 WIB, didapatkan daya untuk rangkaian tunggal adalah 8.185×10-4 Watt/cm2, dan daya rata-rata adalah 6.675×10-4 Watt/cm2.Berdasarkan hasil pengamatan, arus dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari, dan tegangan berbanding terbalik dengan temperatur. Gelembung gas hidrogen lebih banyak di hasilkan pada konsentrasi Na2SO4 0.5N dan pada konsentrasi Na2SO4 1N dihasilkan
gas hidrogen lebih rendah namun belum bisa di analisa secara akurat baik secara kualitatif maupun kuantitatif.
(2)
DAFTAR ISI
Kata Pengantar……….... i
Abstrak………... iii
Abstract ……… iv
Daftar Isi………... v
Daftar Tabel……….... vii
Daftar Gambar……….... viii
Daftar Lampiran………... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ………... 1
1.2Perumusan Masalah ………... 2
1.3Tujuan Penelitian ………... 2
1.4Manfaat Penelitian ………... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sel Fotovoltaik ………... 4
2.2 Prinsip Fotovoltaik……….... 5
2.3 Semi Konduktor ………... 6
2.4 karbon………. 8
2.5 Tembaga (Cu) ……….... 9
2.6 Na2SO4……….. 10
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu penelitian ………... 13
3.2 Alat dan Bahan ... 13
3.3 Prosedur Kerja ... 13
3.3.1 Penyiapan elektroda ... 13
3.3.2 Penyiapan tabung sel Fotovoltaik... 13
3.3.3 Penyiapan larutan elektrolit ... 14
3.3.4 Pengaruh konsentrasi larutan elektrolit Na2SO4 terhadap kuat arus dan voltase sel fotovoltaik pasangan CuO/C... 14
3.3.5 Pengaruh waktu pengukuran terhadap kuat arus dan voltase dari sel fotovoltaik pasangan elektroda cuo/C ... 14
(3)
3.3.6Pembentukan gas hidrogen pada sel fotovoltaik rangkaian tunggal dan paralel pada berbagai konsentrasi dalam waktu yang
bersamaan... 15
3.3.7 Penentuan Nilai Daya Kuat Arus dan Voltase Sel Fotovoltaik Pasangan Elektroda CuO /C ……….. 15
BAB IV HASIL DAN DISKUSI 4.1 Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan Elektrolit Na2SO4 Terhadap Kuat Arus dan Voltase yang Dihasilkan dari pasangan elektroda Cu/C dalam Sel Fotovoltaik ……….. 16
4.2 Pengaruh Variasi Waktu Pengukuran Terhadap Kuat Arus dan Voltase Sel Fotovoltaik Pasangan Elektroda CuO/C dalam larutan elektrolit Na2SO4... 17
4.3 Pembentukan gas hidrogen pada sel fotovoltaik rangkaian paralel dan rangkaian tunggal secara visual... 19 4.4 Penentuan Nilai Daya Sel Fotovoltaik Pasangan Elektroda CuO/C ………. 22
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ………... 24
5.2 Saran ………... 24
DAFTAR KEPUSTAKAAN………... 25
(4)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (matahari) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain air, uap, angin, biogas, batu bara, dan minyak bumi. Teknik pemanfaatan energi surya mulai muncul pada tahun 1839, dan ditemukan oleh A.C. Becquerel. Ia menggunakan kristal silikon untuk mengkonversi radiasi matahari.(1)
Sel fotovoltaik secara langsung mengubah energi surya ke energi listrik. Fotovoltaik merupakan teknologi yang memanfaatkan matahari sebagai sumber energi. Sel fotovoltaik biasanya digunakan pada tempat-tempat yang tidak mungkin menggunakan beberapa sumber energi lain, misalnya pada satelit, pada rambu-rambu jalan, dan lain-lain Selain itu sel fotovoltaik digunakan untuk menjalankan peralatan-peralatan kecil seperti kalkulator saku.(2)
Sel fotovoltaik memerlukan kombinasi dari beberapa bahan dengan alat yang didesain sedemikian rupa sehingga dapat dihasilkan energi/listrik yang besar tanpa menimbulkan polusi, seperti alat sel fotovoltaik. Fotovoltaik berdasarkan bentuk dapat dibagi dua, yaitu fotovoltaik padat dan fotovoltaik cair. Fotovoltaik padat masih terbatas penggunaannya di Indonesia. Hal ini dikarenakan alat atau bahan sel fotovoltaik masih terbilang cukup mahal dibandingkan dengan listrik yang dibangkitkan dengan sumber energi lain (3). Prinsip kerjannya fotovoltaik cair hampir mirip dengan prinsip sel elektrovolta atau sel galvani yaitu sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan. Perbedaannya dengan sel fotovoltaik adalah tidak adanya reaksi redoks yang terjadi melainkan terjadinya eksitasi elektron saat terjadi penyinaran oleh cahaya matahari dari pita valensi (keadaan dasar) ke pita konduksi (keadaan elektron bebas) yang mengakibatkan terjadinya perbedaan potensial dan akhirnya menimbulkan arus.(4)
Penelitian tentang sel fotovoltaik cair dalam bentuk tabung, dengan menggunakan elektroda CuO/Cu dan Cuo/stanless steel telah dilaporkan Riana Marta (2011) dimana didapatkan bahwa pasangan elektroda CuO/Cu dan CuO/stainless steel hanya bisa digunakan selama tiga hari secara berturut-turut, hal ini karena pasangan elektroda akan teroksidasi dan
(5)
tidak dapat menghasilkan arus lagi. Dalam hal ini kestabilan Cu terhadap larutan elektrolit Na2SO4 sangat mempengaruhi arus dan tegangan yang dihasilkan (5).
Mia Firahayu (2011) juga telah menggunakan larutan elektrolit NaCl dalam sel fotovoltaik dan diperoleh nilai efisiensi sebesar 2.09x10-3 watt/cm2.(6) Berdasarkan hasil tersebut maka dalam penelitian ini penggunaan elektroda Cu digantikan dengan C dengan menggunakan elektrolit Na2SO4.
Untuk itu dalam penelitian ini dipelajari sel fotovoltaik cair menggunakan elektroda CuO/C dalam elektrolit Na2SO4, dengan sel fotovoltaik dalam bentuk tabung dan juga diamati
adanya gas hidrogen yang dihasilkan dari proses fotovoltaik tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah:
1. Apakah elektroda pasangan CuO/C dapat digunakan sebagai sel fotovoltaik cair dalam larutan elektrolit Na2SO4?
2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi larutan elektrolit Na2SO4 terhadap besarnya
kuat arus dan voltase yang dihasilkan?
3. Bagaimana pengaruh variasi waktu terhadap sel fotovoltaik elektroda pasangan CuO/C? 4. Bagaimana pembentukan gas hidrogen pada sel fotovoltaik rangkaian tunggal dan
rangkaian paralel dari berbagai konsentrasi secara visual?
5. Bagaimana pengaruh konsentrasi elektrolit, terhadap pembentukan gas hidrogen selama penyinaran ?
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi optimum penggunaan pasangan elektroda CuO/C dalam sel fotovoltaik dengan elektrolit Na2SO4 agar dapat menghasilkan arus yang
relatif besar, atau menghasilkan gas hidrogen selama penyinaran.
(6)
Manfaat dari penelitian ini yaitu didapatkannya energi alternatif yang lebih ramah lingkungan dan juga memberikan inspirasi bagi peneliti selanjutnya bahwa dengan bahan yang tersedia di alam kita dapat memanfaatkannya untuk menghasilkan energi dan didapatkan gas hidrogen dari H2O secara fotovoltaik.