Makalah Photovoltaic Yayat.docx 4n2b4m

MAKALAH ELEKTRONIKA OPTIK

PHOTOVOLTAIC

OLEH :

SYARIF HIDAYATULLAH F441 12 027

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS TADULAKO

2014

ABSTRAK Penggunaan photovoltaic (PV) atau Sel Surya dewasa ini semakin banyak digunakan, baik untuk bidang komersial maupun residensial. Energi surya atau dalam dunia internasional lebih dikenal sebagai photovoltaic atau solar cells, merupakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe p dan n, yang mampu merubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel photovoltaic adalah silikon, sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir dan di tambahkan dengan boron atau fosfor. Pemanfaatan Tenaga Surya melalui konversi Photovoltaic telah banyak diterapkan antara lain, penerapan sistem individu dan sistem hybrid yaitu sistem penggabungan antara sumber energi konvensional dengan sumber energi terbarukan. Efek photovoltaic pertama kali dikenali pada tahun 1839 oleh fisikawan Perancis Alexandre-Edmond Becquerel. Akan tetapi, sel surya yang pertama dibuat baru pada tahun 1883 oleh Charles Fritts, yang melingkupi semikonduktor selenium dengan sebuah lapisan emas yang sangat tipis untuk membentuk sambungan-sambungan. Masa emas teknologi tenaga surya tiba pada tahun 1954 ketika Bell Laboratories, yang bereksperimen dengan semikonduktor, secara tidak disengaja menemukan bahwa silikon yang di doping dengan unsur lain menjadi sangat sensitif terhadap cahaya, hal ini menyebabkan dimulainya proses produksi sel surya praktis dengan kemampuan konversi energi surya sebesar sekitar 6 persen.

DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL ABSTRAK DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN BAB II PEMBAHASAN 2.1 PHOTOVOLTAIC (PV) 2.2 PRINSIP KERJA DAN KARAKTERISTIK PHOTOVOLTAIC 2.3 JENIS – JENIS PHOTOVOLTAIC 2.4 PENGAPLIKASIAN PHOTOVOLTAIC BAB III KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN Energi merupakan salah satu kebutuhan utama dalam kehidupan manusia. Peningkatan

kebutuhan

energi

dapat

merupakan

indikator

peningkatan

kemakmuran, namun bersamaan dengan itu juga menimbulkan masalah dalam usaha penyediaannya. Keterbatasan sumber energi di tengah semakin meningkatnya kebutuhan energi dunia dari tahun ketahun, serta untuk melindungi bumi dari pemanasan global dan polusi lingkungan membuat tuntutan untuk segera mewujudkan teknologi baru bagi sumber energi terbaharukan. Upaya pencarian sumber energi terbarukan 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 dengan menggunakan sel surya (photovoltaic) yang dapat merubah energi matahari menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh sel surya tanpa adanya hasil samping berupa gas - gas berbahaya dan sampah - sampah nuklir. Photovoltaic terdiri dari beberapa sel dan jenisnya beragam. Penggunaan sel surya telah banyak di gunakan di negara-negara berkembang dan negara maju dimana pemanfaatannya tidak hanya pada lingkup yang kecil tetapi sudah banyak digunakan untuk keperluan industri sehingga energi matahari dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif. Keberadaan sumber energi Matahari sangat berlimpah, sehingga penerapan teknologi photovoltaik untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di daerah yang belum terjangkau jaringan listrik cukup potensial untuk dikembangkan. Dalam pengoperasiannya, kinerja photovoltaik sangat dipengaruhi oleh kondisi klimatologi daerah setempat (suhu lingkungan dan radiasi Matahari). Indonesia merupakan negara tropis dimana daerahnya dilalui oleh garis khatulistiwa sehingga memiliki potensi menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, sangat tepat bila di kembangkannya photovoltaik.

BAB II PEMBAHASAN 2.1 PHOTOVOLTAIC (PV) Photovoltaic merupakan proses merubah cahaya menjadi energi listrik. Kata photovoltaic sendiri sebenarnya berasal dari bahasa Yunani yaitu photos yang berarti cahaya dan volta yang merupakan nama ahli fisika dari Italia yang menemukan tegangan listrik. Sehingga secara bahasa photovoltaic dapat diartikan sebagai cahaya dan listrik.

Gambar 2.1.1 Photovoltaic (Modul Surya)

Photovoltaic (Modul Surya) adalah sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel, Untuk mendapatkan keluaran energi listrik yang maksimum maka permukaan modul surya harus selalu mengarah ke matahari. Daya listrik yang dihasilkan photovoltaik berupa daya listrik DC yang kemudian akan dikonversikan menjadi daya listrik AC.

Gambar 2.1.2 Modul Surya yang di pasang seri

Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel photovoltaic adalah silikon, sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir dan di tambahkan dengan boron atau fosfor. Saat ini, tipe silikon kristal merupakan jenis sel surya yang memiliki efisiensi tinggi meskipun biaya pembuatannya relatif lebih mahal dibandingkan jenis sel surya lainnya. Semua sel photovoltaic mempunyai paling tidak dua lapisan semi konduktor seperti itu, satu bermuatan positif dan satu bermuatan negatif. Komponen utama photovoltaic adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya. Untuk membuat modul photovoltaic secara pabrikasi bisa menggunakan teknologi kristal dan thin film. Modul photovoltaic tersusun dari beberapa sel photovoltaic yang dihubungkan secara seri dan parallel.

2.2 PRINSIP KERJA DAN KARAKTERISTIK PHOTOVOLTAIC 2.2.1

Prinsip Kerja Photovoltaic Suatu photovoltaic bekerja dengan prinsip yaitu dengan mengubah sinar

matahari menjadi suatu bentuk energi listrik dimana menggunakan prinsip semikonduktansi. Ketika cahaya bersinar pada semi konduktor, lading listrik menyeberang sambungan diantara dua lapisan menyebabkan listrik mengalir, membangkitkan arus DC. Makin kuat cahaya, makin kuat aliran listrik.

Gambar 2.2.1 Pemodelan sel surya secara rangkaian listrik

Sel surya yang paling banyak dikenal dibentuk sebagai daerah luas sambungan P-N yang dibuat dari silikon. Sebagai penyederhanaan, seseorang dapat dibayangkan menempel selapis silikon tipe-n dengan selapis silikon tipe-p. Pada prakteknya, sambungan P-N tidak dibuat seperti ini, tetapi dengan cara pendifusian pengotor tipe-n ke satu sisi dari wafer tipe-p (atau sebaliknya). Jika sebagian silikon tipe-p diletakkan berdekatan dengan sebagian silikon tipe-n, maka akan terjadi difusi elektron dari daerah yang memiliki konsentrasi elektron tinggi (sisi sambungan tipe-n) ke daerah dengan konsentrasi elektron rendah (sisi sambungan tipe-p). Ketika elektron berdifusi melewati sambungan p-n, mereka bergabung dengan lubang di sisi tipe-p. Difusi pembawa tidak terjadi tanpa batas karena medan listrik yang dibuat oleh ketidakseimbangan muatan pada kedua sisi sambungan yang dibuat oleh proses difusi ini. Medan listrik yang terbentuk sepanjang sambungan p-n membuat sebuah dioda yang mengalirkan arus dalam satu arah sepanjang sambungan. Elektron bisa bergerak dari sisi tipe-n ke sisi tipe-p, sedangkan lubang dapat lewat dari sisi tipe-p ke sisi tipe-n. Daerah dimana elekron telah berdifusi sepanjang sambungan ini disebut sebagai daerah deplesi karena ia tidak lagi mengandung pembawa muatan bebas. Hal ini juga dikenal sebagai "space charge region", atau lebih jelasnya ditunjukan pada gambar 2.2.2 berikut:

Gambar 2.2.2 Prinsip Kerja Photovoltaic

Secara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik pada sebuah sel surya adalah sebagai berikut: 1. Foton dari cahaya matahari menumbuk surya kemudian diserap oleh material semikonduktor seperti silikon. 2. Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomnya, sehingga mengalir melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik. Muatan positif yang disebut hole (lubang) mengalir dengan arah yang berlawanan dengan elektron pada surya silikon. 3. Gabungan/susunan beberapa surya mengubah energi surya menjadi sumber daya listrik DC. 2.2.3

Karakteristi Photovoltaic Pada dasarnya sel surya adalah suatu dioda dengan daerah luas

permukaan yang lebih lebar. Dari gambar 2.3 menunjukkan bahwa kurva dari arus (I) dan tegangan (V) sebagai suatu dioda dalam 2 kondisi, yaitu pada saat kondisi (i) dimana sel surya terkena iradiasi dan kondisi (ii) pada saat tidak terkena iradiasi.

Gambar 2.2.3 Hubungan I-V pada suatu karakterist ik sel surya

Daya yang dihasilkan oleh sel surya sangat dipengaruhi oleh besarnya kuat sinar yang diterima oleh sel surya. Gambar 2.2.4 memperlihatkan pengaruh kuat sinar terhadap daya yang dihasilkan.

Gambar 2.2.4 Pengaruh Kuat Penyinaran Terhadap Daya Sel Surya

2.3 JENIS – JENIS PHOTOVOLTAIC Jenis-jenis sel surya dilihat dari bahan pembuatannya terdiri dari : 1. Monocrystalline Monocrystalline didapat dengan cara silikon murni dilelehkan kemudian dalam proses pemadatannya dibentuk dengan cara dipancing (dengan silikon monocrystalline yang struktur atomnya diketahui) diputar dan diangkat perlahan-lahan menjadi sebuah gelondongan silikon. Gelondongan ini kemudian dipotong tipis-tipis (thin plates) sehingga menjadi wafer monocrystalline photocell. 2. Polycrystalline Polycrystalline didapat dengan cara melelehkan silikon dan menuangkannya kedalam bejana sehingga dapat dengan mudah terbentuk wafer silikon. Dengan cara ini silikon murni dapat diubah hampir seluruhnya kebentuk wafer silikon sehingga biayanya menjadi lebih efektif. Sayangnya dengan cara ini selama proses pemadatan materi, struktur kristal yang dibentuk akan menimbulkam cacat kristal pada

pinggiran photocell. Sebagai akibat dari cacat kristal ini, solar cell menjadi kurang efisien. 3. Amorphous Amorphous didapat dengan cara mendeposisikan

ke sebuah

permukaan kaca atau material substrat lainnya.Dengan cara ini diperoleh silikon dengan ketebalan 1 µm.Tipe ini memiliki efisiensi paling rendah dan harga yang murah.Biasanya digunakan untuk peralatan berdaya rendah,seperti jam, kalkulator saku, dan barang sejenisnya.

Gambar 2.3.1 (a) Monocrystalin (b) Polycrystalin (c) Amorphous

2.4 PENGAPLIKASIAN PHOTOVOLTAIC Sebagaiman yang telah kita ketahui bahwa Penggunaan photovoltaic atau solar cells semakin banyak digunakan, baik untuk bidang komersial maupun residensial. Dengan menggunakan sel surya (photovoltaic) yang dapat merubah energi matahari menjadi energi listrik. Adapun beberapa contoh pengaplikasian photovoltaic adalah sebagai berikut: 1. Aplikasi Photovoltaik pada Bangunan Perumahan Aplikasi modul Photovoltaik pada sebuah rumah sangat sederhana dan mudah dipasang, hanya dibutuhkan extra “ruang utilitas”untuk penempatan/menyimpan alat “regulator”,inverter, batery dan lainnya. Arus yang di hasilkan photovoltaic adalah arus searah / direct current (DC), sedangkan peralatan listrik yang kita gunakan kebanyakan menggunakan listrik arus tidak searah (alternating current (AC), karena itu agar peralatan listrik AC kita dapat tepa beroperasi menggunakan listrik

hasil dari solar system, maka harus menggunakan inverter, yaitu alat untuk mengubah arus searah menjadi arus tidak searah, dan tegangannya disesuaikan dengan tegangan yang dibutuhkan.

Gambar 2.4.1 Pengaplikasian photovoltaic pada bangunan perumahan 2. Pengaplikasian Photovoltaic sebagai charger controller Sistem charger controller adalah penggabungan antara maximum power point tracker (MPPT), dimana digunakan konsep kendali ripple correlation

control

(RCC)

dengan

battery

charger,

yang

akan

menghasilkan tegangan dc konstan teregulasi yang berfungsi untuk proses pengsisian baterai (battery charging). MPPT dikombinasikan dengan dc-dc converter tipe buck yang berfungsi sebagai pengisi baterai.

Gambar 2.4.2 Pngaplikasian photovoltaic sebagai charger controller

3. Aplikasi Sostem Energi Surya Photovoltaic (SESF) Untuk Listrik Pedesaan Salah satu pemanfaatan photovoltaic yang dapat langsung dipergunakan adalah untuk penyediaan listrik pedesaan terutama pada kawasan terpencil yang sulit dijangkau. Penerapan SESF dapat dilakukan dengan pemasangan sistim desentralisasi menggunakan jaringan listrik lokal. Beberapa faktor penting yang mempengaruhi pemilihan sistim diatas adalah topografi kawasan, distribusi lokasi perumahan, karakteristik beban serta sistim pembiayaan yang diterapkan. 4. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS Photovoltaic) Kaca-kaca besar mengkonsetrasikan cahaya matahari ke satu garis atau titik. Panas yang dihasilakan digunakan untuk menghasilkan uap panas. Panasnya, tekanan uap panas yang tinggi digunakan untuk menjalankan turbin yang menghasilkan listrik. Di wilayah yang disinari matahari, Pembangkit Listrik Tenaga matahari dapat menjamin pembagian besar produksi listrik. Pembangkit listrik yang memanfaatkan energi surya atau lebih umum dikenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) mempunyai beberapa keuntungan yaitu: 1. Sumber energi yang digunakan sangat melimpah dan cuma -cuma 2. Sistem yang dikembangkan bersifat modular sehingga dapat dengan mudah diinstalasi dan diperbesar kapasitasnya. 3. Perawatannya mudah 4. Tidak menimbulkan polusi 5. Dirancang bekerja secara otomatis sehingga dapat diterapkan ditempat terpencil. 6. Relatif aman 7. Keandalannya semakin baik 8. Adanya aspek masyarakat pemakai yang mengendalikan sistem itu sendiri

9. Mudah untuk diinstalasi 10. Radiasi matahari sebagai sumber energi tak terbatas 11. Tidak menghasilkan CO2 serta emisi gas buang lainnya

BAB III KESIMPULAN Dari pembahasan dapat di peroleh kesimpulan bahwa Photovoltaic merupakan proses merubah cahaya menjadi energi listrik menggunakan sel surya yang dirangkai secara seri dan parallel. Sel surya yang paling banyak dikenal dibentuk sebagai daerah luas sambungan P-N yang dibuat dari silikon. Silikon adalah sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir. Jenis-jenis sel surya dilihat dari bahan pembuatannya terdiri dari Monocrystalin, Polycrystalin, Amorphous. Secara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik pada sebuah sel surya adalah sebagai berikut: 1. Foton dari cahaya matahari menumbuk surya kemudian diserap oleh material semikonduktor seperti silikon. 2. Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomnya, sehingga mengalir melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik. Muatan positif yang disebut hole (lubang) mengalir dengan arah yang berlawanan dengan elektron pada surya silikon.

3. Gabungan/susunan beberapa surya mengubah energi surya menjadi sumber daya listrik DC. Sebagaiman yang telah kita ketahui bahwa Penggunaan photovoltaic atau solar cells semakin banyak digunakan, baik untuk bidang komersial maupun residensial di karnakan ketersediaan energy matahari yang tak aka nada habisnya, maka sudah banyak di temukan pengaplikasiannya di masyarakat baik untuk energy pembangkit listrik rumahan, sharger controller, pembangkit listrik tenaga surya photovoltaic (PLTS Photovoltaic) dan sebagai jasa energi untuk fasilitas umum: Pompa/penjernihan air, Rumah peribadatan, Telepon umum atau pedesaan, televisi umum, Penerangan jalan dan lain sebagainya.

DAFTAR PUSTAKA



Wiranto Arismunandar, Prof. 1995 Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta : PT Pradya Paramita.



R. A. Messenger and J. Ventre. Photovoltaic Systems Engineering, Second Edition, CRC Press LLC Boca Raton (2005).



Wikipedia.org. Solar Cell. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell. Disunting tanggal 22 November 2007.



Wikipedia.org. Fotofoltaik. http://en.wikipedia.org/wiki/Fotofoltaik. Disunting tanggal 20 November 2007.



Pens.ac.id. 90 menit membuka wawasan photovoltaic tecknology http://www.pens.ac.id Disunting tanggal 11 Maret 2014



Lelang.dgmarket.com. Photovoltaic cells. http://lelang.dgmarket.com/photovoltaic-cells



Elektronika-dasar.web.id. Teori Pengertian Photovoltaic. http://elektronikadasar.web.id/?s=teori-pengertian-photovoltaic