photovoltaic
DESCRIPTION
Laporan PhotovoltaicTRANSCRIPT
6JURNAL PRAKTIKUM FISIKA MODERN Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
PhotovoltaicNur Lailiyah Isnaini, Friska Ayu Fitrianti, Drs. Yoyok Cahyono, M.Si.Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh NopemberJl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111E-mail: [email protected] dilakukan percobaan yang berjudul photovoltaic dengan tujuan agar dapat menjelaskan fenomena photovoltaic pada solar cell, untuk mengetahui pengaruh intensitas cahaya lampu pijar terhadap daya output solar cell, untuk mengetahui pengaruh lebar solar cell terhadap daya output solar cell, serta untuk mengetahui pengaruh panjang gelombang cahaya terhadap daya output solar cell. Prinsip dari percobaan ini yaitu dengan menggunakan dioda semikonduktor yang bekerja melalui proses khusus yang dinamakan proses tidak seimbang dan berlandaskan efek photovoltaic. Pada percobaan photovoltaic ini dibagi menjadi dua percobaan yaitu percobaan pengukuran arus dengan menempatkan solar cell yang disusun secara seri dengan multimeter dan percobaan pengukuran tegangan dengan menempatkan solar cell yang disusun secara paralel dengan multimeter. Variasi yang dilakukan yaitu pada sumber tegangan yang berturut-turut nilanya sebesar 1,7 V, 2 V dan 2,3 V. Dan variasi juga dilakukan pada ukuran lebar solar cell yaitu sebesar 5 cm x 5 cm dan 2,5 cm x 5 cm serta variasi terhadap filter warna dengan memakai warna merah, kuning dan biru. Percobaan diulangi dalam pengukuran sebanyak 4 kali. Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa ketika energi yang dipancarkan oleh lampu pijar mengenai solar cell kemudian elektron akan terlepas dari atom yang ada dalam material semikonduktor dan konduktor listrik melekat pada sisi positif dan negatif membentuk sebuah rangkaian listrik yang elektronnya dapat ditangkap dalam bentuk arus listrik, semakin besar intensitas cahaya lampu pijar maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan, semakin lebar solar cell maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan, dan semakin besar panjang gelombang cahaya maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan.
Kata KunciArus, photovoltaic, semikonduktor, solar cell, tegangan.KPENDAHULUANebutuhan tenaga listrik semakin meningkat seiring dengan semakin banyaknya penggunaan listrik dan semakin canggihnya peralatan elektronik modern yang juga membutuhkan energi listrik sebagai sumber utama. Tenaga cahaya (photo electric) merupakan salah satu jenis sumber terbaru yang akan digunakan di masa mendatang. Fotolistrik di dalamnya terdapat peristiwa fotoelektron. Pada saat cahaya yang dipancarkan diganti dengan cahaya warna merah, kuning, atau ungu, maka energi yang dihasilkan berubah-ubah, hal tersebut dikarenakan adanya perbedaan panjang gelombang dan frekuensi cahaya. Fotoelektrik yang sering digunakan adalah fotoelektrik menggunakan sel surya. Penggunaan sel surya sebagai penghasil energi listrik disebut dengan photovoltaic.Cahaya merupakan salah satu spektrum gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium. Pada dasarnya, cahaya dapat dibedakan menjadi 2, yaitu cahaya polikromatik dan cahaya monokromatik[2]. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri dari banyak warna dan panjang gelombang (cahaya yang terdiri dari lebih dari 1 warna dan panjang gelombang)[1]. Sedangkan, cahaya monokromatik adalah cahaya tunggal (cahaya yang tidak dapat diuraikan lagi) atau hanya memiliki 1 warna serta panjang gelombang[3].Solar cell merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversikan energi cahaya menjadi energi listrik. Energi matahari sesungguhnya merupakan sumber energi yang paling menjanjikan mengingat sifatnya yang berkelanjutan serta jumlahnya yang sangat besar[1]. Gambar 1.1 Solar cell
Solar cell tersusun dari unit terkecil yaitu sel, lalu kumpulan sel membentuk modul, dan kumpulan modul membentuk area. Solar cell juga memakai bahan semikonduktor sebagai bagian dari penyusunnya[3].Solar cell terbuat dari bahan semikonduktor yang terdiri dari tipe p dan tipe n. Dan proses fotoelektrik dikenal sebagai photovoltaic. Photovoltaic adalah teknologi yang menghasilkan daya lisrik (DC) diukur dalam Watt dari semikonduktor ketika diterangi foton. Selama cahaya menyinari solar cell yang merupakan sel pada elemen photovoltaic itu menghasilkan tenaga listrik. Ketika cahaya berhenti menyinari, tenaga listrik pun ikut berhenti. Solar cell tidak perlu diisi ulang seperti pada baterai[4].Dasar fisis dari operasional photovoltaic yaitu sel surya, di mana sel surya terbuat dari bahan semikonduktor yang memiliki ikatan valensi lemah yang terletak pada suatu pita energi disebut pita valensi. Sedangkan pita energi yang memiliki tingkat energi yang lebih tinggi disebut pita konduksi terletak di atas pita valensi, selanjutnya terdapat celah antara pita konduksi dan pita valensi yang biasa disebut sebagai gap[4].Cara kerja dari solar cell adalah dengan memakai semikonduktor tipe p dan tipe n yang disambungkan menjadi satu. Masing masing tipe semikonduktor
Gambar 1.2 Skema Solar Cell
Gambar 1 Solar Cellmemiliki hole, namun jumlahnya yang berbeda, tipe p memiliki jumlah hole lebih banyak dibandingkan dengan tipe n[6]. Pada semikonduktor tipe p terdapat hole yang bermuatan positif dan disebut sebagai penerima (acceptor) elektron karena kehilangan satu electron bebas. Sedangkan pada semikonduktor tipe n terdapat elektron bebas yang bermuatan negatif disebut sebagai donor elektron karena kelebihan satu elektron bebas[5]. Ketika cahaya menyinari solar cell maka foton akan menabrak hole yang ada di dalam semikonduktor, akibatnya hole yang berada pada pita valensi berpindah secara perlahan ke pita konduksi. Perpindahan hole ini membutuhkan energi yang tinggi, dan energi ini berasal dari foton. Setelah berpindah maka elektron yang terlepas dari tempatnya akan mengalir dan akan menimbulkan arus listrik[4].METODEAlat dan bahan yang digunakan dalam percobaan Photovoltaic ini meliputi solar cell 2,5 cm x 5 cm, solar cell 5 cm x 5 cm, circuit diagram, lighting module, base unit, kemudian filter warna merah, kuning dan biru, sebuah multimeter digital, power supply, test lead black serta test lead red. Pada percobaan Photovoltaic ini dibagi menjadi dua percobaan yaitu yang pertama, percobaan pengukuran arus dan yang kedua yaitu percobaan pengukuran tegangan.Percobaan Pengukuran Arus
Gambar 2.1 Rangkaian Percobaan Pengukuran Arus
Pada percobaan pengukuran arus, yang diukur adalah nilai arus listrik yang dapat dihasilkan solar cell dengan menempatkan solar cell yang disusun secara seri dengan multimeter digital, sehingga akan dihasilkan rangkaian seperti gambar 2.1.
Percobaan Pengukuran Tegangan
Gambar 2.2 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan
Pada percobaan pengukuran tegangan, yang diukur adalah nilai tegangan yang dihasilkan solar cell dengan menempatkan solar cell yang disusun secara paralel dengan multimeter digital, sehingga akan dihasilkan rangkaian seperti gambar 2.2.Setelah didapatkan besarnya nilai arus dan tegangan output yang mengalir pada sel photovoltaic, langkah selanjutnya yaitu menghitung besarnya daya output dengan menggunakan persamaan (1) sebagai berikut. P = V.I(1)Setelah didapatkan hasil perhitungan dari besarnya nilai daya yang dihasilkan oleh sel photovoltaic, maka dapat dibandingkan pengaruh besarnya intensitas cahaya lampu pijar, lebar solar cell, dan panjang gelombang cahaya terhadap daya output solar cell. Dan di bawah ini merupakan gambar flowchart dari percobaan Photovoltaic.
StartFinishFilter merah dipasangDiputar switch voltage ke nolLampu dihidupkanArus listrik diukurUkuran solar cell digantiTegangan diukurIntensitas cahaya lampu sudah dipakai?Ukuran cell sudah dipakai?Filter sudah dipakai semua?Ganti ukuran solar cellGanti warna filterGanti intensitas cahaya lampu
Gambar 2.3 Flowchart Percobaan Photovoltaic
HASIL DAN PEMBAHASANDari percobaan yang telah dilakukan, maka didapatkan data berupa besarnya nilai Iout dan Vout yang digunakan dalam perhitungan untuk mencari besarnya nilai daya output yang dihasilkan oleh solar cell dengan menggunakan persamaan (1). Di bawah ini merupakan nilai Pout yang dihasilkan oleh solar cell kecil (2,5 cm x 5 cm) dan solar cell besar (5 cm x 5 cm).
Tabel 3.1 Data dan perhitungan daya yang dihasilkan oleh solar cell kecilFilter WarnaVin (V)Vout (V)Iout (A)Pout (Watt)
Merah
Merah
1.7040.4280.0050.00214
1.7040.4220.0050.00211
1.7040.4220.0040.001688
1.7040.4220.0040.001688
2.0330.4550.0070.003185
2.0330.4550.0070.003185
2.0330.4550.0070.003185
2.0330.4550.0070.003185
2.3020.4760.0120.005712
2.3020.4760.0120.005712
2.3020.4760.0120.005712
2.3020.4760.0120.005712
Kuning
1.7010.4230.0030.001269
1.7010.4230.0030.001269
1.7010.4230.0030.001269
1.7010.4230.0030.001269
2.0190.450.0060.0027
2.0190.450.0060.0027
2.0190.450.0060.0027
2.0190.450.0060.0027
2.3020.4670.0090.004203
2.3020.4670.0090.004203
2.3020.4670.0090.004203
2.3020.4670.0090.004203
Biru
1.7010.4190.0030.001257
1.7010.4190.0030.001257
1.7010.4190.0030.001257
1.7010.4190.0030.001257
2.0190.4470.0050.002235
2.0190.4470.0050.002235
2.0190.4470.0050.002235
2.0190.4470.0050.002235
2.3020.4610.0080.003688
2.3020.4610.0080.003688
2.3020.4610.0080.003688
2.3020.4610.0080.003688
Tabel 3.1 Data dan perhitungan daya yang dihasilkan oleh solar cell kecilFilter WarnaVin (V)Vout (V)Iout (A)Pout (Watt)
Merah
Merah1.7010.3770.0080.003016
1.7010.3770.0080.003016
1.7010.3770.0080.003016
1.7010.3770.0080.003016
2.0370.420.0140.00588
2.0370.420.0140.00588
2.0370.420.0140.00588
2.0370.420.0140.00588
2.3110.4340.0190.008246
2.3110.4340.0190.008246
2.3110.4340.0190.008246
2.3110.4340.0190.008246
Kuning
1.7010.3570.0060.002142
1.7010.3570.0060.002142
1.7010.3570.0060.002142
1.7010.3570.0060.002142
2.0370.4020.0110.004422
2.0370.4020.0110.004422
2.0370.4020.0110.004422
2.0370.4020.0110.004422
2.3110.4170.0140.005838
2.3110.4170.0140.005838
2.3110.4170.0140.005838
2.3110.4170.0140.005838
Biru
1.7010.3510.0050.001755
1.7010.3510.0050.001755
1.7010.3510.0050.001755
1.7010.3510.0050.001755
2.0370.3970.010.00397
2.0370.3970.010.00397
2.0370.3970.010.00397
2.0370.3970.010.00397
2.3110.4140.0130.005382
2.3110.410.0130.00533
2.3110.4130.0130.005369
2.3110.4110.0130.005343
Selain itu, juga dibuat grafik hubungan Vin dengan Pout untuk mempermudah pembacaan dan pemahaman mengenai tabel 3.1 dan 3.2 dengan masing-masing warna cahaya (merah, kuning, dan biru) seperti pada gambar grafik di bawah ini :
Grafik 3.1 Grafik Vin terhadap Pout yang dihasilkan solar cell kecil
Grafik 3.2 Grafik Vin terhadap Pout yang dihasilkan solar cell besar Solar cell terbuat dari bahan semikonduktor yang terdiri dari tipe p dan tipe n. Proses fotoelektrik dikenal sebagai photovoltaic. Photovoltaic adalah teknologi yang menghasilkan daya lisrik (DC) diukur dalam Watt dari semikonduktor ketika diterangi foton. Selama cahaya menyinari solar cell yang merupakan sel pada elemen photovoltaic itu menghasilkan tenaga listrik. Ketika cahaya berhenti menyinari, tenaga listrik pun ikut berhenti. Photovoltaic yaitu sel surya, di mana sel surya terbuat dari bahan semikonduktor yang memiliki ikatan valensi lemah yang terletak pada suatu pita energi disebut pita valensi. Sedangkan pita energi yang memiliki tingkat energi yang lebih tinggi disebut pita konduksi terletak di atas pita valensi, selanjutnya terdapat celah antara pita konduksi dan pita valensi yang biasa disebut sebagai gap. Cara kerja dari solar cell adalah dengan memakai semikonduktor tipe p dan tipe n yang disambungkan menjadi satu. Masing masing tipe semikonduktor memiliki hole, namun jumlahnya yang berbeda, tipe p memiliki jumlah hole lebih banyak dibandingkan dengan tipe n. Pada semikonduktor tipe p terdapat hole yang bermuatan positif dan disebut sebagai penerima (acceptor) elektron karena kehilangan satu electron bebas. Sedangkan pada semikonduktor tipe n terdapat elektron bebas yang bermuatan negatif disebut sebagai donor elektron karena kelebihan satu elektron bebas. Ketika cahaya menyinari solar cell maka foton akan menabrak hole yang ada di dalam semikonduktor, akibatnya hole yang berada pada pita valensi berpindah secara perlahan ke pita konduksi. Perpindahan hole ini membutuhkan energi yang tinggi, dan energi ini berasal dari foton. Setelah berpindah maka elektron yang terlepas dari tempatnya akan mengalir dan akan menimbulkan arus listrik. Variasi sumber tegangan yang digunakan pada percobaan ini yaitu sebesar 1,7 V, 2 V, dan 2,3 V. Adanya variasi sumber tegangan ini bertujuan untuk memberikan perbedaan besarnya nilai intensitas cahaya lampu yang diserap oleh solar cell. Berdasarkan data dan perhitungan pada tabel 3.1, dapat diketahui bahwa semakin besar intensitas cahaya lampu yang diberikan dengan diberikannya besarnya sumber tegangan yang berbeda, maka daya output solar cell yang dihasilkan juga semakin besar pula seiring bertambah besarnya sumber tegangan yang diberikan. Begitu pula pada tabel 3.2 yang menunjukan bahwa apabila sumber tegangan yang diberikan semakin besar atau dengan kata lain intensitas cahaya yang diberikan semakin besar pula maka daya output solar cell yang dihasilkan juga semakin besar. Hal ini diperkuat oleh teori yang menyatakan bahwa besarnya sumber tegangan yang diberikan akan berbanding lurus dengan besarnya daya yang dihasilkan. Pernyataan ini sesuai dengan persamaan (1). Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar intensitas cahaya yang diberikan oleh lampu pijar maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan.Selain itu, juga digunakan lebar solar cell yang berbeda, dengan lebar solar cell kecil sebesar 2,5 cm x 5 cm dan solar cell besar sebesar 5 cm x 5 cm. Dari tabel 3.1 dan 3.2, diketahui bahwa daya output yang dihasilkan oleh solar cell besar lebih besar jika dibandingkan dengan solar cell kecil. Yang berarti lebar dan luasan solar cell sangat berpengaruh terhadap daya output yang dihasilkan oleh solar cell tersebut. Semakin besar luasan solar cell, maka semakin besar pula daya output yang dihasilkan oleh solar cell tersebut. Hal ini dikarenakan, luas permukaan solar cell dapat digunakan sebagai wadah penyimpan daya. Dan apabila luasan solar cell kecil, maka daya output yang dihasilkan oleh solar cell juga semakin sedikit pula. Hal ini dikarenakan, luas permukaan solar cell yang digunakan sebagai wadah penyimpan daya sangat kecil. Oleh karena itu, daya yang dihasilkan juga kecil. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin lebar solar cell yang digunakan, maka semakin besar pula daya output yang dihasilkan oleh solar cell tersebut. Dan semakin kecil lebar solar cell, maka semakin sedikit pula daya output yang dihasilkan oleh solar cell tersebut.Adanya variasi filter warna merah, kuning, dan biru bertujuan untuk mengetahui besarnya panjang gelombang cahaya yang dihasilkan. Berdasarkan data dan perhitungan pada tabel 3.1 dan 3.2 diketahui bahwa filter merah mempunyai panjang gelombang yang lebih besar dibandingkan dengan filter warna kuning dan biru. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar panjang gelombang cahaya yang dihasilkan maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan.KESIMPULANDari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa ketika energi yang dipancarkan oleh lampu pijar mengenai solar cell kemudian elektron akan terlepas dari atom yang ada dalam material semikonduktor dan konduktor listrik melekat pada sisi positif dan negatif membentuk sebuah rangkaian listrik yang elektronnya dapat ditangkap dalam bentuk arus listrik, semakin besar intensitas cahaya lampu pijar maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan, semakin lebar solar cell maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan, dan semakin besar panjang gelombang cahaya maka semakin besar pula daya output solar cell yang dihasilkan.UCAPAN TERIMA KASIHPenulis mengucapkan terima kasih kepada asisten, rekan-rekan praktikum dan semua pihak terkait praktikum Photovoltaic dalam melakukan percobaan dan penyelesaian laporan ini.DAFTAR PUSTAKABeiser, Arthur. 1982. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga.Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika II. Jakarta : Erlangga.Krane, S Kenneth. 1987. Fisika Modern. Jakarta : Erlangga.Luque, Antonio. 2003. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. Chichester : Willey. Soedojo, Peter. 2004. Fisika Dasar. Yogyakarta : Andi.Sutrisno. 1985. Elektronika Teori Dasar dan Penerapannya. Bandung : ITB.
LAMPIRAN