1. 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)
2. 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
3. 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].
6. 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
Arus(mA)
Tegangan (Volt)
Grafik Hubungan Tegangan dan
Arus
7. 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
8. 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.
9. 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.
10. 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).
