TEKNOLOGI SOLAR CELL DAN

APLIKASINYA

Kelompok 9 :

1. Anggit Fasyamtama 1206314693

2. Aryo Bodroseno 1206314705

3. Cesar Ichtiarso 1206314711

4. Devano Farisazaka B. 1206314724

5. Dielita Anggitria M. 1206314730

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

I. Pendahuluan

Sel surya pada dasarnya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari

menjadi energi listrik. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak

terbatas langsung diambil dari matahari, sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan

ramah lingkungan. Indonesia sendiri merupakan negara yang dilewati garis khatulistiwa dan

menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, sehingga mempunyai

potensial yang sangat besar untuk mengembangkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

Dalam cahaya matahari terkandung energi dalam bentuk foton. Ketika foton ini mengenai

permukaan sel surya maka akan diserap oleh material semikonduktor seperti silikon. Elektron-

elektron pada semikonduktor tersebut akan terlepas dari atomnya sehingga akan mengalir

melalui bahan tersebut untuk menghasilkan listrik. Dikarenakan komposisi unik dari sel surya,

maka elektron hanya akan berpindah dalam satu arah tertentu. Terdapat sekelompok sel surya

yang mengubah energi matahari menjadi listrik DC yang dapat digunakan. Prinsip ini dikenal

sebagai prinsip photoelectric. Sel surya dapat tereksitasi karena terbuat dari material

semikonduktor yang mengandung unsur silikon. Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan sensitif,

yaitu lapisan negatif (tipe-n) dan lapisan positif (tipe-p).

Gambar 1. Sel Surya

Listrik yang dihasilkan oleh panel sel surya dapat langsung digunakan atau disimpan

terlebih dahulu ke dalam baterai. Penyimpanan muatan inilah yang nantinya akan kami bahas

dalam makalah ini.

II. Pembahasan

Sel surya pada dasarnya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari

menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari sumber daya

alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok daya listrik di

satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam

jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan

tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan bersih dan ramah

lingkungan. Indonesia sendiri merupakan Negara yang dilewati garis khatulistiwa dan menerima

panas matahari yang lebih banyak daripada Negara lain, sehingga mempunyai potensial yang

sangat besar untuk mengembangkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

Sel surya terbuat dari bahan yang mudah pecah dan berkarat jika terkena air. Karena itu

sel ini dibuat dalam bentuk panel-panel ukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening

yang kedap air. Panel ini dikenal sebagai panel surya. Ada beberapa jenis panel surya,

diantaranya :

a) Jenis pertama, yaitu jenis yang terbaik dan yang terbanyak digunakan masyarakat

saat ini, adalah jenis monokristalin. Panel ini memiliki tingkat efisiensi antara

12% sampai 14%. Merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan

teknologi terkini & menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi.

Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada

tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas.

Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya

mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan. 

b) Jenis kedua adalah jenis polikristalin atau multi kristalin, yang terbuat dari kristal

silikon dengan tingkat efisiensi antara  10% sampai 12%. Merupakan panel surya

yang memiliki susunan kristal acak karena dipabrikasi dengan proses pengecoran. Type

ini memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis

monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama. Panel suraya jenis ini memiliki

efisiensi lebih rendah dibandingkan type monokristal, sehingga memiliki harga yang

cenderung lebih rendah.

c) Jenis ketiga adalah silikon jenis amorphous, yang berbentuk film tipis.

Efisiensinya sekitar 4-6%. Panel surya jenis ini banyak dipakai di mainan anak-

anak, jam dan kalkulator.

II.A. Cara Kerja Solar Cell

1. Proses Konversi

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini

dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa

semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni

jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang

memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif).

Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut

dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan

menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol

jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah

ini.

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk

meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik

dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan

semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama.

Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun

panas dari sebuah semikoduktor.

Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud adalah silikon (Si).

Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B),

aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur

tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n

dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam

Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri

tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini

disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan

dengan berat Si yang hendak di-doping.

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk

sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan

metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.

a) Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

b) Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan

elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan

perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.

Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari

batas sambungan awal.

c) Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p

yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang.

Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan negatif.

Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron

yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di

daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

d) Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion

region) ditandai dengan huruf W.

e) Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan

pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena

keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

f) Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi,

maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke

sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan

elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan

dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah

deplesi.

g) Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik

setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari

semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik

kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan

jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi

dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan

medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh

elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke

semiikonduktor yang lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi.

Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p

yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari

semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya

dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

Ketika sebuah foton menghantam silikon, maka dapat terjadi tiga kemungkinan:

1. Foton akan menembus langsung melalui silikon. Ini biasanya terjadi untuk

foton yang berenergi rendah.

2. Foton akan dipantulkan.

3. Foton akan diserap oleh silikon, bila energi foton lebih besar dari nilai band

gap silikon. Maka timbullah pasangan elektron dan hole.

Ketika foton dari matahari diserap oleh sambungan semikonduktor ini, maka

elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari

semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini

meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut

dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni,

terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol

“lambda” sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada

sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula.

Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih

panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p

yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan

panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor

n.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron

hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang

tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron

akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu

tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul

akibat pergerakan elektron.

Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi

di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari

menjadi energi listrik.

II.B. Aplikasi Solar Cell

Aplikasi solar cell pada kehidupan sehari-hari dapat kita lihat pada lampu

penerangan jalan. Pada lampu penerangan jalan, solar cell berperan sebagai sumber

tegangan pengganti sumber tegangan dari PLN, sehingga pada aplikasi ini lebih

efisien dalam penggunaannya. Sumber tegangan dari solar cell tersebut berasal dari

energi matahari, dimana energi tersebut dapat disimpan sehingga dapat digunakan

pada jangka waktu yang lebih lama.

Prinsip kerja solar cell pada lampu penerangan jalan ini sebagai berikut bila sel

surya itu dikenakan pada sinar matahari, maka timbul yang dinamakan elektron dan

hole. Elektron-elektron dan hole-hole yang timbul di sekitar pn junction bergerak

berturut-turut ke arah lapisan n dan ke arah lapisan p. Sehingga pada saat elektron-

elektron dan hole-hole itu melintasi pn junction, timbul beda potensial pada kedua

ujung sel surya. Jika pada kedua ujung sel surya diberi beban maka timbul arus

listrik yang mengalir melalui beban.Bahan dan cara kerja yang aman terhadap

lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu hasil teknologi pembangkit

listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di masa depan.

Gambar aplikasi solar cell pada lampu penerangan jalan

Fungsi Tiap Bagian Sistem Diatas

Sell Surya

Sebagai sumber energi listrik. berdasarkan pengujian penulis (pada gambar fisik

sell surya yang paling besar) 1 buah sell surya pada saat sinar matahari cukup terik

menghasilkan 20v-23,..v/1,9 - 2,4..A (38 - 50 watt) atau sekitar 350 Watt/ hari.

Controll ON/OFF

Untuk mengontrol pengisian batery dan menghubungkan batery dengan beban

(inverter).

Batery

Untuk menyimpan energi listrik yang di hasilkan sell surya, biasanya batery yang di

gunakan memiliki Ampare hour yang cukup tinggi, sebab untuk menghidupkan

lampu 10 watt saja selama 1 malam (12 jam) idealnya membutuhkan batery

12V/10A.

Inverter

Untuk mengubah tegangan DC 12V dari batery menjadi 220 AC untuk hasil yang

lebih baik gunakan inverter yang menghasilkan gelombang sinus.

Contoh aplikasi solar cell yang digunakan pada aplikasi ini adalah SOLAR CELL

SUNRISE 80WP Polycrystalline.

Specification :

Maximum Power ( Pmax) 80W.

Type Cell Polycrystalline.

Voltage at Pmax ( Vmp) 17.4V

Current at Pmax ( Imp) 4.60A

Short circuit current ( Isc) 5.06A

Open circuit voltage ( Voc) 21.6V

Maximum system voltage 1000V

Number of cells 36 cells

Dimensions + -( mm) 1200 x 540 x 30

Weight ( kg) 8.5

Harga unit modul :

Pembelian 1 s/ d 10 unit = @ Rp.1.925.000, -

Contoh lampu yang digunakan adalah

Jenis lampu : Lampu tabung fluorescent tekanan rendah

Kekuatan lampu yang digunakan : 20 W, 40 W

Keterangan: digunakan untuk jalan kolektor dan lokal, efisiensi cukup tinggi tetapi

berumur pendek, harga biasa

Adapun kelebihan solar cell pada pengaplikasiannya adalah:

- Tidak Menimbulkan Polusi

Tenaga surya tidak melepaskan karbon dioksida, sulfur dioksida, nitrogen

oksida atau merkuri ke atmosfir. Tidak membakar bahan bakar dan tidak

menghasilkan emisi. 

- Menghemat Uang

Setelah investasi awal, kita akan menggunakan lebih sedikit energi, tagihan

listrik kita akan jauh lebih rendah dan sering kali tidak akan ada pengeluaran

sama sekali.

- Mengurangi Konsumsi

Karena tidak memerlukan bahan bakar, kita akan menghemat uang biaya

bensin.

- Hampir Bebas Perawatan

Produsen menawarkan jaminan 20 tahun dan lebih pada produk solar cell.

- Simpanan Energi

Kita dapat membangun sebuah simpanan energi jika sistem surya kita

menghasilkan energi lebih dari yang digunakan.

- Energi Berkelanjutan dan Terbarukan

Bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak dan gas alam tidak terbarukan dan

berkurang. Energi matahari tidak akan pernah habis.

- Faktor Kebisingan

Panel surya diam dan tidak memiliki bagian yang bergerak.

Adapun kekurangan solar cell dalam pengaplikasiannya adalah:

- Harga

Kekurangan utama adalah harga. Panel dan instalasinya memiliki biaya awal

yang tinggi.

- Variabilitas Iklim

Meskipun panel surya dapat digunakan diberbagai iklim, namun jumlah jam

matahari akan menentukan jumlah panel yang kita perlukan dan watt yang

dihasilkan.

- Estetika

Solar panel mengambil sedikit ruang atap  dan tidak menyenangkan untuk

dilihat.

- Tidak 24 Jam

Panel Surya hanya akan berfungsi ketika matahari bersinar. Pada malam hari

kita harus bergantung pada energi yang tersimpan atau dari sumber lain. 

III. Kesimpulan

1. Solar cell menghasilkan energi listrik dalam jumlah besar yang langsung diambil

dari sifat bahan solar cell tersebut yang diakibatkan oleh cahaya matahari,

sehingga solar cell merupakan energi yang ramah lingkungan.

2. Proses perpindahan muatan dari silikon tipe-p ke silikon tipe-n akan menimbulkan

arus listrik, dimana perpindahan tersebut disebabkan oleh cahaya matahari.

IV. Daftar Pustaka

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell

http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:KaQrOkwXhVnK0M:http://

encyclobeamia.solarbotics.net/articles/_pix/DOE_solar_cell.gif

http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:mdSg-MyXOnTOzM:http://www.global-greenhouse-

warming.com/images/SliverSolarCell.jpg

http://tenagasuryaku.wordpress.com/2011/12/03/solar-sell/