bab_1_pendahuluan teknologi sel surya

Handout TEKNOLOGI SEL SURYA (FTG4K)

Dosen :Mukhammad Ramdlan Kirom (MRK)

Ruang : P-4

Telepon :022-70640641

Penilaian :UTS (35 %), Paper Review (45 %), Tugas (20 %),

Rujukan :


Prinsip Kerja Sel Surya

Sel surya merupakan alat yang memanfaatkan energi cahaya matahari menjadi energi listrik, atau lebih dikenal konversi energi fotovoltaik. Energi cahaya matahari merupakan gelombang elektromagnetik yang didalamnya termasuk inframerah, cahaya tampak, dan ultraviolet. Terdapat tiga proses dasar yang dibutuhkan untuk konversi energi fotovoltaik, yaitu :1. Proses absorpsi cahaya 2. Proses konversi dari keadaan tereksitasi menjadi pasangan

elektron – hole3. Proses penjalaran elektron dan hole ke anoda dan katoda

foton Proses eksitasi

elektron

lubang

Pita KonduksiEc

Pita ValensiEc

Celah energi


Sebuah sel fotovoltaik adalah sebuah dioda dengan arus photogenerated. Sel surya merupakan salah satu produk teknologi fotovoltaik yang dikembangkan pada bahan semikonduktor yang mampu menyerap gelombang elektromagnetik dan konversi energi cahaya berupa foton menjadi energi listrik secara langsung.

Proses penyerapan gelombang elektromagnetik dan proses terjadinya arus pada sel surya dapat dijelaskan dengan meninjau proses yang terjadi dalam dioda p-n junction. Tepat pada daerah sambungan dan sekitarnya, terjadi difusi muatan bebas : elektron nenuju tipe-p dan hole menuju tipe-n sehingga terbentuk daerah deplesi mengandung muatan positif statik pada salah satu sisi dan muatan negatif pada sisi yang lain, akibatnya di daerah deplesi ini akan muncul medan listrik internal atau tegangan internal yang disebut built in voltage.


Input energi radiasi didistribusikan bergantung pada ketinggian, cuaca, dan kondisi atmosfer untuk panjang gelombang berbeda.


Penyerapan radiasi matahari oleh atmosfer berdasarkan tingkat efisiensinya meneruskan radiasi matahari akan berpengaruh pada distribusi spektral dan total energi. Pengukuran yang digunakan adalah massa udara (AM) dan didefinisikan sebagai nol untuk radiasi surya di luar atmosfer dan 1 untuk radiasi mencapai tanah saat matahari berada pada puncaknya. Spektrum AM0 menurut standar ASTM (American Standard Testing and Materials) E 490 digunakan untuk aplikasi satelit. Untuk spektrum AM1.5 menurut standar ASTM G 173 digunakan untuk aplikasi terestrial dengan intensitas sekitar 1000 W/m2.


hole

- -- - - + ++ + +- -- - -- -- - -

+ ++ + ++ ++ + +

Daerah Deplesi

V deplesi

elektron

Ketika cahaya dengan energi E menyinari sel surya yang mempunyai celah pita energy (band gap) Eg maka terjadilah proses serapan foton dengan syarat E >= Eg. Proses yang paling efektif terjadi jika E = Eg. Jika E> Eg, elektron akan tereksitasi ke tingkat yang lebih tinggi yaitu pita konduksi dan bisa menyebabkan terjadinya panas pada sel surya akibat rekombinasi non-radiative. Berlaku persamaan :

nhc

E )()(

1240nm

eVEg


Akibat proses serapan foton ini, elektron dan hole bebas akan terbentuk. Pada bagian permukaan depan sel surya (persambungan p-i-n), pasangan electron-hole akanlebih banyak dibangkitkan. Hal ini terjadi karena foton lebih sukar menembus lapisan belakang sel surya yang jaraknya jauh dari permukaan depan sel surya. Electron dan hole mengalir dalam arah yang berlawanan dan menyebabkan munculnya arus Jph. Selain itu pada sambungan pn (daerah deplesi) akan muncul arus akibat adanya medan listrik internal (JD) yang arahnya berlawanan dengan arus yang disebabkan oleh foton.

]1[exp0

nkT

qVJJ

JJJ

D

Dph


Ketika nilai J = 0 yaitu di mana keadaan rangkaian tegangan terbuka atau yang lebih dikenal dengan Voc didapatkan nilai melalui persamaan berikut :

ssc

oc J

J

q

kTV )1ln()(

0

Dimana besarnya Jsc ≈ Jph, besarnya Voc bergantung kepada besarnya Jsc dan Jph. Nilai Jo sendiri terpengaruh secara eksponensial terhadap suhu, semakin tinggi suhu maka nilai Jo akan eksponen naik terhadap suhu.



Daya output maksimum yang dihasilkan di titik Maximum Power Point dengan rapat arus Jmp dan tegangan Vmp. Efisiensi termodinamika dari proses konversi energi fotovoltaik adalah :

dengan daya input PIN adalah besar intensitas radiasi dikali luas panel surya dan A luas permukaan sel surya.

A


Diketahui besaran fill factor (FF) yang menyatakan perbandingan daya maksimum dengan daya ideal :

bab_1_pendahuluan teknologi sel surya

Documents