LAPORAN EKSPERIMEN FISIKA 2

Mutiara Khairunnisa

G74120016

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2015

EFEK FOTOVOLTAIK

(SEL SURYA)

Rekan Kerja :

1. Aah Nuraisah G74120015

2. Dedeh Nurhayati G74120020

3. Zudah Sima’atul K G74120023

Asisten :

Dadi Irawan (G74110020)

ii

Judul

Efek Fotovoltaik (sel Surya)

Tujuan

1. Memahami konsep dasar teknologi fotovoltaik.

2. Memehami karakteristik sel surya.

3. Menentukan daya keluaran dan factor pengisian (fill factor).

Peralatan dan Bahan

1. Panel sel surya.

2. Sumber cahaya/Lampu

3. Catu daya/Power supply.

4. Potensiometer

5. Amperemeter

6. Voltmeter.

7. Kabel Penghubung.

8. Laptop.

Dasar Teori

Sel surya (solar cell) adalah instrumen/divais pengubah energi matahari

menjadi energi listrik . Suplai energy surya dari sinar matahari yang diterima oleh

permukaan bumi sebenarnya sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3×1024

joule pertahun, dan setara dengan 2×1017 Watt. Pembuatan sel surya yang paling

umum adalah dengan membuat sambungan pn dari bahan semikonduktor. Sel

surya bekerja atas dasar efek fotovoltaik (photovoltaic). Di area sekitar

sambungan pn, cahaya matahari diserap dan di sana akan terlahir pasangan

muatan listrik electron-hole. Elektron (electron) yang bermuatan negatif akan

bergerak ke arah elektroda positif dan berkumpul di sana, sedangkan hole yang

bermuatan positif akan berkumpul di elektroda negatif. Hal ini melahirkan beda

iii

potensial di antara dua elektroda tersebut, dan dari sini melahirkan sumber energi

listrik. Divais sambungan pn dalam jumlah banyak yang disambung paralel dapat

menghasilkan sumber energi listrik yang besar. Sumber listrik ini sifatnya arus

listrik searah "direct current" (DC), yang kemudian dapat dikonversi menjadi arus

bolak-balik "alternating current" (AC). Kebanyakan sel surya saat ini dibuat dari

material silikon, meskipun material lain juga dicoba agar dapat menghasilkan sel

surya yang lebih hemat biaya dan ramah lingkungan[1].

Gambar. Sistem PLTS

Selama tahun 1970-an dan 1980-an teknologi sel surya terus berkembang.

Pada tahun 1988 sel surya diproduksi secara massal yang mampu memiliki tingkat

efisiensi 17%. Pada akhir 1980-an sel surya dari gallium arsenida dan silikon telah

melampaui efisiensi 20%. Pada akhir 1980-an itu juga lahir juga teknologi sel

surya tipe baru yang menggunakan lensa untuk mengkonsentrasikan sinar

matahari pada sel surya. Densitas energi yang tinggi ini memungkinkan untuk

menghasilkan efisiensi hingga 37% [5]. Sampai saat ini terdapat beberapa jenis sel

surya yang dikembangkan oleh para ilmuwan. Mereka berlomba untuk

mendapatkan divais sel surya yang memiliki efisiensi yang tinggi, murah dan

mudah dalam pembuatannya. Berdasarkan generasi teknologi sejarah

pengembangannya, saat ini dikenal sel surya[1].

iv

Data dan Pengolahan data

Hasil Eksperimen

Tabel 1 Hubungan antara tegangan dan arus

Voltage

(Volt)

Arus

(mA)

Daya

(mW)

Intensitas

(Watt/m2)

0.1 6.54 0.654 0.809907121

0.1 6.59 0.659 0.816099071

0.1 6.7 0.67 0.829721362

0.1 6.73 0.673 0.833436533

0.1 6.76 0.676 0.837151703

0.4 6.68 2.672 3.308978328

0.4 6.65 2.66 3.294117647

0.4 6.64 2.656 3.289164087

0.4 6.68 2.672 3.308978328

0.4 6.66 2.664 3.299071207

0.4 6.63 2.652 3.284210526

0.4 6.58 2.632 3.259442724

0.4 6.57 2.628 3.254489164

0.5 6.59 3.295 4.080495356

0.5 6.67 3.335 4.13003096

0.5 6.67 3.335 4.13003096

0.5 6.61 3.305 4.092879257

0.5 6.58 3.29 4.074303406

0.5 6.56 3.28 4.061919505

0.5 6.55 3.275 4.055727554

0.5 6.53 3.265 4.043343653

0.5 6.55 3.275 4.055727554

0.5 6.57 3.285 4.068111455

0.5 6.56 3.28 4.061919505

0.5 6.58 3.29 4.074303406

0.5 6.57 3.285 4.068111455

0.5 6.65 3.325 4.117647059

0.7 6.57 4.599 5.695356037

0.8 6.52 5.216 6.459442724

0.9 6.5 5.85 7.244582043

1.3 6.41 8.333 10.31950464

1.4 6.41 8.974 11.11331269

1.4 6.42 8.988 11.13065015

1.6 6.39 10.224 12.66130031

ii

2.1 6.24 13.104 16.22786378

2.3 6.13 14.099 17.46006192

2.3 6.23 14.329 17.74489164

2.3 6.25 14.375 17.80185759

2.4 6.1 14.64 18.13003096

2.4 6.2 14.88 18.42724458

2.4 6.18 14.832 18.36780186

2.4 6.21 14.904 18.45696594

2.5 6.16 15.4 19.07120743

3 6.15 18.45 22.84829721

4.2 5.57 23.394 28.97089783

5.7 3.77 21.489 26.61176471

6.3 2.88 18.144 22.46934985

6.7 2.46 16.482 20.41114551

6.8 2.43 16.524 20.46315789

6.8 2.44 16.592 20.54736842

6.8 2.45 16.66 20.63157895

7 2.17 15.19 18.81114551

7.2 1.65 11.88 14.7120743

7.4 1.31 9.694 12.00495356

7.6 0.87 6.612 8.188235294

7.6 1.07 8.132 10.07058824

7.8 0.44 3.432 4.250154799

7.8 0.51 3.978 4.926315789

7.8 0.59 4.602 5.699071207

7.8 0.71 5.538 6.858204334

7.9 0.31 2.449 3.032817337

7.9 0.33 2.607 3.228482972

7.9 0.34 2.686 3.326315789

7.9 0.38 3.002 3.717647059

8 0.08 0.64 0.792569659

8 0.07 0.56 0.693498452

8 0.09 0.72 0.891640867

8 0.1 0.8 0.990712074

8 0.11 0.88 1.089783282

8 0.12 0.96 1.188854489

8 0.13 1.04 1.287925697

8 0.14 1.12 1.386996904

8 0.15 1.2 1.486068111

8 0.16 1.28 1.585139319

8 0.17 1.36 1.684210526

iii

8 0.18 1.44 1.783281734

8 0.19 1.52 1.882352941

8 0.2 1.6 1.981424149

8 0.22 1.76 2.179566563

8 0.24 1.92 2.377708978

8 0.26 2.08 2.575851393

8.1 0.07 0.567 0.702167183

Grafik Hubungan Antara Tegangan versus Arus

Isc = 6.54 mA

Voc = 8.1 Volt

Pembahasan

Sejarah perkembangan industri “Photovoltaic”(PV) telah berjalan sekitar 50

tahun, dan telah banyak pula penelitian dilakukan dengan harapan suatu saat dapat

menghasilkan sel surya yang murah dan layak berbanding dengan tenaga listrik

buatan (hidro atau nuklir) untuk memecahkan problem kebutuhan tenaga listrik

yang ramah terhadap lingkungan hidup di seluruh lapisan dunia ini[2].

Pada sekitar akhir abad 19, aliran listrik surya diketemukan oleh ahli fisika

Jerman bernama Alexandre Edmond Becquerel1 secara kebetulan dimana berkas

sinar matahari jatuh pada larutan elektro kimia bahan penelitian, sehingga muatan

elektron pada larutan meningkat, tidak ada penjelasan ilmiah pada peristiwa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2 4 6 8 10

Aru

s (m

A)

Tegangan (Volt)

Grafik Hubungan Tegangan dan

Arus

ii

tersebut. Baru pada awal abad 20, Albert Einstein menamakan penemuan

peristiwa listrik alami ini dengan sebutan “Photoelectric Effect”, yang kemudian

merupakan pengertian dasar pada “Photovoltaic Effect” (Albert Einstein mendapat

Nobel Prize Fisika) [2].

“Photoelectric Effect” didapat dari pengamatan Einstein pada selempeng

metal yang melepaskan “Photon” partikel energi cahaya ketika terkena sinar

matahari. Photon-photon terus menerus mendesak atom-atom metal dan terjadi

partikel “Energi Photon”—bersifat gelombang energi cahaya[2].

Gelombang cahaya sinar lembayung (ultraviolet) adalah sinar yang

bermuatan energy photon tinggi dan panjang gelombangnya pendek, sedangkan

sinar merah (infra-red) adalah sinar yang bermuatan energi photon rendah dan

dalam bentuk gelombang panjang. Kemudian sekitar tahun 1930, penelitian

berlanjut dan berhubungan dengan penemuan konsep “Quantum Mechanics”—

untuk menciptakan teknologi baru “solid-state”, dimana kemudian perusahaan

Bell Telephone Research Laboratories menciptakan Sel Surya solid yang

pertama[3].

Tahun 1950 - 1960, teknologi disain dan efisiensi Sel Surya terus berlanjut

dan di aplikasikan ke pesawat ruang angkasa (photovoltaic energies). Tahun 1970

an, dunia menggalangkan sumber energi alternatip yang “renewable” dan ramah

lingkungan, maka PV mulai diaplikasikan ke “low power warning systems” dan

“offshore buoys” (tetapi produksi PV tidak dapat banyak karena masih

“handmade”). Baru pada tahun 1980 an, perusahaan-perusahaan PV bergabung

dengan instansi energy pemerintah agar dapat lebih memproduksi PV sel dalam

jumlah besar, sehingga harga per sel-surya dapat lebih ditekan serendah

mungkin[3].

Percobaan efek fotovoltaik ini dilakukan beberapa tahapan. Tahap pertama

adalah meghitung luas permukaan efektif pada sebuah modul sel surya. Tahap

kedua adalah merangkai alat secara seri atau paralel sesuai prosedur percobaan,

kemudian akan didapatkan nilai tegangan dan arus yang terbaca pada voltmeter

dan amperemeter. Perubahan nilai tegangan dan arus dapat terlihat dengan

mengatur potensiometer yang terdapat pada rangkaian. Berdasarkan data yang

didapatkan dari perhitungan dan pengukuran, maka nilai intensitas cahaya lampu

iii

dapat ditentukan. Selain dari perhitungan, intensitas cahaya lampu bisa secara

langsung diukur dengan menggunakan radiometer.

Data yang didapatkan dari percobaan, secara rata-rata bisa dikatakan sesuai

dengan teori. Besarnya arus/tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang

mencapai silikon dan luas permukaan sel. Dalam proses itu sel surya menghasilkan

tegangan yang bergantung intensitas cahaya dan jenis zat semikonduktor yang dipakai.

Hal ini terlihat pada hubungan nilai tegangan dan arus yang berbanding terbalik.

Nilai Isc pada percobaan ini adalah 6.54 mA pada tegangan 0.1 volt, dan nilai Voc

yang didapatkan adalah 8.1 volt pada arus 0.07 mA. Isc adalah arus listrik

maksimum pada nilai tegangan sangat minimum, sedangkan Voc adalah tegangan

maksimum pada nilai arus sangat minimum. Data keseluruhan yang didapatkan

direpresentasikan dalam bentuk grafik hubungan antara tegangan dan arus.

Berdasarkan grafik pada pengolahan data, terlihat cukup mendekati teori. Hal ini,

disebabkan karena adanya ketidak hati-hatian saat mengatur potensiometer untuk

mengamati perubahan nilai dari tegangan dan arus. Perubahan nilai tersebut

terlihat pada nilai tegangan dari 0.5 volt ke 0.7 volt yang terdapat dalam tabel.

Praktikum ini sangat berguna, selain menambah wawasan dengan

mengetahui prinsip kerja dari sel surya, juga menciptakan keterampilan tersendiri

bagaimana set-up dari alat-alat yang digunakan dalam praktikum. Revolusi

aplikasi photovoltaic pada bangunan arsitektur telah mengalami perkembangan

yang pesat, mulai dari teknologi biasa sampai teknologi tinggi pada generasi ke-3,

yaitu : Panel-panel/deretan PV modul dengan rangka besi hanya diletakkan

(mounting) pada bidang atap datar bangunan dengan alat penyangga (tracking).

Generasi Kedua (tahun 1990 an) Sel-sel photovoltaic (PV) dikembangkan lebih

menyatu menjadi bagian material bangunan yaitu: bahan atap (genting, sirap).

Generasi Ketiga (tahun 1997) Chip/modul PV dikembangkan menjadi kesatuan

integrasi bangunan arsitektur dalam berbagai materi bangunan dan aplikasi

canggih[4].

Kesulitan yang dihadapi selama praktikum adalah ketika merangkai/set-up

alat. Kesulitan juga dialami saat memutar potensiometer secara pelan-pelan.

Namun demikian, hal ini justru tidak menyurutkan rasa ingin tahu dengan terus

belajar dari setiap kesalahan.

iv

Simpulan

Konsep sel fotovoltaic adalah mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.

Karakteristik sel surya sangat ditentukan oleh intensitas cahaya yang jatuh pada

permukaan sel. Semakin banyak intensitas cahaya yang mengenai permukaan sel

surya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar. Daya keluaran dapat

ditentukan dari perkalian antara tegangan dan arus, sedangkan fill factor

ditentukan oleh perbandingan antara daya keluaran maksimum terhadap daya

teoritisnya.

Daftar Pustaka

[1] Ratno Nuryadi, Dwi Gustiono, Nandang Suhendra, Lia Aprilia, Wawas

Swathatafrijiah. Prosiding Seminar Nasional TEKNOIN 2013. Vol.1

ISBN 978-602-14272-0-0.

[2] Lorenzo, Eduardo. 1994. Solar Electricity, Engineering of Photovoltaic

Systems, Institute of Solar Energy, Polytechnic University of Madrid.

[3] Strong, Steven J.1987. The Solar Electric House, A Design Manual for Home-

Scale Photovoltaic Power Systems, Pennsylvania, RodalePress.

[4] Home Power, Issue 62, St. Croix Press, Inc.,Wisconsin, 1998.

v

Riwayat Penulis

Penulis yang bernama Mutiara Khairunnisa lahir di Cianjur, 10 Oktober

1994. Anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan seorang ayah bernama

Ayi Daman dan seorang ibu bernama Asiah. Saat ini, penulis sedang menempuh

jenjang pendidikan di perguruan tinggi negeri Institut Pertanian Bogor,

Departemen Fisika FMIPA IPB. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif

mengikuti berbagai kegiatan yang menunjang soft skill nya. Adapun beberapa

kegiatan yang pernah diikuti adalah pengurus HIMAFI 2014 divisi Sainstek.

Sejak semester 3 sampai semester 6 sekarang, penulis masih ikut berperan serta

menjadi asisten praktikum Fisika TPB IPB. Disamping hal itu, penulis masih

mengikuti kegiatan lainnya dengan mengikuti club instrumentasi dan robotika

PRC (Physics Research Club).