SEL SURYA SEBAGAI PERANGKAT KONVERSI ENERGI CAHAYA MENJADI ENERGI LISTRIK SECARA LANGSUNG

Luh Ika Dhivtyasari Suryani 1404405046

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana

ABSTRAK Penerapan sel surya pada kehidupan sehari- hari merupakan tindakan alternatif dalam upaya mengurangi penggunaan sumber daya fosil. Sel surya merupakan perangkat konversi energi dari energi cahaya menjadi energi listrik. Untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik diperlukan bahan utama yakni semikonduktor. Pada jurnal ini bahan semikonduktor yang digunakan adalah silikon dengan efisiensi 15% , kapasitas 50 Watt, luas ± 8 m2 , dan dipasang pada ketinggian ± 70 cm tepat diatas tanah . Metode yang digunakan adalah metode kajian pustaka yang mengambil sumber dan analisis dari buku serta internet yang memuat fakta dan informasi yang terpercaya. Mekanisme konversi energi sel surya menggunakan efek fotovoltaik dan radiasi cahaya sebagai sumber energi utama. Radiasi cahaya akan diserap oleh bahan semikonduktor sehingga menimbulkan perbedaan tegangan pada sambungan semikonduktor. Jika sambungan dihubungkan dengan sebuah beban, akan diperoleh energi listrik yang memiliki arus searah (DC). Maka sel surya merupakan perangkat konversi energi cahaya menjadi energi listrik yang efisien untuk diterapkan di masyarakat. Sel surya menjadi solusi terhadap permasalahan sumber daya energi alternatif saat ini.

Kata Kunci : sel surya, konversi energi, semikonduktor

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMenipisnya cadangan sumber

daya fosil, khususnya minyak bumi, membuat manusia memilih menggunakan energi alternatif terbarukan, seperti tenaga surya, angin, biomassa, panas bumi, dan sebagainya. Penggunaan energi alternatif yang telah diterapkan oleh manusia sebagian besar menggunakan energi listrik yang diperoleh dari konversi sumber energi alternatif. Permasalahan ini mendorong

timbulnya berbagai inovasi dalam upaya penyediaan energi listrik dengan menggunakan sumber energi alternatif.

Salah satu inovasi dalam upaya penyediaan energi listrik yakni perangkat konversi energi. Perangkat konversi energi ini diharapkan menjadi suatu solusi dari permasalahan upaya penyediaan energi listrik alternatif .

Perangkat konversi energi yang efisien untuk diterapkan di masyarakat adalah sel surya. Sel surya hanya membutuhkan radiasi dari cahaya matahari untuk menghasilkan energi

1

listrik. Sel surya termasuk perangkat konversi energi alternatif karena dalam penggunaannya memanfaatkan tenaga cahaya matahari yang jumlahnya tidak terbatas. Sel surya yang biasa digunakan berbentuk sebuah Panel Surya dan memiliki beberapa kelebihan yakni mudah dipasang dan biaya pemeliharaan yang sangat rendah, masa pakainya yang panjang mencapai 25 - 30 tahun sehingga dapat menghemat biaya energi dalam jangka panjang dan tidak mengalami kehilangan efisiensi dalam masa pakai 20 tahun. Namun selain kelebihan, pada penggunaan sel surya terdapat beberapa kelemahan, yakni efisiensi sel surya harus ditingkatkan secara signifikan karena banyak sinar matahari terbuang sia-sia dan berubah menjadi panas, serta jika tidak terpasang dengan baik dapat terjadi over heating  pada sel surya.

Dengan adanya perangkat konversi energi seperti sel surya, diharapkan mampu menjadi solusi atas permasalahan penyediaan energi listrik sebagai energi alternatif.

1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar

belakang diatas, permasalahan yang akan dibahas dalam jurnal ini adalah mekanisme konversi sel surya mengubah energi cahaya menjadi energi listrik secara langsung.

1.3 Manfaat Adapun manfaat dalam penulisan jurnal ini yaitu pembaca dapat mengetahui mekanisme kerja sel surya sebagai perangkat konversi energi cahaya menjadi energi listrik secara langsung, dapat mengetahui kelebihan

dan kelemahan dari penerapan sel surya dalam kehidupan sehari-hari, serta sebagai referensi dari bahasan bahan listrik khususnya perangkat konversi energi secara langsung.

2. MATERI DAN METODE

2.1 MateriMateri pada jurnal ini

menggunakan silikon (Si) sebagai bahan semikonduktor sel surya. Silikon (Si) yang digunakan memiliki kemurnian atau efisiensi sebesar 15% dan kapasitas sebesar 50 Watt. Untuk memisahkan antara muatan elektroda pada semikonduktor silikon, digunakan atom tambahan yakni Boron (Br) pada sisi elektroda positif. Adapun sel surya yang digunakan, terdapat di halaman kampus Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana. Memiliki luas ± 8 m2 dan dipasang pada ketinggian ± 70 cm tepat diatas tanah.

2.2 Metode Penulisan jurnal ini

menggunakan sumber yang diperoleh melalui metode kajian pustaka. Yakni bersumber dari teori-teori pada buku dan internet yang memuat fakta dan informasi yang terpercaya. Metode penulisan yang penulis gunakan dalam jurnal ini adalah deskriptif kualitatif dan kuantitatif, yakni penulisan secara deskripsi dan menggunakan perhitungan-perhitungan angka. Jenis data pada jurnal ini merupakan data sekunder karena didapatkan melalui metode kajian pustaka.

2

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 HasilBerdasarkan hasil analisis

penulis, sel surya dapat mengubah energi radiasi cahaya menjadi energi listrik. Energi listrik yang diperoleh dari proses konversi memiliki arus searah (DC). Pada sel surya, energi cahaya dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan lapisan-lapisan tipis silikon (Si) yang memiliki kemurnian atau efisiensi sebesar 15%, kapasitas sebesar 50 Watt, seluas ± 2,5 m2 , dan dipasang pada ketinggian ± 70 cm tepat diatas tanah. Serta menggunakan atom tambahan yakni Boron (Br) pada sisi elektroda positif.

3.2 PembahasanAdapun bahasan dari hasil

analisis yang telah diperoleh yakni konversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik menggunakan bahan material berupa semikonduktor. Tersusun atas dua jenis semikonduktor yaitu tipe N dan tipe P.Semikonduktor tipe N merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif. Sedangkan semikonduktor tipe P memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan P karena kelebihan muatan positif. Muatan pada semikonduktor dapat disesuaikan dengan cara menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini

Gambar 1.1 Muatan Pada Semikonduktor Tipe P dan Tipe N.

Di dalam semikonduktor alami, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikonduktor. Dua jenis semikonduktor N dan P ini jika disatukan akan membentuk sambungan P-N atau dioda P-N. Semikonduktor jenis P dan N sebelum disambung dapat dilihat pada gambar 1.2

 

Gambar 1.2 Semikonduktor Tipe P dan N. 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.

3

Gambar 1.3 Semikonduktor Tipe P dan N yang telah disambungkan.

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 positif. 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.

Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda. 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.

Gambar 1.4 Medan Listrik Yang Timbul Di Daerah Deplesi Akibat Adanya Perbedaan Muatan.

Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan P-N 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 semikonduktor 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 semikonduktor 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 terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor P. Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, elektron mendapatkan energi dari cahaya matahari untuk melepaskan diri dari semikonduktor N, daerah deplesi, maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron hole (elekcron hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

4

Gambar 1.5 Fotogenerasi Pada Sambungan Semikonduktor P dan N

Cahaya matahari dengan panjang gelombang yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan P-N berada pada bagian sambungan P-N yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap oleh semikonduktor P yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor N. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan P-N 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 sebagai arus listrik. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan pada kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.

Gambar 1.6 Rangkaian Sel Surya Dengan Sebuah Lampu

4. SIMPULAN Sel surya merupakan perangkat konversi energi cahaya menjadi energi listrik yang efisien untuk diterapkan di masyarakat. Dalam proses konversi energi sel surya memanfaatkan efek fotovoltaik, yakni perbedaan tegangan antara dua sisi semikonduktor. Sehingga memungkinkan energi cahaya yang jumlahnya tidak terbatas menjadi sumber energi yang digunakan dalam proses konversi energi pada sel surya. Hal ini menjadikan sel surya sebagai solusi dalam upaya penyediaan energi listrik sebagai energi alternatif dan membantu mengurangi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh sumber daya fosil.

Daftar Pustaka

Kadir, A., 1995, ENERGI, Universitas Indonesia, Jakarta

Martina.G., 1982, Solar cells, University of New South Wales Australia

Muhaimin, H.A.1991. Bahan-Bahan Listrik. Jakarta: PT. PRADNYA PARAMITA

5

http://tebeindra.blogspot.com/2012/11/cara-kerja-sel-surya.html. Diakses pada tanggal 2 Desember 2014.

http://www.indoenergi.com/2012/04/keunggulan-dan-kelemahan-panel-surya.html. Diakses pada tanggal 2 Desember 2014

http://lib.ui.ac.id/file?file=digital/124980-R040854-Performa%20sel-Literatur.pdf. Diakses pada tanggal 2 Desember 2014

http://panelsuryaindonesia.com/konsep-panel-surya/24-prinsip-kerja-energi-surya.html.Diakses pada tanggal 2 Desember 2014

6